響應(yīng)面法優(yōu)化番茄粉面包制作工藝

高瑞萍，向思怡，吳振，師萱*

1.重慶工商大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院（重慶 400067）；2.重慶市中藥研究院中藥健康學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶 400065）

面包是一種被世界上許多國家廣泛食用的傳統(tǒng)主食，全球每年生產(chǎn)超過90億 kg的面包制品，消費(fèi)量約為每人每年70 kg[1]。面包的制作是一個(gè)動態(tài)過程，在機(jī)械和熱量輸入、酵母和乳酸菌的活性以及小麥粉中內(nèi)源酶的驅(qū)動下，不斷地發(fā)生物理化學(xué)、微生物和生化變化，最終使面包產(chǎn)生蓬松的體積、柔軟的質(zhì)地、香甜的口感[2]。然而，用精致小麥粉制成的面包是一種營養(yǎng)不全的食物[3]，且在烘焙過程中會導(dǎo)致氨基酸、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)損失[4]。隨著人們飲食習(xí)慣的改變及對健康關(guān)注不斷提升，消費(fèi)者對于健康面包的需求不斷增加。因此，添加全麥粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維、果蔬中活性組分等物質(zhì)以提高面包的營養(yǎng)價(jià)值成為研究熱點(diǎn)。

番茄（Lycopersicon esculentum）是世界上最受歡迎的蔬菜之一，具有重要的營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。除少部分鮮食外，番茄主要被加工為番茄汁、番茄醬、番茄粉、番茄紅素等制品[5]。番茄及其制品中富含類胡蘿卜素（番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素等）、多酚（槲皮素、柚皮素、綠原酸等）、有機(jī)酸、維生素、膳食纖維、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，大量研究表明食用番茄及其制品能有效降低乳腺癌、前列腺癌、心血管疾病、肥胖等慢性疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[6-8]。在番茄制品中，番茄汁及番茄醬均能受到消費(fèi)者的喜愛，而番茄粉的精深加工及應(yīng)用亟待進(jìn)一步研究。

基于面包加工存在的問題及人們對健康面包需求不斷增加，試驗(yàn)將番茄粉添加到面包中，以番茄粉面包的比容和質(zhì)構(gòu)特性為評價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化番茄粉面包中番茄粉、白砂糖和黃油的添加量，并對番茄面包的感官及番茄紅素含量進(jìn)行探究，旨在為番茄粉的精深加工及應(yīng)用提供理論依據(jù)，也為健康烘焙產(chǎn)品的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋面粉（濱州中裕食品有限公司）；番茄粉（上海今良食品技術(shù)有限公司）；白砂糖（太古糖業(yè)有限公司）；黃油（新西蘭NATIVELANE公司）；面包改良劑（安琪酵母股份有限公司）；食鹽（重慶合川鹽化工有限公司）；雞蛋（重慶正大蛋業(yè)有限公司）；耐高糖酵母（安琪酵母股份有限公司）；正己烷、丙酮（分析純，成都科隆化學(xué)品有限公司）；無水乙醇（分析純，重慶川東化工有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

YP15K-1電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；SM-985家用攪拌機(jī)（東莞市頂廚電器科技有限公司）；YXD-F60A電熱烤箱（上海一喜食品機(jī)械有限公司）；YXZ-32發(fā)酵箱（上海一喜食品機(jī)械有限公司）；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀（英國Stable Micro Systems）；TD-5離心機(jī)（四川蜀科儀器有限公司）；VV1102Ⅱ紫外分光光度計(jì)（上海天美科學(xué)儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 面包制作工藝[9]

原料混合→和面→醒發(fā)（20 min）→切割、搓圓、整形（生坯30 g/個(gè)）→發(fā)酵（溫度37 ℃，濕度85%，時(shí)間70 min）→焙烤（上火溫度160 ℃，下火溫度140 ℃，時(shí)間9 min）→冷卻（2 h）→成品

1.3.2 番茄粉面包基礎(chǔ)配方

以100 g高精粉質(zhì)量為基準(zhǔn)，添加48 g純凈水、1.5 g酵母、10 g蛋液、0.8 g面包改良劑、1 g食鹽，白砂糖、黃油、番茄粉的添加比例按高筋面粉質(zhì)量為100 g進(jìn)行計(jì)算。

1.3.3 番茄粉面包單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 番茄粉添加量對面包品質(zhì)的影響

固定白砂糖添加量22 g、黃油添加量10 g，番茄粉添加量5，8，11和14 g，考察番茄粉添加量對面包品質(zhì)的影響。

1.3.3.2 白砂糖添加量對面包品質(zhì)的影響

固定番茄粉添加量8 g、黃油添加量10 g，白砂糖添加量20，22，24和26 g，考察白砂糖添加量對面包品質(zhì)的影響。

1.3.3.3 黃油添加量對面包品質(zhì)的影響

固定番茄粉添加量8 g、白砂糖添加量24 g，黃油添加量6，8，10和12 g，考察黃油添加量對面包品質(zhì)的影響。

1.3.4 番茄粉面包響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以番茄粉添加量、白砂糖添加量和黃油添加量為自變量，以番茄粉面包的質(zhì)構(gòu)和比容作為評價(jià)指標(biāo)，采用響應(yīng)面試驗(yàn)對番茄粉面包的配方進(jìn)行優(yōu)化。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平 單位：g

1.3.5 番茄粉面包質(zhì)構(gòu)的測定

參考張園園等[10]的方法并加以修改。將冷卻3 h的面包樣品從正中心均分成4塊，割去外表皮，取中芯部分，切成20 mm×30 mm×20 mm的小方塊裝入樣品袋中待測。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)：測前、測中、測后的速度分別為2.00，1.00和1.00 mm/s，壓縮比75%、壓縮時(shí)間30 s、2次壓縮時(shí)間間隔10 s、觸發(fā)力10 N。每組樣品平行測5次。依據(jù)宋艷玲等[11]研究得出面包質(zhì)構(gòu)屬性中硬度和彈性能夠很好地反映面包的柔軟度、組織結(jié)構(gòu)、表皮質(zhì)地，可作為主要參數(shù)評價(jià)面包的品質(zhì)。

1.3.6 番茄粉面包比容的測定

參考田紅媚等[12]的方法并進(jìn)行修改。采用小米體積排除法檢測面包的體積，將面包放入500 mL量杯中，將小米倒入填滿量杯，取出面包，觀察剩余的小米體積，二者作差得出面包樣品的體積。比容（mL/g）按式（1）計(jì)算。

1.3.7 番茄粉面包感官評價(jià)

依據(jù)GB/T 20981—2021《面包質(zhì)量通則》中的要求并進(jìn)行一定的修改并制作面包感官評分表。面包烤制完后冷卻120 min，選擇20位有一定感官評定經(jīng)驗(yàn)的品評人員（男女各10名）根據(jù)表2的感官評定標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行測評。評價(jià)指標(biāo)包括外觀、色澤、質(zhì)地、氣味與口感、雜質(zhì)。

表2 番茄粉面包感官評分表

1.3.8 番茄紅素測定

依據(jù)高瑞萍[13]的方法并加以修改。為表征面包的整體含番茄紅素含量，分別準(zhǔn)確稱取1 g帶有面包皮及面包中芯部位的樣品、0.05 g番茄粉于50 mL離心管中，加入20 mL正己烷-丙酮-乙醇（2∶1∶1，V/V）混合溶液。將樣品混合液在避光條件下振蕩30 min，加入5 mL去離子水繼續(xù)振蕩10 min，在避光條件下靜置10 min，收集上層含有番茄紅素的正己烷層。將收集的含番茄紅素的正己烷層稀釋一定倍數(shù)后，在503 nm處測吸光度。番茄紅素含量（mg/100 g）按式（2）計(jì)算。

式中：A503nm為樣品在503 nm的吸光度；Mw為番茄紅素分子量，536.9 g/mol；V為樣品溶液中正己烷的體積，mL；ε為番茄紅素在正己烷503 nm波長處的消光系數(shù)，17.2×104L·cm/mol；L為吸收池長，1 cm；C為稀釋倍數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)重復(fù)3次，結(jié)果以平均值±SD表示。數(shù)據(jù)使用SPSS 19.0進(jìn)行分析，方差分析采用Tukey’s HSD進(jìn)行分析。圖表中以不同小寫英文字母代表顯著性差異（P＜0.05為顯著性差異）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 番茄粉添加量對面包品質(zhì)特性的影響

硬度和彈性能夠較好反映面包的質(zhì)構(gòu)特性。由圖1可見，隨著番茄粉添加量的增大，面包的硬度呈現(xiàn)上升趨勢，而彈性呈現(xiàn)下降趨勢，每100 g面粉添加5和8 g番茄粉對面包的硬度和彈性沒有顯著性影響（P＞0.05），隨著添加量增加，硬度和彈性具有顯著性變化。隨著添加量的增大，更多的番茄粉填充在淀粉-蛋白質(zhì)基內(nèi)形成物理障礙，降低面團(tuán)的延展性，使面筋網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)空洞，面包持氣性變差，從而導(dǎo)致面包的硬度不斷增大，彈性和比容不斷減小[14-15]。

面包比容能較好反映面團(tuán)體積膨脹程度及保持能量。由圖1可見，隨著番茄粉添加量增加，面包的比容呈現(xiàn)降低趨勢，每100 g面粉中添加6和8 g番茄粉對面包比容影響不顯著（P＞0.05），隨后呈現(xiàn)顯著降低趨勢。這表明適量添加番茄粉不影響面團(tuán)醒發(fā)，但添加量過高，會降低面團(tuán)的醒發(fā)能力。這可能是番茄粉中含有豐富的膳食纖維，會降低混合面團(tuán)的面筋含量，從而影響面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低面團(tuán)的持氣能力[14,16]。

圖1 番茄粉添加量對面包硬度、彈性和比容的影響

番茄粉添加量決定了番茄面包獨(dú)特的番茄風(fēng)味，添加量過少會導(dǎo)致番茄風(fēng)味不足，面包表皮顏色呈淡黃色與普通面包沒有差別；而番茄粉添加量過多會導(dǎo)致面包成品過于酸和顏色暗沉，使人食欲下降。由于5和8 g番茄粉添加量對面包硬度、彈性和比容并無顯著性影響，故選取添加8 g番茄粉作為中心點(diǎn)。

2.1.2 白砂糖添加量對面包品質(zhì)特性的影響

白砂糖具有吸濕性，在面包烘焙過程中，可以增加面包制品的柔軟度、蓬松度及其貨架期。糖在烘焙加熱過程中產(chǎn)生焦糖化反應(yīng)及美拉德反應(yīng)，使面包具有鮮艷的色澤及誘人的香氣，并且白砂糖可以作為酵母的養(yǎng)分，促進(jìn)面團(tuán)酵母的繁殖，使面包變得蓬松、發(fā)酵加快，并且改善其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)[17]。由圖2可見：面包的硬度隨著白砂糖添加量增加呈先上升后下降再上升趨勢，硬度在白砂糖添加量22與24 g之間產(chǎn)生顯著性差異（P＜0.05）；彈性隨著白砂糖添加量的增加呈先上升后下降趨勢，在添加量24 g時(shí)達(dá)到峰值，隨后顯著降低；比容隨著白砂糖添加量的增加呈先上升后下降趨勢，白砂糖添加量24 g時(shí)比容最大，與其余3組均具有顯著性變化。由于白砂糖添加量過少會導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)酵不充分、口感差、產(chǎn)品色澤暗淡以及組織結(jié)構(gòu)差；而白砂糖添加量過多導(dǎo)致其內(nèi)部氣孔大，產(chǎn)品顏色深，導(dǎo)致面團(tuán)面筋形成不充分，面包不蓬松。結(jié)合成品的各項(xiàng)品質(zhì)，確定白砂糖添加量24 g為中心點(diǎn)。

圖2 白砂糖添加量對面包硬度、彈性和比容的影響

2.1.3 黃油添加量對面包品質(zhì)特性的影響

黃油在面團(tuán)中可以使面團(tuán)延展性更好，在焙烤過程中產(chǎn)生風(fēng)味，并且可以延長面包成品的保藏期，且黃油也直接影響著面包的硬度、彈性和比容。從圖3可以看出，隨著黃油添加量的增多，硬度呈顯著性下降（P＜0.05）。彈性隨著黃油添加量增加呈上升趨勢，彈性在添加量為8 g和10 g時(shí)沒有顯著性變化（P＞0.05）；面包比容隨著黃油添加量的增加呈先上升后下降的趨勢，在黃油添加量10 g時(shí)達(dá)到最大值；黃油添加量8和10 g時(shí)，面包內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠蓬松，內(nèi)部氣孔大，添加量10和12 g時(shí)面包內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔，大氣孔少，面團(tuán)伸展性好。由于黃油添加量過多會導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)酵差、面團(tuán)不易成型、比容小、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)差、形態(tài)不飽滿以及口感變差；黃油添加量少會導(dǎo)致面團(tuán)延展性差，導(dǎo)致發(fā)酵出的面包體積小，烤制出的面包顏色淡、柔軟度差、比容小[17]。結(jié)合面包的各項(xiàng)品質(zhì)以及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，確定黃油10 g為最中心點(diǎn)。

圖3 黃油添加量對面包硬度、彈性和比容的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以硬度為響應(yīng)值，以番茄粉添加量、白砂糖添加量及黃油添加量為影響因素，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果如表3所示。

表3 響應(yīng)面分析試驗(yàn)方案及結(jié)果 單位：g

2.2.2 方差分析與回歸方程

利用Dexign-Expert軟件對結(jié)果進(jìn)行多遠(yuǎn)回歸擬合，得出番茄粉添加量、白砂糖添加量、黃油添加量與面包硬度間的二次多元回歸方程：Y=968.73+107.26A+146.26B-219.75C+62.01AB-94.49AC-67.5BC+8.7A2+268.67B2+94.85C2。

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果見表4。模型F為10.4，所得番茄粉面包硬度的回歸方程顯著（P＜0.01）；失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），從而可對番茄粉面包的工藝參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測和分析。方差的決定系數(shù)R2值為0.930 4，說明硬度的變化有93.04%來源于番茄粉添、白砂糖和黃油的添加量。方差分析結(jié)果表明，一次項(xiàng)和二次項(xiàng)都有顯著性因素，其中A、B、C和B2顯著，各試驗(yàn)因子對面包硬度具有顯著性影響。通過回歸方程確定3個(gè)變量對面包硬度的貢獻(xiàn)大?。篊＞B＞A。

根據(jù)回歸方程及表4的結(jié)果，得出番茄粉面包的最佳工藝配方：每100 g面粉中，番茄粉9.20 g，白砂糖23.12 g，黃油11.84 g。由回歸方程預(yù)測，在此條件下面包硬度的理論值為888.375 g?？紤]到試驗(yàn)條件和實(shí)際操作的可能性，調(diào)整為番茄粉9 g、白砂糖23 g、黃油12 g，進(jìn)行3次驗(yàn)證的試驗(yàn)，番茄粉面包的平均硬度為910.45 g。該值與預(yù)測誤差小于3%，說明該模型可以很好地反映番茄粉面包的最佳配比。該條件下番茄粉面包的彈性為0.66 mm。

表4 回歸方程的方差分析

2.3 番茄粉面包的感官及番茄紅素含量結(jié)果

由圖4可得，通過對最優(yōu)工藝制備的番茄粉面包與未添加番茄粉的面包進(jìn)行比較，添加番茄粉面包的感官評分顯著高于未添加番茄粉的面包。一方面，添加番茄粉的面包其大小適中、外形飽滿，具有番茄獨(dú)特的香味。另一方面，由于番茄粉中富含番茄紅素，使面包呈現(xiàn)橙黃色，使面包形成一種獨(dú)特的顏色，能夠較好地吸引消費(fèi)者。

圖4 番茄粉對面包感官評分的影響

高溫烘焙后番茄紅素?fù)p失50.47%，持續(xù)長時(shí)間高溫烘焙處理導(dǎo)致全反式番茄紅素發(fā)生氧化或異構(gòu)化，從而使得烘焙后番茄粉中番茄紅素含量降低[18-19]。面包中番茄紅素含量為6.645 mg/100 g，由此可得，添加番茄粉不僅為面包提供獨(dú)特的番茄風(fēng)味，同時(shí)也提高面包的營養(yǎng)價(jià)值。

表5 番茄粉面包中番茄紅素含量 單位：mg/100 g

3 結(jié)論

基于單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面試驗(yàn)對番茄粉面包的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，探究番茄粉添加量、白砂糖添加量和黃油添加對面包品質(zhì)的影響。最優(yōu)工藝參數(shù)：每100 g面粉中番茄紅素添加9 g、白砂糖添加23 g、黃油添加12 g。在此條件下，產(chǎn)品的硬度為910.45 g，彈性為0.66 mm，感官評分為86.65分，番茄紅素含量為6.65 mg/100 g。試驗(yàn)結(jié)果證明添加番茄粉能得到具有番茄風(fēng)味的營養(yǎng)面包，為番茄粉在烘焙制品中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。