响应面法优化燕麦黄豆粉杂粮面包工艺配方

张二芳，邢君尧

（吕梁学院生命科学系，山西吕梁033000）

杂粮面包是以高筋小麦粉为主，搭配多种杂粮粉制成的面包，相较于普通面包，富含膳食纤维和矿物质，营养更全面，具有促进肠道蠕动，减少肥胖、高血压等现代“文明病”[1-2]，可以适应不同的人群选择。

燕麦（Avena sativa L）是一种食疗兼备的特色杂粮作物，其不饱和脂肪酸和水溶性膳食纤维β－葡聚糖含量均居谷物之首，热量低，升糖指数低。β－葡聚糖可降低人体低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）胆固醇，降脂降糖，是糖尿病人的首选食品[3]。目前，已有探索在食品中添加燕麦生产酥性饼干[4]、燕麦风味茶及风味物质的分析[5]、保健燕麦挂面[6]以及各种燕麦杂粮面包等的研究。黄豆[Vigna radiata（Linn.）Wilczek]含有丰富的优质蛋白、不饱和脂肪酸、钙及B族维生素，是我国居民膳食中优质蛋白质的重要来源。其不饱和脂肪酸中丰富的亚麻酸，可以降低血糖、血压、血脂，降低动脉粥样硬化发生的风险。关于黄豆在食品中的应用研究主要集中在黄豆粉速冻水饺[7]、富硒低糖豆浆的研制[8]、黄豆粉馒头的研制[9]以及黄豆粉皮膳食纤维杂粮面包的研制[10]。燕麦黄豆杂粮面包的研制，适应现代社会人们对营养保健的特殊需求，不仅能为开发新的面包制作程序提供配方上的参考，同时对粗粮的生产销售产生良好的外部效应，创造良好的经济效益。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

原味高筋面包粉：新乡市新良粮油加工有限责任公司；燕麦、黄豆：离石美特好超市；白砂糖：太古糖业（中国）有限公司；食盐：山西盐业公司；植物油：嘉里粮油青岛有限公司；黄油：潍坊兴达油脂有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；干燥膨松剂：桂林市红星化工有限责任公司。

不锈钢锅（EC30JC01组合）：浙江苏泊尔家电制造有限；固体粉碎机（RHP-400A型）：浙江荣浩工贸有限公司；电烤箱（MG25NF-AD）：芜湖美的厨房电器制造有限公司；电子天平（LQ-A20002）：昆山优科维特电子设备有限公司；微波炉（M1-L213B）：广东美的厨房电器制造有限公司；质构仪（TA-XT Puls）：英国SMS公司。

1.2 工艺流程

杂粮选择处理→过筛→调粉→添加辅料→和面→静置→切块→装盘→醒发→烘烤→冷却包装[11]

1.3 制作步骤

1.3.1 原辅料处理

选择市售符合食品卫生要求的优质燕麦和黄豆，分别洗净晾干，打成粉。

1.3.2 调制面团

将黄油预热，加入白砂糖预混，将酵母倒入温水中搅拌至溶解均匀，然后依次加入高筋面包粉、燕麦黄豆粉、食用盐搅拌均匀，最后加入温水和酵母，和面至面团软硬适中不粘手为止[12]。

1.3.3 面团静置成型

将和好的面团静置20 min后将面团切块整形并装盘醒发。

1.3.4 烘焙冷却成品

将装有面包的烤盘放入烤箱中进行烘烤，烘烤条件为上火180℃、下火180℃，烘烤时间15 min，烘烤完成后冷却至室温（25℃左右）即为成品。

1.4 单因素试验

每次试验以100 g面包粉为基础，在黄油添加量15 g，膨松剂添加量0.6 g，烘烤温度上火180℃、下火180℃，烘烤时间15 min的基本配方和工艺下，以感官评价为指标，探究燕麦黄豆粉用量、水用量、白砂糖用量、盐用量、酵母用量以及醒面时间对燕麦黄豆粉杂粮面包感官品质的影响。设置6个因素的梯度为：添加燕麦黄豆粉（燕麦∶黄豆粉质量比=1∶1）的用量（10、15、20、25、30 g），水用量（42、44、46、48、50 g），白砂糖用量（9、12、15、18、21 g），盐用量（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g），酵母用量（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g），醒面的时间为（40、50、60、70、80 min）。研究采取控制变量法进行单因素试验，固定参数分别为：选取燕麦黄豆粉20 g、水46 g、白砂糖15 g、盐1.5 g、酵母1.5 g、醒面时间60 min。

1.5 响应面试验

在单因素试验基础上，以在食品生物学及工程学广泛应用的Design-Expert Software7.0软件为辅助手段设计响应面试验，采用Box-Behken中心组合做响应面分析试验[13]。以燕麦黄豆粉复合杂粮面包感官评定为响应值，选择对燕麦黄豆粉复合杂粮面包感官品质影响较大的配方或工艺，设计试验，得出数据，用Design-Expert Software7.0软件进行分析，得出燕麦黄豆粉复合杂粮面包的最佳配方和工艺参数。

1.6 燕麦黄豆粉复合杂粮面包硬度评价

将烘烤出炉的面包冷却至室温25℃，再把面包切成3份大小相等、厚度为4 cm的方块。采用TA-XTPuls质构仪检测面包质构特性，使用TP/36R的探头。测定条件：5N力，触发模式Auto，测前速率3.0mm/s，测试速率 1.0 mm/s，测后速率1.0 mm/s，压缩 50%，间隔 5 s。每个样品重复3次，取其硬度的平均值进行结果计算[14]。

1.7 燕麦黄豆粉复合杂粮面包感官评价

对燕麦黄豆粉复合杂粮面包的品质从形态、色泽、质地、纹理结构和风味口感方面进行评价[15]，具体评价标准见表1。

表1 燕麦黄豆粉杂粮面包感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standard of oat and soybean flour bread

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 燕麦黄豆粉添加量对面包感官评价及硬度的影响

燕麦黄豆粉添加量对面包感官评价及硬度的影响见图1。

面包中添加燕麦黄豆粉，一方面能够增加面包的营养价值，同时使面包具有独特的风味。由图1可知，随着燕麦黄豆粉添加量逐渐增多，感官评分也随之升高。当燕麦黄豆粉添加量为20 g时，燕麦黄豆粉复合杂粮面包的外形、口感、颜色等都是最佳的。但是过多的添加会影响面包的口感，使面包带有较浓的豆腥味。随着燕麦黄豆粉添加量的增加，硬度在不断增大，同时豆腥味较浓，因此，20 g为燕麦黄豆粉最佳添加量。

图1 燕麦黄豆粉添加量对面包感官评价及硬度的影响Fig.1 Effect of oat and soybean flour addition on sensory evaluation and hardness of bread

2.1.2 盐添加量对面包感官评价及硬度的影响

盐添加量对面包感官评价及硬度的影响见图2。

图2 盐添加量对面包感官评价及硬度的影响Fig.2 Effect of salt addition on sensory evaluation and hardness of bread

由图2可知，随着盐添加量的逐渐增多，感官得分先升高后降低，当盐的添加量为1.5 g时，感官评定的得分最高。食盐添加量越多，酵母的产气能力越低，超过1.5 g时，就能产生明显的渗透压，对酵母发酵有抑制作用[16]，同时会使面包质地过于紧凑，使得面包品质下降。结合硬度，确定1.5 g为盐最佳添加量。

2.1.3 水添加量对面包感官评价及硬度的影响

水添加量对面包感官评价及硬度的影响见图3。

图3 水添加量对面包感官评价及硬度的影响Fig.3 Effect of water addition on sensory evaluation and hardness of bread

由图3可知，当水添加量为46 g时，对面包的感官评价最高。在面包的制作过程中，水首先作为溶剂用于溶解绵白糖、酵母、食用盐等添加剂，使其在面团调制中混合均匀。水的适量添加可以使生产出的面包外形整齐，组织结构均匀，口感细腻[17-18]。水添加量少于46 g时，面筋硬化，面团韧性过强，抑制酵母发酵，成品体积小，口感粗糙；水添加量太多时，硬度减小，面团黏度大，持气性下降，易塌陷，产品反弹力差，口感略黏。故确定46 g为水的最佳添加量。

2.1.4 酵母的添加量对面包感官评价及硬度的影响

酵母添加量对面包感官评价及硬度的影响见图4。

图4 酵母添加量对面包感官评价及硬度的影响Fig.4 Effect of yeast addition on sensory evaluation and hardness of bread

由图4可知，随酵母添加量增加，面包的感官评价值先增高后降低。当酵母的添加量为1.5 g时，面包体积大，内部结构蓬松，有淡淡的鲜香味，得出的感官评分最高。酵母添加量不足时，面包的风味不足，内部气孔小，质地较硬，回弹力差，硬度和咀嚼性大；过量的酵母粉发酵中产生更多的CO2气体，使面团体积过度膨胀，不能够保持良好的组织气密性，组织弹性、硬度和咀嚼性都小，酸味加重[19]。故确定1.5 g为酵母的最佳添加量。

2.1.5 白砂糖的添加量对面包感官评价及硬度的影响

白砂糖添加量对面包感官评价及硬度的影响见图5。

图5 白砂糖添加量对面包感官评价及硬度的影响Fig.5 Effect of sugar addition on sensory evaluation and hardness of bread

糖有吸湿性及水化作用，面包生产中添加糖，可增加产品柔软度和保鲜期；糖在加热过程中发生美拉德反应和焦糖化反应，生成类黑或焦糖色素，使产品呈现金黄色并有特殊香味；同时，糖有助于酵母菌的生长繁殖，发酵加快并改善面团的物理性质及面包内部的组织结构[20]。由图5可知，当糖的添加量为15 g时，面包的感官评价得分最高。此时面包颜色金黄，内部组织结构均匀，有焦糖混合燕麦的满意香味。糖的添加量较少时，面包的甜度不够，香味不足，组织偏硬；当糖的添加量太多时，口感腻，内部气孔太大，酸味重，且容易烤焦。故确定15 g为糖的最佳添加量。

2.1.6 醒面时间对面包感官评价及硬度的影响

醒面时间对面包品质的影响见图6。

图6 醒面时间对面包感官评价及硬度的影响Fig.6 Effect of waking time on sensory evaluation and hardness of bread

由图6可知，随着醒面时间延长，感官品质在逐渐提高，当醒面时间为70 min时，燕麦黄豆粉复合杂粮面包的外形、口感、颜色等都是最佳的。醒面时间不足，面包内部气孔小，弹性不够，口感差。醒面时间大于70 min时，面包的酸味增大，口感略黏。醒面时间过长，面团体积过度膨胀，组织弹性受到影响。因此燕麦黄豆粉杂粮面包制作过程中醒面时间最佳为70 min。

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 响应面试验设计及结果

在单因素试验的基础上，根据单因素试验中感官评分随因素梯度变化明显程度，确定燕麦黄豆粉添加量、酵母添加量以及水添加量3个因素。在此基础上，采用Box-Behken中心组合进行三因素三水平的响应面设计试验，因素和水平见表2，响应面分析试验结果如表3所示。

表2 响应面的因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface

表3 Box-Behken试验设计及结果Table 3 Box-Behken test design and results

使用软件Design-Expert Software7.0，以燕麦黄豆粉添加量（A）、酵母添加量（B）以及水添加量（C）为响应变量，同时以做出成品面包的综合评分为指标值（响应值），对以上表3的数据进行分析处理，得到表4回归方程的方差分析表。利用该软件进行二次多项式拟合（非线性），可得到这样的一个预测模型：

表4 回归方程方差分析表Table 4 Analysis of variance table of regression equation

根据回归方差分析显著性检验，该模型为显著型，即P<0.000 1，且失拟项不显著，为0.100 8。该模型R2=0.999 6，R2Adj=0.999 1，说明该模型与实际试验有很好的拟合性，自变量与指标值之间的线性关系显著，该模型在试验范围内可以较准确预测燕麦黄豆杂粮面包的感官评分。可以用于燕麦黄豆粉杂粮面包配方试验的预测。影响燕麦黄豆粉杂粮面包感官评分各因素中，其作用大小依次为水添加量>酵母添加量>燕麦黄豆粉添加量。

2.2.2 各因素及其交互作用对面包综合评分的影响

基于回归模型方差分析，用软件做出的燕麦黄豆粉添加量（A）、酵母添加量（B）以及水添加量（C）对燕麦黄豆粉杂粮面包综合评分影响的等高线及三维图如图7～图9所示。等高线的形状（圆形或椭圆）反应交互效应强弱程度，若为圆形，交互作用不显著；若为椭圆，则交互作用显著。

图7 燕麦黄豆粉添加量和酵母添加量对面包综合评分影响的响应面图Fig.7 Response surface diagram of the effect of oat and soybean meal addition and yeast addition on comprehensive score of bread

由图7分析可知，燕麦黄豆粉添加量和酵母添加量两者之间相互作用的等高线为椭圆形，交互作用显著。由等高线疏密程度可以判断，酵母添加量对燕麦黄豆粉复合杂粮面包综合评分的影响比燕麦黄豆粉添加量更大。

图8 燕麦黄豆粉添加量和水添加量对面包综合评分影响的响应面图Fig.8 Response surface diagram of the effect of oat and soybean flour addition and water addition on comprehensive score of bread

图9 酵母添加量和水添加量对面包综合评分影响的响应面图Fig.9 Response surface diagram of the effect of yeast addition and water addition on comprehensive score of bread

由图8分析可知，燕麦黄豆粉添加量和水添加量两者之间相互作用的等高线为椭圆形，交互作用显著。由等高线疏密程度可以判断，水添加量对燕麦黄豆粉复合杂粮面包综合评分的影响比燕麦黄豆粉添加量更大。

由图9分析可知，酵母和水添加量两者之间相互作用的等高线接近圆形，交互作用不显著。由等高线疏密程度可以判断，水添加量对燕麦黄豆粉复合杂粮面包综合评分的影响比酵母添加量更大[21]。

通过本次响应面试验，通过Design-Expert软件优化，得知燕麦黄豆粉杂粮面包的最佳配方为：燕麦黄豆粉的理论最佳添加量为23.19 g、酵母的理论最佳添加量为2.00 g，水的理论最佳添加量为47.56 g，理论最高综合得分为81.686分，硬度平均为527.42 g。使用这组理论最佳数据重复试验5次后，发现燕麦黄豆粉复合杂粮面包综合评分与理论值接近，说明该数学模型可靠，可用于燕麦黄豆粉杂粮面包最优工艺参数的预测。本次试验成立[22]。

3 结论

通过单因素试验，确定对燕麦黄豆粉杂粮面包感官评价和硬度有主要影响的3个因素：燕麦黄豆粉、酵母、水，并以单因素试验结果为基础，结合响应面试验和验证试验确定燕麦黄豆粉杂粮面包的最佳配比为：以高筋面包粉100 g为基准，添加燕麦黄豆粉23.19 g、水47.56 g、酵母2.00 g，在此最优配方参数下的燕麦黄豆粉杂粮面包综合评分为81.686分，硬度为527.42 g。在该方案下生产出来的燕麦黄豆粉杂粮面包表皮金黄饱满，质地细腻平滑、气孔细密均匀有弹性，有焦糖和燕麦混合的独特香味。