响应面法优化芋头渣吐司面包配方

施 帅，陈桃桃

（江苏农牧科技职业学院，江苏 泰州 225300）

芋头是一种块茎植物，富含多种矿物质和维生素，而且作为碱性食品，能中和体内积存的酸性物质，调节人体的酸碱平衡[1]。目前，大量的芋头被用来制造芋头淀粉及芋头饮料，而制造这些产品产生的芋头渣绝大多数被丢弃，这既污染了环境，又造成了资源浪费。实际上，丢弃的这部分芋头渣中膳食纤维含量比较高，经加工后可作为其他食品的原料[2]。面包作为一种方便、快捷的主食，与我们的生活已密不可分。普通面包中的膳食纤维含量很低，若在面包中添加芋头渣强化膳食纤维，会赋予面包预防糖尿病、动脉粥样硬化等保健功能。但面包粉中添加芋头渣会降低面团成团性和筋力，使其加工性能降低并影响口感[3]。谷朊粉是以小麦、玉米等谷物为原料，加工处理得到的一种粗蛋白在75%以上的植物蛋白。在面粉中加入含量为2%～10%的谷朊粉，可改善面粉的强度，有利于保持面包内部的水分，延缓面包老化劣变，但添加量过多会影响面团的延伸性[4]。

本试验以面包粉和芋头渣为主要原料，以谷朊粉、白砂糖、酵母、鸡蛋、全脂奶粉、食盐、黄油和水等为辅料，加工制作芋头渣吐司面包，以质构指标硬度、弹性和感官评定为主要考核指标，通过单因素试验和响应面法优化确定芋头渣吐司面包的最佳配方，为功能性焙烤产品的开发利用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

芋头，购自泰州市大润发超市；即发活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；全脂奶粉，内蒙古伊利实业集团股份有限公司；白砂糖，南京甘汁园糖业有限公司；食盐，江苏井神盐化股份有限公司；黄油，新西兰安佳食品有限公司。

1.1.2 仪器与设备

DKX-B30N1 烤箱，小熊电器股份有限公司；WT-1002 电子天平，万特衡器电器有限公司；ACM 型微粉机，浙江力普粉碎设备有限公司；HX-PB9218 破壁料理机，奥克斯集团有限公司；TA-XT2i 型质构仪，英国Stable Micro Systems 公司。

1.2 方法

1.2.1 芋头渣的制备

将清洗干净的芋头削皮后，立即加水用破壁料理机打浆破碎（芋头∶水=1∶2），随后用四层纱布挤压使芋头汁和芋头渣分离，芋头汁另做它用，芋头渣经低温干燥（45 ℃，干燥至水分含量10%～12%）后用微粉机将其粉碎，粒度达到100～150 目，备用。

1.2.2 芋头渣吐司面包的加工工艺

1.2.2.1 基本配方

面包粉100 g，水45 g，鸡蛋15 g，全脂奶粉3.75 g，食盐1.25 g，黄油12.50 g。

1.2.2.2 工艺流程面包粉、芋头渣、酵母及白砂糖等混合→搅拌→面团静置→压片、整型→醒发→烘烤→冷却→包装

1.2.2.3 操作要点

先将称好的面粉、芋头渣、酵母、白糖、全脂奶粉进行混合，并搅拌均匀，将水依次加入搅拌机至拾起阶段，然后再分别加入鸡蛋和黄油，搅拌至面筋完全扩展，用手拉面团呈光滑的薄膜状时，取出静置松弛10 min 后分割成15 g 的小面团，放入模具中，然后置于温度38 ℃、相对湿度75%的醒发箱醒发1 h，接着放入烤箱中以上火160 ℃、下火150 ℃烘烤15 min，取出后自然冷却。

1.2.3 单因素试验设计

在基本配方的基础上，以面包粉质量为比例基准设计单因素试验[5]。在固定谷朊粉6%、芋头渣6%、酵母1.5%的条件下，考察不同白砂糖添加量（16%、17%、18%、19%、20%）对成品品质的影响；在固定白砂糖18%、芋头渣6%、酵母1.5%的条件下，考察不同谷朊粉添加量（2%、4%、6%、8%、10%）对成品品质的影响；在固定谷朊粉6%、白砂糖18%、酵母1.5%的条件下，考察不同芋头渣添加量（2%、4%、6%、8%、10%）对成品品质的影响；在固定谷朊粉6%、白砂糖18%、芋头渣6%的条件下，考察不同酵母添加量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）对成品品质的影响，同时设定不加芋头渣为空白对照组。

1.2.4 响应面试验设计

根据Box-Behnken 设计原理设计4 因素3 水平响应面试验，优化芋头渣吐司面包最佳配方。以感官评分为响应值，选取谷朊粉、芋头渣、酵母、白砂糖为主要影响因素进行响应面试验，确定芋头渣吐司面包配方参数条件，其中以-1、0、1 分别代表自变量的3个水平。Box-Behnken 设计的因素与水平见表1。

表1 Box-Behnken 设计试验因素水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken design单位：%

1.2.5 质构分析

取样品面包3 个，将其切成3 cm×3 cm×3 cm 的立方体。探头型号：P/75，测试方式为TPA 法[6]。测试参数：测前速率2.0 mm/s，测试和测后速率均为1.0 mm/s，压缩程度50%，恢复时间10 s。

1.2.6 感官评价

参考GB 7099—2015[7]，选择8 位面点专业人员，分别从面包的色泽、组织、形态、杂质和滋味口感5 方面进行感官评价，结果取平均值，评价标准见表2。

表2 芋头渣吐司面包感官评定标准Table 2 Sensory evaluation standard of taro residue toast

续表2 芋头渣吐司面包感官评定标准Continue table 2 Sensory evaluation standard of taro residue toast

1.2.7 数据处理

使用Excel 2010 软件对数据进行统计分析并绘制图表，应用Design Expert 8.0 Trial 进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 白砂糖添加量对芋头渣吐司面包品质的影响

白砂糖用量对芋头渣吐司面包品质的影响见图1。随着白砂糖用量的增加，芋头渣吐司面包弹性逐渐增大，硬度逐渐下降，可能是由于糖有吸湿性和水化作用，增加产品的持水性，使产品柔软[8]。当白砂糖添加量达到18%时，面包内水分分布受到影响，美拉德反应加速，使得面包形成较高的渗透压，降低面筋蛋白交联程度，面团弹性下降；同时含糖量增加会抑制酵母发酵，延长发酵时间，产生大量的酸性物质，致使pH 下降很快，使硬度增大[9]。综合以上分析，白砂糖的适宜添加量为18%。

图1 白砂糖添加量对面包品质的影响Fig.1 Effects of white sugar additions on quality of toast

2.1.2 谷朊粉添加量对芋头渣吐司面包品质的影响

谷朊粉添加量对芋头渣吐司面包品质的影响见图2。添加谷朊粉对面包质构参数有一定程度的改善，随着谷朊粉添加量的增加，混合粉中蛋白质含量增加，面筋网络增加。当谷朊粉添加量为6%时，面团的黏弹性和筋力明显改善，硬度适宜，面包口感柔软细腻，主要原因是谷朊粉是一种蛋白质，增加谷朊粉用量导致面团内蛋白质增加，面筋网络变得牢固，使面团的延伸性增大，阻力和拉伸面积都相应线性增大，进而使得面团的弹性增大[10]。当谷朊粉添加量为8%及以上时，面包弹性反而下降，面包过于粘牙，适口性差。综合考虑，谷朊粉最适添加量为6%。

图2 谷朊粉添加量对面包品质的影响Fig.2 Effects of gluten additions on quality of toast

2.1.3 芋头渣添加量对芋头渣吐司面包品质的影响

芋头渣添加量对芋头渣吐司面包品质的影响见图3。芋头渣的添加会降低面团的面筋含量，一般高筋面粉的蛋白质含量大于18%，而芋头渣中的蛋白质含量低于5%[8]。高筋面粉特有的麦谷蛋白和麦醇溶蛋白相互作用产生黏弹性面筋网络结构，高筋面粉减少则该结构也随之减少，主要表现在硬度和弹性方面。试验发现，芋头渣添加量高于6%时面包品质变劣明显，硬度明显增加，弹性明显减小。因此，芋头渣的适宜添加量为6%。

图3 芋头渣添加量对面包品质的影响Fig.3 Effects of taro residue additions on quality of toast

2.1.4 酵母添加量对芋头渣吐司面包品质的影响

酵母添加量对芋头渣吐司面包品质的影响见图4。酵母添加量在一定范围内与面团主要的质构指标成正比，原因可能是酵母在发酵过程中产生的CO2使面团体积膨大，组织疏松，提高面团的保气性能；但是添加过多会导致面团颜色呈深褐色，不美观，且酵母味过重，影响面包的整体风味，感官评分下降[9]。当酵母添加量为1.5%时，面包的弹性好，硬度适宜。因此，酵母的适宜添加量为1.5%。

图4 酵母添加量对面包品质的影响Fig.4 Effects of yeast additions on quality of toast

2.2 响应面优化试验结果

2.2.1 响应面试验结果与分析

根据单因素试验确定的谷朊粉、芋头渣、酵母、白砂糖的取值范围，采用响应面试验的方法，以感官评分为参考指标，筛选出最佳组合，结果见表3。

使用Design Expert 8.0 Trial 软件对表3 试验数据进行多元回归拟合，得到响应值Y（感官评分）对影响芋头渣吐司面包配方的关键因素（A、B、C、D）的二次多项回归模型为：

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

Y=89.14+3.07A+2.50B+2.14C+2.79D+2.02AB+0.45AC-1.83AD-1.15BC-1.02BD-1.03CD-6.51A2-6.51B2-2.95C2-2.52D2

由表4 可知，该二次回归方程的B、D、AD、BD、B2对响应值有极显著影响（P＜0.01），其他因素影响较小，说明试验中各因素对感官评分的影响不是简单的线性关系；建立的模型极显著，而失拟项不显著，说明建立的模型能与实际有较好的拟合；决定系数R2=0.893 2，说明有89.32%的响应面值符合此模型；校正决定系数为0.730 1，说明73.01%的试验数据的变化可以用这个回归模型来参考说明；此外，A、A2、C2、D2均对响应值有显著影响（P＜0.05）。总体而言，可以利用上述回归模型对响应面法优化的芋头渣吐司面包配方进行分析和预测。

表4 回归模型的方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

2.2.2 配方优化及验证试验

通过对回归方程进行最优解求解，得到芋头渣吐司面包最优解为：谷朊粉添加量6.09%，芋头渣添加量6.24%，酵母添加量1.52%，白砂糖添加量18.14%。为了验证所建回归模型的准确性，同时保证试验的可操作性，将芋头渣吐司面包最优配方调整为：谷朊粉添加量6%，芋头渣添加量6%，酵母添加量2%，白砂糖添加量18%。在此条件下进行3 次验证试验，结果取平均值，结果见表5。

由表5 可以看出，测得芋头渣吐司面包的弹性、硬度、感官评分分别为0.74 mm、584.33 g、89.60 分，与空白对照差异显著（P＜0.05），说明该模型拟合度好，具有实用价值。

表5 验证试验面包感官品质和质构特性对比Table 5 Reproducibility experiment of sensory and texture qualities of toast

3 结论

通过单因素试验和Box-Behnken 试验，以感官评分为响应值，研究谷朊粉添加量、芋头渣添加量、酵母添加量和白砂糖添加量对吐司面包品质的影响，得到芋头渣吐司面包最佳配方为：谷朊粉添加量6%，芋头渣添加量6%，酵母添加量2%，白砂糖添加量18%，该配方制得的芋头渣吐司面包质地柔软，色泽金黄色，口感较细腻，有面包天然的色泽和芋头的香味，增加了吐司面包的营养价值，提升了芋头的附加值。