豌豆蛋白面包的制作工艺优化及其品质

戴 媛,冷进松,傅婷婷

(重庆文理学院园林与生命科学学院/特色植物研究院,重庆 402160)

豌豆(PisumsativumLinn,pea),别称麦豌豆、寒豆、麦豆、雪豆、毕豆、麻累、国豆、蚕豆(吴语)等[1],原产于地中海南部及地中海沿岸,是一种营养性食品[2]。豌豆种子富含蛋白质、碳水化合物、膳食纤维、维生素和矿物质等[3],其中蛋白质含量达到20.6%[4]。豌豆蛋白是近年来新兴的一种植物蛋白,其氨基酸组成比较平均[5],接近FAO(联合国粮食及农业组织)/WHO(世界卫生组织)推荐的标准模式,为全价蛋白质[6]。豌豆蛋白中抗营养因子含量低,不含雌激素,过敏源少且价格低廉[7],适合各类人群食用。将豌豆蛋白添加到食品中可以强化产品营养成分、改善产品质构、增强产品稳定性[8]。豌豆蛋白早先主要用作动物饲料或饲料添加剂,李峻峰等[9]进行了豌豆蛋白粉代替豆粕饲喂育肥猪的研究。目前研究逐渐转向食品方面,孙聃等[10]把豌豆蛋白及豌豆粉添加到馒头中,有效地改善了面粉的粉质特性,提高了馒头的营养价值,延长了馒头的货架期。Marchais等[11]把豌豆蛋白添加到面条中,改善了面粉的粉质特性,提高了面条的营养价值,但是目前为止将豌豆蛋白添加于面包中的研究未见文献报道。

因此,为拓宽豌豆蛋白的产品范围,本研究将豌豆蛋白粉添加于面包制作过程中,在单因素实验的基础上,考察了豌豆蛋白粉、酵母和糖的添加量以及发酵时间对面包感官品质及比容的影响,采用响应面分析法优化了面包制作的工艺条件,并测定了最佳工艺条件下制得的面包的理化指标,为豌豆蛋白面包的开发提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

豌豆蛋白粉 荣美食品原料有限公司;高筋小麦面粉 肇庆市福加德面粉有限公司;安琪高活性干酵母 安琪股份有限公司;大豆油 益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司;奶粉 购自君乐宝乳业有限公司;黄油 上海光明奶酪黄油有限公司;糖、盐、鸡蛋等其它材料 均为市售食品级。

IK2(JD)型烤箱 广东格兰仕微波生活电器制造有限公司;AR2140分析天平 梅特勒-托列仪器上海有限公司;WFX-12发酵箱 华兴宝业有限公司;DGG-9246A电热恒温鼓风干燥箱 上海齐欣科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 豌豆蛋白面包的制作

1.2.1.1 工艺流程 原辅料→称量→过筛→面团调制→面团发酵→切块、搓圆→整形→醒发→装盘→焙烤→冷却→成品

1.2.1.2 操作要点 原料预处理:高筋小麦粉和豌豆蛋白粉混合过60目筛,糖与盐分别用适量水溶解,黄油于50 ℃水浴中预先融化,干酵母于30 ℃温水预先溶解,鸡蛋打成全蛋液,奶粉加适量水调成乳状液;面团调制:将材料混合后揉到面团基本成型,加入黄油,均匀地揉进面团,直至面团展开可形成一层薄膜,在面团完成前5 min左右,加入2%盐;面团发酵:将调制好的面团用手捏圆,使其光面向上放在稍涂有油的发酵钵中,送入发酵箱发酵,发酵箱温度为(30±1) ℃,相对湿度85%,发酵一定时间;切块、搓圆、静置:将发酵成熟的面团切成大小相同的小面块,揉成表面光滑的圆球形,静置3～5 min;整形:将揉圆的面团压薄、搓卷,做成所需制品的形状;醒发:将整形后的面包坯,放入装有高温布的烤盘内,再将烤盘放入发酵箱内进行最后醒发,发酵箱温度为38 ℃,相对湿度控制在85%左右,醒发45～60 min,使其体积达到整形后的2倍左右,应立即进行烘烤;烘烤:烤箱需预热15 min,使烤箱内部温度均匀保持烘焙温度180 ℃,烘烤 10 min;冷却:烘烤完毕后,采用自然冷却。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 豌豆蛋白粉添加量的影响 以100 g面粉为基重,黄油4%,奶粉5%,鸡蛋5%,盐2%,酵母1.5%,糖8%,水40%～60%,发酵时间60 min,分别设置豌豆蛋白粉添加量为2%、5%、8%、11%、14%,以感官评分和比容为评价指标,以豌豆蛋白粉添加量0%为对照实验,考察豌豆蛋白粉添加量对面包的影响。

1.2.2.2 酵母添加量的影响 以100 g面粉为基重,黄油4%,奶粉5%,鸡蛋5%,盐2%,豌豆蛋白粉8%,糖8%,水40%～60%,发酵时间60 min,分别设置酵母添加量为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%,以感官评分和比容为评价指标,以酵母添加量0.2%为对照实验,考察酵母添加量对面包的影响。

1.2.2.3 糖添加量的影响 以100 g面粉为基重,黄油4%,奶粉5%,鸡蛋5%,盐2%,豌豆蛋白粉8%,酵母1.5%,水40%～60%,发酵时间60 min,分别设置糖添加量为2%、5%、8%、11%、14%,以感官评分和比容为评价指标,以糖添加量0%为对照实验,考察糖添加量对面包的影响。

1.2.2.4 发酵时间的影响 以100 g面粉为基重,黄油4%,奶粉5%,鸡蛋5%,盐2%,豌豆蛋白粉8%,糖8%,酵母1.5%,水40%～60%,分别设置发酵时间为30、45、60、75、90 min,以感官评分和比容为评价指标,以发酵时间15 min为对照实验,考察发酵时间对面包的影响。

1.2.3 响应面试验设计 在单因素实验的基础上,利用Design-Expert软件的Box-Behnken试验设计原理,以感官评分(Y)为响应值,以豌豆蛋白粉添加量(A)、酵母添加量(B)、糖添加量(C)、发酵时间(D)为自变量,设计四因素三水平响应面分析试验,以优化豌豆蛋白面包制作工艺。因素与水平设计见表1。

表1 响应面试验因素与水平设计Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.2.4 豌豆蛋白面包的品质指标测定 在响应面优化得到的最佳实验条件下制作面包,以豌豆蛋白粉添加量0%为对照,对面包进行感官评定,并测定水分、持水性、酸度、比容等指标。

1.2.4.1 感官评价 参照GB 7099-2015《糕点、面包》[12]中的要求制作标准,由10名食品专业人员组成感官鉴评小组,对面包的形态、色泽、表皮质地等指标进行评价。评分标准见表2。

表2 豌豆蛋白面包感官评价表Table 2 Sensory evaluation form of pea protein bread

1.2.4.2 水分、酸度和比容测定 水分采用直接干燥法,参照GB/T 5009.3-2016[13]进行;酸度和比容参照GT/B 20981-2007[14]进行。

1.2.4.3 持水性测定 将面包放在室温为(25±1) ℃下贮藏,每隔24 h测定其质量变化,共测3次,计算面包失重率,并计算面包持水性[15]。计算公式如下:

式(1)

式中,Δm为失重率,%;m1为第一次测得面包的质量,g;m2为第二次测得面包的质量,g;m3为第三次测得面包的质量,g。

W=100%-Δm

式(2)

式中,W为持水性,%;Δm为失重率,%。

采用Microsoft Excel 2007、Design Expert 8.0.6软件进行数据处理、分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 豌豆蛋白粉添加量对面包品质的影响 由图1可知,随着豌豆蛋白粉添加量的增加,感官评分也增加,当豌豆蛋白粉添加量为8%时,感官评分达到最大值80分,之后再继续增加豌豆蛋白粉添加量,感官评分反而降低,这主要是由于豌豆蛋白粉的添加使面包内部的色泽发生了变化,由淡黄色变成灰黄色,甚至暗黄色,而且口感变粗糙,影响了面包的感官品质。比容的变化趋势与感官评分不同,在豌豆蛋白粉添加量2%～14%范围内,比容呈下降趋势,但整体变化幅度很小,因此,综合豌豆蛋白面包感官评分和比容两个指标,选择豌豆蛋白粉添加量5%、8%、11%进行响应面优化试验。

图1 豌豆蛋白粉添加量对面包品质的影响Fig.1 Effect of pea protein powder addition on bread quality

2.1.2 酵母添加量对面包品质的影响 由图2可知,酵母添加量在0.5%～1.5%范围内时,随着酵母添加量的增加,感官评分和比容均呈上升趋势,当酵母添加量增至1.5%时,感官评分和比容达到最大值,分别为77分、2.99 mL/g。但当酵母添加量在1.5%～2.5%范围内时,感官评分和比容均呈下降趋势,主要是因为酵母过多,面团过度发酵,面筋过度延伸,面包表面塌陷,出现裂纹,内部有大气孔,故比容下降,同时带有酸味[16],导致感官评分降低。因此,综合豌豆蛋白面包感官评分和比容两个指标,选择酵母添加量1.0%、1.5%、2.0%进行响应面优化试验。

图2 酵母添加量对面包品质的影响Fig.2 Effect of yeast addition on bread quality

2.1.3 糖添加量对面包品质的影响 从图3可以看出,在糖添加量为2%～8%范围内时,随着糖添加量增加,感官评分和比容上升,当糖添加量为8%时,感官评分和比容分别达到最大值81分、3.07 mL/g。然而,当糖添加量进一步增加时,由于过多的糖抑制了酵母的生长繁殖,面团发酵效果差,面包体积小,故比容下降,且面包内部组织粗糙,表皮颜色较深,口感偏甜[17],从而导致感官评分降低。因此,综合豌豆蛋白面包感官评分和比容两个指标,选择糖添加量为5%、8%、11%进行响应面优化试验。

图3 糖添加量对面包品质的影响Fig.3 Effect of sugar addition on bread quality

2.1.4 发酵时间对面包品质的影响 由图4可知,发酵时间在30～60 min时,感官评分和比容均随发酵时间的延长而增加,发酵时间为60 min时,感官评分和比容达到最大值,分别为79分、2.72 mL/g,发酵时间超过60 min时,感官评分和比容随着时间的增加反而降低,这可能是由于酵母产气能力下降,导致面团体积过小,面包内部组织不紧密,表皮增厚,气孔不均匀[18],从而使面包感官品质下降,比容降低[19]。因此,综合豌豆蛋白面包感官评分和比容两个指标,选择发酵时间45、60、75 min进行响应面优化试验。

图4 发酵时间对面包品质的影响Fig.4 Effect of fermentation time on bread quality

2.2 响应面试验

2.2.1 响应面试验设计及结果 单因素实验结果显示,比容受各因素影响较小,感官评分受各因素影响较大,因此选择感官评分作为响应面实验的响应值(Y),以豌豆蛋白粉添加量(A)、酵母添加量(B)、糖添加量(C)、发酵时间(D)为自变量,应用Design Expert 8.0.6统计分析软件设计实验方案及结果如表3所示。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response surface experiment

2.2.2 回归模型拟合及方差分析 利用统计软件对表3数据进行多元回归拟合,得到感官评价(Y)与自变量之间的回归方程,即:

Y=81.36+1.15A+0.48B+0.21C+0.34D-0.12AB-0.050AC+0.075AD-0.025BC-0.050BD-8.09A2-4.07B2-0.88C2-2.41D2

由表4可知,回归模型P<0.01,表明该回归模型极显著;模型的决定系数R2=0.9837,表明模型的拟合值与实际结果的相关性较高;失拟项不显著(P>0.05),说明回归方程拟合较好,模型稳定;变异系数值CV=1.03%<10.00%,进一步说明模型拟合较好,可用来进行分析和预测。由F值可知,四个因素对响应值影响的大小顺序为:A>B>D>C,即:豌豆蛋白粉添加量>酵母添加量>发酵时间>糖添加量,其中,一次项A和二次项A2、B2、D2对响应值的影响极显著(P<0.01),一次项B和交互项AB、AD,以及二次项C2对响应值的影响显著(P<0.05)。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

2.2.3 响应面交互作用分析 两因素之间的交互作用对响应值的影响可以通过响应面图反映出来,响应曲面坡度越陡峭,说明因素的改变对于响应值的影响越大,而曲面坡度越平滑,说明因素的改变对响应值的影响也就越小[20]。图5为豌豆蛋白粉添加量与酵母添加量、豌豆蛋白粉添加量与糖添加量、豌豆蛋白粉添加量与发酵时间、酵母添加量与糖添加量、酵母添加量与发酵时间、糖添加量与发酵时间之间的交互作用对感官评价的影响。从图5中可以看出,图5(a)和图5(c)曲面坡度陡峭,而图5(b)、图5(d)、图5(e)和图5(f)曲面坡度较平滑,说明豌豆蛋白粉添加量与酵母添加量的交互作用、豌豆蛋白粉添加量与发酵时间的交互作用对感官评价的影响显著,而豌豆蛋白粉添加量与糖添加量、酵母添加量与糖添加量、酵母添加量与发酵时间、糖添加量与发酵时间之间的交互作用对感官评价的影响不显著,此结果与方差分析结果一致。

图5 两因素交互作用对感官评价的影响Fig.5 Effect of two factors interaction on the sensory evaluation

2.2.4 验证实验 对回归方程进行分析求解,得感官评价达到最大值时的条件为:豌豆蛋白粉添加量8.21%,酵母添加量1.53%,糖添加量8.35%,发酵时间61.08 min,此条件下的感官评价预测值为81.44分。为方便实验操作,将各因素取值定为:豌豆蛋白粉添加量8%,酵母添加量1.5%,糖添加量8%,发酵时间60 min,在此条件下进行验证实验,得感官评价为82分,预测误差为0.68%,与预测值接近。说明此模型可以用于豌豆蛋白面包制作条件的分析预测,响应面法也可以有效地优化豌豆蛋白面包的制作工艺条件。

2.3 豌豆蛋白面包的品质测定

2.3.1 基本理化指标测定结果 在优化的最佳工艺条件下制得的面包,其理化指标测定结果如表5所示,由表5可知,其水分测定结果小于45%;酸度测定结果小于6;比容测定结果小于7 mL/g,各项指标均符合国家标准GB/T 20981-2007的规定。持水性测定结果为98.2%,高于对照面包97.5%,即豌豆蛋白面包的持水性比对照面包的持水性好,说明豌豆蛋白可以增加面包的持水性,改善面包的储存品质,延长面包的货架期。

表5 豌豆蛋白面包理化指标测定结果Table 5 Results of physicochemical indexes of pea protein bread

2.3.2 感官品质测定结果 由图6可知,豌豆蛋白面包在外表形态、表皮质地和组织结构方面的感官评分分别为7、6、10分,低于对照面包的8、7、12分,在表皮色泽、包芯色泽、口感和香味方面的感官评分分别为8、8、20、17分,高于对照面包的7、7、17、14分,因此,综合感官评价各指标,豌豆蛋白粉可改善面包的感官品质。

图6 豌豆蛋白面包的感官品质测定结果Fig.6 Results of sensory quality of pea protein bread

3 结论

本文研究了豌豆蛋白面包的制作工艺,在单因素实验的基础上,应用响应面分析法进行优化,得到豌豆蛋白面包制作的最佳工艺条件为:豌豆蛋白粉添加量8%,酵母添加量1.5%,糖添加量8%,发酵时间60 min,在此条件下制得面包的感官评分为82分,预测值为81.44分,预测误差为0.68%,说明采用响应面方法优化豌豆蛋白面包制作工艺可行,此结果为豌豆蛋白面包的开发奠定了理论基础。品质测定结果表明,豌豆蛋白面包具有较好的理化特性、储存特性和感官品质,其水分含量35.8%,酸度值3.23,比容3.35 mL/g,72 h失重率1.8%,口感得分20分,香味得分17分,此结果说明将豌豆蛋白粉添加于面包中可改善面包的特性,提升面包的品质。