响应面法优化葡萄干天然酵母面包的配方

吴君艳,吴存兵,李红涛

(1.江苏食品药品职业技术学院,江苏淮安 223001; 2.江苏财经职业技术学院,江苏淮安 223003)

葡萄干是在阳光下晒干或阴干的葡萄的果实,做葡萄干的葡萄必须是成熟的果实,葡萄干的含水量低,所以能够存放好久,而存放时间过长有可能导致葡萄干里的果糖结晶,但这并不影响其食用[1]。葡萄干有着十分高的营养价值[2]。有研究表明[3],每400 kJ热量的葡萄干中含80 g糖、6.4 g纤维、3.2 g蛋白质和6 g碳水化合物,矿物质含量为32 mg钠、952 mg钾、68 mg钙、44 mg镁、136 mg磷、8 μg叶酸,维生素含量为3.2 mg VC、4.8 μg VK、16 mg VE。Barnes等[4]认为使用葡萄干能减少低密度脂蛋白循环氧化程度,从而降低冠状动脉疾病患病的可能性。食用葡萄干有良好的滋补功用,能够缓解神经衰弱、手脚冰凉、腰背痛、疲劳、贫血等情况[5-6]。另外,葡萄干对肠道有益,主要是因为葡萄干中含有纤维和酒石酸,能让分泌物快速通过直肠,减少污物在肠中逗留的时间,促进消化,加快新陈代谢[7-9]。

随着我国社会经济的成长,面包作为主食和辅食产品,愈来愈受到人们的欢迎[10-11]。酵母是面包生产过程中的重要成分之一,是最重要的微生物发酵剂和生物制剂,具有对面包纹理特征的直接影响[12-13]。近几年,由于购买者对绿色食品、营养食品和食品安全的要求日益增长,天然酵母发酵技能已然成为面包烘焙业的成长趋向[14-15]。当前国内对于酸面团制作的面包研究较多,而关于天然酵母的研究并不常见[13,16,-17]。天然酵母是由附着在水果、粮食、植物花和叶片上的各种微生物培育而成,不含任何人造合成材料,主要食用的是水果和蔬菜的营养成分,再加上大量的活酵母、乳酸菌、酒精等物质,还含有丰富的氨基酸、维生素、矿物质等基本营养成分,所以天然酵母面包是人类食品中含营养成分最完整的食物;普通干酵母以糖厂废糖蜜为原料,在加工过程当中添加了别的非天然成分,比如山梨酸钾、山梨醇、乳化剂等[18-19]。天然酵母除了酵母菌外,因含有一定数量和种类的其他微生物种群,所以天然酵母为复合微生物群[16-19]。其中,发酵时有相当数量的乳酸菌与醋酸菌,能作用于糖类而产生乳酸与醋酸等,会让面包有种淡淡的酸味,形成特别风味。随着人们对天然食品越来越关注,葡萄干天然酵母面包凭借其特有的风味和口感、丰富的营养,上市之后定会受到消费者的青睐,具有广阔的发展前景。当前,将葡萄干用到发酵中去的研究也有少量报道,赵金海[20]用葡萄干取代葡萄,酿造出风味良好、品质优秀的白葡萄酒。王凤梅等[21]研究了葡萄汁自然发酵过程中酵母菌种类及其数量动态变化。王凯等[22]研究了添加高链玉米淀粉对面包品质特性和消化性能的影响。柏晓雯等[23]研究面包酵母不加糖面团发酵力与面粉中淀粉酶活力的关系。杨久芳等[24]研究不同粉碎处理的葡萄籽粉强化面包抗氧化活性。然而,将葡萄干的发酵产物用到面包中去的研究,并利用响应面法优化产品配方,尚未见报道。

为进一步拓宽葡萄干应用范围,本研究将葡萄干的发酵产物用到面包中去,以面包的感官评分为指标,考察葡萄干天然酵母液、改良剂、白砂糖、黄油等主要辅料添加量对葡萄干天然酵母面包品质的影响,旨在制备葡萄干天然酵母面包的最佳配方,生产营养健康的葡萄干天然酵母面包。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

高筋小麦粉 青岛星华粮油食品有限公司;黄油 恒天然商贸(上海)有限公司进口新西兰安佳黄油;食盐 江苏井神盐化股份有限公司;面包改良剂 安琪酵母股份有限公司;白砂糖 广西凤糖生化股份有限公司;新疆葡萄干 古田县兴业食用菌有限公司;雀巢全脂奶粉 呼伦贝尔雀巢有限公司;鸡蛋 购买于淮安市华润苏果购物广场。

SM-25型搅拌机 新麦机械(无锡)有限公司;SK-633型电烤炉 新麦机械(无锡)有限公司;SM-40SP型醒发箱 新麦机械(无锡)有限公司;ACS-30型电子秤 上海浩然电子有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 葡萄干天然酵母发酵面包的工艺流程 原辅料预处理→葡萄干天然酵母液的制备→种面团调制→种面团发酵→主面团调制→静置→成型→最后醒发→烘烤→脱模、冷却→包装。

1.2.2 关键工艺操作要点

1.2.2.1 葡萄干天然酵母液的制备 将称取的葡萄干清洗干净,放入用开水烫过的玻璃罐(带盖子),加入溶解于冷开水的葡萄糖,再加水(总水量600 g)用消毒过的筷子搅匀,放入醒发箱(温度28 ℃,湿度80%),培养48 h(时间过短酵母产量不足,面包不易醒发;时间过长醋酸菌产量较多,面包易发酸),用四层纱布(需开水煮消毒,晾干)过滤挤出所得的汁液。

1.2.2.2 种面团调制、种面团发酵 将过筛的面粉与葡萄干天然酵母液、食盐混匀,搅拌成面团,放入醒发箱(温度28 ℃,湿度80%)8 h(时间过长,烘烤出的面包带有浓郁酸味),发酵终点为面团膨大2～3倍(起种)。再将过筛的面粉、白砂糖与食盐混匀,稍搅拌后加入起种,搅拌至面团稍出筋,放入醒发箱(温度28 ℃,湿度80%)3 h,发酵时间根据面团状况而定,发酵终点为面团膨大2～3倍,扒开面团可见多孔状丝网结构(中种)。

1.2.2.3 主面团调制、静置 将过筛的面粉、改良剂、白砂糖、鸡蛋、奶粉与食盐加入和面机,加水缓慢搅拌至无干粉后加入种面团,先慢后快地搅拌,搅拌至不粘缸,稍扩展时加入黄油慢速搅匀,再快速搅拌至完全扩展。将打好的面团放入醒发箱(温度28 ℃,湿度80%),发酵30 min。

1.2.2.4 成型 将发酵好的面团分割成180 g/个(900 g模具)或225 g/个(450 g模具),搓圆,静置20 min。桌面上撒面粉防粘,把搓好的面团(光滑的表面在上)放在桌面上,擀开后翻面直接用手将面片从小端开始卷起,卷起时应尽量压实以排出气体,光滑的表面在上,再擀开翻面并整形成圆柱形(宽度接近模具宽度),将面团接缝向下,每个吐司模具放入5个(900 g模具)或2个(450 g模具)面团生坯。

1.2.2.5 最后醒发 面包成型结束装入模具后,送入醒发箱进行最后醒发(醒发温度28 ℃,相对湿度80%),醒发时不加盖,至八成满。

1.2.2.6 烘烤、冷却 采用层式炉烘烤,加盖上火200 ℃、下火210 ℃ 30 min掉头再烤10 min。出炉后立即脱模,将面包放于冷却架上送至冷却间自然冷却至室温。

1.2.3 葡萄干天然酵母面包配方单因素实验 在其他条件相同的情况下,分别选择不同添加量的葡萄干天然酵母液、改良剂、白砂糖、黄油制作葡萄干天然酵母面包[25]。

1.2.3.1 葡萄干天然酵母液添加量对面包品质的影响 分别将8%、10%、12%、14%、16%比例的葡萄干天然酵母液添加到1800 g面包粉中,在改良剂0.3%、白砂糖18%、黄油10%的条件下,对不同葡萄干天然酵母液添加量的面包品质进行评价,确定葡萄干天然酵母液的最佳添加量。

1.2.3.2 改良剂添加量对面包品质的影响 分别将0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%比例的改良剂添加到1800 g面包粉中,在葡萄干天然酵母液12%、白砂糖18%、黄油10%的条件下,对不同改良剂添加量的面包品质进行评价,确定改良剂的最佳添加量。

1.2.3.3 白砂糖添加量对面包品质的影响 分别将14%、16%、18%、20%、22%比例的白砂糖添加到1800 g面包粉中,在葡萄干天然酵母液添加量12%、改良剂添加量0.3%、黄油添加量10%的条件下,对不同白砂糖添加量的面包品质进行感官评分,确定白砂糖的最佳添加量。

1.2.3.4 黄油添加量对面包品质的影响 分别将4%、6%、8%、10%、12%比例的黄油添加到1800 g面包粉中,在葡萄干天然酵母液添加量12%、改良剂添加量0.3%、白砂糖添加量18%的条件下,对不同黄油添加量的面包品质进行评价,确定黄油的最佳添加量。

1.2.4 响应面试验设计 根据Box-Benhnken 8.0设计原理设计3因素3水平响应面试验优化葡萄干天然酵母面包的最佳配方,以感官得分为响应值,选取葡萄干天然酵母液、白砂糖、黄油3因素为自变量,以-1、0、1分别代表变量的3个水平。中心组合设计的因素与水平见表1。

表1 Box-Behnken 8.0设计试验因素水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken 8.0 design

1.2.5 产品质量评定方法

1.2.5.1 感官评价 参照GB 7099-2015[26]中的要求制作标准,邀请20位具有一定感官评定经验的人组成评定小组,以满分100分计,每人各自打分去掉最高分与最低分后取平均值,评价指标为外观、色泽、质地、气味口感、杂质,评分标准见表2。

表2 葡萄干天然酵母面包感官评分标准Table 2 Sensory evaluation form of bread with natural leaven of raisins

1.2.5.2 理化检验 水分测定采用直接干燥法,参考GB 5009.3-2016[27]进行;酸度和比容测定,参考GB/T 20981-2007[28]方法进行检验。

1.2.5.3 微生物检验 菌落总数检测方法,参考GB 4789.2-2016[29];大肠菌群的测定按GB 4789.3-2016[30];致病菌按GB 29921-2013[31]中规定的方法检验。

1.3 数据处理

采用Box-Benhnken 8.0软件对响应面试验结果进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 葡萄干天然酵母液添加量对面包品质的影响 由图1可知,随着葡萄干天然酵母液添加量的增加,面包的综合评分先上升然后趋于稳定。当葡萄干天然酵母液添加量低于12%时,面包的综合评分较低,面包的口感粗糙、香味不足。当葡萄干天然酵母液添加量在12%时,面包综合评分较高，为85分,面包的口感细腻,具有淡淡的果香气、酸味。当葡萄干天然酵母液添加量高于12%时,面包的综合评分基本不变,面包的口感细腻,但酸味浓郁。葡萄干天然酵母液含有丰富的酯类,尤其是内酯,带有果香和奶香,能够改变面包的风味[32]。

图1 葡萄干天然酵母液添加量对面包品质的影响Fig.1 The effect of adding quantity of natural leaven of raisins on the sense quality of bread注:不同小写字母表示差异显著,P<0.05;图2～图4同。

2.1.2 改良剂添加量对面包品质的影响 由图2可知,随着改良剂添加量的增加,面包品质先增高后降低。当改良剂添加量低于0.3%时,面包体积小、气孔略厚、无香味。当添加0.3%的改良剂时,面包表皮光滑、组织疏松柔软、呈海绵状、蜂窝大小均匀,具有面包的发酵香味。当改良剂添加量高于0.3%时,面包表皮组织粗糙、蜂窝孔变大且不均匀,孔壁较厚,这可能由于添加较多的改良剂,其中的α-淀粉酶过高,致使酶解过度,反而不利于面团的充分膨胀[33]。

图2 改良剂添加量对面包品质的影响Fig.2 The effect of adding quantity of amendment on the sense quality of bread

2.1.3 白砂糖添加量对面包品质的影响 由图3可知,白砂糖的添加量对葡萄干天然酵母面包有着直接的影响。随着白砂糖的添加量逐渐增加,葡萄干天然酵母面包的感官评分先缓慢上升然后下降。当白砂糖添加量低于18%时,面包色泽淡,组织不够柔软,香味不足。当添加18%白砂糖时,面包组织疏松、柔软,香味纯正,感官评价得分最高。当白砂糖添加量高于18%时,面包色泽暗,口感硬且无面包味,可能是白糖添加量过多且在水量保持不变的情况下,面团中蛋白不能吸附充足的水分,反而会使面团硬度增加[34]。

图3 白砂糖添加量对面包品质的影响Fig.3 The effect of adding quantity of sugar on the sense quality of bread

2.1.4 黄油添加量对面包品质的影响 由图4可知,黄油添加量对葡萄干天然酵母面包有显著的影响。随着黄油添加量的不断增加,葡萄干天然酵母面包的感官评分先缓慢上升然后下降。当黄油添加量低于10%时,面包表皮较硬,色泽淡黄,剖面气孔不均匀,弹性小。当添加10%黄油时,面包皮脆而不硬,色泽金黄,形状规则,质地柔软,口感松软。当黄油添加量高于10%时,面包表皮质地硬,形状大小不一,缺乏弹性,可能是过量的黄油会导致面团不易成型[33]。

图4 黄油添加量对面包品质的影响Fig.4 The effect of adding quantity of butter on the sense quality of bread

2.2 响应面试验

2.2.1 响应面试验设计与结果 以葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量、黄油添加量等3个因素设计中心组合试验。根据Box-Behnken 8.0设计原理,安排设计17个处理组合,试验设计及结果见表3。

表3 试验设计与结果Table 3 Results of response surface analysis

根据表3结果,利用Design Expert软件建立的面包的感官得分对葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量、黄油添加量二次方程模型为:Y=80.60-14.12A-0.75B-9.88C-2.25AB-14.50AC-11.75BC-19.55A2-27.80B2-9.55C2。

通过软件对该模型开展方差分析,其结果见表4。由表4可知,模型的F=36.84和P<0.01,即该模型是显著的,能较好反映葡萄干天然酵母面包配方与葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量、黄油添加量的关系。模型失拟项P=0.0662>0.05,相关系数R2=0.9793>0.8000,模型失拟项不显著,表明该模型具有极显著的统计学意义,试验误差小,拟合程度好,适用于葡萄干天然酵母面包配方的优化。

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

由回归模型系数显著性检验结果可知,该模型一次项A、C(P<0.01)极显著,一次项B(P>0.05)不显著;二次项A2、B2、C2极显著(P<0.01)。交互项AC、BC 对感官得分的影响极显著(P<0.01),交互项AB对感官得分的影响不显著(P>0.05)。3项因素对葡萄干天然酵母面包感官得分影响的大小顺序为:葡萄干天然酵母液添加量>黄油添加量>白砂糖添加量。

2.2.2 响应面分析 葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量、黄油添加量3因素间的交互作用对面包感官得分影响的三维空间响应面图如图5～图7所示。

图5 葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量对面包感官得分交互影响的响应面(左)和等高线(右)Fig.5 Response surface(left)and contour plots(right)for effects of interaction between natural leaven of raisins and sugar on the sensory evaluation of bread

图7 白砂糖添加量、黄油添加量对面包感官得分交互影响的响应面(左)和等高线(右)Fig.7 Response surface(left)and contour plots(right)for effects of interaction between sugar and butter on the sensory evaluation of bread

图5显示,葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量之间的交互作用对面包感官得分的影响。其响应曲面图比较平滑,等高线接近圆形,即葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量的交互效应不显著。图6显示,葡萄干天然酵母液添加量、黄油添加量之间的交互作用对面包感官得分的影响。其响应曲面图最陡,等高线椭圆弧度最大,即葡萄干天然酵母液添加量、黄油添加量的交互效应最为显著。图7显示,白砂糖添加量、黄油添加量之间的交互作用对面包感官得分的影响。其响应曲面图较陡,等高线椭圆弧度较大,即白砂糖添加量和黄油添加量的交互效应较为显著。这与方差分析结果一致。

图6 葡萄干天然酵母液添加量、黄油添加量对面包感官得分交互影响的响应面(左)和等高线(右)Fig.6 Response surface(left)and contour plots(right)for effects of interaction between natural leaven of raisins and butter on the sensory evaluation of bread

2.2.3 验证实验 在最佳配方工艺条件下,葡萄干天然酵母液添加量11.56%、白砂糖添加量18.16%、黄油添加量9.20%,在此工艺条件下面包感官得分的预测值为84分。为检验响应面设计所得结果的可靠性,修整工艺参数为:葡萄干天然酵母液添加量12%、白砂糖添加量18%、黄油添加量9%,在此条件下实际测得的面包感官得分为86分,与理论预测值相比,其相对误差为2.38%。说明该方程和实际的情况比较相符,试验结果充分验证了模型的正确性,响应面设计对葡萄干天然酵母面包配方工艺的优化结果是有效的。

2.4 理化卫生指标

2.4.1 理化指标与检验结果 对在优化工艺条件下制作的葡萄干天然酵母面包进行理化检验,结果见表5,其中水分含量测得结果30%<45%,酸度测得结果5.1 °T<6 °T,比容测得结果5.8 mL/g<7.0 mL/g,符合国标GB/T 20981-2007 要求。

表5 理化指标与检验结果Table 5 Physical-chemical indexes and the biological indexes

2.4.2 微生物指标与检验结果 对在优化工艺条件下制作的葡萄干天然酵母面包进行微生物检验,结果见表6,其中菌落总数201 CFU/g、大肠菌群0、霉菌计数2 CFU/g、致病菌未检出,均符合国标GB/T 20981-2007要求。

表6 微生物指标与检验结果 Table 6 Microbial indexes

3结论

葡萄干天然酵母面包的最佳配方为:葡萄干天然酵母液添加量12%、改良剂添加量0.3%、白砂糖添加量18%、黄油添加量9%。由此配比制得的葡萄干天然酵母面包质地柔软,色泽金黄,组织纹理与口感俱佳,且带有淡淡的果香味及酸味,面包感官评分86分。面包具有较好的理化特性和卫生标准,其中水分含量30%,酸度5.1 °T,比容5.8 mL/g,菌落总数201 CFU/g,大肠菌群0,霉菌计数2 CFU/g,致病菌未检出。该面包的各项检验项目的结果均达到了国家标准GB/T 20981-2007要求,满足人们对健康、营养、安全的要求。

在本研究中,以葡萄干为主要原料,葡萄干天然酵母液是葡萄干经过一系列工艺过程而获得的。其中,葡萄干天然酵母菌种中的主要微生物、发酵时间、葡萄干天然酵母发酵面包营养特性有待进行深入研究,以期进一步开展葡萄干天然酵母面包的开发与推广。