响应面法优化酵子老面馒头生产工艺研究

温纪平 王大一 卞 科（河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001）

响应面法优化酵子老面馒头生产工艺研究

温纪平 王大一 卞 科
（河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001）

酵子是传统混菌馒头发酵剂，利用酵子制作老面馒头，可以提升馒头口感和风味以及产品稳定性，促进传统发酵主食工业化。利用响应面分析法对酵子制作老面馒头生产工艺进行了优化。在单因素试验的基础上，选取发酵时间、酵子添加量、发酵温度为自变量，馒头感官评分为响应值，进行响应面优化试验。确定最佳工艺参数为：发酵时间21 h、酵子添加量4%、发酵温度27℃，在此条件下馒头感官评分是79，与理论预测值78.40相差较小，说明响应面优化后的工艺具有一定的实践指导意义。对照试验中，老面馒头的感官评分高于新鲜酵子馒头，但稍低于酵母馒头。

酵子 老面 馒头 响应面法

馒头是中国传统发酵面食，是中华民族饮食文化的象征［1］。作为传统风味馒头种类之一的老面馒头，即利用长时间发酵的面团—老面，作为发酵剂来制作馒头。由于其独特的风味［1］和口感，在全国多地区，尤其是广大农村地区仍有所应用［2］。老面发酵所需温度不高，耗能较少，同时，发酵剂用量少，原料成本较低；发酵条件控制要求不高，管理方便；混菌长时发酵，微生物生理、生化反应产生多种风味物质，加之后期食用碱加入产生的碱香味，馒头风味独特浓郁；酸性老面环境促进淀粉、蛋白等大分子营养物质分解或变性，改善面团特性，馒头口感较好，老化较慢［3］；酸面团发酵还能提高谷物产品的营养价值［4］。但目前馒头老面菌种多依赖当地自然环境，具有地域性，馒头品质稳定性及工业化生产较差；长时间的发酵，易滋生杂菌，可能产生有害物质；面团pH控制较难［3］。酵子作为一种传统混菌发酵剂，其制作工艺简单、成本低，酶系丰富，具有糖化、酯化等作用，制作的馒头具有单纯酵母馒头所不能比的独特风味和口感［5］。文献［6-11］曾从传统发酵剂中分离鉴定出多种优势菌，苏东民等［12］研究了酵母菌和乳酸菌在发酵过程中的生长及代谢特性，发现不同菌种对营养物质的利用有差异，代谢产酸及可溶性糖也不一样。把酵子应用于老面制作当中，可以淡化酵子发酵力较弱的缺点，充分利用酵子混菌、多酶系等优点，并改善老面和成品稳定性，结合二者的优点，借鉴马永生［13］酵母老面馒头做法，研究并优化酵子老面馒头制作工艺，期望改善馒头品质，提高其货架期。

本试验以特一粉、酵子为主要原料，选定发酵时间、酵子添加量、发酵温度3个主要因素，通过响应面法系统优化其制作工艺，以期为老面馒头的进一步研究打下基础。

1 材料与方法

1.1 原料

金苑特一粉：郑州金苑面粉有限公司（特性分析见注释）；酵子：市售，发酵力为12 h产气1 572±70 mL，酵母菌含量（1.18±0.21）×108个／g，乳酸菌含量（1.15±0.05）×108个／g。

1.2 主要仪器

JHMZ-200型针式和面机、JMTD-168／140型实验压片机、JXFD-7型醒发箱：北京东孚久恒仪器技术有限公司；DT500型电子天平：常熟市双杰测试仪器厂；F3流变发酵仪：法国肖邦技术公司；TA.XT Plus质构仪：英国Stable Micro System仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 原料基本指标测定

小麦粉中水分的测定：按照GB／T 5009.3—2010中直接干燥法测定；灰分的测定：按照GB／T 5009. 4—2010测定；蛋白质含量的测定：按照GB／T 5009.5—2010中凯氏定氮法测定；白度的测定：按照GB／T 12097—1989的方法测定。

表1 原料粉基本指标

面团流变性粉质特性的测定：按照 GB／T 14614—1993测定。

酵子中酵母菌和乳酸菌含量测定：酵母菌计数采用 YPD培养基，乳酸菌计数采用 MRS培养基［14］。

酵子发酵力测定［15］：利用F3发酵流变仪，按照操作规程进行测定，测定条件为：面团质量315 g、测定温度35℃，测试时间12 h，砝码质量2 000 g。

新鲜酵母馒头制作：参考何松等［16］方法，作相应修改。取安琪即发活性干酵母0.75 g和小麦粉150 g，加水75 mL，和面、压片，然后揉至面团表面光滑，制成馒头坯，放置于温度33℃、相对湿度85%左右的醒发箱中，醒发60 min，在沸水蒸汽条件下，蒸制25 min，停火2 min，取出馒头，室温放置待测。

新鲜酵子馒头制作：参考刘长虹等［17］方法。

1.3.2 老面馒头制作工艺

老面制作：称取小麦粉150 g，先用45%（以面粉重为基准）的水把一定量（以小麦粉质量分数计）的酵子溶解搅匀，然后将面粉和发酵剂溶液置于针式和面机和面3 min，整成团状后，放入面钵中，盖上湿布，置于醒发箱中发酵一定时间（相对湿度控制在85%左右）。

馒头制作：参照胡丽花［8］方法，结合实际修改如下，取75 g老面团，105 g小麦粉，适量水（总水量保持在45%左右），以及适量食用碱，用和面机混匀3 min，压片至形成光滑完整的面团后，揉制成型，将馒头坯置于温度为38℃、相对湿度为（88±2）%的醒发箱中醒发1 h，沸水汽蒸30 min，制得馒头样品，室温放置待测。

1.3.3 馒头感官评价标准与方法

参照陈军丽馒头评分标准［18］，制定了酵子制作老面馒头的感官评价标准，见表1。蒸制好的馒头室温下放置40 min后，组织品评人员进行感官评价。

1.3.4 馒头质构测定方法［19］

蒸制馒头在常温下放置1 h后，用切片机将其从竖直方向切成厚度为15 mm的均匀薄片，取中心2片，利用TA.XT Plus质构仪进行质构特性测试。参数设定：测前速率：3.00 mm／s，测试速率：1.00 mm／s，测后速率：1.00 mm／s，压缩程度：50.00%，触发力：5.0 g。

1.3.5 单因素试验

分别以不同的发酵时间、酵子添加量、发酵温度进行单因素试验，考察各因素对馒头感官品质的影响。

1.3.6 中心组合试验

根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原理，在单因素试验基础上，确定中心组合试验因素与水平，以馒头感官总分为响应值，试验因素及水平编码如表2所示。具体试验设计方案见表3。

表2 馒头感官评价指标及评分标准

表3 响应面因素水平编码表

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 发酵时间对老面馒头品质的影响

在酵子添加量为3%、发酵温度为30℃的条件下，考察老面发酵时间5～40 h对馒头感官评分的影响，结果如图1所示。

图1 发酵条件对老面馒头感官品质的影响

由图1可知，老面馒头总感官得分随着发酵时间的增加，呈现先上升后下降的趋势。主要原因是面团经过长时间的发酵，其中的酵母菌、乳酸菌等各种微生物代谢产生了乙醇和有机酸等物质，它们之间的相互作用，能够产生风味前体物质酮类、醛类等，以及酯类等芳香风味物质［20］，提高了馒头风味品质，同时，随着发酵时间的延长，酵母菌产气量增加，馒头内部空洞逐渐增大，蒸制出的馒头体积蓬松、暄软可口，感官得分较高。但是发酵时间过长，微生物代谢所产酒精可导致麦胶蛋白的溶解［21］，以及其酶解、酸、醇、氧化作用等导致面筋网络结构遭到破坏［22］，面团持气性下降，导致馒头内部结构不均匀，没嚼劲，易掉渣，感官总分降低。因此，根据响应值变化，选取发酵时间为20 h。

2.1.2 酵子添加量对老面馒头品质的影响

固定老面发酵时间为20 h，发酵温度为30℃，考察酵子添加量在1%～9%范围内对馒头感官评分的影响，结果如图1所示。

由图1可知，酵子添加量为3%时，馒头的感官总分最高。酵子添加量直接影响引入面团中酵母菌等发酵菌的多少，当酵子添加量较少时，面团发酵力不足，面团膨松不充分，馒头的比容偏小，质构品质较差，口感不好；当酵子添加量超过3%时，面团发酵力增强，产气量增加，但是过量的添加酵子明显影响了馒头色泽，也导致老面味道的劣变，同时，影响了面团的流变学特性，馒头易产生大气孔，易开裂，气味和口感变差，感官总分下降。考虑到经济性，结合曲线变化趋势，选取3%为酵子添加量。

2.1.3 发酵温度对老面馒头品质的影响

固定发酵时间为20 h，酵子添加量为3%，在20～40℃范围内考察发酵温度对馒头感官评分的影响，结果如图1所示。

由图1可以看出，随着发酵温度的增加，馒头的感官总分变化幅度较大，说明温度是影响其感官品质的重要因素。同时，感官得分曲线在25℃出现了峰点，而并没有渐升或者渐降的趋势。这是因为发酵温度较低时，发酵微生物活动受抑制，面团发酵不充分，从而影响了馒头的感官品质；发酵温度过高时，酵子中的其他杂菌成为优势菌，大量繁殖，产生怪异气味，同时可能引起面团变色［3］，从而导致馒头感官品质的下降。因此，选取25℃为最佳发酵温度。

2.2 响应面法优化酵子制作老面馒头工艺条件

2.2.1 试验结果分析

根据Box-Behnken中心组合试验设计原理，综合分析单因素试验，对以上3个单因素设计三因素三水平共17个试验。其中12个析因试验；5个中心组试验。响应面试验数据结果见表3。

采用Design Expert 8.0.6软件，以发酵时间、酵子添加量、发酵温度为响应变量，以馒头感官评分为响应值对所得数据进行回归分析，得到感官总分（Y）非线性回归方程：

Y=76.60+0.87A+4.44B+4.94 C-0.37AB+ 0.38AC-0.50BC-1.55A2-5.92B2-6.68C2

对模型进行显著性检验，结果见表4。回归方差分析显著性检验表明，该回归模型F=14.05，P= 0.001 1＜0.01，模型回归显著，失拟项P=0.391 7＞0.05，失拟项不显著。同时，该回归模型的总决定系数R2=0.947 5，调整决定系数Adj R2=0.880 1，说明该模型的拟合程度较好。因此，利用此模型来预测老面馒头实验室制作工艺是可行的。

由表5可对各因素的影响程度进行分析，因素F值的大小可以反映出其对试验指标的重要性，F值越大，表明对试验指标影响越大，即重要性越大。所以，影响馒头感官评分因素主次排列顺序为：发酵温度＞酵子添加量＞发酵时间。同时由因素P值可知，模型中一次项因素B（酵子添加量）、C（发酵温度）以及二次项因素B2、C2对响应值的影响显著，也说明了各实验因素对响应值的影响不是简单的线性关系。

表4 Box-Behnken试验设计及结果

表5 感官总分的回归模型方差分析

2.2.2 响应面交互作用分析

由图4 a可知，当固定发酵温度时，发酵时间和酵子添加量交互作用不显著，感官评分主要受酵子添加量影响，随着酵子添加量的增大，感官总分显著升高随后缓慢下降。由图4 b可知，发酵时间和发酵温度交互作用不显著，感官总分主要受发酵温度影响，随着发酵温度的上升，感官总分也呈现快速上升随后缓慢下降的趋势。由图4 c显示，酵子添加量和发酵温度交互作用显著，感官总分随着酵子添加量和发酵温度的增加变化幅度较大，说明酵子添加量和发酵温度对感官评分的影响较为显著。

图2 各两因素之间的三维响应面图

2.3 最佳工艺条件的检验

通过回归模型的预测，得到酵子制作老面馒头的最佳工艺条件：发酵时间21.42 h、酵子添加量3.7%、发酵温度26.83℃，预测响应值感官评分为78.40分。为检验响应面分析法的可靠性，采用上述最优条件进行验证试验，同时考虑操作的方便性，将生产工艺参数修正为发酵时间21 h、酵子添加量4%、发酵温度27℃，实际测得的感官总分平均值为79分，与预测值相符，证实了该方程的准确性和实用性。

2.4 酵子制作老面馒头与普通馒头品质对比

按照优化的工艺制作老面馒头，对比其与新鲜酵母馒头以及新鲜酵子馒头的质构和感官品质，由表5可以看出，老面馒头的硬度、咀嚼性、回复性与新鲜酵子馒头差异显著，原因是老面发酵充分，成品馒头内部结构细腻柔软，口感较好，馒头风味较佳，从而整体评分高于新鲜酵子馒头；老面馒头和酵母馒头在质构品质上稍有差异，但由于老面发酵力较弱，色泽较差等缺点，老面馒头感官评分要低于酵母馒头，但其风味和口感明显优于酵母馒头，这也是老面馒头优势所在。

表6 馒头样品质构与感官品质对比

3 结论

通过单因素试验和Box-Behnken中心组合设计原理以及响应面分析法对酵子制作老面馒头工艺进行优化，拟合了发酵时间、酵子添加量、发酵温度这3个因素对馒头感官品质得分的回归模型。由此模型分析可知，发酵温度是影响馒头感官评分的最关键因素，各因素对馒头感官总分的影响顺序为：发酵温度＞酵子添加量＞发酵时间。当发酵时间21 h、酵子添加量4%、发酵温度27℃时为最佳工艺参数。通过对照试验我们也可以看出，酵子制作老面馒头感官和质构品质优于新鲜酵子馒头，感官评分稍低于酵母馒头。本研究所用原料粉属中等偏高筋力小麦粉，满足南北方馒头用粉差异的要求，具有代表性。

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Research on the Optimization of Producing Process of Jiaozi Sourdough Steamed Bread by Response Surface Method

Wen Jiping Wang Dayi Bian Ke
（School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001）

Jiaozi is one kind of the traditional mixed bacteria fermentation agents，sourdough steamed bread produced by Jiaozi can improve the taste，the flavor and the stability of the end products，and accelerate the industrialization of traditional fermented staple food.The response surface method was used to optimize the producing process of Jiaozi sourdough steamed bread in this paper.On the basis of single factor experiments，response variables including the fermentation time，the Jiaozi add amounts，the fermentation temperature，and the sensory score were selected to carry out response surface optimal experiment for achieving maximum score of the steamed bread.The optimal process conditions included fermentation time of 21 h，Jiaozi add amounts of 4%，fermentation temperature of 27℃. Under this condition，the actual sensory score of sourdough steamed bread was 79，compared to the theoretical score of 78.40，there was a small relative error.Technology optimized by response surface deserves some practical significance.In the control test，the sensory score of old sourdough steamed bread is higher than that of fresh Jiaozi steamed bread，but slightly lower than that of yeast steamed bread.

jiaozi，sourdough，steamed bread，response surface method

TS213.2

A

1003-0174（2017）03-0118-06

国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-03-09B），传统粮食加工制品产业化关键技术装备研究与示范（201303070）

2015-08-15

温纪平，男，1968年出生，教授，谷物加工理论与技术