响应面法优化青麦仁冷冻面团面包复配改良剂的研究

张康逸，郭东旭，何梦影，温青玉，康志敏

（河南省农业科学院农副产品加工研究中心，河南 郑州 450002）

冷冻面团是指在面制食品生产过程中对面团进行冷冻处理，经处理后的面团半成品，可长期储存，经解冻后再加工即可得到成品[1]。利用冷冻面团技术可扩大生产规模，利于标准化生产，减少设备、人力投入，降低生产成本[2]。但是冷冻面团需经过冷冻、储藏、运输、解冻等环节，其质量会受到多种因素影响，存在诸如醒发时间长、内部结构较差、比容下降、硬度增大等缺点[3-5]，研究者对冷冻面团产品的品质改善进行了大量研究，一般集中在加工工艺的改进[6-7]、选择优良酵母[8]、复配改良剂[9-12]等方面。

青麦仁是处于乳熟期的小麦颗粒，含有丰富的碳水化合物、膳食纤维、蛋白质和α-淀粉酶、β-淀粉酶[13-14]。将青麦仁粉作为配料添加到面包中，不仅能提高面包的营养价值，也能赋予面包特殊的风味。但由于青麦仁粉中膳食纤维含量较高，面筋蛋白含量较少，在和面过程中不能形成有效面筋网络结构，对面团加工特性有一定影响，进而影响到青麦仁面包的品质，为改善青麦仁冷冻面团面包品质，以青麦仁冷冻面团面包为对象，在单因素试验基础上，应用响应面分析法进行优化，得到最佳复配改良剂配方，以期为青麦仁冷冻面团面包的工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

面包专用粉：新乡良润全谷物食品有限公司；青麦仁粉：河南省农科院农副产品加工研究所；耐高糖高活性干酵母：广西丹宝利酵母有限公司；黄油：南海油脂工业有限公司；奶粉、食盐、白砂糖：市售；硬脂酰乳酸钠、海藻糖、抗坏血酸、葡萄糖氧化酶（800 U/mg）：河南奥尼斯特食品有限公司。

1.2 仪器与设备

HM740和面机：青岛汉尚电器有限公司；FX-ST系列高级面包醒发箱：宏兴仪表公司；CB-D306烤箱：广州优连食品加工机械有限公司；SH-X多路温度测试仪：深圳市深华轩科技有限公司；AL204电子天平：梅特勒-特利多仪器（上海）有限公司；DHG-924OA电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；TMS-Pro型食品物性分析仪：美国Food Technology公司。

1.3 方法

1.3.1 面包基础配方

混合粉100%（面包专用粉80%，青麦仁粉20%）、水60%、白砂糖15%、奶粉10%、黄油8%，酵母1.6%、盐1%。

1.3.2 面包加工工艺

工艺流程：原料→面团调制→分割→整形→速冻→冷冻→解冻→醒发→烘烤→冷却→成品。

操作要点：按照1.3.1中配方准确称取各物料，先将除黄油外的所有配料加入和面机中缓慢搅拌5 min，待面团搅打至扩展阶段，再加入黄油快速搅打，待面团能拉成均匀薄膜即可，将和好的面团分割成75 g/个，搓圆整形后，将面团用保鲜膜密封，放入-40℃冰柜内速冻至面团中心温度达到-18℃，将速冻完成的面团放入-18℃冰箱中冷冻7 d；取出冷冻面团，在室温（25℃）下自然解冻至面团中心温度达到15℃，将面团置于醒发箱中（38℃，相对湿度70%）醒发40 min，然后放入烤箱（上火180℃，下火160℃）烘烤40min，室温（25℃）冷却1h后装入保鲜袋密封保存。

1.3.3 面包比容的测定

面包比容的测定参考GB/T 20981—2007《面包》，取待测面包样品，称重后放入已知容积的大烧杯中，用小米置换法测定面包的体积，面包体积与面包质量的比值即为面包的比容，按式（1）计算，结果重复测量3次取平均值[15]。

式中：P 为面包比容，mL/g；v 为面包体积，mL；m为面包质量，g。

1.3.4 面包质构的测定

采用物性分析仪测定面包质构，将待测面包样品切成20 mm厚度的面包片，参数设置：选择全质构（texture profile analysis，TPA）模式，探头P/50，起始力5 N，测前速率1.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测后速率1.0 mm/s，测定时间间隔1 s，探头上升高度40 mm，形变量50%，检测速度60 mm/min，每个样品平行测定3次，结果取平均值，选取硬度和弹性作为分析指标[16]。

1.3.5 面包感官评价

参照中国农科院《面包烘焙品质评分标准》，选取10名（5男，5女）感官评价人员按照表1评分标准对面包色泽、形态、组织、口感等指标进行评分，各项评分相加后得到综合评分，结果取平均值。

表1 面包感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria of bread

1.4 单因素试验设计

按照1.3.1中面包基础配方，以面包比容、感官评分、硬度和弹性为指标，分别考察硬酯酰乳酸钠、海藻糖、抗坏血酸、葡萄糖氧化酶对青麦仁冷冻面团面包品质的影响。

1）固定海藻糖添加量3%，抗坏血酸添加量0.005%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同硬酯酰乳酸钠添加量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%）对青麦仁冷冻面团面包品质的影响。

2）固定硬脂酰乳酸钠添加量0.3%，抗坏血酸添加量0.005%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同海藻糖添加量（1%、2%、3%、4%、5%、6%）对青麦仁冷冻面团面包品质的影响。

3）固定硬脂酰乳酸钠添加量0.3%，海藻糖添加量3%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同抗坏血酸添加量（0.001%、0.003%、0.005%、0.007%、0.009%、0.011%）对青麦仁冷冻面团面包品质的影响。

4）固定硬脂酰乳酸钠添加量0.3%，海藻糖添加量3%，抗坏血酸添加量0.005%，考察不同葡萄糖氧化酶添加量（0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%）对青麦仁冷冻面团面包品质的影响。

1.5 响应面优化设计

在单因素试验基础上，以感官评分为响应值，在四因素三水平上根据Box-Benhnken中心组合设计方法，利用Design Expert 8.0.6软件进行响应面优化分析，响应面试验因素与水平设计如表2所示[17]。

表2 响应面试验因素水平Table 2 Factors and levels in response surface design

1.6 数据处理

试验数据采用Design-Expert 8.0.6进行响应面分析，采用SPSS17.0进行数据分析与统计，并进行单因素方差分析，平行测定3次，结果用“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 硬脂酰乳酸钠添加量对面包品质的影响

硬脂酰乳酸钠添加量对面包品质的影响见表3。

表3 硬脂酰乳酸钠添加量对面包品质的影响Table 3 Effect of the addition of sodium stearoyl lactate on quality of bread

由表3可知，随着硬脂酰乳酸钠添加量的增加，青麦仁冷冻面团面包的比容、弹性、感官评分等指标均呈先上升后下降的趋势，而硬度的变化趋势为先下降后上升。在添加量为0.3%时，面包的弹性、感官评分均取得最大值，且在添加量大于0.4%之后感官评分下降趋势较为明显；硬度在添加量为0.3%时取得最小值，而比容在添加量为0.4%时取得最大值，显著（P＜0.05）高于其它添加量。这可能是因为硬脂酰乳酸钠添加到面包中，依靠其两亲性，与面筋蛋白发生相互作用而提升面团面筋网络的强度，能有效地防止淀粉的老化，增强面团持气性，提高其吸水率，因此增大了面包的比容和柔软度，从而增加其感官评分[18]，而在添加量大于0.4%时，由于添加量过高，降低了面筋网络的强度，从而影响面包品质。综合上述指标评价，最终选取硬脂酰乳酸钠添加量0.2%、0.3%、0.4%3个水平进行后续响应面试验设计。

2.1.2 海藻糖添加量对面包品质的影响

海藻糖添加量对面包品质的影响见表4。

表4 海藻糖添加量对面包品质的影响Table 4 Effect of the addition of trehalose on quality of bread

由表4可知，随着海藻糖添加量的增加，青麦仁冷冻面团面包的比容、弹性、感官评分等指标均呈先上升后下降的趋势，而硬度的变化趋势为先下降后上升。在海藻糖添加量为3%时，面包的比容取得最大值，且感官评分显著（P＜0.05）高于其它添加量；添加量为5%时，弹性取得最大值且硬度取得最小值，在海藻糖添加量大于5%时，各指标值变化趋势较为明显。这可能是因为海藻糖作为抗冻剂加入到冷冻面团中，可防止酵母在冷冻环境下受损，从而提高酵母的发酵能力，此外海藻糖还具有很强的抗脱水作用，保护面筋网络结构，使面包保持良好的感官和质构特性[19]。综合上述指标评价，最终选取海藻糖添加量3%、4%、5%3个水平进行后续响应面试验设计。

2.1.3 抗坏血酸添加量对面包品质的影响

抗坏血酸添加量对面包品质的影响见表5。

表5 抗坏血酸添加量对面包品质的影响Table 5 Effect of the addition of ascorbic acid on quality of bread

由表5可知，随着抗坏血酸添加量的增加，青麦仁冷冻面团面包的比容、感官评分均呈先上升后下降的趋势，而硬度的变化趋势较为平缓，但总体呈先下降后上升的趋势。在添加量为0.005%时，面包的比容、感官评分均取得最大值，其中感官评分显著（P＜0.05）高于其它组，在添加量为0.007%时，硬度取得最小值，在添加量为0.009%时，弹性虽取得最大值，但变化趋势较为平缓，而面包感官评分下降趋势则较为明显。这可能是因为抗坏血酸作为抗氧化剂加入到冷冻面团中，影响了面团面筋蛋白巯基基团，抑制淀粉中蛋白酶活性，从而提升面筋网络强度；同时添加抗坏血酸还可使面包体积显著增加，且使面团的抗拉伸应力明显增大，提高面包质量[20]。综合上述指标评价，最终选取抗坏血酸添加量0.003%、0.005%、0.007%3个水平进行后续响应面试验设计。

2.1.4 葡萄糖氧化酶添加量对面包品质的影响

葡萄糖氧化酶添加量对面包品质的影响见表6。

表6 葡萄糖氧化酶添加量对面包品质的影响Table 6 Effect of the addition of glucose oxidase on quality of bread

由表6可知，随着葡萄糖氧化酶添加量的增加，青麦仁冷冻面团面包的感官评分、比容呈先上升后下降的趋势，弹性则呈先上升后下降，最后又上升的趋势，而硬度变化趋势为先下降后上升。在添加量为0.003%时，面包的比容、弹性、感官评分等均取得最大值，在添加量为0.004%时，硬度取得最小值。这可能是由于葡萄糖氧化酶在冷冻面团中作为酶制剂可发生氧化反应，将面筋蛋白中的巯基（S-H）氧化成二硫键（S-S），从而使面筋网络结构增强，增强面团的冻融稳定性，增大面包的体积和柔软度，改善冷冻面团的发酵特性。而在添加量大于0.004%时，由于添加量过高使面团发黏，在冷冻和发酵过程中容易造成塌陷，从而影响面包的体积及品质[21]。综合上述指标评价，最终选取葡萄糖氧化酶添加量0.002%、0.003%、0.004%3个水平进行后续响应面试验设计。

2.2 响应面试验优化结果与分析

2.2.1 响应面试验设计及结果

根据单因素试验结果，采用四因素三水平的Box-Benhnken设计方法进行响应面试验，以面包的感官评分为响应值，响应面试验方案设计及结果如表7。

表7 响应面试验设计及结果Table 7 Experimental design and results for response surface analysis

2.2.2 回归模型的建立及方差分析结果

通过Design-Expert 8.0.6设计试验并进行响应面分析，得到模拟回归方程为：Y=94.46+0.01A+0.78B-0.46C+1.06D-1.08AB+2.00AC-1.23AD-0.45BC+0.47BD+0.32CD-4.60A2-3.12B2-6.36C2-7.16D2。

对响应面法优化试验结果建立二次模型方差分析，结果如表8。

表8 回归模型及方差分析Table 8 Variance analysis of regression equation

由表8可知，该模型P＜0.0001，表明该回归模型达到了极显著水平；失拟项P值为0.613 9，说明失拟度不显著，因此，该模型的拟合程度比较好，试验模型合理，多元回归方程模型能准确反映各因素的作用。相关系数R2=0.974 0，R2Adj=0.948 1，说明模型与实际试验结果拟合较好，误差较小，能很好地分析与预测面包感官评分与4种改良剂不同配比之间的关系。由方差分析结果可以看出，回归方程一次项D和二次项A2、B2、C2、D2影响均为极显著（P＜0.01），说明其对面包感官评分的影响最大；一次项B影响显著（P＜0.05），交互项AC影响极显著（P＜0.01），AD影响显著（P＜0.05），AB、BC、BD、CD 均为影响不显著（P＞0.05），这说明各因素对面包感官评分具有一定的交互影响，而不是单一的线性关系。对F值进行比较可知，各因素对面包品质的影响顺序依次为：D（葡萄糖氧化酶添加量）＞B（海藻糖添加量）＞C（抗坏血酸添加量）＞A（硬脂酰乳酸钠添加量）。

2.2.3 响应面交互作用分析

图1是各因素之间的响应面曲面图，反映了各因素之间的交互作用以及对响应值感官评分的影响。响应面图曲面坡度越陡峭，说明该因素之间的交互作用对响应值面包感官评分的影响越大[22]。

图1 各因素交互作用对面包感官评分的影响Fig.1 Response surface plots for the effects of any two variables on sensory evaluation of bread

由图1可知，随着各因素添加量的增加，响应值均出现先增加后减少的趋势，在试验范围内存在稳定点，硬脂酰乳酸钠和抗坏血酸交互作用极显著，硬脂酰乳酸钠和葡萄糖氧化酶的交互作用显著，表现为它们的响应曲面较为陡峭且等高线图相比其它更接近椭圆形更密集。

2.2.4 复配改良剂最佳配方的确定与验证试验

使用Design Expert 8.0.6响应面软件进行优化，得出青麦仁冷冻面团面包改良剂的最佳复配配方：硬脂酰乳酸钠0.3%，海藻糖4.14%，抗坏血酸0.005%，葡萄糖氧化酶0.003%，在该配方条件下进行验证试验，最终其感官评分实际值为94.0分，与预测值（94.6分）基本一致，此时，测得青麦仁冷冻面团面包的比容为4.2 mL/g、硬度为14.5 N、弹性为4.35 mm，说明响应面法优化复配改良剂配方是可靠且有效的，具有可行性。

3 结论

本研究以青麦仁冷冻面团面包为研究对象，以面包的比容、质构、感官评分为考察指标，研究了硬脂酰乳酸钠、海藻糖、抗坏血酸、葡萄糖氧化酶4种改良剂对面包品质的影响，通过单因素和Box-Behnken试验优化复配改良剂配方。结果表明：4种改良剂对面包品质的影响顺序依次为：葡萄糖氧化酶＞海藻糖＞抗坏血酸＞硬脂酰乳酸钠，各因素对面包品质具有一定的交互影响，最佳复配改良剂配方为：硬脂酰乳酸钠0.3%、海藻糖4.14%、抗坏血酸0.005%、葡萄糖氧化酶0.003%，此条件下制作的面包感官评分为94.0分，与预测值（94.6分）基本一致，此时面包的比容为4.2mL/g，硬度为14.5 N，弹性为4.35 mm，表明响应面设计优化所得的配方准确可靠，具有较好的实用价值。