非发酵型速冻油条配方的响应面优化

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(1.河南科技学院食品学院,河南新乡 453003; 2.河南大学化学博士后流动站,河南开封 475001)

油条是我国传统的早餐食品和大众小吃,起源于宋朝,由面粉、水、膨松剂等原料加工而成,因具有色泽金黄、外酥脆、内香嫩、咸香适口的特点,深受人们欢迎[1-2]。油条制作工艺可分为传统矾碱盐工艺、现代无矾工艺及快速加工工艺等三类[3-5]。

当前,大多数油条多以小摊或小作坊形式以现做现卖方式为主,生产不具规模,加工卫生和环境差,产品质量没有标准,食用安全性得不到保证,难以适应新时代人们对其方便、快捷、安全、营养的消费需求,这极大限制了油条销售量和产品附加值的提高,对传统油条进行现代化工艺技术改造已成为必然。速冻油条是在传统油条制作的基础上经冷冻工序加工而成的冷冻面制食品,它继承了油条的传统风味,食用时只需复热,具有方便快捷、安全卫生等优点,是我国传统食品工业化的最佳切入点之一[6]。然而,2015年度我国工业化油条年销售额仅约2.5亿元,占品类销售额的1%左右[7]。可见,速冻油条发展空间很大。

按照是否使用酵母发酵,可将速冻油条分为发酵型速冻油条和非发酵型速冻油条(NFQFDFDS)两类。后者也称无铝速冻油条,是当前市场产品的重要形式。非发酵型速冻油条虽然丰富了我们的早餐,但存在表面易龟裂、货架期短,复热后比容小、吸油率高、色泽差、内部组织结构粗糙等现象,与传统即食油条有差别[8]。尽管国内外学者研究了非发酵型速冻油条专用粉、工艺改良、预冷冷冻和冻融循环对油条部分指标的影响,也取得了一些成果,但系统研究非发酵型速冻油条的配方文献鲜见报道,这也导致了在速冻油条配粉方面缺乏行之有效的科学依据[9-10]。

本文在单因素实验的基础上,采用响应曲面法,研究了膨松剂、小苏打、食盐等对非发酵型速冻油条比容、含油量、感官品质的影响,旨在为生产高食用品质的速冻油条提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

中筋面粉 以2017年产百农419小麦为原料加工而成,出粉率为70%;玉米胚芽油 益海嘉里食品营销有限公司;无铝膨松剂 安琪酵母股份有限公司;小苏打 天津市鸿禄食品有限公司;食盐 河南省盐业总公司;白砂糖 菏泽甘蔗坊食品有限公司。

EF-101油炸锅 广州威尔宝酒店设备有限公司;KMM710料理机 Kenwood Limited;CR-400色差仪 日本KONICA MNOLTA;902超低温冰箱 美国Thermo Fisher Scientific;SPX-150-C恒温恒湿培养箱 上海琅玕实验设备有限公司;TA-XT2i质构仪 英国Stable Micro System;FA-124电子天平 上海恒平仪器有限公司;DHG-9070A型鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 非发酵型速冻油条的加工工艺流程 面粉、小苏打、膨松剂→混合→糖+盐+水→分次加入→和面→叠压4次→37 ℃静置30 min→叠压6次→37 ℃静置2 h→制坯→成型→180 ℃预炸75 s→-80 ℃速冻30 min→-18 ℃冷藏48 h→25 ℃解冻2 h→180 ℃复炸油炸70 s→成品

1.2.2 单因素实验设计

1.2.2.1 水添加量 以面粉250 g,无铝膨松剂7 g,食盐2 g,糖2.5 g,小苏打2 g,为基础配方,考察130、140、150、160 mL的加水量(以面粉计)对非发酵型速冻油条质构、比容、含油量、色度和感官评价等品质的影响。

1.2.2.2 无铝膨松剂添加量 以面粉250 g,食盐2 g,糖2.5 g,小苏打2 g,水150 mL为基础配方,考察1.6%、2.0%、2.4%、2.8%、3.2%的泡打粉添加量(以面粉计)对非发酵型速冻油条质构、比容、含油量、色度和感官评价等品质的影响。

1.2.2.3 小苏打添加量 以面粉250 g,食盐2 g,糖2.5 g,无铝膨松剂7 g,水150 mL为基础配方,考察0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的小苏打添加量(以面粉计)对非发酵型速冻油条质构、比容、含油量、色度和感官评价等品质的影响。

1.2.2.4 糖添加量 以面粉250 g,无铝膨松剂7 g,食盐2 g,小苏打2 g,水150 mL为基础配方,考察0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的糖添加量(以面粉计)对非发酵型速冻油条质构、比容、含油量、色度和感官评价等品质的影响。

1.2.2.5 食盐添加量 以面粉250 g,无铝膨松剂7 g,小苏打2 g,糖2.5 g,水150 mL为基础配方,考察0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%的食盐添加量(以面粉计)对非发酵型速冻油条质构、比容、含油量、色度和感官评价等品质的影响。

1.2.3 非发酵型速冻油条配方的优化 结合单因素实验结果,采用Box-Behnken设计方案,选取无铝膨松剂添加量、小苏打添加量及食盐添加量3个因素为自变量,以比容、含油量、感官评分为响应值,试验因素水平编码见表1。试验以随机次序进行,采用Design Expert 7.0.0 软件对结果进行响应面分析。

表1 试验设计因素和水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken design

1.2.4 主要指标测定

1.2.4.1 比容的测定 参考田益玲等报道的方法[11]。将速冻油条复炸后室温冷却10 min,采用油菜籽置换法测定其比容。

1.2.4.2 色度的测定 使用色差仪测定油条的L*值(亮度)、a*值(红度)和b*值(黄度)。

1.2.4.3 含油量的测定 参考GB/T5009.6-2016《食品中脂肪的测定方法》进行测定。

1.2.4.4 质构特性的测定 选用P36R探头。参数设定如下:测试前为2 mm/s,测试中和测试后速度为1.0 mm/s。压缩比为75%,感应力:5.0 g。记录硬度、弹性、内聚性、黏性、咀嚼性等参数。平行3次。

1.2.4.5 感官品质的测定 将速冻油条复炸后室温冷却10 min,选择10名经培训的从事食品或烹饪专业的人员组成感官评定小组进行评定。参照油条感官评价标准[12-14](表2)进行评分,取平均值。

表2 感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria

1.3 数据处理与分析

数据均为3次平行试验的平均值,表示为平均值±标准差;采用SPSS 17.0进行统计分析,显著性检验采用LSD检验法;采用Design-Expert 7.0.0软件进行响应面试验设计、分析数据及建立模型。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 加水量对非发酵型速冻油条品质的影响 加水量的高低对油条的品质有较大影响。在制作油条面团过程中,加水量过少则面团较硬;反之,则不易成型。随加水量的增加,硬度值呈现先下降后略升高的趋势,可能是由于加水量过多,初炸时内部不能完全锁住水分,导致后期硬度升高;黏性和咀嚼性均呈现下降趋势;弹性和内聚性呈先增大后降低的趋势。当加水量为150 mL时,速冻油条的硬度最小,弹性、内聚性最大(表3)。

表3 加水量对非发酵型速冻油条质构的影响Table 3 The effect of water addition on the texture of NFQFDFDS

油条比容表示单位质量面团油炸后所形成的油条体积大小,反映了油条的膨胀程度,比容越大,油条的膨胀性越好[15]。由表4可知,随加水量的增加,速冻油条的含油量、比容、b*值和感官评分均呈先增加后降低的趋势;当加水量在140 mL时,含油量和b*值都达到最大值,其值分别为13.79%和30.28;当加水量在150 mL时,比容和感官评分均达最大值,其值分别为3.31 mL/g和84.3;当加水量在130 mL时,油条口感硬感官评分最低;当加水量在160 mL时,由于加水量多油条面团粘手而不易成型。此外,加水量对速冻油条的L*值影响不显著(p>0.05)(表4)。综合来看,最适加水量为150 mL。

表4 加水量对非发酵型速冻油条食用品质的影响Table 4 The effect of water addition on the edible quality of NFQFDFDS

2.1.2 无铝膨松剂对非发酵型速冻油条品质的影响 膨松剂常添加到以小麦粉为主要原料的食物中,在制作过程中受热分解产生气体,使面坯起发,形成致密多孔的组织,从而使终产品具有膨松、柔软或酥脆的特点[16]。

膨松剂用量过少则面团醒发较慢或不易醒发,且油炸时不易浮起,口感硬且比容最小,感官评分较低。由表5可知,当膨松剂的添加量逐渐增大时,硬度和黏性逐渐减小;弹性和内聚性先增大后减少。由表6可知,在1.6%～2.4%范围内,速冻油条的比容和感官评分呈现上升趋势;当添加量为2.4%时,速冻油条内部气孔多而均匀,色泽金黄色,膨发性好,适口且不粘牙,比容高达3.47 mL/g,感官评分高达85.3(p<0.05)。在2.8%～3.2%范围内,随无铝膨松剂添加量进一步加大,比容和感官评分均呈下降趋势,这可能与膨松剂量过多,油炸时产生大量气体不能被很好地稳定在油条内部,大量溢出而导致面团塌陷有关。含油量随无铝膨松剂添加量的增加呈先下降后增加趋势,当无铝膨松剂添加量为2.4%时,含油量最低,仅为8.94%(表6)。综合而言,无铝膨松剂的添加量宜选取2.0%～2.8%。

表5 无铝膨松剂添加量对非发酵型速冻油条质构的影响Table 5 The effect of bulking agent without aluminum addition on the texture of NFQFDFDS

表6 无铝膨松剂添加量对非发酵型速冻油条食用品质影响Table 6 The effect of bulking agent without aluminum addition on the edible quality of NFQFDFDS

2.1.3 小苏打添加量对非发酵型速冻油条品质的影响 小苏打可影响油条的蓬松程度[17]。在添加量范围内,硬度值和黏性呈现先下降后增高的趋势;其咀嚼性呈现下降的趋势。当小苏打添加量为1.2%时,速冻油条的硬度和黏性最小(其值分别为4686.18 g、2647.83);当添加量为1.0%时,油条的弹性和内聚性最大(表7)。由表8可知,随小苏打添加量的增加,速冻油条的比容、a*值和感官评分均呈先增加后降低的趋势;而含油量呈先下降后上升的趋势。当小苏打添加量为1.0%时,含油量最低、感官评分最高(其值分别为8.49%、82.7);当小苏打添加量为1.2%时,比容和a*值均达到最大值,其值分别为3.86 mL/g和14.58;当添加量超过1.2%后,含油量提高,比容降低,这可能是因为小苏打添加过量,导致油炸时大量二氧化碳和水蒸汽溢出,由于水分迁移作用导致脂肪的含量出现升高。此外,添加量过高会残留碳酸钠产生异味,失去了产品原有的香味。可以看出,小苏打的添加量宜选取0.8%～1.2%。

表7 小苏打添加量对非发酵型速冻油条质构的影响Table 7 The effect of baking soda addition on the texture of NFQFDFDS

表8 小苏打添加量对非发酵型速冻油条食用品质影响Table 8 The effect of baking soda addition on the edible quality of NFQFDFDS

2.1.4 糖添加量对非发酵型速冻油条品质的影响 糖可使油条的色泽更加金黄,增加油条的风味,同时掩盖油条中的碱味。由表9得出,随糖添加量的增加,速冻油条的硬度值、黏性均呈先下降后上升趋势;当糖添加量在1.0%时,硬度和黏性均达最小值。速冻油条的比容、L*与b*值及感官评分均呈先增加后降低的趋势;而含油量和a*值呈先下降后上升的趋势。当糖添加量在1.0%时,油条的比容、L*和b*值均达最大值,其值分别为3.48 mL/g、57.07、32.79;当糖添加量在0.8%时,油条含油量仅为9.95%、感官评分高达84.3(表10)。当添加量超过1.0%后,含油量出现上升趋势,这可能是因为加糖量大导致油条过于蓬松,内部水分气化增加;同时,由于美拉德反应导致油条亮度降低,此时油条颜色呈现焦黄色,口感发硬,感官评分出现下降。综合而言,糖的最佳添加量为0.8%。

表9 糖添加量对非发酵型速冻油条质构的影响Table 9 The effect of sugar addition on the texture of NFQFDFDS

表10 糖添加量对非发酵型速冻油条食用品质影响Table 10 The effect of sugar addition on the edible quality of NFQFDFDS

2.1.5 食盐添加量对非发酵型速冻油条品质的影响 食盐不仅可以调节油条的风味,使油条有基本的底味,也可增加面团的韧性和筋力,使面团的表面更加光亮。在实验范围内,随食盐添加量的增加,速冻油条的硬度、黏性和咀嚼性均呈先下降后升高的趋势;当食盐添加量为1.6%时,硬度、黏性和咀嚼性均为最低值(分别为4336.65、2614.25、1718.35)。而弹性和内聚性呈先升高后降低的趋势,当食盐添加量为1.2%时,弹性和内聚性均达最高值(分别为0.75、0.67)(表11)。食盐添加量对速冻油条的比容影响较大,其添加量在0.4%～1.2%时,油条的比容呈显著增大趋势。这可能与食盐的加入使面团的筋性增加,油炸时油条具有更好的持气能力有关。食盐添加量超过1.2%时,油条的比容出现下降,这可能是因为添加量过大形成的网状结构不够紧实,油炸时可能会出现网状结构破裂,导致比容下降;同时由于网状结构破裂,内部水蒸气大量溢出,油条的脂肪含量出现升高;在食盐添加量为2.0%时,油条含油量高达11.59%(表12)。综合来看,食盐添加量宜选择0.8%～1.6%。

表11 食盐添加量对非发酵型速冻油条质构的影响Table 11 The effect of salt addition on the texture of NFQFDFDS

表12 食盐添加量对非发酵型速冻油条食用品质的影响Table 12 The effect of salt addition on the edible quality of NFQFDFDS

2.2 响应曲面优化试验设计结果分析

在单因素实验的基础上,选取无铝膨松剂添加量、小苏打添加量及食盐添加量3个因素为自变量,以Y1(比容)、Y2(含油量)、Y3(感官评分)为响应值,采用三因素三水平Box-Behnken试验设计对速冻油条的配方进行响应面优化,试验设计与结果见表13。

表13 响应面试验设计与结果Table 13 Design and results of response surface experiment

2.2.1 回归方程的建立与参数分析 应用Design Expert 7.0.0软件对试验数据进行多元回归拟合,得到速冻油条比容Y1、含油量Y2、感官评分Y3与各因素变量的二次方程模型分别为:

Y1=3.69+0.24A+0.19B+0.066C-0.078AB-0.035AC+0.0025BC-0.48A2-0.41B2-0.41C2

Y2=8.22+0.55A+0.32B+0.077C+0.064AB-1.00AC-0.33BC+2.34A2+1.34 B2+0.62C2

Y3=90.80-1.63A-3.75B+1.88C-5.25AB+2.00AC-1.25BC-7.40A2-3.65B2-7.90C2

式中:A-无铝膨松剂添加量,B-小苏打添加量,C-食盐添加量。

表14 比容的方差分析及其显著性检验Table 14 Results of variance analysis and significance test of specific volume

表15 含油量的方差分析及显著性检验Table 15 Results of variance analysis and significance test of oil content

表16 感官评分的方差分析及显著性检验Table 16 Results of variance analysis and significance test of sensory score

在比容的影响方面,仅一次项A、B和二次项A2、B2、C2达到极显著水平(p<0.01);在含油量的影响方面,一次项A、B、二次项A2、B2、C2和交互项AC达到极显著水平(p<0.01);交互项BC达到显著水平(p<0.05);在感官评分的影响方面,一次项A、B、C和二次项A2、B2、C2以及互项AB、AC达到极显著水平(p<0.01)。由方程中一次项系数的绝对值可直接判断各因子影响的主次性。在所选取的因素水平范围内,对比容的影响程度为:A>B>C,对含油量的影响程度为:A>B>C,对感官评分的影响程度为:B>C>A。

在响应曲面图中,曲面倾斜度可体现该试验因素对响应值的影响程度,倾斜度越高,即坡度越陡峭,表明该试验因素对响应值的影响越显著[20-21]。响应面等高线可直观反映两因素间交互作用的强弱,等高线形状越接近椭圆形,表明两个因素交互作用就越强,而圆形则相反[22-26]。根据拟合出的回归方程,应用Design Expert 7.0.0软件,绘制的交互因子响应曲面图如图1～图3所示。

图3 两因素相互作用对非发酵型速冻油条感官评分影响的响应面图Fig.3 Response surface plots of interaction on sensory evaluation of NFQFDFDS

图1～图3响应面的变化情况和等高线的稀疏程度可直观反映膨松剂(A)、小苏打(B)、食盐(C)之间的交互作用对响应值的影响,A、B、C构成三维空间曲面图的响应面形象表达出两个因素间的交互作用,突出的最高圆心点则表明条件范围内存在极值。对速冻油条影响越大的因素,其曲线走向会相对越陡。从图1得出,两因素交互作用曲面平缓,交互作用不明显。从图2得出,膨松剂与食盐、小苏打与盐交互作用显著,而膨松剂与小苏打的交互作用不显著显著。当食盐不变时,含油量随着膨松剂的添加呈现先下降再上升的趋势;当膨松剂不变时,含油量随食盐添加量的增加,先减小后增大,但膨松剂的导致含油量的变化幅度较盐陡峭,说明膨松剂对含油量的影响较大。从图3得出,膨松剂与小苏打以及膨松剂与食盐的等高线趋于椭圆且与两轴有一定角度,交互作用显著。小苏打和盐的交互作用不显著;与前面方差分析结果一致(表14～表16)。

图2 两因素相互作用对非发酵型速冻油条含油量影响的响应面图Fig.2 Response surface plots of interaction on oil content of NFQFDFDS

2.2.2 速冻油条最优配方的确定 在试验因素与水平范围内,以含油量最低、比容最大、感官评分最高的为优化目标,根据拟合的回归模型使用Design Expert 7.0.0软件对数据进行分析,得出非发酵型速冻油条的最优配方为:膨松剂添加量2.40%,小苏打添加量0.99%,食盐添加量1.23%;在此条件下,速冻油条比容、含油量、感官评分的预测值分别应为3.68 mL/g、8.21%、91.09。

2.2.3 最优配方的验证试验 为检验响应曲面优化结果的可靠性,采用上述最优配方制作速冻油条与预测值进行比较,最优配方下样品速冻油条表面金黄、颜色均匀,膨胀适度,酥脆,比容为(3.79±0.15) mL/g,含油量为8.32%±0.55%,感官评分值为93.0±1.8。实测值与模型预测值相比较接近,这表明本试验得到的回归模型与实际情况拟合得很好,验证了所建模型的正确性。

2.2.4 优化配方后的速冻油条与常规油条的品质比较 对优化配方后的速冻油条与常规油条(采用优化后的配方,未经速冻和冻藏处理)的食用品质进行了比较,两种油条的品质除质构参数的硬度和内聚性显著差异(p<0.05)外,其他指标差异均不显著(p>0.05)(表17和表18)。可以看出,优化出的配方可以用于速冻油条的加工。

表17 优化配方后的速冻油条与常规油条的质构比较Table 17 Texture comparison between quick-frozen dough sticks and conventional deep-fried dough sticks made with optimized formulation

表18 优化配方后的速冻油条与常规油条的食用品质比较Table 18 Edible quality comparison between quick-frozen dough sticks and conventional deep-fried dough sticks made with optimized formulation

3 结论

在单因素实验的基础上,利用Box-Behnken试验设计和响应面分析,获得非发酵型速冻油条的最优配方为:膨松剂添加量2.40%,小苏打添加量0.99%,食盐添加量1.23%,糖添加量0.8%,加水量150 mL(以250 g面粉计)。在此条件下,速冻油条的比容为(3.79±0.15) mL/g,含油量为8.32%±0.55%,感官评分值为93.0±1.8,与模型预测值接近;且测得其弹性、黏性和咀嚼性等质构参数,含油量、比容、色度值和感官评分等指标与常规油条无显著差异(p>0.05);表明该优化方法可行,可用于非发酵速冻油条实际生产中。