响应面法优化粗杂粮馒头的最优配比研究

刘晓芳，王岸娜，吴立根

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

大豆食品富含生理活性物质，在我国及许多东南亚国家饮食结构中占有重要地位[1-2],对健康保健也有重要影响[3]。同时，大豆中赖氨酸和亮氨酸的含量较高，与其他谷物混合时能起到互补作用，从而提高混合谷物蛋白质的营养价值[4-5]。小米加工的食品也有很高的营养价值, 是良好的食品营养源[6-8]。高粱全粉膳食纤维含量高，另外还含有多种对人体健康有益的功能性成分[9-10]，而且高粱中的抗性淀粉含量为2%～20%,仅次于公认的保健食品薏米[11]。

随着越来越多的消费者了解多谷物的营养和保健价值，多谷物加工业也适应了不断变化的消费趋势，并积极扩大生产领域，粗杂粮产品也出现在日常市场上[12-13]。目前，研究最多的杂粮产品主要包括面食、饮料、糕点等。将杂粮粉添加到面粉中不仅改善了面制品的风味，使得各种面制品的营养特性更有益于人体健康，而且也提高了多谷物加工的利用率，优化食品工业的结构，具有很大的发展潜力[14-19]。作者通过测定不同添加比例杂粮馒头的色差、质构及感官评价，使用响应面分析法对杂粮复合馒头的最佳配比进行优化，对促进人体健康和开拓杂粮市场具有重大意义。

1 材料与方法

1.1 原料

小米、高粱、大豆：市购；酵母：安琪酵母股份有限公司；面粉：河南金苑粮油有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平：上海精密仪器有限公司；TA-XT2型物性测定仪：Stable Micro System公司；WGB-2008A色差仪：杭州其伟光电科技有限公司；游标卡尺：桂林量具刃具厂；电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；高速多功能粉碎机：浙江省永康市五金厂；80目筛：浙江上虞市五四仪器筛具厂；压面机、自动和面机：上海安亭科学仪器厂。

1.3 馒头的制作方法

1.3.1 杂粮粉的制备

将筛选的大豆、小米、高粱在35 ℃烘箱中干燥后，使用多功能粉碎机进行研磨，过80目筛，得到杂粮粉末，备用。

1.3.2 馒头制作方法

使用一次发酵法，在一定量的酵母中加入38 ℃温水，搅拌30 s至酵母充分活化后，将其倒入200 g混合粉中，均匀搅拌后和成面团。将面团放入和面机中先低速搅拌2 min，再高速搅拌5 min，直至其表面光滑且富有韧性。将面团放置37 ℃、湿度75%的发酵箱中发酵一定时间。使用压片机将发酵好的面团反复压制12次，使面团中的气泡全部排出且表面光滑后均匀分成3个馒头坯进行搓圆。将馒头坯放入38 ℃、湿度85%的发酵箱内醒发20 min。蒸锅中加入一定量的水进行加热，水沸后将醒发好的馒头坯放入蒸屉，蒸制20 min。

1.4 馒头品质的评价方法

1.4.1 馒头白度的测定

1.4.2 馒头TPA的测定

在自动测量模式下使用P/36R探头且测试前、中、后探头移动速度为1.0 mm/s，压缩率50%，停留5 s，起始力5 g。

1.4.3 馒头的感官评价

感官评定小组由8名经验丰富的评定人员组成，重复3次，取平均分，馒头感官评价参考SB/T 10139—1993附录A评价方法,评价标准见表1。

表1 馒头感官评价标准

1.5 单因素试验设计

分别考察大豆粉、小米粉、高粱粉的添加量(0%、5%、10%、15%、20%)、水添加量(40%、45%、50%、55%、60%)、酵母添加量(0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%)、发酵时间(30、60、90、120、150 min)对多谷物馒头感官评价的影响。在考察一个单因素的影响时，固定其余因素为大豆粉添加量5%、小米粉添加量5%、高粱粉添加量5%、水添加量50%、酵母添加量0.8%、发酵时间90 min。

1.6 响应面优化设计

依据得到的单因素试验结果对6个因素进行响应面优化试验(Box-Behnken中心组合试验设计原理)，试验设计因素与水平见表2。

表2 Box-Behnken试验设计因素与水平

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 各单因素对馒头白度的影响

由图1可知，添加大豆粉和小米粉制作的馒头白度随添加量增加而下降，由53.56和60.18降到23.94和46.58。主要是由于大豆粉和小米粉的添加增加了面团吸水性，影响了面团面筋结构的展开，从而影响了发酵，导致馒头的白度下降。添加高粱粉的馒头白度没有明显变化。白度分别在酵母添加量0.8%、水添加量50%、发酵时间90 min时达到最大值，分别为71.58、71.41和59.50。所以确定最佳酵母添加量为0.8%、水添加量为50%、发酵时间为90 min。

2.1.2 各单因素对馒头TPA的影响

由表3可知，除大豆粉和高粱粉从5%添加量开始，随杂粮添加量的增加，馒头的硬度、胶黏性、咀嚼性逐渐增加，弹性回复性逐渐减少。主要是由于这两种杂粮粉中缺少面筋蛋白，不利于面团网络结构的形成。随小米粉添加量的增加，馒头的硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性在添加量5%时达到最大值。但在选择时考虑整体的营养价值，应提高杂粮粉的添加量。

图1 各单因素对馒头白度的影响

表3 大豆粉、高粱粉、小米粉添加量对馒头TPA的影响

由表4可知，随着酵母粉添加量的增加，馒头的硬度、胶黏性、咀嚼性逐渐降低，其余性质整体增加。随着酵母粉的添加，增大产气量，改变面团面筋持气性，使馒头挺立、表面光滑且内部孔径均匀。随着水添加量的增加，弹性整体增加，硬度、胶黏性和咀嚼性在水50%添加量时达到最低。水添加量较少时不利于面团的发酵，导致馒头体积较小，表面不光滑且内部粗糙，而水添加量过多时会导致面团发软、粘手，且酵母发酵产气速度较快，导致面团持气能力下降，制得的馒头容易塌陷。随着发酵时间的延长，弹性在90 min时达到最大，回复性基本保持不变，其余性质在120 min时降到最低，主要是由于随着发酵时间的延长，酵母菌大量增长繁殖，馒头内部孔径细小均匀且表面光滑，但发酵时间过长，馒头表面变得不均和孔径变大。

2.2 响应面优化设计结果

2.2.1 响应面试验设计与结果

为了进一步优化复合杂粮馒头的最佳配比，设计54组响应面优化试验，试验方案与结果见表5。

表4 酵母添加量、水添加量、发酵时间对馒头TPA的影响

表5 响应面设计与结果

续表5

2.2.2 回归模型方程与方差分析

使用Design-Expert 8.0.6软件，得到响应面试验分析结果，以复合杂粮粉馒头的感官评价得分(Y)为响应值，对6种影响因素进行模型拟合。得到多元二次回归方程模型：Y=81.13-6.34A-4.82B-6.41C+3.47D+5.72E+2.64F-0.28AB-0.34AC-3.98AD-1.58AE+0.47AF-1.38BC+4.81BD+0.61BE-1.26BF+0.52CD-1.26CE-0.27CF+2.69DE+0.71DF+0.49EF-7.87A2-12.30B2-10.13C2-7.46D2-12.43E2-7.48F2，对数据进行方差分析，结果见表6。

表6 方差分析

由表6可知，模型的F值为7.410，方程的P<0.05，表明相应的因素对响应值有重大影响。失拟项代表模型中数据的变化。该方程式中的失拟项P=0.091>0.05表示不显著，这表明该方程式拟合情况良好。AB、AC、AE、AF、BC、BD、BE、BF、CD、CE、CF、DE、DF、EF交互项影响不显著，AD交互项P<0.05，表明大豆粉的添加量和酵母的添加量交互作用强；二次项A2、B2、C2、D2、E2、F2影响极显著，由P值大小得出各因素的影响排序：C>A>E>B>D>F。

由Design-Expert8.0.6软件分析，得到复合杂粮馒头的最佳配比条件：A4.57%、B9.06%、C6.79%、D0.97%、E53.34%、F102.66 min。将实际操作的局限性考虑在内，修正最优配比：A4.6%、B9.0%、C6.8%、D1.0%、E53.0%、F102.0 min，在此条件下重复试验3次，由同一评定小组进行评分，得到感官评分分别为85.38、85.41、85.49分，感官评价平均得分为85.43分。相比于预测值，相对偏差为0.032 6%，由此可知，试验优化所得配比条件是可行的，可应用在实际生产中。

3 结论

以大豆粉、小米粉、高粱粉、水、酵母粉为原料，进行单因素试验和Box-Behnken响应面分析试验，以感官评价评分为依据，在大豆粉添加量4.6%、小米粉添加量9.0%、高粱粉添加量6.8%、酵母添加量1.0%、水添加量53.0%、发酵时间102.0 min的条件下，复合杂粮馒头的感官评分为85.43分，高于其他试验组的分数。结果表明，使用响应面法对复合杂粮馒头的配比进行优化，获得了最优的配比参数，在此配方下的复合杂粮馒头手指按压复原性好、表皮光滑、对称挺立、色泽白嫩、有香气。