芋頭粉面包配方優(yōu)化的研究

柳富杰 ，吳海鈴，盤艷梅，黃遠(yuǎn)桃，吳國(guó)勇*

（1.廣西科技師范學(xué)院食品與生化工程學(xué)院，廣西 來賓 546199；2.廣西科技師范學(xué)院功能性食品配料工程技術(shù)研究中心，廣西 來賓 546199）

芋頭又叫芋魁、毛芋、香芋、芋奶，是天南星科多年生草本植物。芋頭原產(chǎn)地為印度，后經(jīng)東南亞傳入我國(guó)，在我國(guó)有很長(zhǎng)的種植歷史[1]。芋頭塊莖含有大量的易消化淀粉（淀粉含量約為干重的70%）、多糖、蛋白質(zhì)、堿性物質(zhì)以及人體需要的礦物質(zhì)、微量元素等營(yíng)養(yǎng)成分，且口感清爽，具有獨(dú)特的芋頭風(fēng)味[2]。雖然我國(guó)每年的芋頭產(chǎn)量巨大，具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景，但是與芋頭相關(guān)的食品開發(fā)利用相較于其它品種的雜糧較低，芋頭食品有待進(jìn)一步開發(fā)[3]。

面包是一種用五谷（一般是麥類）磨粉制作并加熱而制成的食品，面包具有美味可口、食用方便、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、風(fēng)味多變等特點(diǎn)，因此深受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者的青睞。面包是歐美國(guó)家的主食，由于其適合工業(yè)生產(chǎn)、可儲(chǔ)存和易于食用等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)越來越多的人開始把面包作為早餐、下午茶和旅游食品[4]。研究表明通過在面包中加入一些粗纖維、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑可以達(dá)到強(qiáng)化面包營(yíng)養(yǎng)的目的[5]，或者添加各種食物和食品添加劑可以改善面包的風(fēng)味與品質(zhì)。面包不再是為了改善生活而存在，它已經(jīng)變成了人們生活的一部分[6]。目前我國(guó)面包行業(yè)也長(zhǎng)期處于上升期，持續(xù)保持高景氣度。但是芋頭粉面包的相關(guān)研究不多，本研究擬將芋頭粉與面包結(jié)合在一起，希望研制一種新型的營(yíng)養(yǎng)美味的芋頭粉面包。芋頭粉面包充分將芋頭與面包完美地融合，克服了傳統(tǒng)中芋頭食品不易深加工，無法開發(fā)新產(chǎn)品的缺點(diǎn)。通過芋頭粉面包的制作，既解決了人們?nèi)粘Ｉ钏?，又滿足了人們對(duì)豐富營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的追求，符合年輕人所崇尚的便捷、美味、健康、綠色的飲食理念[7]。

本文以芋頭粉和小麥粉為原料制作芋頭粉面包，通過對(duì)比添加酵母和大豆分離蛋白兩種不同面粉改良劑、黃油和白砂糖添加量對(duì)芋頭粉面包比容和感官評(píng)分的影響，優(yōu)化芋頭粉面包的配方，從而為芋頭粉面包的生產(chǎn)、芋頭的深加工等方面提供一定的理論依據(jù)，為功能性烘焙產(chǎn)品的開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

面粉：肇慶市福加德面粉有限公司；大豆分離蛋白：臨沂山松生物制品有限公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；黃油：浙江金澳藝發(fā)食品科技有限公司；一級(jí)白砂糖：廣西東亞扶南精糖有限公司；食鹽：市售。芋頭粉：廣西來賓興賓區(qū)菜市場(chǎng)購(gòu)買的新鮮芋頭，切片后于烘箱在60℃條件下烘干，經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎后過60目篩備用。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

FW177型中草藥粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；JA12002型精密電子天平：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；C21-ST2125型電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；HTD-60型電熱烘爐：廣州市白云區(qū)宏泰烘焙設(shè)備廠；DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科技有限公司；TS-100B型臺(tái)式恒溫振蕩器：常州光啟實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 芋頭粉面包的制作

1.2.1 芋頭粉面包的制作工藝流程

原料混勻→和面→靜置切塊→發(fā)酵（溫度28℃，相對(duì)濕度80%，時(shí)間120 min）→排氣→醒發(fā)（溫度35℃，相對(duì)濕度80%，時(shí)間60 min）→烘烤（烘烤溫度180℃，烘烤時(shí)間18 min）→冷卻→成品[8]。

1.2.2 芋頭粉面包基礎(chǔ)配方

以高筋面粉質(zhì)量為基準(zhǔn)（100%），添加純凈水（65%）、白砂糖（15%）和食鹽（1%），其余添加輔料的比例按高筋面粉的質(zhì)量為100%進(jìn)行計(jì)算。

1.3 面包品質(zhì)的測(cè)定

1.3.1 面包失重率的測(cè)定

芋頭粉面包冷卻2 h后，取適量面包測(cè)定初始的質(zhì)量，放在空氣相對(duì)濕度75%，溫度25℃的恒溫恒濕箱內(nèi)，每隔24 h測(cè)定其質(zhì)量[9]。失重率按式（1）計(jì)算。

式中：m0為面包初始質(zhì)量，g；m1為面包存放72 h后質(zhì)量，g。

1.3.2 面包比容的測(cè)定

取一個(gè)待測(cè)面包樣品，稱量后放入一定容積的容器中，將小顆粒填充劑（小米或油菜籽）加入容器中，完全覆蓋面包樣品并搖實(shí)填滿，用直尺將填充劑刮平，取出面包，將填充劑倒入量筒中測(cè)量體積，容積體積減去填充劑體積得到面包體積[10]。面包比容按式（2）計(jì)算。

式中：P 為面包比容，mL/g；V 為面包體積，mL；M為面包質(zhì)量，g。

1.3.3 面包老化度的測(cè)定

將芋頭粉面包放置72 h后取面包瓢10 g，放入孔徑為100目的標(biāo)準(zhǔn)篩中，并放入10個(gè)直徑5 mm不銹鋼球，以120 r/min頻率振蕩5 min，稱取篩下物質(zhì)量，以單位時(shí)間內(nèi)篩下面包屑質(zhì)量作為衡量面包老化度的標(biāo)準(zhǔn)[10]。面包老化度按式（3）計(jì)算。

式中：Y為面包老化度，g/min；m0為篩下面包屑的質(zhì)量，g；t為振蕩時(shí)間，min。

1.4 面包感官評(píng)價(jià)的測(cè)定

感官評(píng)定參照GB/T 20981—2007《面包》和白健[6]的方法并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，具體參見表1。評(píng)定小組由15名經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的食品專業(yè)技術(shù)人員組成，專業(yè)人員分別按外觀形態(tài)、表面色澤、組織、滋味與口感和彈性等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，滿分為100分，最后結(jié)果取所有人評(píng)分的平均值。

表1 感官評(píng)價(jià)Table 1 sensory evaluation table

1.5 試驗(yàn)內(nèi)容

1.5.1 芋頭粉添加量對(duì)面包品質(zhì)的影響

取高筋面粉100 g，固定酵母添加量1.0%和黃油添加量10.0%，將芋頭粉按面包粉質(zhì)量的8.0%、10.0%、12.0%、14.0%、16.0%比例分別添加，其他輔料按照芋頭粉面包基礎(chǔ)配方添加，添加完成后按照芋頭粉面包制作工藝進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)制作完成的面包進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并測(cè)定老化度、失重率、比容。

1.5.2 黃油添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響

取高筋面粉100 g，固定酵母添加量1.0%，芋頭粉按照試驗(yàn)最優(yōu)添加量添加，黃油按面包粉質(zhì)量的8.0%、10.0%、12.0%、14.0%、16.0%比例分別添加，其他輔料按照芋頭粉面包基礎(chǔ)配方添加，添加完成后按照芋頭粉面包制作工藝進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)制作完成的面包進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并測(cè)定老化度、失重率、比容。

1.5.3 酵母添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響

取高筋面粉100 g，固定酵母添加量1.0%，黃油添加量和芋頭粉添加量均按照試驗(yàn)最優(yōu)添加量添加，將酵母按面包粉質(zhì)量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%比例分別添加，其他輔料按照芋頭粉面包基礎(chǔ)配方添加，添加完成后按照芋頭粉面包制作工藝進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)制作完成的面包進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并測(cè)定老化度、失重率、比容。

1.5.4 大豆分離蛋白對(duì)芋頭粉面包品質(zhì)的影響

取高筋面粉100 g，黃油添加量和芋頭粉添加量均按照試驗(yàn)最優(yōu)添加量添加，大豆分離蛋白添加量按照面包粉質(zhì)量的0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%比例分別添加，其他輔料按照芋頭粉面包基礎(chǔ)配方添加，添加完成后按照芋頭粉面包制作工藝進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)制作完成的面包進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并測(cè)定老化度，失重率，比容。

1.6 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，在單因素的基礎(chǔ)上，選取對(duì)感官評(píng)分有較大影響的因素：X1大豆分離蛋白、X2黃油、X3芋頭粉，以-1、0、1 分別代表自變量的低、中、高水平，以感官評(píng)分為（Y）試驗(yàn)考察指標(biāo)（即響應(yīng)值），設(shè)計(jì)因素及水平編碼見表2。

表2 因素水平Table 2 Factor level

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 芋頭粉添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響

芋頭粉添加量對(duì)芋頭粉面包感官得分、比容的影響見圖1，芋頭粉添加量對(duì)芋頭粉面包失重率、老化度的影響見圖2。

圖1 芋頭粉添加量對(duì)芋頭粉面包感官得分和比容的影響Fig.1 Effect of taro flour addition on sensory score and specific volume of taro flour bread

圖2 芋頭粉添加量對(duì)芋頭粉面包老化度和失重率的影響Fig.2 Effect of taro flour addition on aging degree and water holding capacity of taro flour bread

由圖1和圖2可知隨著芋頭粉添加量的增加，芋頭粉面包的比容、感官評(píng)價(jià)和失重率呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)；老化度呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。這是因?yàn)橛箢^粉中缺乏面筋蛋白，當(dāng)添加量過多時(shí)會(huì)導(dǎo)致面粉中面筋蛋白含量相對(duì)減少，會(huì)導(dǎo)致面包面筋網(wǎng)形成不完全[11]，持氣性差。所以當(dāng)芋頭粉添加量為12%時(shí)繼續(xù)增加芋頭粉添加量，芋頭粉面包比容下降。當(dāng)芋頭粉添加量為12.0%時(shí)，此時(shí)芋頭粉面包的感官評(píng)分最好，當(dāng)芋頭粉添加量不足12.0%時(shí)，芋頭粉面包風(fēng)味過淡，影響面包的口感；當(dāng)芋頭粉添加量大于12.0%時(shí)，芋頭粉中不含面筋蛋白，影響面包發(fā)酵，面包的組織變差，比容下降，感官得分也開始下降。芋頭粉的添加量影響著面包的失重率和老化度。芋頭粉添加量為12.0%時(shí)，此時(shí)面包老化度最低，面包品質(zhì)最好。綜合考慮以上試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為12.0%的芋頭粉添加量為芋頭粉面包的最適添加量。

2.1.2 黃油添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響

黃油添加量對(duì)芋頭粉面包感官得分、比容的影響見圖3，黃油添加量對(duì)芋頭粉面包老化度、失重率的影響見圖4。

圖3 黃油添加量對(duì)芋頭粉面包感官得分和比容的影響Fig.3 Effect of butter addition on sensory score and specific volume of taro flour bread

圖4 黃油添加量對(duì)芋頭粉面包老化度和失重率的影響Fig.4 Effect of butter addition on aging degree and water holding capacity of taro flour bread

由試驗(yàn)結(jié)果可知，改變黃油的添加量對(duì)面包的品質(zhì)指標(biāo)影響較大，這是因?yàn)樘砑拥狞S油可以在制作過程給面包提供大量的能量，增加面包的蓬松性；另一方面黃油的乳化性較強(qiáng)，將其揉入面團(tuán)中可以有效地保持面團(tuán)的水分，改善濕黏性，增加延伸度[12]。由圖3和圖4可知，隨著黃油添加量的增加，芋頭粉面包的比容和感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)；老化度和失重率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。其中在黃油添加量為12%時(shí)面包老化度最低，該條件下失重率和比容較好，面包具有最好組織結(jié)構(gòu)和柔軟度。綜合以上結(jié)果，認(rèn)為12%的黃油為在芋頭面包的最適添加量。

2.1.3 酵母添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響

酵母添加量對(duì)芋頭粉面包感官得分、比容的影響見圖5，酵母添加量對(duì)芋頭粉面包老化度、失重率的影響見圖6。

圖5 酵母添加量對(duì)芋頭粉面包感官得分和比容的影響Fig.5 Effect of yeast addition on sensory score and specific volume of taro flour bread

圖6 酵母添加量對(duì)芋頭粉面包老化度和失重率的影響Fig.6 Effect of yeast addition on aging degree and water holding capacity of taro flour bread

酵母是制作面包過程中常用的添加劑之一。酵母在面包發(fā)酵過車中會(huì)發(fā)酵產(chǎn)生大量的CO2，這些氣體留在網(wǎng)狀組織內(nèi)，使面包內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈疏松多孔狀，體積增大，賦予面包制品特有的香味[10]。由圖5和圖6可知，當(dāng)酵母添加量為1.0%時(shí)，面包的感官評(píng)分最高，此時(shí)的面包組織均勻，彈性好，松軟香甜，比容最大；當(dāng)酵母添加量為少于1.0%時(shí)，面包醒發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，比容小，品質(zhì)差；當(dāng)酵母添加量超過1.0%時(shí)，面包醒發(fā)時(shí)間明顯縮短，但失重率和老化度過高，且面包中有濃烈的酸味，影響面包口感；綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為1.0%的酵母為在芋頭面包的最適添加量。

2.1.4 大豆分離蛋白添加量對(duì)芋頭粉面包的影響

大豆分離蛋白添加量對(duì)芋頭粉面包感官評(píng)價(jià)、比容的影響見圖7，對(duì)芋頭粉面包老化度、失重率的影響見圖8。

圖8 大豆分離蛋白添加量對(duì)芋頭粉面包老化度和失重率的影響Fig.8 Effect of soybean protein isolate addition on aging degree and water holding capacity of taro flour bread

大豆分離蛋白由氨基酸組成，具有親水、持濕和增稠的特性。因此，大豆分離蛋白可以增強(qiáng)面團(tuán)的流變特性，從而起到改善面包體積和質(zhì)地的效果[13]。有研究表明高筋小麥粉中加入適量的大豆分離蛋白后，面團(tuán)中的蛋白質(zhì)含量增加，面包體積增大，表皮色澤得到明顯改善[14]。由圖7和圖8可知，芋頭粉面包的比容和感官評(píng)價(jià)指標(biāo)隨著大豆分離蛋白的添加量增加呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)。當(dāng)大豆分離蛋白添加量為2.0%時(shí)比容和感官評(píng)價(jià)指標(biāo)達(dá)到最高。面包的老化度隨著大豆分離蛋白添加量的增加呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)。在添加量為2.0%時(shí)達(dá)到最低，這是因?yàn)榧尤氲拇蠖狗蛛x蛋白與水具有較強(qiáng)的結(jié)合能力，具有保水的作用。當(dāng)大豆分離蛋白添加量為2.0%時(shí)所制得的面包表面光滑，色澤一致，內(nèi)部組織均勻，口感細(xì)膩，與王燕[10]的研究結(jié)果一致。此時(shí)面包的感官評(píng)價(jià)、比容達(dá)到最高，失重率、老化度達(dá)到最低，說明此時(shí)的面包品質(zhì)最好，口味最佳。通過對(duì)比分別添加酵母和大豆分離蛋白的試驗(yàn)結(jié)果，決定選擇添加大豆分離蛋白作為芋頭粉面包的改良劑，且2.0%的大豆分離蛋白為最適添加量。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)方案及結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Response surface experimental scheme and experimental results

試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過Design Expert軟件處理，得到感官評(píng)價(jià)指標(biāo)Y對(duì)自變量X1、X2和X3的響應(yīng)面二次回歸方程：Y=-162.075+42.425X1+10.963X2+24.506X3＋1.350X1X2＋0.275X1X3＋0.1375X2X3-13.950X12-0.665 6X22-1.1469X32。

響應(yīng)面試驗(yàn)中，大豆分離蛋白添加量、黃油添加量、芋頭粉添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)影響的方差分析見表4。

表4 回歸模型方差分析表Table 4 Analysis of variance of regression model

回歸方程方差分析結(jié)果表明響應(yīng)面試驗(yàn)中復(fù)合相關(guān)系數(shù)R2=0.975 1，R2adj=0.943 1，說明該模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合程度高。在P＜0.05為差異性顯著的條件下，回歸方程P值＜0.000 1，方程顯著，失擬項(xiàng)P值為0.883 5，表示失擬項(xiàng)不顯著，回歸方程顯著。證明建立的回歸方程模型符合實(shí)際情況，回歸方程有效。

表4中直觀地反映出這3個(gè)因素對(duì)感官評(píng)價(jià)的顯著性，各因素的F值表示各因素對(duì)響應(yīng)值的影響程度，F(xiàn)值越大表示該因素對(duì)響應(yīng)值的影響越大[15]。從表4可以看出3個(gè)因素對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響均為顯著，且大小排列依次為大豆分離蛋白添加量>芋頭粉添加量>黃油添加量。

經(jīng)過Design Expert8.0.6對(duì)數(shù)據(jù)處理得出的最優(yōu)條件是：大豆分離蛋白添加量為2.2%，黃油添加量為11.7%，芋頭粉添加量為11.7%，響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)的感官得分為91.3分。采用上述優(yōu)化條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得的感官評(píng)價(jià)為91.8分，與理論預(yù)測(cè)值91.3分相差不大，因此，基于響應(yīng)曲面法所得的工藝條件參數(shù)較合理準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

本文選取芋頭粉和小麥面粉為主要原料，并添加大豆分離蛋白作為改良劑制作芋頭粉面包。由單因素及響應(yīng)面的優(yōu)化試驗(yàn)可知，對(duì)芋頭粉面包的感官評(píng)價(jià)的影響因素顯著性順序?yàn)椋捍蠖狗蛛x蛋白添加量>黃油添加量>芋頭粉添加量。通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)可知芋頭粉面包最佳配方為：大豆分離蛋白添加量為2.2%，黃油添加量為11.7%，芋頭粉添加量為11.7%，在此條件下制得的芋頭粉面包感官評(píng)分最高，其外表呈金黃色，組織結(jié)構(gòu)蓬松有彈性，口感柔軟香甜，具有芋頭粉特有的風(fēng)味，色澤，口感俱佳，符合現(xiàn)代人的健康需求。