添加烤制马铃薯的小麦粉面包加工配方的优化

赵伟辰,逯家富,王 妮,赵 毅,宁 波

(长春职业技术学院,吉林长春 130033)

我国的马铃薯产量居世界前列,并且马铃薯的种植面积在我国迅速扩大,这主要是因为马铃薯对生长环境要求不太高,具有较强的耐干旱、耐贫瘠的特性,同时马铃薯的生长周期短,并稳产高产,因此深受农民朋友的喜爱[1]。在我国高产量的马铃薯利用率却很低,据有关资料数据调查显示,我国的马铃薯生产总量中,仅仅约14%投入到加工制造中,应提高马铃薯的经济价值;而其他的都还是应用于一些传统的留种和鲜食、饲料、出口等[2]。究其原因主要有两个方面:一是受我国传统饮食文化的影响,马铃薯仅作为蔬菜,被放在人们的餐桌上所食用[2];二是我国马铃薯加工技术远不如国外的加工技术[3],为此我国在2015年启动了马铃薯主粮化战略,力争缩短与国外在马铃薯加工方面的差距[4-5]。

面包是一种经过发酵、焙烤的面食制品,其营养丰富,消化吸收率高,食用方便,深受消费者喜爱。陈代园[6]的研究表明,添加15%左右的马铃薯粉制作马铃薯面包,可以得到较好的产品。马铃薯中的蛋白成分没有可以形成面筋的物质,如果额外加入谷朊粉,增加其面筋含量,并更改面包配方的一些辅料,势必可以提高马铃薯添加量的同时得到理想的马铃薯面包产品。面包改良剂,是用来改良传统面包品质的一种食品辅料,能非常有效地改善面包的口感和感官。谷朊粉是从小麦粉中提取的一种蛋白,色泽呈淡黄色,添加到面包中可以提高面包的比容,增加面包的弹性。

本试验尝试面包的制作过程中添加不同比例的烤制马铃薯,通过调整谷朊粉、改良剂的添加量,并用质构仪对面包的软硬度进行检测,以及对面包进行高径比和比容的测定,最终得到适合的配方,使做出的面包在最大量添加烤制马铃薯的同时保证面包的蓬松口感。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

高筋小麦粉 中粮面业(秦皇岛)鹏泰有限公司;谷朊粉 封丘县华丰粉业有限公司;面包改良剂(玉米淀粉、大豆蛋白粉、葡萄糖、维生素C、硫酸钙、葡萄糖氧化酶1万U/g、半纤维素酶1万U/g、木聚糖酶2万U/g、α-淀粉酶2万U/g)、酵母 安琪酵母股份有限公司;马铃薯、食盐、白砂糖、小苏打、鸡蛋 长春凯马特超市。

CT3型质构仪 美国Brookfield Engineering Labs;BW20G型强力搅拌机 广州德威热力设备公司;FJ12型多功能发酵箱 广东多丽食品机械厂;SMJ-622+AB+705型电烤箱 无锡胜麦有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 烤制马铃薯、小麦粉复合面包的工艺流程

1.2.2 操作要点 马铃薯去皮切成横截面积为1.6 cm2的长条,放入烤箱用220 ℃烘烤60 min。将烤好的马铃薯条与小麦粉按1∶4的比例混合,添加辅料后搅打成面团,面团需在室温环境下静置15 min后分割成质量在(70±0.5) g的小面团,然后把小面团放入温度为36 ℃,湿度为80%～90%的醒发箱中发酵35 min,小面团发酵好后放入烤箱设定上火温度为185 ℃下火温度为170 ℃烘烤17 min。

1.2.3 单因素实验 以高筋小麦粉2000 g,添加鸡蛋0.05%、食盐1.5%、白砂糖15%、酵母1.50%、黄油4.00%、奶粉10%为面包的基础配方。选取烤制马铃薯添加量、谷朊粉添加量和改良剂添加量三个因素分别进行单因素试验研究,即分别选取高筋小麦粉质量10%、20%、30%、40%、50%的烤制马铃薯;高筋小麦粉质量0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的谷朊粉；高筋小麦粉质量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的改良剂,以高筋小麦粉质量30%的烤制马铃薯、0.9%的谷朊粉、0.6%的改良剂为固定水平。评价指标为:高径比、比容、硬度、弹性。

1.2.4 响应面法面包粉复合配方的优化试验 在单因素试验的基础上,以烤制马铃薯添加量、改良剂添加量、谷朊粉添加量为自变量,以面包的硬度为响应值,设计三因素三水平的响应面法进行优化试验,每一组试验重复3次。响应面试验因素水平设计见表1。

表1 响应面试验因素水平设计

1.2.5 指标测定

1.2.5.1 烤制马铃薯与小麦粉复合面包的比容测定 面包的比容可以通过排米法来测定[7]。取一个大烧杯,用小米将大烧杯填满并摇实,用直尺刮平,将小米倒入量筒中测量出小米的体积V1;用马铃薯面包(放于烧杯底部)和小米将大烧杯填满并摇实,用直尺刮平,去除马铃薯面包将小米倒入量筒中测出去除马铃薯面包后小米的体积V2;V1-V2即为测得的面包体积,将马铃薯面包用天平测出其质量m。计算公式为:面包比容(mL·g-1)=(V1-V2)/m。

1.2.5.2 烤制马铃薯与小麦粉复合面包高径比测定 用直尺测出马铃薯面包的高度,用游标卡尺测出面包底面的直径,将高度和直径做比,得出面包的高径比。

1.2.5.3 烤制马铃薯与小麦粉复合面包的质构测定 取相同配方的样品面包3个,将其处理成厚3 cm左右的方块,接着对样品进行质构测定[8]。探头型号:TA3/100。测试参数:侧前、测试和测后速度均为1 mm/s,压缩程度40%,触发点负载0.05 N,恢复时间10 s。面包的软硬是评价面包好坏的一个重要指标,在酵母、醒发等其他因素正常的前提下,面包硬说明所添加的三种材料对面包的品质有不好的影响,所以选择硬度、弹性为指标。

1.3 数据处理

本实验的数据都采用Excel 2013和Design-Expert 8.0.6软件分析处理。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 烤制马铃薯添加量对烤制马铃薯与小麦粉复合面包品质的影响 烤制马铃薯用量对面包品质影响见图1、图2。从图中可以观察到,随着烤制马铃薯的添加量增加到30%时,面包的高径比、比容、以及弹性均呈增长的趋势,硬度呈下降趋势；当添加量大于30%时,面包的高径比、比容、以及弹性都是下降的趋势,硬度是增长趋势。当添加量达到30%时,面包的综合品质为最佳状态,即面包的高径比、比容最大,弹性最大,硬度最小,这是因为马铃薯添加量小于30%时,马铃薯中的淀粉在烤制过程中容易被糊化,并可以快速水解为酵母所用的碳源,使得酵母快速发酵[9],同时马铃薯中含有丰富的氯、钾、镁等物质,酵母在这些物质的作用下可以刺激生长、加速产气,使面包迅速发酵,面包的高径比、比容升高,弹性增加,硬度降低;但是马铃薯添加量大于30%时,马铃薯中没有高筋小麦粉中的面筋蛋白,随着烤制马铃薯的添加量的增加,面筋蛋白的作用逐渐被减弱[10],这就导致了面筋网格的形成能力以及面筋强度的不足,从而不能有效地包裹酵母产生的二氧化碳气体[11],最终导致了面包的高径比、比容、弹性等的降低,硬度提高。综上所述,烤制马铃薯添加量为30%时,面包品质最优。

图1 烤制马铃薯添加量对复合面包高径比、比容的影响

图2 烤制马铃薯添加量对复合面包硬度、弹性的影响

2.1.2 谷朊粉添加量对烤制马铃薯与小麦粉复合面包品质的影响 谷朊粉的用量对面包的品质影响见图3、图4。从图中可以观察到,随着谷朊粉的添加量增加到0.9%时,面包的高径比、比容、以及弹性均呈增长趋势,硬度呈下降趋势；当谷朊粉的添加量超过0.9%时,面包的高径比、比容、以及弹性均呈下降的趋势,硬度呈增长趋势。当谷朊粉的添加量达到0.9%时,面包的综合品质为最佳状态,即面包的高径比、比容最大,弹性最大,硬度最小。究其原因,谷朊粉是一种蛋白质,也是面筋蛋白的重要组成部分[12]。增加谷朊粉,会导致面团内蛋白质增加,尤其是蛋白质里面的面筋蛋白在单位面积内的含量大幅度增加。高含量的面筋蛋白会增加面筋骨架的强度,同时也会促进面筋面团形成外部亲水内部疏水的凝胶体状态,进而增加面团的弹性。但是谷朊粉超过一定的量,就会导致面筋蛋白的胶体状态破坏,面团变紧实,面包的高径比、比容、弹性等品质下降[13]。综上所述,较优谷朊粉添加量为0.9%。

图3 谷朊粉添加量对复合面包高径比、比容的影响

图4 谷朊粉添加量对复合面包硬度、弹性的影响

2.1.3 改良剂的添加量对烤制马铃薯与小麦粉复合面包的品质影响 改良剂的用量对面包品质影响见图5、图6。从图中可以观察到,随着改良剂添加量增加到0.6%时,面包的高径比、比容、以及弹性均呈增长趋势,硬度呈下降趋势,当改良剂添加量超过0.6%时,面包的高径比、比容、以及弹性均呈下降的趋势,硬度呈增长趋势,当改良剂添加量达到0.6%时,面包的综合品质为最佳状态,即面包的高径比、比容最大,弹性最大,硬度最小。这是因为,改良剂中的淀粉酶在逐渐增加后,糖类持续分解供酵母代谢使用,但在0.6%以后酶量达到峰值后,造成糖类营养物质消耗过快,使酵母后期发酵力不足,导致高径比、比容、以及弹性下降,硬度增加。综上所述,较优改良剂添加量为0.6%。

图5 改良剂添加量对复合面包高径比、比容的影响

图6 改良剂添加量对复合面包硬度、弹性的影响

2.2 响应面对复合面包的配方优化

2.2.1 响应面法优化试验结果 根据单因素试验结果,采用 Box-Behnken 试验设计三因素三水平的响应面法进行优化试验,结果见表2。

表2 响应面试验设计及结果

2.2.2 回归模型的建立与显著性分析 用Design-Expert 8.0.6对表2多元回归拟合方程,得到因变量硬度值(Y)与烤制马铃薯添加量(A)、谷朊粉添加量(B)、改良剂添加量(C)的多元回归方程为:Y=184.22+1.85A+1.45B+2.88C+3.19AB-1.33AC+2.09BC+4.17A2+4.25B2+11.27C2

表3 回归方程的方差分析表

利用Design-Expert 8.0.6绘制三维的响应曲面图及二维平面等高线图,如图7～图8所示。由图可知交互项烤制马铃薯添加量与改良剂添加量之间交互极显著,谷朊粉添加量与改良剂添加量之间交互作用显著。

图7 A与B交互作用对面包硬度的影响

图8 B与C交互作用对面包硬度的影响

利用Design Expert 8.0.6软件优化,烤制马铃薯面包粉最佳复配配方为:烤制马铃薯25.00%、改良剂0.63%、谷朊粉0.87%,硬度预测值为180.857 g。为方便操作调整后的配方为:烤制马铃薯25%、改良剂0.60%、谷朊粉0.90%,测得面包的硬度值为181.110 g,和预测值的相对误差为0.253。

3 结论

对添加烤制马铃薯的小麦粉面包加工配方进行了优化,结果表明,加入高筋小麦粉质量的烤制马铃薯25%、改良剂0.60%、谷朊粉0.90%,测得面包的硬度值为181.110 g,和预测值的相对误差为0.253。说明利用本试验建立模型的理论值和实际值差异不显著。