响应面法优化大麦苗面包的加工工艺

侯贺丽，黄卉卉，耿书宝，施丽丽，朱静

(信阳农林学院 食品学院，河南 信阳 464000)

大麦是我国重要的粮食来源之一，主要产地是长江流域、黄河流域和青藏高原[1]。大麦中富含蛋白质、膳食纤维、矿质元素、氨基酸、抗氧化酶、维生素、叶绿素等多种成分，其中蛋白质含量高达28.2 g/100 g[2]，能够增强体质、加快伤口愈合速度，优化机体；大麦苗中膳食纤维含量为45 g/100 g，高于其它普通果蔬的几十倍，具有润肠通便、预防便秘，减肥美容的作用[3-4]。除此以外，大麦苗还有助于改善睡眠质量，提高记忆力，缓解疲劳，解毒抗癌、抗氧化、抗炎症等功效[5-7]。随着对大麦苗的营养价值和药用价值研究的深入，其功效渐渐为大众所知。

利用大麦苗粉制作相关的食品也越发常见，市场现有的产品有大麦苗蛋糕、大麦苗馒头、大麦苗饼干、大麦苗面条、大麦苗酸奶、大麦苗茶以及大麦苗布丁等[8-11]，不同程度地提升了产品中的膳食纤维、矿物质等营养成分，同时改善了产品的色泽和品质。这些食品符合人们对于营养健康食品的消费需求，很受人们喜爱，具有良好的发展前景。目前，有关大麦苗面包的研究较少。

本试验以大麦苗为主要原料，通过单因素试验和响应面法对大麦苗面包的加工工艺进行优化，对比不同条件下大麦苗粉的品质，最终得出大麦苗面包的最佳工艺。本试验方法能生产出营养更加丰富、风味独特、质地柔软大麦苗面包，不仅丰富了面包的种类，也为以后的大麦苗的开发利用提供一定参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

富强高筋小麦粉，廊坊金沙河面业有限公司；大麦苗粉，亳州鸿硕生物科技有限公司；全脂甜奶粉，多美滋婴幼儿食品有限公司；黄油，欧洲妙可蓝多；安琪高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；精纯碘盐，孝感广盐华源制盐有限公司；白砂糖，杭州卓达食品有限公司；鸡蛋购于超市。

1.2 仪器与设备

XYF-3D力嘉电热烤箱，广州市番禺区石楼盛世食品机械厂；ST-04凯氏定氮仪，山东盛泰仪器有限公司；ST-08C数显消化炉，山东盛泰仪器有限公司；F30420210膳食纤维测定仪，意大利VELP公司；TMS-PRO美国FTC质构仪，北京盈盛恒泰科技有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 大麦苗面包的制作工艺流程 参考尤香玲等[12]甜面包的加工工艺流程，具体如下：

原辅料预处理→称量→面团的搅拌→发酵→整形排气制作→醒发→烘烤→面包的冷却与包装。

操作要点如下：

(1)原料预处理：将高筋面粉、大麦苗粉称量后过80目筛，再加入白砂糖、酵母等辅料，混合均匀。

(2)面团的搅拌：将干性原辅料混合、搅拌均匀，再加入鸡蛋和水，高速搅拌直至形成面筋，最后加入黄油继续搅拌至面筋伸展完全。

(3)醒发：将搅拌好的面团放入温度为30℃，湿度为80%的发酵箱里，醒发60 min。

(4)整形：取出发酵好的面团，用擀面杖排出面团中的气泡，分成等份，整形。

(5)二次醒发：将整形后的面包胚放入模具，放入温度为30℃，湿度为80%的发酵箱里，再次醒发30 min。

(6)烘焙：在面包胚表面刷一层蛋液，放入烤箱，上下火温度设置180℃，烘烤时间15 min[13]。

1.3.2 基础配方 高筋面粉95.00 g、大麦苗粉5.00 g、奶粉4.00 g、糖20.00 g、盐1.00 g、鸡蛋15.00 g、酵母1.50 g、黄油10.00 g、温水50.00 g。

1.3.3 单因素试验 以100 g高筋面粉为基础，结合大麦苗面包的感官评分、面包比容、蛋白质含量和膳食纤维含量为评价指标，评价大麦苗粉添加量、酵母添加量、面团发酵时间、面包烘烤温度与烘烤时间五个单因素对大麦苗面包品质的影响。大麦苗粉的添加量：2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 g；酵母的添加量：0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 g；面团发酵时间：40、60、80、100、120 min；面包烘烤温度：160、170、180、190、200℃；面包的烘烤时间：10、15、20、25、30 min。

1.3.4 响应面试验 为优化大麦苗面包的加工工艺，在单因素试验设计的基础上，以大麦苗面包的感官评分、面包比容、蛋白质含量与膳食纤维含量为响应值，通过对单因素结果的比较分析，选取对大麦苗面包感官品质影响较大的三个因素三个水平作为响应区域，使用Box-behnken模型设计方法进行实验[14]。响应面设计因素水平如表1所示。

表1 响应面试验因素与水平设计

1.3.5 大麦苗面包的品质指标测定

1.3.5.1 感官评价 参照GB/T 20981—2021 面包质量通则中的面包评分要求制作感官评分表，对面包的滋味与口感、表面色泽、组织结构、形态以及杂质等指标进行感官评鉴，评分标准见表2。

表2 大麦苗面包感官评价表

1.3.5.2 面包指标测定 大麦苗面包中蛋白质的含量测定(按照GB 5009.5—2016中的凯氏定氮法测定)，膳食纤维含量(按照GB 5009.88—2014中的酶重量法测定)；比容(按照GB/T 20981—2007测定)。测定面包的理化指标的酸价、过氧化值(按照GB 5099-2016进行测定)。卫生指标测定包括菌落总数测定(按照GB 4789.2—2016)，大肠菌群测定采用大肠菌群平板计数法(按照GB 4789.3—2016中第二法)，霉菌测定(按照GB 4789.5—2016)。

1.4 数据处理

采用Design-Expert 8.0.6 Trial和SPSS软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 大麦苗粉的添加量对大麦苗面包品质的影响 试验结果见图1。由图1可知，随着大麦苗粉的添加量增多，其蛋白质和膳食纤维含量也逐渐增加，面包比容和感官评分先上升后下降。当大麦苗粉的添加量为3.00 g时感官评分最高，此时的大麦苗面包表面呈现均匀的浅绿色，内部组织细腻，气孔分布均匀，软绵可口。当大麦苗粉添加量过多时，面包比容持续下降，主要是因为大麦苗里的膳食纤维会破坏面团中的面筋蛋白，导致面包的硬度增加，弹性与比容变小，感官评分下降[15]，且大麦苗气味过重，影响面包的口感。综上所述，大麦苗粉最佳添加量为3.00 g。

图1 大麦苗粉添加量对面包品质的影响

2.1.2 酵母添加量对大麦苗面包品质的影响 由图2可知，随着酵母添加量的增加，大麦苗面包的感官评分先上升后降低，比容随着酵母量的添加持续增加，速度先快后慢，蛋白质含量和膳食纤维含量无明显变化。当酵母量为1.50 g时，大麦苗面包的感官评分最高，此时面包组织均匀，口感细腻可口，有浅淡的大麦苗粉清香混合着面包发酵后的香甜。当酵母添加过少时，大麦苗面包组织结构与弹性较差，主要是因为没有发酵完全，酵母产生的CO2气体较少，无法使面团膨胀充分，导致面包体积较小，口感较硬。酵母添加过量时，面团过度膨胀，使其口感粗糙，组织弹性降低，酸味加重。因此，酵母最佳添加量为1.50 g。

图2 酵母添加量对面包品质的影响

2.1.3 发酵时间对大麦苗面包品质的影响 由图3可知，面团发酵时间对大麦苗面包的体积、口感和组织结构等有明显影响，感官评分变化明显，面包比容以先快后慢的速度持续增长；但对蛋白质含量和膳食纤维含量的影响不明显。当发酵时间为80 min时，大麦苗面包的感官评分最高，此时面包表面完整，颜色分布均匀，组织细腻且柔软可口，有大麦苗的清香。当发酵时间过短时，面包内部气孔会比较小，弹性较差，口感较硬。当发酵时间大于80 min时，面包的酸味增加，气孔较大，分布不均匀，组织弹性受到影响。综上所述，大麦苗面包的最佳发酵时间为80 min。

图3 发酵时间对面包品质的影响

2.1.4 烘烤温度对大麦苗面包品质的影响 由图4可知，烘烤温度对大麦苗面包的感官评分影响较大，对蛋白质含量和膳食纤维含量无太大影响，面包比容随着温度的上升先上升后下降，但幅度较小。烘烤温度主要对大麦苗面包的外形颜色影响明显，温度160℃～180℃，感官评分增加缓慢。温度低时大麦苗面包表皮颜色浅，内部组织由于温度较低而不易成熟，容易发粘；温度在180 ℃时，大麦苗面包感官评分最高，外观最佳，组织细腻。当大麦苗面包的温度继续升高时，感官评分下降，原因是过高的温度，使面包表面焦黄干裂，内部水分蒸发较快，面包整体变硬，口感降低。综上分析，大麦苗面包的烘烤温度在180 ℃时品质最佳。

图4 烘烤温度对面包品质的影响

2.1.5 烘烤时间对大麦苗面包品质的影响 由图5可知，烘烤时间对大麦苗面包品质的影响较大，面包比容先升高后降低，但对蛋白含量和膳食纤维含量没有较大影响。当烘烤时间为20 min时，面包的感官评分达到最高，此时面包形态完整无开裂，颜色浅绿，分布均匀，组织松软，口感细腻有弹性，有大麦苗粉的清香与面包的香甜。当烘烤时间过短时，其内部组织没有完全烤熟，会出现湿软粘牙现象，影响口感。当烘烤时间过长，面包表面颜色过深、表皮开裂，口感较硬。综上分析，大麦苗面包最佳烘烤时间为20 min。

图5 烘烤时间对面包品质的影响

2.2 响应面试验设计结果与分析

2.2.1 响应面试验设计及结果 由单因素结果可知，大麦苗粉添加量、发酵时间和烘烤时间对大麦苗面包品质的影响较大，酵母添加量与烘烤温度对面包品质的影响没有其它三个单因素明显，故选取大麦苗粉添加量、发酵时间和烘烤时间作为响应面的三水平。在暂定的四个响应值中，大麦苗面包的感官评分相对面包比容、蛋白质含量与膳食纤维含量的影响变化更加明显，所以选取大麦苗面包的感官评分作为响应值，采用Design-Expert软件对响应面结果数据进行分析，大麦苗面包的具体感官评分数据见表4。

表4 响应面试验设计及结果

2.2.2 回归模型拟合及方差分析 对表4得出的数据进行二次多项式回归拟合，可得到这样一个预测模型：Y=88.36+1.96A+1.45B+5.81C-0.075AB-0.25AC+0.025BC-5.43A2-3.16B2-8.38C2。

根据表5分析可知，由回归方差分析模型显著性，因P<0.0001，达到极其显著，所以判定该模型为显著性，且失拟项不显著，为0.5144。该模型R2=0.9967，R2Adj=0.9923，所以该模型与实际试验有很好的拟合性，设计可行。自变量和指标之间的线性关系显著，该模型可以用于准确分析与预测大麦苗面包配方的感官评分。影响大麦苗面包感官评分各个因素中，其作用大小依次为烘烤时间(C)>大麦苗粉添加量(A)>发酵时间(B)。

表5 回归方程方差分析表

2.2.3 响应面交互作用分析 根据回归模型的方差分析，使用Design-Expert软件绘制出大麦苗粉添加量(A)、发酵时间(B)和烘烤时间(C)对大麦苗面包感官评分影响的响应面图与等高线图，见图6-8。

图6 大麦苗粉添加量和发酵时间对面包感官评分的响应面图

由图6知，大麦苗粉添加量和发酵时间对面包的感官评分影响明显，但两者的交互作用等高线接近于圆形，其交互作用不显著。再根据等高线疏密程度可以判断，大麦苗面包感官评分的影响顺序为A>B。

由图7知，感官评分受到大麦苗粉添加量和烘烤时间的影响较大，先升高后降低，两者相互作用的等高线为椭圆形，为交互作用显著。根据等高线疏密程度判断大麦苗面包感官评分的影响程度为C>A。

图7 大麦苗粉添加量和烘烤时间对面包感官评分的响应面图 图8 发酵时间和烘烤时间对面包感官评分的响应面图

由图8知，大麦苗面包的感官评分受到烘烤时间和发酵时间的影响，两者相互作用的等高线为椭圆形，判定其交互作用显著。由等高线疏密程度判断大麦苗面包感官评分的影响顺序为C>B。

根据本次的响应面试验，使用Design-Expert软件进行大麦苗面包工艺的优化分析，所得出理论最佳工艺为：大麦苗粉添加量3.00 g，发酵时间95.49 min，烘烤时间22.97 min，感官评分为88.0951分。考虑实际情况，经调整将工艺参数设定为：大麦苗粉添加量3.00 g，发酵时间95 min，烘烤时间23 min。用此工艺参数进行验证试验，重复试验3次，取平均感官评分为87.60分，发现实际与理论值接近，说明该数学模型可靠，可用于大麦苗面包最佳工艺的预测，本次试验成立。

2.3 大麦苗面包的品质测定

2.3.1 营养指标 以感官评分为响应值优化得出的最佳配方与普通面包(不添加大麦苗粉的面包)的营养指标对比，见表6。本文研制面包中蛋白质比普通面包高9.91 %，膳食纤维含量比普通面包高22.4 %，比容较普通面包低，但此条件下的大麦苗面包组织均匀，富有弹性，且具有大麦苗清香，营养也更加丰富。

表6 大麦苗面包与普通面包营养对比结果

2.3.2 卫生指标 利用最佳工艺参数制得的面包卫生指标检测见表7。

表7 麦苗面包卫生指标检测

由表7可知，该面包的卫生指标均符合国标限值范围。

3 结论

本文通过单因素试验分析，确定对大麦苗面包品质影响最大的三个因素：大麦苗粉添加量、发酵时间、烘烤时间；再结合响应面分析法对大麦苗面包的工艺进行优化，得到最佳工艺为：大麦苗粉添加量3.00 g，发酵时间95 min，烘烤时间为23 min。在最优工艺下面包的比容为4.37 mL/g，蛋白含量为12.31 g/100g，膳食纤维含量为3.33 g/100g，感官评分为87.6分。蛋白质含量高出普通对照面包9.91 %，膳食纤维高出普通对照面包22.4 %。该条件下生产出来的面包形态完整，表面呈浅绿色，内部组织细腻有弹性，气孔均匀，松软可口，拥有面包发酵后香甜与大麦苗粉的清香。大麦苗面包比普通面包营养价值更加丰富，且口感较好，更符合当代人的健康需求，相信将会有十分广阔的前景。