响应面优化副干酪乳杆菌发酵面包工艺

胡盼盼

吕梁学院生命科学系（吕梁 033000）

面包作为西方国家的主食之一，因其方便性日益受到我国青年消费者的喜爱，如今各种各样的面包已经受到广大消费者的喜爱[1-2]。但是，大多数工厂都是利用单一的酵母菌发酵生产面包，虽然操作简单方便，但不仅口感不好，发酵后的味道及面包品质比较差，而且酸味不纯正。现如今可以将乳酸菌与面包酵母菌共发酵来生产面包[3]，因为它们有相近的生长条件。乳酸菌可以在发酵过程中形成的多种天然的呈香物质，显著改善面包的风味，提高面包的感官品质。此外乳酸菌可以分解食物中的大分子糖类物质、蛋白质，对脂肪也有一定的分解能力[4-5]，并且合成丰富的维生素，显著提高面包的生物价和消化率等，从而提高食品的营养价值。

要想利用添加乳酸菌来提高发酵面包的品质，那就有必要具体研究在面包制作过程中乳酸菌及其它辅料的添加量等工艺参数[6]。课题组前期从新疆马奶酒中自行筛选分离鉴定，得到一株具有良好生物活性的副干酪乳杆菌M5L，前期已经验证副干酪乳杆菌M5L菌体、发酵液、胞外多糖等具有免疫和抗肿瘤等生物功能。此次试验将其与酵母菌共作发酵制，利用乳酸菌与酵母菌共生发酵特点来加工副干酪乳杆菌发酵面包，并采用BBD响应面优化法对加工技术进行优化，从而研制出口感独特和营养丰富的乳酸菌发酵面包。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 菌种

从新疆马奶酒中自行分离鉴定的副干酪乳杆菌M5L（Lɑctobɑcillus pɑrɑcɑseisupsp. Paracasei M5L）：现由哈尔滨工业大学化学与化工学院保藏。

1.1.2 试验原料

高筋面粉、鸡蛋、白砂糖、纯牛奶、盐、活性干酵母、油、水，均采购于吕梁学院星玛客超市，食用级。

1.2 仪器与设备

VF-15C型发酵醒发箱，广州旭众食品机械有限公司；NA-12型低速离心机，安徽电子设备有限公司；JJ2000型电子分析天平，上海精天电子仪器厂；C32-E型面粉搅拌机，广东美的生活电器制造有限公司；SC-20型电烤箱，广州市中佳电设备制造有限公司；D68-YW3497型电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 乳酸菌发酵面包制备工艺流程

称取原料→调制面团→加入副干酪乳杆菌M5L和酵母菌→揉圆→醒发→定型→发酵（38 ℃，相对湿度35%，60 min）→烘烤（160 ℃，10 min）→冷却→切片→包装

技术关键[7-8]：调整副干酪乳杆菌M5L数，将其接种于灭菌后的脱脂乳中进行活化，然后扩大培养备用。把干酵母用30 ℃、15 mL的水活化，与之前准备好的乳酸菌按质量比添加到称取好的面粉中调制面团，然后将调制好的面团静置5 min，切成大小一样的面块，揉圆，然后制成想要的形状，发酵温度38 ℃，相对湿度35%，时间60 min；发酵完后放进烤箱烘烤，温度150～160 ℃，时间10 min，制得副干酪乳杆菌发酵面包。

1.3.2 单因素试验

分别考察不同的酵母与乳酸菌质量比、白砂糖添加量、鸡蛋添加量3个单因素对最终乳酸菌发酵面包感官品质的影响。

1.3.3 响应面试验

在单因素优化数据的基础上，对试验结果进行分析，确定响应面试验的因素以及水平，如表1所示。以副干酪乳杆菌发酵面包的感官评分作为响应面值进行优化试验，确定其最佳生产工艺。

表1 Box-Behnken中心组合试验设计因素水平及编码

1.3.4 感官评价表（参见表2）

表2 感官评定评分标准

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果

由图1可知，随着乳酸菌与酵母菌质量比的增加，乳酸菌面包的感官评分先增加后减少，出现了峰值。当质量比为8︰1时，感官总分最高，这说明乳酸菌与酵母菌配比既能够对面包的口感、风味产生影响，同时对面团的发酵也有作用。因此选取乳酸菌与酵母菌质量比8︰1为中心点。随着白砂糖量的增加，乳酸菌面包的感官评分先增加后减少，出现了峰值。当添加量为50 g时，感官评定总分最高，因此选择30%白砂糖添加量作为中心点。鸡蛋量的添加量对乳酸菌面包的感官评分也呈现出先增加后减少的趋势，当添加量为40%时，感官总分达到最大值，这说明鸡蛋能够对面包的口感、风味产生影响：若量太多，面团太软，难于定型，且鸡蛋味较重，若量太少，面团则太硬，因此选取40%鸡蛋添加量为中心点。

图1 单因素试验结果

2.2 响应面优化结果

在单因素试验的基础上，确定了中心点及水平，根据Box-Behnken试验的设计原理，以乳酸菌与酵母菌质量比（X1）、白砂糖添加量（X2）和鸡蛋添加量（X3）为变量，以乳酸菌发酵面包感官评定分数为响应值（Y）进行三因素三水平响应面优化分析，确定最佳加工工艺，响应面试验分组及结果见表3，试验所得方差分析见表4。

根据表3所得结果，采用Design-Expert 8.0.6软件将所有数据进行多元回归拟合分析，建立二阶回归模型，得到感官总分（Y）的回归方程：

表3 Box-Behnken试验设计及乳酸菌面包感官总分实测值与预测值

由表4得知，该二次模型极显著（p＜0.000 1），失拟项p=0.702 28＞0.05，表示失拟不显著，数据不存在异常点，模型适当。模型的确定系数R2=0.987 7，这说明有98.77%的变差可由该模型所解释，因此说明该模型拟合度比较好，可以用该方程代替真实试验点进行分析。由p值可以得知，方程中的X1和X2对Y值影响极显著（p＜0.01），X1X2、X2X3对Y值的影响极显著（p＜0.01），X12、X22、X32对Y值的影响极显著（p＜0.01），表示方程二次项以及交互作用对响应值影响较大。根据p值可得影响面包感官品质的因素排列：乳酸菌与酵母菌质量比（X1）＞白砂糖添加量（X2）＞鸡蛋添加量（X3）。

表4 感官总分的响应面试验方差分析

2.3 各因素间交互作用分析

对响应面方差分析结果做响应面曲面及等值线图，可以看出各个变量对响应值交互作用的影响，如果等值线图越圆，表示影响越小；如果等值线图越扁平，表示影响越大[9-11]。由图4可以直观看出各个变量对乳酸菌发酵面包感官评定分数的影响，3个交互作用图的响应值都是随着变量的增大而不断增大，到达定点后，随着变量增加，响应值反而减小，并且响应图开口朝下，说明存在最大值；相应地，等值线图均呈现椭圆形，说明各个因素之间交互作用显著。

图2 各个因素交互作用的响应面图与等高线图

通过回归模型的预测，得到乳酸菌面包制作的最佳艺条件：m（副干酪乳杆菌）︰m（酵母菌）=8.57︰1，白砂糖添加量30.86%，鸡蛋添加量41.16%，此时预测最高响应值为88.84分。采用上述最优条件进行验证试验，同时考虑实际情况，将工艺条件修正为副干酪乳杆菌与酵母菌质量比9︰1、白砂糖添加量31%、鸡蛋添加量42%，3次重复试验实际测得感官总分为88分，相对误差为0.78%。因此，用该法研究取得的工艺参数准确可靠，具有实用价值。

2.4 最佳工艺条件的检验

由图3可知，副干酪乳杆菌发酵面包外观光洁、完整；表面呈金黄色，颜色均一；松软适中，富有弹性，不粘牙；内部气孔均匀，纹理清晰，切片后无掉渣现象，因此在外观、色泽、口感和内部结构方面得分均较高。未添加乳酸菌所得面包表面光泽度较差，颜色较暗，口感较硬，有粘牙现象，面包内部气孔较大，切片后有断裂和掉渣，感官评分较低。由此得知，添加副干酪乳杆菌可以有效地提高面包的品质和营养。

图3 面包QDA图

3 结论

采用响应面法研究副干酪乳杆菌发酵面包的最佳生产工艺。首先通过对副干酪乳杆菌与酵母菌质量比、白砂糖添加量以及鸡蛋添加量进行单因素试验，以确定响应面试验的因素与水平。采用BBD试验设计方法建立面包生产工艺优化方案，将最终感官评定总分作为响应面试验的响应值。试验结果表明：各个因素对副干酪乳杆菌发酵面包感官评定影响顺序为副干酪乳杆菌与酵母菌质量比＞白砂糖添加量＞鸡蛋添加量；面包的最佳工艺参数为副干酪乳杆菌与酵母菌质量比9︰1、白砂糖添加量31%、鸡蛋添加量42%，以此配方生产出的副干酪乳杆菌发酵面包感官评定分数最高，试验数据为乳酸菌与酵母菌共发酵面包的深入研究提供了技术参考和科学依据。