响应面法优化酵子冷冻面团馒头生产工艺研究

杜浩冉 郑学玲 韩小贤 张 杰 李利民 刘 翀 卞 科

(河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001)

馒头是中国传统发酵面食，是中华民族饮食文化的象征［1］。酵子作为我国传统的发酵剂，在广大农村地区仍被广泛应用，因其含有多种菌，蒸制的馒头结构细腻且具有特殊的风味，这是单纯用酵母制作的馒头所不及的［2－4］。丁长河等［5－6］对酵头中的微生物进行了分离、鉴定，并比较了酵头馒头与工厂化馒头品质的差别，发现二者的感官总分无显著差别，质构分析表明酵头馒头有较好的食用品质;杨敬雨等［7］综述了酵子工业化存在的难题，提出了采用现代微生物技术、先进的包装技术、开发使用成套加工设备进行解决;韩婵娟等［8］测定了南阳市售酵子的发酵力和糖化力，确定了发酵力在800 mL以上，糖化力在150～300 u/g之间的酵子制作的馒头才能有较好的膨胀性和风味。李志建等［9］对酵子中的微生物进行分离和纯化，筛选出产淀粉酶较优的菌种，发现用其蒸制的馒头硬度显著变小。刘长虹等［10］研究了老酵头储存时间对馒头品质影响，发现储存时间在13 d左右时，馒头的总体品质最佳，风味最好。胡丽花等［11］对不同活性干酵母制作的馒头进行感官分析和质构分析，发现不同的酵母显著影响馒头的感官评价和质构特性。陈军丽等［12］研究了乳酸菌对传统酵子品质的影响，发现添加浓度梯度为1×10－10乳酸菌的酵子对发酵力的影响最大，而添加浓度梯度为1×10－9乳酸菌的酵子酯化力最强。冷冻面团技术的应用，使消费者能够随时吃上新鲜的面制食品，解决我国传统主食易老化货、架期短的难题。近年来，对于酵母制作冷冻面团的研究较为常见，如江正强等［13］、王佳玮等［14］通过筛选耐冻酵母以及重组面粉组分，从原料入手研究了其对冷冻面团品质的影响;前人也有研究通过添加酶制剂、胶体、抗冻剂、乳化剂等食品添加剂来改善冷冻面团的品质，发现食品添加剂对冷冻面团的品质有一定的改善［15－17］。然而，酵子在冷冻面团中的应用鲜见报道。

本试验以高筋粉、酵子为主要原料，制作冷冻面团馒头。选定酵子添加量、加水量、解冻后的发酵温度(以下简称发酵温度)和解冻后的发酵时间(以下简称发酵时间)四因素三水平进行中心组合试验，通过Design Expert 8.0.5软件进行响应面分析，得出酵子冷冻面团馒头生产的最佳工艺条件，以期为酵子冷冻面团馒头的进一步研究打下基础。

1 材料与方法

1.1 原料

神象高筋粉:郑州海嘉食品有限公司;酵子:信阳市售，购于2014年1月18日，发酵力为5 h内总产气量为1 611 mL。

1.2 主要仪器设备

JHMZ－200型针式和面机、JMTD－168/140型实验压片机、JXFD－7型醒发箱:北京东孚久恒仪器技术有限公司;F3流变发酵仪:法国肖邦技术公司;KLT－4020型高低温试验箱:无锡科隆实验设备有限公司;TA.XT Plus质构仪:英国Stable Micro System仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 酵子冷冻面团馒头制作工艺

面粉100 g→酵子添加量8%→加水48%溶化→和面→压片→成型→预醒发1 h(35℃、RH 85%)→速冻1 h(－35℃)→袋封冻藏7 d(－18℃)→解冻1 h(35℃，RH 85%)→醒发2 h(35℃，RH 85%)→蒸制(30～40 min)→成品。

具体过程:称取8 g酵子加入盛有48 mL温水的烧杯中，搅拌混匀，将发酵液加入到盛有100 g面粉的和面钵中，和面4 min，将和好的面团用压片机压片5次，搓圆成型。将面团于醒发箱(35℃、RH 85%)中醒发1 h，随之将其放入－35℃的速冻机里速冻1 h，取出后装在自封袋里－18℃冷藏7 d。将冷冻面团在35℃、RH 85%条件下解冻1 h，然后在35℃、RH 85%条件下发酵2 h，置于蒸锅上蒸30～40 min可得成品馒头。

1.3.2 酵子发酵力的测定［18］

将和好的面团放入F3发酵篮中，按照操作规程进行测定。测定条件为:面团质量315 g、测定温度35℃，测试时间5 h，面团上砝码质量2 000 g。

1.3.3 馒头感官评价标准与方法

参照馒头品尝标准［19］，结合冷冻面团馒头的特点，制定了冷冻面团馒头的感官品尝评价标准，见表1。蒸制好的馒头室温下放置40 min后，组织品评人员进行感官评价。

表1 馒头感官评价指标及评分标准

表1 (续)

1.3.4 馒头质构测定方法［20］

采用TA.XT Plus质构仪测定馒头芯的硬度、黏聚性、弹性、咀嚼性等指标。将馒头在常温下冷却1 h，用切片机将其从竖直方向切成厚度为15 mm的均匀薄片，取中部2片，采用P35探头进行质构测试。参数设定:预先测试速率:3.00 mm/s，测试速率:1.00 mm/s，测试后速率:1.00 mm/s，下压程度:50.00%，测试力:5.0 g。

1.3.5 单因素试验

分别以不同的酵子添加量、加水量、发酵温度、发酵时间进行单因素试验，考察各单因素对馒头感官品质的影响。

1.3.6 中心组合试验

根据Box－Benhnken的中心组合试验设计原理，在单因素试验基础上，确定中心组合试验因素与水平，以馒头感官总分为响应值，试验因素及水平编码如表2所示。

表2 Box－Behnken中心组合试验设计因素水平及编码

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

基本工艺点为:酵子添加量8%，加水量48%，预醒发时间1 h，发酵温度35℃，发酵时间2 h。

2.1.1 酵子添加量对冷冻面团馒头品质的影响

酵子添加量对冷冻面团馒头感官品质的影响如图1所示。由图1可知，酵子添加量为8 g时，馒头的感官总分最高。酵子添加量较少时，面团发酵不充分，馒头的比容较小，硬度较大，内部结构与口感较差;酵子添加量过大时，发酵力增强，馒头的比容变小，挺立度不够，易产生大气孔，气味和口感变差，感官总分下降。

图1 酵子添加量对冷冻面团馒头感官品质的影响

2.1.2 加水量对冷冻面团馒头品质的影响

加水量对冷冻面团馒头感官品质的影响如图2所示。由图2可知，随着加水量的增加，馒头的感官总分逐渐升高，大于50 mL时，感官总分开始下降。加水量较少时，面团吸水不足，面筋网络结构不能完全形成，面团表皮干裂不光滑，成品馒头表皮易产生气泡和开裂且硬度较大;当加水量过大时，面团过软不易成型，同时在冷冻时会形成过多的冰晶区，破坏面筋网络结构，导致馒头的柔软度较差，内部结构粗糙。

图2 加水量对冷冻面团馒头感官品质的影响

2.1.3 发酵温度对冷冻面团馒头品质的影响

发酵温度对冷冻面团馒头感官品质的影响如图3所示。由图3可以看出，当发酵温度为35℃时，馒头的感官总分最高，发酵温度过高馒头的感官品质反而下降。发酵温度较低时，面团发酵不充分，成品馒头的品质较差。发酵温度过高时，酵子中的其他微生物如乳酸菌、醋酸菌会成为优势菌，它们的过量繁殖会影响馒头的气味和品质。

图3 发酵温度对冷冻面团馒头感官品质的影响

2.1.4 发酵时间对冷冻面团馒头品质的影响

发酵时间对冷冻面团馒头感官品质的影响如图4所示。由图4可知，当醒发时间为120 min时，冷冻面团馒头感官总分最高。发酵时间较短时，面团发酵不充分，内部气孔过于细腻，硬度较大，比容较小;醒发时间过长时，馒头表皮易开裂，内部易形成大的气孔，挺立度不够，感官总分降低。

图4 发酵时间对冷冻面团馒头感官品质的影响

2.2 响应面分析法优化酵子冷冻面团馒头生产工艺结果分析

2.2.1 试验结果分析

对4个单因素使用 Design Expert 8.0.5软件设计四因素三水平共29个试验。这29个试验分为2类:其中24个析因点为自变量取值在各因素所构成三维顶点;零点为区域中心点，重复5次，用以估算试验误差。响应面试验数据结果见表3。

采用Design Expert 8.0.5软件对所得数据进行回归分析，4个因素经过拟合得到感官总分(Y)回归方程:

对模型进行显著性检验，结果见表4。表4中回归方差分析显著性检验表明，该回归模型P＜0.000 1，方程模型达到极显著，失拟项 P=0.253 1＞0.05，不显著，表明该模型方程极显著，使用该方程模拟真实的四因素三水平的分析是可行的。该回归模型的总决定系数R2=0.936 1，调整决定系数R2Adj=0.863 1，说明该模型的拟合程度较好，试验误差小。

表3 Box－Behnken试验设计及酵子冷冻面团馒头感官总分实测值与预测值

由表5可知，影响感官总分因素按主次顺序排列为:发酵温度＞酵子添加量＞发酵时间＞加水量。同时可知，模型中因素 X1、X3、X4对馒头感官总分的线性效应极显著;因素X12、X2

2、X32、X4

2对馒头感官总分的曲面效应极显著;X2X3、X2X4交互作用显著。

表4 感官总分的回归模型方差分析

表5 酵子冷冻面团馒头感官总分回归方程系数显著检验

2.2.2 响应面分析

2.2.2.1 酵子添加量与加水量影响及交互作用分析

在固定X3=0、X4=0条件下，X1与X2影响响应面如图5a。由图5a显示，X1、X2交互作用不显著，感官总分主要受X1影响。从对应等高线图6a上可知，在B=50 mL时，较大的酵子添加量才能得到较高的感官总分。

2.2.2.2 酵子添加量与发酵温度影响及交互作用分析

在固定X2=0、X4=0条件下，X1、X3影响响应面如图5b。由图5b显示，X1、X3交互作用不显著，感官总分主要受X3影响。从对应等高线图6b可知，在A=8 g时，随着发酵温度的升高，感官总分显著升高随后缓慢下降。

2.2.2.3 酵子添加量与发酵时间影响及交互作用分析

在固定X2=0、X3=0条件下，X1、X4影响响应面如图5c。由图5c显示，X1、X4交互作用不显著，感官总分主要受X1影响。从对应等高线图6c可知，在D=120 min时，较大的酵子添加量才能得到较高的感官总分。

2.2.2.4 加水量与发酵温度影响及交互作用分析

在固定X1=0、X4=0条件下，X2、X3影响响应面如图5d。由图5d显示，X2、X3交互作用显著。由对应等高线图6d可知，在B=50 mL时，感官总分随发酵温度的升高先显著升高后缓慢下降;在C=35℃时，感官总分随着加水量的增加先缓慢上升而后缓慢下降。

图5 酵子冷冻面团馒头三维响应面图

2.2.2.5 加水量与发酵时间影响及交互作用分析

在固定 X1=0、X3=0条件下，X2、X4影响响应面如图5e。由图5e显示，X2、X4交互作用显著。由对应等高线图6e可知，在B=50 mL时，感官总分随发酵时间的增加先显著升高后缓慢下降;在D=120 min时，感官总分随加水量的增加先显著上升后显著下降。

2.2.2.6 发酵温度与发酵时间影响及交互作用分析

在固定X1=0、X2=0条件下，X3、X4影响响应面如图5f。图5f显示，X3、X4交互作用不显著，感官总分主要受X3影响。

由对应等高线图6f可知，在D=120 min时，感官总分随发酵温度的升高先显著升高后缓慢下降;在C=35℃时，感官总分随发酵时间的增加先显著上升而后缓慢下降。

图6 酵子冷冻面团馒头等高线分析图

2.3 最佳工艺条件的检验

通过回归模型的预测，得到酵子冷冻面团馒头感官总分的最佳工艺条件:酵子添加量8.33 g、加水量49.99 mL、发酵温度 35.86 ℃、发酵时间 123.36 min，预测响应值为80.02分。

为检验响应面分析法的可靠性，采用上述最优条件进行验证试验，同时考虑操作的方便性，将生产工艺参数修正为酵子添加量8.5 g、加水量50 mL、发酵温度36℃、发酵时间125 min，实际测得的感官总分平均值为81分。因此，基于响应面法所得的优化工艺参数准确可靠，具有实用价值。

2.4 冷冻面团馒头与新鲜馒头对比

按照优化的工艺制作酵子冷冻面团馒头与宁娜静［21］优化的工艺制作酵母冷冻面团馒头进行对比，冷冻面团馒头与新鲜馒头对比，其中制作馒头所用的面粉均为神象高筋粉，所用酵母均为安琪高活性干酵母，结果如表6所示。由表6可以看出，酵子冷冻面团馒头的感官总分、硬度和咀嚼性显著高于酵母冷冻面团馒头(P＜0.05)，原因是酵子制作的冷冻面团表皮较光滑，不易开裂和坍塌，成品馒头内部结构细腻，气味较好，耐咀嚼;而酵母制作的冷冻面团，表皮易开裂和坍塌，成品馒头内部结构粗糙，易形成大的气孔，品质较差，使其感官总分较低。新鲜酵子馒头的感官总分显著高于酵子冷冻面团馒头，硬度和咀嚼性显著小于酵子冷冻面团馒头，而弹性和恢复性显著大于酵子冷冻面团馒头(P＜0.05)，这是因为酵子在冷冻时活力下降，面团的网络结构部分遭到破坏，易造成馒头内部结构变差，因此酵子冷冻面团馒头的感官总分比新鲜酵子馒头低。

表6 酵子与酵母馒头质构与感官品质对比

3 结论

利用Design Expert 8.0.5软件，采用 Box－Behnken建立酵子冷冻面团馒头生产工艺的回归模型，方程拟合良好。

在酵子冷冻面团馒头生产的过程中，发酵温度是影响馒头感官总分的最关键因素，各生产因素对酵子冷冻面团馒头感官总分的影响顺序为:发酵温度＞酵子添加量＞发酵时间＞加水量。当酵子添加量 8.33 g、加水量 49.99 mL、发酵温度 35.86 ℃、发酵时间123.36 min时为最佳工艺参数。在此条件下预期的酵子冷冻面团馒头的感官总分是80.02分，实际得分为81分。在对照试验中，酵子冷冻面团馒头感官总分显著高于酵母冷冻面团馒头，新鲜馒头的感官总分显著高于酵子冷冻面团馒头(P＜0.05)。

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