传统酸面团全麦粉馒头的工艺优化研究

朱晓阁，王香玉，娄海伟，赵仁勇

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

目前国内粮食加工存在精度过高、营养组分流失严重的突出现象，由此导致国民微量营养素摄入不足，心血管疾病、肥胖症、Ⅱ型糖尿病、中风等慢性病骤增。随着人们的健康意识不断增强，越来越多的消费者开始注重营养平衡和合理膳食。流行病学研究表明，全谷物中含有丰富的膳食纤维、矿物质、维生素和生物活性物质等成分，长期摄入全谷物制品可以降低慢性疾病的发病率[1-2]。全麦粉作为消费量最大的一种全谷物，在其中占据着重要的地位。目前，国外对全麦主食品和休闲食品，如面包、饼干等的研究较多，而我国目前在全麦粉及其制品的加工和应用研究方面仍处于起步阶段。

馒头是我国的传统主食之一，因其独特的口感和风味，深受消费者喜爱。然而我国对全谷物营养价值认识较晚，全麦粉馒头加工技术水平低，产品品质不佳，普遍存在口感粗糙、食用品质欠佳、难起发、持气性差、结构粗糙、比容较小和质地干硬等突出问题[3-4]，致使全麦粉发酵制品难以被消费者广泛接受，推广难度大。这主要归因于麸皮中非淀粉多糖对面筋蛋白的稀释作用而导致的面团流变学特性的劣变[5]。针对这些问题，国内学者进行了较多的研究，多集中于麸皮的物理/化学改性、生物发酵以及全麦粉馒头工艺优化、外源改良剂添加等方面[6-9]，但仍存在成本高、收效低、生产周期长、产品品质差异大等问题。

使用传统酸面团是谷物发酵食品生产中应用最古老的生物技术，在国外已有一百多年的研究历史，并得到工业化应用[10]。传统酸面团作为一种常见的面包烘焙发酵剂，具有天然、复杂的微生物生态系统，主要利用优势菌株发生糖化、酸化、醇化和酯化等协同反应，产生醇、酮、醛和酯等风味化合物[11]。酸面团在发酵过程中产生有机酸(主要为乳酸和醋酸)，使全麦粉面团的pH值降低，激活内源性木聚糖酶[12]，从而使可溶性膳食纤维的含量增加，缓解因全麦粉中不溶性膳食纤维对面筋的稀释作用而导致的面团流变学特性劣变等问题，改善面团的发酵、流变学特性，增强持气性，增大体积，改善组织结构[13-14]。在国外，酸面团面包通常采用低温长时发酵技术(冷藏发酵)，制得的全麦面包的风味香醇，表皮色泽更佳[15]。另外，冷藏发酵法为微生物和酶的作用提供了充足的时间，产生风味物质的同时又能增加可溶性膳食纤维的含量，改善全麦粉面团的流变学特性[16]。

为了解决全麦粉馒头制作过程中存在的问题，改善全麦粉馒头的口感，提升其食用品质，作者在前期开发的传统酸面团馒头生产技术的基础上[11,17]，以传统酸面团为发酵剂，采用中种发酵工艺，结合冷藏发酵技术，研究酸种的添加量、中种面团中全麦粉的添加比例以及全麦粉中种面团的冷藏发酵时间对馒头品质的影响，并进一步通过响应面优化试验得到全麦粉馒头的最佳工艺参数，为全麦粉馒头的工业化生产提供技术支撑，对改善膳食结构、预防慢性疾病和推动特色谷物资源的开发与利用等具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

全麦粉：河北黑马面粉有限责任公司；酸种：由河南工业大学粮食资源转化与利用实验室工作人员通过延续培养获得；即发活性干酵母(低糖型)：乐斯福管理(上海)有限公司；食用碱：郑州百厨香商贸有限公司；氢氧化钠：天津市恒兴化学试剂制造有限公司。

1.2 主要仪器与设备

Seven Easy型精密pH计、AB204-S型分析天平：瑞士Mettler Toledo公司；CSM-02蒸箱：广州恒威厨房设备有限公司；GC-1183型冻藏发酵箱：惠州高比烘焙设备有限公司；SM-10型和面机、SM-302 N型切片机：新麦机械(无锡)有限公司；BVM 6630型体积测定仪：瑞典Perten公司；TA.XT plus型质构仪：英国Stable Micro System公司；粉质仪、拉伸仪、黏度仪：德国Brabender公司。

1.3 方法

1.3.1 全麦粉理化特性的测定

分别参照GB/T 5009.3—2016、GB/T 5009.4—2016、GB/T 5009.5—2016、GB/T 5009.6—2016、GB/T 5009.88—2014方法来测定全麦粉中的水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪和膳食纤维含量；参照GB/T 14490—2008方法测定全麦粉的糊化特性。

1.3.2 全麦面团流变学特性的测定

全麦面团的延展和揉混特性测定参照李继锋等[11]使用的方法。

1.3.3 酸面团全麦粉馒头的制作[11]

以1.0 kg全麦粉为基准，分别按照表1和表2制作全麦粉中种面团和主面团。

表1 全麦粉中种面团配方

表2 主面团配方

按表1配方，将全麦粉、酸种和水混合并搅拌均匀(先慢速1.5 min后快速1.0 min)，制备形成全麦粉中种面团，置于2～6 ℃冷藏发酵处理21～36 h。

冷藏发酵处理后的全麦粉中种面团置于室温条件下缓苏20 min，测定面团的TTA(可滴定酸)并计算食用碱的添加量[11]，在冷藏发酵后的中种面团中加入全麦粉、水、酵母和食用碱(表2)，并混合搅拌(先慢速3.0 min后快速3.0 min)制作形成主面团(25～28 ℃)，分割(150 g/个)、压面(11次)后，揉制形成馒头坯，醒发70 min(35～38 ℃，相对湿度80%～85%)，汽蒸20 min，即得到酸面团全麦粉馒头，冷却1 h后对馒头品质进行分析及评价。

1.3.4 酵母全麦粉馒头的制作

称取1 kg全麦粉、8 g酵母和560 g水，搅拌均匀，分割、压面形成光滑的面片，揉制形成馒头坯，醒发60 min，汽蒸20 min，即得到酵母全麦粉馒头，冷却1 h后对馒头品质进行分析及评价。

1.3.5 全麦粉馒头的品质评价

全麦粉馒头的体积、比容以及质构特性的测定采用李继锋等[11]使用的方法。

全麦粉馒头的感官评价参照GB/T 35991—2018，并依据全麦粉馒头的特点稍作修改，见表3。遴选9名具有相关专业背景并经过专业培训的成员组成评定小组。

表3 全麦粉馒头的感官评价

1.3.6 单因素试验

以全麦粉馒头的比容和感官评分为指标，研究酸种的添加量(20%、30%、40%、50%、60%、70%)、中种面团中全麦粉的添加比例(40%、50%、60%、70%、80%、90%)、全麦粉中种面团的冷藏发酵时间(21、24、27、30、33、36 h)对馒头品质的影响。

1.3.7 响应面优化试验

参考单因素的试验结果，选取合适的因素和水平，进行响应面优化试验，探究酸面团全麦粉馒头的最优工艺。

1.4 数据处理与分析

分别采用SAS 9.1和Design-Expert 8.0.6进行方差分析及响应面试验设计。

2 结果与分析

2.1 原料基本组成及特性分析

全麦粉的理化特性如表4所示，灰分含量低于2.2%，总膳食纤维含量高于9.0%，满足粮食行业标准(LS/T 3244—2015)对全麦粉的质量要求。全面粉的面团流变学特性如表5所示，与王杰等[18]报道的全麦粉指标相比，本研究所采用的全麦粉其面团形成时间及稳定时间较长，延伸性好，拉伸面积较大，属于筋力较强类型，配方中添加了一定比例的谷朊粉，粗蛋白含量较高。

表4 全麦粉的理化特性

表5 全麦粉的面团流变学特性

2.2 单因素试验

2.2.1 酸种的添加量对馒头品质的影响

如图1所示，全麦粉馒头的比容随酸种添加量的增加呈现逐渐增加的趋势，而感官评分则先升高后降低。当酸种的添加量较少时，酵母菌发酵活力不足，产气量较少，面团结构致密，导致全麦粉馒头体积小，口感差。当酸种的添加量增加时，乳酸菌发酵的同时产生部分代谢产物可以为酵母菌提供更多的能量来源，促使酵母菌加速产气[19]，馒头体积增大。当酸种的添加量过多时，面团酸化程度增加，激活内源酶，面筋蛋白的水解程度增加[20]，面筋网络结构弱化，致使全麦粉馒头的弹性降低，质地结构变差，香味和滋味下降，从而使感官评分降低。

注：中种面团中全麦粉的添加比例为70%，全麦粉中种面团的冷藏发酵时间为24 h。同一曲线上的不同字母表示差异显著(P<0.05)，图2、图3同。

2.2.2 中种面团中全麦粉的添加比例对馒头品质的影响

如图2所示，随着中种面团中全麦粉添加比例的增加，全麦粉馒头的感官评分和比容均呈先升高后降低的趋势，且全麦粉添加比例为70%时达到最大值。冷藏发酵过程中，全麦粉面团的pH值下降，内源性木聚糖酶被激活[21]，因而随着全麦粉添加比例的增加，更多的水不溶性阿拉伯木聚糖变成水溶性阿拉伯木聚糖，增强面团的持气性，使馒头的比容增大、硬度降低。但是，当中种面团中全麦粉的烘焙百分比大于80%时，主面团的产气、持气能力下降，馒头的组织结构变差，比容减小，进而影响产品品质[22]。

注：酸种的添加量为40%，全麦粉中种面团的冷藏发酵时间为24 h。

2.2.3 全麦粉中种面团的冷藏发酵时间对馒头品质的影响

如图3所示，全麦粉中种面团的冷藏发酵时间对全麦粉馒头比容的影响不显著；随着冷藏发酵时间的延长，全麦粉馒头的感官评分呈现先上升后下降的趋势，30 h时感官评分最高。中种面团在冷藏发酵的过程中，乳酸菌、酵母菌等多种微生物之间发生糖化、醇化、酯化等协同反应，生成醇、醛、酮和酯等风味物质，且长时间的低温发酵为风味物质的生成和积累提供了充足的时间，从而提升了全麦粉馒头的风味和口感[23]。但是，冷藏发酵时间过长会出现面筋断裂和面团坍塌现象，馒头的内部结构脆弱，缺乏弹性，口感粗糙。

注：酸种的添加量为40%，中种面团中全麦粉的添加比例为70%。

2.3 响应面试验

2.3.1 响应面法优化酸面团全麦粉馒头的生产工艺条件

由单因素试验结果可知，3个因素对馒头比容和感官评分有很大的影响，因此进一步以它们为响应变量，以馒头的感官评分为响应值，设计三因素三水平的响应面优化试验，试验结果如表6所示。

对17组试验结果进行二次多元回归分析，得到感官评分(Y)的线性回归方程：Y=86.12+0.31A+1.47B+0.62C-0.54AB-0.48AC+0.10BC-1.75A2-0.26B2-2.08C2。

表6 响应面试验设计与结果

表7 回归模型方差分析

由表7可知，影响感官评分主次顺序为中种面团中全麦粉的添加比例、全麦粉中种面团的冷藏发酵时间、酸种的添加量。在选取的因素中，A、AB和AC对酸面团全麦粉馒头的响应值具有显著影响(P<0.05)；B、C、A2和C2对酸面团全麦粉馒头的响应值具有极显著影响(P<0.01)，说明各因素对酸面团全麦粉馒头感官评分的影响不是简单的线性关系。

2.3.2 响应面分析

根据回归方程可预测3个因素对酸面团全麦粉馒头感官评分的影响。如图4所示，等高线形状可直观地反映出两个因素之间交互作用的强弱。

图4 各因素之间的交互作用对馒头感官评分的影响

由图4a可以看出，酸种的添加量和中种面团中全麦粉的添加比例之间交互作用显著。全麦粉的添加比例为60%或80%时，得到较高感官评分所需要的酸种的添加量相同。当添加适量的酸种和较高比例的全麦粉时，感官评分增长较快。这可能是因为适度的酸化处理，使谷物基质和微生物中内源酶的活性增加，全麦粉面团中可溶性膳食纤维的含量增加，使面筋网络的持气能力增强，在一定程度上弥补了因全麦粉中含有麸皮而导致的对面筋蛋白网络结构的破坏作用[24]。

由图4b可以看出，酸种的添加量和全麦粉中种面团的冷藏发酵时间之间的交互作用显著。随酸种添加量的增加和冷藏发酵时间的延长，全麦粉馒头的感官评分先升高后降低，这可能是因为酸种中乳酸菌的发酵导致面团的pH值降低，激活内源蛋白酶的活性，使部分蛋白质水解生成氨基酸等多种风味前体物质，且全麦粉中种面团在冷藏发酵过程中，乳酸菌和酵母菌缓慢发酵，使风味物质不断积累，感官评分升高，而酸度过高或发酵时间过长对全麦粉馒头风味和面筋网络结构造成不利影响[20]。

由图4c可以看出，中种面团中全麦粉的添加量与全麦粉中种面团的冷藏发酵时间之间的交互作用不显著。感官评分与冷藏发酵时间之间具有二次抛物线的关系，当冷藏发酵时间大于27 h时感官评分降低，且此结论与单因素研究结果一致。

2.4 验证试验

通过对回归模型预测分析，得到最优工艺参数：酸种的添加量38%、中种面团中全麦粉的添加比例73%、全麦粉中种面团的冷藏发酵时间28 h，模型预测的全麦粉馒头的感官评分86.50(3次重复试验的平均值)。在此优化条件下进行验证试验，综合试验的方便性与可行性，调整工艺参数：酸种的添加量40%、中种面团中全麦粉的添加比例70%、全麦粉中种面团的冷藏发酵时间27 h，感官评分86.22，与预测值之间没有显著性差异。可见，采用该模型优化得出的最优工艺参数具有可靠性及真实性。

2.5 酸面团全麦粉馒头与酵母全麦粉馒头品质对比

如表8所示，相对于酵母全麦粉馒头，采用最优工艺制作的酸面团全麦粉馒头的硬度小、咀嚼性好，比容较大、结构细腻、质地暄软、风味香醇，这可能是因为酸面团中乳酸菌和酵母菌的发酵作用产生较多风味物质及次级代谢产物，直接或间接地改善了全麦面团的流变学特性，从而使酸面团全麦粉馒头的体积增大，组织结构更细腻均匀，发酵风味浓郁，感官评分升高。因此，采用冷藏中种发酵法制作的酸面团全麦粉馒头具有较高的食用品质。

表8 全麦粉馒头样品品质对比

3 结论

以传统酸面团为发酵剂，结合冷藏中种发酵法，探究酸面团全麦粉馒头的制作工艺。通过单因素和响应面试验，得到各因素对酸面团全麦粉馒头感官评分影响的主次顺序：中种面团中全麦粉的添加比例、全麦粉中种面团的冷藏发酵时间、酸种的添加量。优化得到最佳工艺参数：酸种的添加量40%、中种面团中全麦粉的添加比例70%、全麦粉中种面团的冷藏发酵时间27 h。与利用酵母制作的全麦粉馒头相比，采用优化条件制作的酸面团全麦粉馒头具有更大的比容，更细腻、更均匀的内部结构，更高的感官评分，且具有传统老面馒头特有的发酵风味。该工艺在生产条件上易于调控，可以为工业化生产提供可行性的技术支撑。