响应面法优化自发馒头粉配方

王欣怡，张 煌，王淼森，刘长虹 *，王远辉

（1.河南工业大学 粮油食品学院 小麦和玉米深加工国家工程实验室，河南 郑州 450001；2.河南牧业经济学院 食品与生物工程学院，河南 郑州 450044）

自发粉是在小麦面粉中添加化学或生物膨松剂配制而成[1-2]，可以用于制作馒头、包子、油条等，以避免在制作这些发酵食品时称量、配料、混合、发酵、兑碱等繁琐工序，从而使制作工艺简单化，并能稳定和保障食品质量的一致性，省时、简单和方便，尤其适合于在连锁店和家庭制作[3]。自发粉在经济发达国家如美国、英国、日本和澳大利亚等国使用得较普遍[4]。在我国，随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，人们迫切希望能从一日三餐这一繁重的家务劳动中解脱出来，希望新鲜美味的餐饮实现方便快捷，因此，自发粉在我国现代家庭中的应用越来越普遍[5]。

由于馒头市场广泛，其消费量远远高于其他发酵面食，故自发粉大多是针对馒头生产的[6]。目前，已有关于自发粉的各种膨松剂成分添加量、工艺对馒头感官品质及质构的影响的相关研究，但对自发粉良好风味的工艺的开发与研究较少[7]。消费者大多对于传统馒头味特别青睐，而现在市面上自发馒头粉大多都没有纯正的发酵香味，与工厂的预试验结合后发现，酵母与酵子同时添加能具有一定的传统馒头风味。因此，开发一款自发馒头粉，既简化工艺又满足风味要求，具有重要的意义。

本研究以自发馒头粉制作的馒头的白度、硬度及感官品质为评价指标，在单因素试验的基础上，采用Box-Behnken试验设计对馒头自发粉配料，即酵子、酵母、化学膨松剂（NaHCO3和葡萄糖酸内酯（glucono-delta-lactone，GDL）添加量3个因素进行响应面优化试验，确定最优自发馒头粉配方，对开发一款既简化工艺又满足风味要求的自发馒头粉具有重要的理论指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

特一粉：郑州金苑面业有限公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；酵子（过80目筛）：南阳市菜市街；葡萄糖酸内酯（食品级）、碳酸氢钠（过80目筛）：郑州铸鼎试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

HN750全自动和面机：Hauswirt电器有限公司；BS600L电子天平：上海友声衡器厂；WFX-12-15-24-0豪华型雾化面食发酵箱：中山市丰盛电器厂；DS-671电子秤：上海寺岗电子有限公司；JBDZ-20白度仪：上海嘉定粮油仪器有限公司；硬度仪：自制。

1.3 试验方法

1.3.1 馒头制作工艺流程

特一粉、食品膨松剂、水→和面→压面→成型→醒发→蒸制→成品

将特一粉、食品膨松剂（酵子、酵母、化学膨松剂）加入和面机，先低速档混匀1 min，加入面粉量48%的水，再高速档搅拌12 min；自动压面12次；手工成型；醒发（温度35 ℃，相对湿度85%）45 min；沸水蒸25 min后关火闷2 min。

1.3.2 自发馒头粉配方优化单因素试验

自发馒头粉主要由面粉和食品膨松剂构成，食品膨松剂分为生物膨松剂和化学膨松剂。在前期试验的基础上确定自发馒头粉的食品膨松剂为酵子、酵母、碳酸氢钠和葡萄糖酸内酯[8-9]，因此考察酵子添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、酵母添加量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%）以及化学膨松剂总添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89[8]）（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）对馒头白度、硬度及感官品质的影响。

1.3.3 自发馒头粉配方优化响应面试验

在单因素试验的基础上，以馒头感官评分（Y）为响应值，选取酵子添加量（A）、酵母添加量（B）、化学膨松剂总添加量（C）3个因素进行响应面优化试验，确定自发馒头粉最佳配方，试验因素与水平见表1。

表1 自发馒头粉配方优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for selffermentable steamed bread flour formula optimization

1.3.4 分析方法

馒头白度的测定：用白度仪测定馒头白度[10]。

馒头硬度的测定：采用自制硬度仪测定[11]。

馒头的感官评价：模糊感官评价[12-16]。

（1）建立模糊综合评价模型

确立评价因素集F：选择馒头的外观、结构、风味、口感构成因素集；确立评价等级E：评价等级即用来评价各个因素的优劣程度。经过选择的感官评定人员根据表1分别确定馒头各个指标的评价等级并分为三个类别，分别为优、良和差，具体评价标准见表2[12]，各等级评价分布见表3。

表2 馒头的感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standard of steamed bread

表3 各等级评价分布Table 3 Distribution of each grade evaluation

确定评价权重计划集W：评价权重指的是不同评价因素的重要程度。采用强制一对一确定法[13-14]确定权重，具体解释为对参加评价的因素作一对一比较，当一对一比较时，重要的得1分，次要的得0分，自身相比一般记1分。（与主要因素相比一般记0分）。请10位感官评定人员对馒头的4个感官指标进行评价并得出指标，其结果显示为W=（外观，结构，风味，口感）=（0.28，0.18，0.24，0.30），具体见表4。

表4 馒头感官权重的确定Table 4 Determination of sensory weight of steamed bread

（2）建立模糊评价矩阵

邀请10名感官评价人员对馒头进行感官评定，确定每个感官指标在各个等级中的票数分布。每个感官指标等级的得票数与总票数的比值即为赞成率[15]，由此建立模糊感官评价矩阵如下：

式中：j代表各个样品的编号；i代表第i个感官指标；Aj代表第j个样品的模糊评价矩阵；ri1，ri2，ri3分别代表各个评价指标赞成比例。

（3）模糊变换及综合评分

根据模糊变换原理，权重与矩阵的乘积即为感官评价的结果[16]，记为R=W×Aj。

1.3.5 数据分析

使用SPSS 24.0软件进行统计学分析；采用Qrigin 2017作图；采用Design Expert 8.0.6软件进行Box-Behnken Design试验设计。

2 结果与分析

2.1 自发馒头粉配方优化单因素试验

2.1.1 酵子添加量对馒头品质的影响

酵子作为一种发酵剂，其中多种产气菌进行协同发酵[17-18]，产生更多的风味物质改善馒头风味[19]。在预实验的基础上，固定酵母添加量为0.5%，化学膨松剂总添加量为0.8%，考察酵子添加量对馒头品质的影响，结果见图1。

图1 酵子添加量对自发粉馒头白度、硬度（a）及感官评分（b）的影响Fig.1 Effect of Jiaozi addition on whiteness,hardness (a) and sensory score (b) of steamed bread made by selffermentable flour

由图1可知，随着酵子添加量的增加，馒头的硬度呈下降的趋势，而白度及感官评分呈先升高后下降的趋势，分析主要原因可能是酵子中含有酵母菌和乳酸菌，当面团中酵子添加量过低时，面团中的发酵菌群数量较少，因而直接导致了面团的发酵力不足，面团在发酵时产气不足，导致所蒸制馒头的内部结构组织过于致密，体积过小，硬度较大；而当面团中的酵子量提升时，酵母菌和乳酸菌增多，在菌类协同作用下发酵力也随之增强，产气能力提升，足量的气体使得馒头内部气孔逐渐增大，所蒸制出的馒头更加蓬松，硬度下降，感官评分随之增加；但当酵子添加量过高时，酵子本身的颜色使得馒头色泽变差，同时又因发酵时产气过多，破坏了馒头内部的结构组织，使得馒头内部气孔过大，白度下降，感官评分降低。当酵子添加量为0.8%时，馒头硬度适中，白度及感官评分最高，分别为52.8、500 g、81.8分。因此，确定最佳酵子添加量为0.8%。

2.1.2 酵母添加量对馒头品质的影响

酵母菌是馒头发酵必须的微生物，通过产气和生物化学反应，使得馒头内部组织松软多孔，暄软可口[20-21]。在预实验的基础上，固定酵子添加量为0.8%、化学膨松剂总添加量为0.8%，考察酵母添加量对馒头品质的影响，结果见图2。

图2 酵母添加量对自发粉馒头白度、硬度（a）及感官评分（b）的影响Fig.2 Effect of yeast addition on whiteness,hardness (a) and sensory score (b) of steamed bread made by self-fermentable flour

由图2可知，随着酵母添加量的增加，馒头的硬度呈下降趋势，白度及感官评分均呈先升高后下降的趋势。分析原因可能是当酵母添加量较低时，酵母菌数量太少，而酵子发酵力又较低，不能有效产气，故所蒸制出的馒头内部气孔过于紧密，体型干瘪，表皮暗淡，导致硬度较高，白度及感官评分较低；随着酵母添加量的提高，面团内的微生物量增加，产气量增加，馒头结构变得疏松，硬度下降，白度及感官评分升高；但当酵母添加量过高时，酵母与酵子协同发酵产气过多，所蒸制出的馒头内部空间结构过于疏松，气孔大小不一，白度下降，感官评分随之下降。当酵母添加量为0.6%时，馒头的感官评分最高，达到87.2分。因此，确定最佳酵母添加量为0.6%。

2.1.3 化学膨松剂总添加量对馒头品质的影响

自发粉中添加的化学膨松剂主要有小苏打、葡萄糖酸内酯、复合磷酸盐、酒石酸氢钾、碳酸钙等[8-9]，其主要作用为遇水产气，缩短醒发时间。刘天天[8]确定碳酸氢钠、葡萄糖酸内酯是馒头的较好的化学膨松剂。在预试验基础上固定酵母添加量为0.5%、酵子添加量为0.8%，考察化学膨松剂总添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89）对馒头品质的影响，结果见图3。

图3 化学膨松剂添加量对自发粉馒头白度、硬度（a）及感官评分（b）的影响Fig.3 Effect of chemical leavening agent addition on whiteness,hardness (a) and sensory score (c) of steamed bread made by self-fermentable flour

由图3可知，随着化学膨松剂添加量的增加，馒头的硬度及白度呈下降趋势，而感官评分呈先升高后下降的趋势。分析原因可能是，化学膨松剂由NaHCO3和葡萄糖酸内酯组成，伴随着中和反应的发生，会有二氧化碳气体释放出，化学膨松剂添加量较低时，进行中和反应时产气量较少，使得蒸制出的馒头内部结构过于密实，硬度较低，感官评分较低；当化学膨松剂添加量逐渐增加时，面团中的气体增多，所蒸制出的馒头由于内部气孔逐渐扩张而变得质地松软，硬度下降，感官评分升高；但当化学膨松剂添加量过高时，由于膨松剂在馒头的醒发以及蒸制过程中的化学反应会出现一定的颜色，再加之过多的化学膨松剂使得蒸制出的馒头内部气孔开度较大且不均匀，白度降低，感官评分下降。当化学膨松剂添加量为1.0%时，馒头的感官评分最高为83.2分。因此，确定最佳化学膨松剂添加量为1.0%。

2.2 自发馒头配方优化响应面试验

在单因素试验的基础上，以馒头感官评分（Y）为评价指标，选取酵子添加量（A）、酵母添加量（B）、化学膨松剂总添加量（C）3个因素进行响应面优化试验，结果与分析见表5，方差分析见表6。

表5 Box-Behnken中心组合试验结果与分析Table 5 Results and analysis of Box-Behnken center combination tests

对表5的试验结果进行二次多元回归拟合，得到感官评分（Y）对酵子添加量（A）、酵母添加量（B）及化学膨松剂添加量（C）的二次多元回归方程：Y=84.49+3.16A-0.68B+0.11C-0.44AB+0.95AC-0.025BC-7.38A2+0.15B2+2.06C2。由表6可知，模型的P值＜0.01，极显著，失拟项P值=0.469 6＞0.05，不显著，说明回归方程拟合度良好，可用此模型对响应值进行分析和预测[22-24]。模型的决定系数R2=0.943 6，调整决定系数R2Adj=0.871 2，说明模型可信度较高，能够较好地描述试验结果[25-27]。因此，该二次回归方程能够较为准确的反映酵母、酵子、化学膨松剂的添加量对自发粉馒头感官品质的影响。一次项A及二次项B2对结果影响极显著（P＜0.01），二次项C2对结果影响显著（P＜0.05），其他项对结果影响不显著（P＞0.05）。

表6 回归模型的方差分析Table 6 Variance analysis of regression model

通过Design-Expert 8.0.6软件对试验模型进行求解，得到自发馒头粉最佳配方为为酵子添加量0.86%、酵母添加量0.50%、化学膨松剂添加量1.20%，采用最佳配方蒸制的馒头感官评分的理论值为88.2分。在该条件下进行3次验证试验，得到感官评分平均分为87.5分。

3 结论

通过对酵子、酵母、化学膨松剂添加量3个因素进行响应面优化，得出自发馒头粉的最佳配方为酵子添加量0.86%、酵母添加量0.50%、化学膨松剂添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89）1.20%。采用最佳自发馒头粉配方蒸制馒头，馒头的白度为53.4，硬度为452 g，感官评分为87.5分，与理论值相近，因此，该模型可用于自发馒头粉配方的预测。