大麦面包复合改良剂的优化及其对面包品质的改善作用

李 真 董 英 於来婷

(江苏大学 食品与生物工程学院，镇江 212013)

大麦面包复合改良剂的优化及其对面包品质的改善作用

李 真 董 英 於来婷

(江苏大学 食品与生物工程学院，镇江 212013)

为获得性能优良的大麦面包复合改良剂，以满足生产营养与品质兼优大麦面包(含大麦粉55%)的需要。选用6种改良剂，以面包综合评分为依据，采用部分因子和中心组合设计等试验获得优化的复合改良剂，并利用C-Cell图像分析仪和物性仪分析和确证复合改良剂对大麦面包品质的改善效果。结果表明，优化的复合改良剂组成及添加量为：β-葡聚糖酶0.064 9%、谷朊粉7.526 9%、α-淀粉酶0.008 9%、TG 0.090 0%、蔗糖酯0.300 0%、Vc 0.012 5%；使用优化复合改良剂的大麦面包与优化前相比，其面包片周长与内部气孔数量均增加，孔洞面积减小，比容提高了45%；同时，新鲜大麦面包及其在贮藏期内质构特性明显改善，硬度减小、弹性增加、咀嚼性提升。优化的复合改良剂适用于高含量大麦粉面包的生产。

大麦 面包 改良剂 优化 面包心

大麦(HordeumvulgareL.)营养丰富，是谷物食品中全价营养食品之一。大量的现代生物化学、营养学、临床学对大麦营养成分提取物及其药理的研究成果，揭示和证明了大麦具有很高的生物学价值和营养功能，增加大麦的摄入能有效降低患心脑血管疾病、糖尿病、癌症等慢性疾病的风险[1-5]，同时还有助于健康体重的控制及抗衰老[6-7]等。虽然目前大部分国家或地区没有以大麦为主食，但是其优质的营养及保健功能更符合现代人们对健康的需求，因此，吸引人们开始重拾对大麦食品的兴趣[8-9]。

美国食品药品监督局(FDA，1999)和美国全谷物理事会(WGC，2005)分别发布声明，食品中全谷物的含量达到51%以上的产品才可以标注为全谷物食品。据此，大麦粉添加量大于51%才可称其为大麦面包。然而，以20%以上的大麦粉(尤其≥30%时)替代小麦粉制作面包，就会造成面包体积变小、硬度增加、质地粗糙、口感变差等问题[10]。针对该问题，在前期试验中，将β-葡聚糖酶添加到大麦(30%)-小麦(70%)混合粉中，发现β-葡聚糖酶能显著改善大麦-小麦混合粉面包的外观及内部结构，提高其感官品质[11]。但若将大麦粉的添加量继续增加至50%以上，仅添加单一的β-葡聚糖酶作为改良剂，其效果则不够理想，故有必要探索和研发新的复合改良剂，以研制出大麦粉添加量达到55%的“大麦面包”。

本研究在选择β-葡聚糖酶的前提下，配以谷朊粉、α-淀粉酶、谷氨酰胺转氨酶、Vc、蔗糖酯等改良剂，采用部分因子设计(FFD)、最陡爬坡试验和中心组合设计(CCD)相结合的方法，研发大麦面包复合改良剂，为营养与感官品质兼优的大麦面包等面制品的工业化生产提供条件。

1 材料与方法

1.1 试验材料

大麦(扬饲麦3号)：盐城市双增农化科技有限公司；高筋小麦面粉(面包基础粉)：江苏上一道科技股份有限公司；β-葡聚糖酶：苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司；谷氨酰胺转氨酶(TG-F101)：东圣食品科技有限公司；真菌α-淀粉酶：江苏锐阳生物科技有限公司；即发干酵母：安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

C-Cell 图像分析仪：英国 Calibre Control International Ltd.；TA.XT Plus物性仪：英国Stable Micro Systems公司；YXD-60远红外线食品烘炉：广州市鑫南方电热设备有限公司；SZM30搅拌机：广州旭众食品机械有限公司；FX-14 面包发酵箱：广州市鑫南方电热设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 大麦面包的制作

对照组：称取一定量的大麦粉(55%)与小麦粉置于和面钵中，加入糖10%、盐1%、即发干酵母1%和水64%，搅拌成面团。称取450 g面团揉搓整形，放入吐司模具，于37 ℃、85%(相对湿度)下醒发80 min，入炉烘烤22 min(上、下火200 ℃)。

样品组：在对照组的基础上添加改良剂，操作步骤与对照组一致。

1.3.2 大麦面包复合改良剂的优化方法

以综合评分作为响应目标，首先采用FFD方法筛选出对响应结果影响较大的几个因素，然后在最陡爬坡实验基础上，采用CCD对主要影响因素的取值进行响应面分析和优化，最终确定最优大麦面包复合改良剂的配方，并进行验证。

1.3.2.1 筛选试验设计

采用FFD方法[12]。谷朊粉、β-葡聚糖酶、谷氨酰胺转氨酶、α-淀粉酶、蔗糖酯、VC分别对应表1中的因素A、B、C、D、E和F。各参数代表的变量及高低水平对应的真实值见表1。试验重复2次，对应的响应值(综合评分)取2次试验结果的平均值。

表1 FFD试验因素水平表

1.3.2.2 最陡爬坡试验

根据FFD试验结果，设计最陡爬坡试验，进一步确定最佳点区域。

1.3.2.3 中心优化组合试验及响应面分析

根据以上试验结果确定的显著影响因子和最陡爬坡最佳点，采用CCD试验，试验因素水平的选取如表2所示，试验重复2次，取平均值。

表2 中心优化组合试验变量和水平

1.3.3 面包品质评价

1.3.3.1 比容的测定

烘焙出炉的面包室温冷却2 h，称重，面包体积采用菜籽替代法测定，按照下式计算比容。每个样品重复3 次，取平均值。

(1)

1.3.3.2 面包质构特性分析

烘焙出炉的面包室温冷却2 h，将面包切成厚度为25 mm薄片。采用P/50r的平底柱形探头，测前速度2.0 mm/s，测试速度 1.0 mm/s，测后速度 1.0 mm/s，压缩 40%，每个样品重复3 次，取平均值。

1.3.3.3 面包内部纹理结构分析

焙烤结束的面包室温冷却12 h后，用面包切片机切成约12.5 mm厚的面包片，取面包中间部分的切片进行试验，利用C-Cell图像分析仪获取图像，并用C-Cell分析软件2.5对图像进行处理得到相关数据。

1.3.3.4 综合评分

比容+感官评定=100，其中包括比容(35分)，表皮色泽(5分)，表皮质地与面包形状(15分)，包心色泽(5分)，纹理结构(15分)，平滑度(10分)，弹柔性(10分)，风味(5分)具体详细评分标准参照文献[13]中面包外部与内部特征评价；其中比容评分标准参照文献[14]，略作修改，比容大于等于3.5为35分，小于3.5时，比容每降0.1 mL/g，扣1分。

1.3.4 数据统计与处理

多元回归与响应面分析采用R 2.15.1软件进行；C-Cell及物性试验采用SPSS11.0进行数据分析与统计，试验数据以x±sd表示，显著性P<0.05。

2 结果与分析

2.1 FFD试验筛选出重要因子

利用FFD试验设计方法对谷朊粉、β-葡聚糖酶、谷氨酰胺转氨酶、α-淀粉酶、蔗糖酯和VC等6个因素进行筛选，相应的设计矩阵及结果见表3(表3中第7个因素为空)。对表3中的试验结果进行一次多项回归分析，通过F检验结果表明回归方程显著，回归方程R2=0.867 2，说明方程可以对试验结果可以进行较好的拟合。各因子显著性分析结果如表4所示，其中A(谷朊粉，P=0.010 4)、B(β-葡聚糖酶，P<0.001)、D(α-淀粉酶，P=0.018 5)3个因素水平的改变在95%的概率水平上对结果有显著性影响，因此选择该3个因素进入后续爬坡试验以确定最优值的范围。筛选出的3个重要因子的回归系数均为正值，表明它们对综合评分的影响呈正效应，即随着三者添加量的增加，综合评分呈不断上升的趋势。

试验其他因子(谷氨酰胺转氨酶、蔗糖酯和VC)对结果的影响不显著，因此在之后的试验中添加量固定为FFD试验中的0水平。

表3 FFD试验设计及结果

表4 多元线性回归方程系数及影响因子的显著性检验

2.2 最陡爬坡试验确定中心点

根据FFD筛选出3个对结果影响较大的因素，设计最陡爬坡试验，来确定最优值的中心点，试验设计及结果如表5所示。由表5可知，最优点在第5组试验附近出现，即谷朊粉7.200%、β-葡聚糖酶0.054%、α-淀粉酶0.007 5% 的组合中，综合评分得分最高，因此，在之后的响应面试验中，将此处3个因素的变量值设为中心优化组合设计试验的中心点进一步优化。

表5 最陡爬坡试验及结果

2.3 中心组合设计试验优化出复合改良剂最佳配方

以最陡爬坡试验的最优点为中心点，对谷朊粉、β-葡聚糖酶和α-淀粉酶3个组分进行中心优化组合设计，试验结果如表6所示。

表6 中心优化组合试验设计及结果

对试验结果进行二次多元回归拟合，分析结果见表7，并得如下方程：

Y=-518+149.4X1+11 470X3-12.98X12-73 750X22-2 396 000X32+709.6X1X2+477 600X2X3

式中Y为响应值，表示感官综合评分；X1、X2、X3分别代表谷朊粉、β-葡聚糖酶和α-淀粉酶的添加量(%)。

F检验结果表明此回归方程极显著(P<0.001)，方程的决定系数R2=0.945 3，说明94.53% 的试验数据可以用这个方程解释，说明其可信度高，试验误差小。通过软件计算得到方程的极值点：谷朊粉、β-葡聚糖酶和α-淀粉酶的添加量分别为7.526 9%、0.064 9%和0.008 9%，在此条件下，综合评分的最大值为95.31。

表7 二次模型回归系数显著性检验

2.4 验证试验确证模型的可靠性

将上述最佳试验点重复3次进行验证试验，取平均值得到优化后的综合评分为95.22，接近模型预测值，较未优化前提高了近70%，说明回归方程能够准确地反映各因子对大麦面包综合评分的影响。

2.5 复合改良剂对大麦面包品质的改善效果

采用C-Cell图像分析仪和物性仪对优化前后大麦面包的品质进行分析。其中包括对照组(不添加改良剂组)、0水平组(CCD试验中的0水平组)和最优组(添加优化的最优复合改良剂组)。

2.5.1 复合改良剂对大麦面包比容及内部结构的影响

由表8可以看出，与对照组相比，0水平组面包的比容提高了40%，最优组面包的比容提高了45%。面包内部纹理结构往往对消费者选择面包产生重要影响[15]，而数字图像分析技术具有定量性和再现性强的特点，可用来客观和直观的呈现面包纹理结构，提高感官评分的科学性和准确性[16]。由表8可知，与对照组相比，最优组大麦面包品质得到明显改善。面包片周长越大说明面包体积越大，改良后的面包片周长显著大于对照组，且最优组周长最大，与比容测定结果相一致；另外，面包是具有弹性海绵状组织的发酵面制品之一，其内部海绵状组织的形成与气孔数量和大小有关，气孔直径越小面包结构越细腻，但过小会造成内部结构过于紧密和紧实而影响品质[17]。对照组面包气孔数量和气孔面积、气孔直径和气孔体积均为三组中最小值，但其孔洞的面积却是最大，主要原因可能为55%大麦粉的添加，一方面造成混合粉中面筋含量大幅度降低，从而使面团持气力减弱，无法充分膨胀，导致面包焙烤时不能形成蓬松的结构，另一方面与大麦中富含的β-葡聚糖有关，其强吸水和刚性结构阻碍了面筋网络结构的形成与稳定。FFD试验结果表明，β-葡聚糖酶与谷朊粉均为重要影响因子，在大麦面包复合改良剂中不可或缺。

表8 三组面包比容及内部纹理结构的比较

注： 同一列中不同的小写字母表示具有显著差异(P<0.05)。

2.5.2 复合改良剂对贮藏期大麦面包质构特性的影响

松软且富有弹性是面包的重要品质属性之一。面包硬度与咀嚼性值越大、弹性越小的面包吃起来越硬，缺乏弹性、绵软和爽口性[18]。由表9可知，与对照组相比，改良后面包在贮藏期间的硬度和咀嚼性值均大幅度降低，弹性提高，例如，对于新鲜面包(0 d)，最优组的硬度(616.10±31.81)g比对照组(3 509.24±188.95)g降低了约82%，弹性从对照组的(77.12±0.48)%提高到了最优组的(85.66±0.36)%，咀嚼性值也降低了约76%，表明优化的复合改良剂对新鲜面包和贮藏期面包质构特性均具有良好的改善作用。

表9 3组面包比容及贮藏期间质构特性的比较

注：同一行中不同的小写字母表示具有显著差异(P<0.05)。

3 结论

3.1 本研究对选择的6种改良剂进行筛选试验，其中β-葡聚糖酶、谷朊粉及α-淀粉酶对大麦面包(含有55%大麦粉)的综合评分影响显著，其重要次序为：β-葡聚糖酶>谷朊粉>α-淀粉酶，说明β-葡聚糖酶对大麦面包具有关键性的影响。

3.2 优化的大麦面包复合改良剂最优配方为：β-葡聚糖酶0.064 9%、谷朊粉7.526 9%、和α-淀粉酶0.008 9%、谷氨酰胺转氨酶0.090 0%、蔗糖酯0.300 0%、Vc 0.012 5%，在此条件下制得的面包综合评分为95.22±0.34，与预测值(95.31)接近，较未优化前(27.41)提高了近70%，证明优化结果可信。

3.3 添加复合改良剂的大麦面包，在外观、形状、内部纹理结构和质构特性等方面均得到明显的改善，比容增大、硬度降低、弹性增加，内部组织由改良前的过于紧实、致密结构变得多孔蓬松、柔软和富有弹性，且面包色泽鲜亮。复合改良剂克服高含量大麦粉对面包的负面影响，适用于大麦面包等食品的加工。

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Optimization of Barley Bread Composite Improver and Its Improvement on Bread Quality

Li Zhen Dong Ying Yu Laiting

(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013)

Good composite improver was obtained for meeting the needs of barley bread (containing barley flour 55%) both good in nutrition and quality. Six improvers were chose. Optimization composite improver was obtained by FFD and CCD on the basis of bread composite score,. Meanwhile, the improvement effect on barley bread was investigated and confirmed using C-Cell and textural analyzer. The results indicated that the composite improver addition level were β-glucanase 0.064 9%, wheat gluten 7.526 9%, α-amylase 0.008 9%, transglutaminase 0.090 0%, sucrose ester 0.300 0% and Vc 0.012 5%. Compared with the bread before optimizing, the wrapper length of bread with composite improver and number of cells has increased, specific volume increased by 45% while area of holes decreased. Meanwhile, the textural characteristics of fresh and storage period bread were all significantly improved. Bread hardness decreased, springiness increased, and chewiness improved. As a result, the composite improver was suitable for producing barley bread with high content of barley flour.

barley, bread, improver, optimize, crumb

TS213.2

A

1003-0174(2016)06-0117-06

江苏省普通高校研究生科研创新项目(CXZZ12-0698)

2014-08-30

李真，女，1983年出生，博士，谷物营养与加工

董英，女，1954年出生，教授，博士生导师，食品营养与安全