复合乳化剂对面包品质及货架期影响研究

钟宝瑜，陆利霞，熊晓辉

(南京工业大学 食品与轻工学院，江苏 南京，211800)

当今社会，随着人们的生活节奏日益加快，面包这样一种既方便又营养的食品越来越受到上班族的青睐。但是，由于面包营养丰富且自身水分含量较高[1-2]，为微生物的生长提供了良好的环境，容易导致面包腐败变质，货架期缩短，尤其是夏季和秋季通常只有两三天保质期[2-4]；通常添加山梨酸钾等防腐剂的方式来延长面包保质期。由于防腐剂对酵母菌有一定的抑制作用，在面包制作过程中会影响面团的发酵，导致最终产品的体积较小，品质较差。同时面包在贮藏过程中还存在面包芯变硬无弹性等问题[5-6]，每年因面包品质问题造成3%～7%经济损失[7]，严重制约了面包行业的发展。因此，如何延长面包货架期成为现阶段急需解决的问题。

作为面包常见品质改良剂，乳化剂主要用于改善面包品质，提高其感官性状。而有研究表示如聚甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯和单月桂酸甘油酯等乳化剂具有一定的抑菌作用[8-14]，报道称单月桂酸甘油酯抑菌谱广，对常见的革兰氏阳性菌、霉菌等真菌均有较强的抑制作用[14]，且其抑菌效果比山梨酸、脱氢乙酸钠等常见防腐剂好[15]，是一种安全高效的天然防腐保鲜剂，目前研究主要应用于肉制品、豆制品、糯米糕团、月饼中作为保鲜防腐剂，但其应用于面包中的研究报道较少。本实验选取单月桂酸甘油酯、聚甘油脂肪酸酯、硬脂酰乳酸钠3种食品乳化剂，通过单因素实验和响应面法复合乳化剂并探究其改善面包品质及防腐抑菌性能，改善面包品质的同时使复合乳化剂具有防腐抑菌的功效，如能将其投入生产，将会使得传统的面包生产方式得以改变，带来巨大的经济效益和社会效益。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

单月桂酸甘油酯，河南正通食品科技有限公司；聚甘油脂肪酸酯、硬脂酰乳酸钠、硬脂酰乳酸钙，河南奥尼斯特食品有限公司；蔗糖脂肪酸酯，广西云鹏工贸有限责任公司；单硬脂酸甘油酯，广州嘉德乐生化科技有限公司；面包用小麦粉，江苏南顺食品有限公司；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；糖、食盐、脱脂奶粉、黄油等原辅料(食品级)，市售。

1.2 仪器与设备

SM-50搅拌机、SM-32F醒发箱、SM-636电动分块机、SM-603T电烤炉：新麦机械(无锡)有限公司；TMS-Prol质构仪：美国FTC公司；JH2102电子天平：上海精密仪器科学有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面包制作工艺[16]

参照GB/T 14611—2008《粮油检验 小麦粉面包烘焙品质试验 直接发酵法》配方制作面包，制作方法：先将除黄油外的原料混合均匀，加水搅拌成团后加入黄油，继续搅拌至面筋网络结构成型，此时面团表面呈光滑状态，无断裂痕迹、手感柔和、一般可拉成均匀的薄膜。取面团在室温下松弛20 min，然后分割切块，将面团搓圆整形置于面包模具中，于温度30 ℃、湿度85%的醒发箱中发酵90 min，最后将发酵后的面包烘烤12 min(上火210 ℃，下火200 ℃)，将制备好的面包于无菌操作台冷却1 h，装入食品级密封包装袋保存、待测。

1.3.2 比容的测定[17]

参照GB/T 20981—2007《面包》中体积置换的方法，取在无菌操作台冷却1 h的面包样品，测定其体积和质量。按照以下进行计算，每个样品重复3次，取平均值。

面包比容P=体积(mL)/质量(g)

(1)

1.3.3 面包感官品质评价

参照GB/T 14611—2008中面包烘焙品质评分标准[16]和美国谷物化学师协会AACC审批方法[18]，结合面包的特点，制定了面包的感官品质评价标准，见表1。将制备好的面包于无菌操作台冷却1 h后进行面包感官品质评价。组织10个品评人员对面包进行感官评价，结果取平均值。

表1 面包感官评价指标及评分标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of bread

续表1

评分项目指标要求得分香味(15)有强烈的烘烤及发酵面包香气、芳香,无异味15具有烘烤及发酵面包香气、芳香,无异味14有较淡的香气、芳香,无异味13香味不足,有生面粉味或陈腐味、酸味11没有香味,只有生面味、陈腐味、酸味,异味大9口味和口感(20)略有咸味,口感松软适口,有弹性有嚼劲20口味平淡或太咸,比较松软,有一定弹性和嚼劲18松软度不足,弹性欠缺,嚼劲不足15较干硬或局部干硬,有酸味,稍粘牙13口感很硬,明显掉渣、粘牙10组织结构(20)组织均匀,颗粒气孔大小一致均匀,无大孔洞,柔软细腻,纹理清晰完整呈海绵状,疏松度好20气孔大小较均匀,纹理较清晰结构较完整,比较细腻18气孔多,且有大有小,纹理不太清晰,结构较少缺损15气孔大小不匀,纹理不规则,结构部分缺损,局部粗糙,较疏松13气孔大小极度不均,有明显大孔,结构破损,弹性差,粗糙10

1.3.4 面包硬度的测定

面包质构特性测定，将冷却包装好的面包，置于在恒温恒湿(30 ℃，湿度70%)的醒发箱内贮藏，单因素试验取贮藏1、3、5、7 d的面包样品，响应面试验取贮藏24 h的面包样品，采用质构仪测定面包芯的硬度。将面包去掉表皮后，用切片机将其切成高20 mm、直径50 mm的薄片，待测。质构仪参数：P36R圆柱形平底探头。测试方式为TPA，测前速度为5 mm/s,测试速度为1 mm/s，测后速度5 mm/s、压缩程度为50%。

1.3.5 面包细菌菌落总数生长情况的测定[19]

将冷却包装好的面包放置在恒温保湿发酵箱中(30 ℃，湿度70%)，在贮藏期间，测定贮藏2、4、6 d的面包细菌菌落总数生长情况，按照GB 4789.2—2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》所述方法进行测定。响应面试验以面包细菌菌落总数小于104CFU/g的贮藏时间为保质期。

1.3.6 单因素试验

以干面粉质量的百分比计算，分别考察聚甘油脂肪酸酯添加量(质量分数为0.25%、0.5%、0.75%、1.0%)、单月桂酸甘油酯添加量(质量分数为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%)和硬脂酰乳酸钠添加量(质量分数为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)对面包品质和面包细菌菌落总数生长情况的影响，以乳化剂添加量为0的实验组作为对照组。

1.3.7 响应面试验

在单因素试验基础上，选取单月桂酸甘油酯、聚甘油脂肪酸酯、硬脂酰乳酸钠3个因素，以保质期、面包比容和硬度为测定指标，采用Box-Behnken的响应面分析法进行3因素3水平组合试验，试验因素及水平如表2所示。

表2 响应面试验因素水平及编码Table 2 Factors and levels used in response surfaceexperiments

1.4 数据处理与分析

运用Microsoft Excel 2007和Origin 8.0 处理数据，采用SPSS 20.0和Design-Expert软件进行数据统计分析，运用方差分析法(ANOVA)进行显著性差异分析，显著性差异水平选取p<0.05。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 聚甘油脂肪酸酯添加量对面包品质和面包细菌菌落总数生长情况的影响

由表3可以看出，随着聚甘油脂肪酸酯添加量的增加，面包的比容逐渐增大(p<0.05)。由于聚甘油脂肪酸酯增大面包体积，改善面包纹理结构，使面包柔软细腻，面包感官品质随之提高，当添加量达0.5%，面包感官品质评分最高。在贮藏期间，面包硬度不断增加，但添加聚甘油脂肪酸酯的实验组其面包硬度在贮藏期间均显著低于对照组(p<0.05)。表明添加聚甘油脂肪酸酯能显著增大面包比容，降低面包硬度，提高面包感官品质。

表3 聚甘油脂肪酸酯添加量对面包品质和细菌菌落总数的影响Table 3 Influence of polyglycerol fatty acid esters amount on the quality and colony count of bread

注：平均值±标准偏差，同一列不同上标字母表示差异显著(p<0.05)。表4、表5同。

随着贮藏时间的延长，面包中细菌菌落总数呈上升趋势。但随着聚甘油脂肪酸酯添加量的增加，细菌菌落总数越低。第4天对照组面包细菌菌落总数对数达4.34，超国标GB 7099—2015 要求的104CFU/g，第6天对照组、添加量为0.25%和0.5%实验组面包细菌菌落总数对数均已超标，此时面包腐败严重，失去面包的香味并伴有酸腐味，面包表面出现粘丝现象。只有添加量为0.75%和1.0%实验组面包细菌菌落总数分别为3.8和3.6，接近细菌菌落总数限量值，此时面包香气不足，伴有酸味。结果表明聚甘油脂肪酸酯在一定程度能抑制面包中细菌菌落总数的增长。

综合考虑，确定聚甘油脂肪酸酯添加量范围在0.5%～1.0%。

2.1.2 单月桂酸甘油酯添加量对面包品质和面包细菌菌落总数生长情况的影响

从表4可以看出，随着单月桂酸甘油酯添加量的增加，面包比容逐渐增大，添加量达0.3%实验组面包比容即显著比对照组大(p<0.05)，由于添加单月桂酸甘油酯，面包体积增大，使面包感官品质得到改善，当添加量为0.5%时感官评分最高。面包硬度随着贮藏时间的延长而呈线性关系增加，而贮藏期间，添加单月桂酸甘油酯的实验组其面包硬度均明显低于对照组，且面包硬度随着添加量的增加而进一步显著性降低(p<0.05)。表明添加单月桂酸甘油酯能增加面包比容，降低面包硬度，改善面包品质。

随着贮藏时间的延长，细菌总数呈直线上升趋势。但贮藏期间，随着单月桂酸甘油酯添加量的增加，细菌总数显著降低(p<0.05)。第4天对照组菌落总数已超GB 7099—2015中要求的104CFU/g，第6天对照组和添加量为0.1%的单月桂酸甘油酯实验组其菌落总数对数分别为6.11和5.32，均已超标，此时面包腐败严重，并有酸腐味，面包表面产生粘丝。而添加0.7%单月桂酸甘油酯实验组此时细菌菌落总数对数仅为2.6。表明添加单月桂酸甘油酯能抑制面包中腐败细菌的生长，且抑菌效果随着添加量的增加而增加。

综合考虑，确定单月桂酸甘油酯的添加量在0.3%～0.7%。

表4 单月桂酸甘油酯添加量对面包品质和细菌菌落总数的影响Table 4 Influence of glycerol monolaurate amount on the quality and colony count of bread

2.1.3 硬脂酰乳酸钠添加量对面包品质和面包细菌菌落总数生长情况的影响

从表5可以看出，面包比容随着硬脂酰乳酸钠添加量的增加而增大，当添加量达0.1%面包比容即显著比对照组大(p<0.05)。由于硬脂酰乳酸钠增强了面团面筋网络结构，使面团发酵体积增大，面包组织结构更加细腻柔软，其感官评分随之提高，当添加量为0.15%时，面包感官品质评分最高。随贮藏时间的延长面包硬度呈线性增加，当单硬脂酸甘油酯添加量达0.10%面包硬度即显著降低(p<0.05)，随着添加量增加，面包硬度进一步降低。结果表明添加硬脂酰乳酸钠可增大面包比容，降低面包硬度，提高面包感官品质。

表5 硬脂酰乳酸钠添加量对面包品质的影响Table 5 Influence of sodium stearyl lactate amount on the quality and colony count of bread

随着贮藏时间的延长，细菌总数呈上升趋势。添加0.05%硬脂酰乳酸钠的实验组其细菌总数比对照组略低，但无显著性差异(p>0.05)，随着添加量的进一步增加，细菌总数进一步降低，下降程度不大。第4天时对照组和添加0.05%实验组细菌菌落总数对数分别为4.3和4.2，均超过GB 7099—2015中要求的104CFU/g。到了第6天，除添加量为0.2%的实验组细菌菌落总数对数为3.8外，其它实验组细菌菌落总数均超过104CFU/g，此时面包均腐败很严重，面包表面粘丝成片，并伴有腐败酸味。

综合考虑，确定硬脂酰乳酸钠的添加量在0.10%～0.20%。

2.2 响应面实验优化复合乳化剂的结果

2.2.1 Box-Behnken试验设计及结果

采用Design-Expert 8.05软件对上述3个因素进行3因素3水平试验设计。按照试验方案进行检测指标的测定，并分别以面包比容和面包硬度作为最终响应值进行响应面分析，试验设计及结果见表6。

2.2.2 响应面回归模型的建立与显著性检验分析

表6 Box-Behnken试验设计及结果Table 6 Results of response surface experiments

利用Design-Expert 8.05 软件对表6中所得试验结果进行二次多项式回归拟合，分别得到以面包比容和面包硬度为响应值的回归方程：

X=5.86-0.041A+0.18B+0.09C-0.0025AB-0.1AC-0.21BC-0.24A2-0.23B2-0.34C2

(2)

Y=11.86+0.38A-0.58B-0.024C+0.11AB+0.85AC+0.88BC+1.63A2+1.40B2+3.06C2

(3)

式中：X、Y分别为面包比容和面包硬度；A、B、C分别代表聚甘油脂肪酸酯、单月桂酸甘油酯和硬脂酰乳酸钠的编码值。

表7 回归模型方差分析Table 7 Analysis of variance for regression model

注：*差异显著(p<0.05)；**差异极显著(p<0.01)。表8同。

表8 回归模型方差分析Table 8 Analysis of variance for regression model

2.2.3 复合乳化剂最优配方的确定

通过对回归模型的预测，得到以面包比容为响应值的面包复合乳化剂最优配方为：聚甘油脂肪酸酯添加量0.73%(质量分数)、单月桂酸甘油酯添加量0.58%(质量分数)、硬脂酰乳酸钠添加量0.15%(质量分数)；以面包硬度为响应值的面包复合乳化剂最优配方为：聚甘油脂肪酸酯添加量0.72%(质量分数)、单月桂酸甘油酯添加量0.54%(质量分数)、硬脂酰乳酸钠添加量0.15%(质量分数)。根据单因素结果，面包中细菌菌落总数生长情况的抑制程度随着乳化剂添加量的增加而程度加深。本实验以抑制面包中细菌菌落总数生长情况为最终考虑指标，在保证对面包细菌菌落总数生长情况抑制，考虑选取对面包比容和面包硬度较好的配方，因此综合考虑，最终选取配方为：聚甘油脂肪酸酯添加量0.75%(质量分数)、单月桂酸甘油酯添加量0.60%(质量分数)、硬脂酰乳酸钠添加量0.15%(质量分数)。

2.2.4 复合乳化剂最优配方及验证实验结果

综合考虑得到面包复合乳化剂的最优配方为：聚甘油脂肪酸酯添加量0.75%(质量分数)、单月桂酸甘油酯添加量0.60%(质量分数)、硬脂酰乳酸钠添加量0.15%(质量分数)，进行验证试验，结果测得面包比容为5.87，面包硬度为474.4，与对照面包3 d保质期相比，保质期延长了4 d。

3 讨论

乳化剂对面包比容硬度等品质的改善作用主要与乳化剂的性质有关。由于乳化剂均由非极性的疏水基团和极性的亲水基团共同构成，其中亲水基与麦胶蛋白结合，疏水基团与麦谷蛋白结合，加工过程中因机械搅拌使面筋蛋白分子相互连接起来的小分子变大分子，进而形成结构牢固、紧密的面筋蛋白复合物[20]，改善面筋网络结构，使面筋网络结构更细致而有弹性，形成具有较好持气性的液膜状结构，达到显著性改善面团持气性的作用，从而显著性提高面包比容。

本实验中的聚甘油脂肪酸酯、单月桂酸甘油酯和硬脂酰乳酸钠分子中的疏水基团是线型的脂肪酸长链，能进入直链淀粉形成的螺旋状结构内部，以疏水方式相互结合[21]，形成不溶性络合物，使直链淀粉固定下来，阻止淀粉粒之间的相互连接。在贮藏期间可以阻止淀粉的重结晶，同时由于乳化剂能与面包中的脂类化合物发生相互作用，调节晶型，形成有利于面包感官性状所需的晶型[22]，使面包柔软细腻，提高感官品质，延缓面包硬化现象。

本实验中选取的聚甘油脂肪酸酯和单月桂酸甘油酯为非离子型乳化剂，其疏水基团均为脂肪酸长链，单月桂酸甘油酯HLB值为5.2，是亲油性乳化剂，一般形成油包水型乳液，硬脂酰乳酸钠为阴离子型乳化剂，疏水基团由被酯化的乳酸和多聚乳酸组成，其HLB值为8.3，是亲水性乳化剂，形成水包油型乳液[23]。除去乳化剂本身具有抑菌特性，能对细菌产生抑制作用。本实验选取的乳化剂通过影响面包中水分分布，降低细菌能利用的水分活度，从而抑制面包细菌菌落总数的生长，延缓其腐败变质。

由于乳化剂对酵母无抑制作用，因此发酵过程中不会抑制酵母的发酵而影响面包的发酵体积，同时乳化剂与面筋蛋白的结合使面团的持气性提高，从而使面包体积增大，形状更加饱满。

4 结论

本实验研究添加聚甘油脂肪酸酯、单月桂酸甘油酯和硬脂酰乳酸钠对面包品质以及面包细菌菌落总数抑制情况的影响，结果表明面包制作中添加这3种乳化剂均能提高面包比容，降低硬度，提高面包感官品质，同时能抑制面包中细菌菌落总数的增长，且随着添加量的增加，效果越显著。通过响应面优化，综合面包细菌菌落总数生长情况、面包比容和面包硬度三个方面，最终得到最优的复合乳化剂配方为：聚甘油脂肪酸酯添加量0.75%(质量分数)、单月桂酸甘油酯添加量0.60%(质量分数)、硬脂酰乳酸钠添加量0.15%(质量分数)。以此配方制备的面包比容为5.87，硬度为474.4 g，与对照组比较，该复合乳化剂制备的面包比容有效提高了20%，面包硬度下降22%，在30 ℃、湿度70%条件下面包保质期延长4 d，显著改善了面包品质，延长面包货架期。