运黑161 全麦粉面包配方研究

于章龙，刘瑞，蔡岳，宋昱，孙元琳，关硕

（1.山西农业大学 棉花研究所，山西 运城 044000；2.运城学院 生命科学系，山西 运城 044000）

中央一号文件指出，深入开展粮食节约行动，推进全链条节约减损，并提倡健康饮食。黑小麦含有更加丰富的膳食纤维、维生素、矿物质和花青素等生物活性成分，可以有效地降低心血管疾病、肠道炎症、Ⅱ型糖尿病等慢性病的患病风险［1-6］，而以上主要成分多分布于皮层和胚芽中［7］。随着加工技术的创新，人们对健康的追求和全谷物的关注度越来越高，尤其是烘焙类全麦食品消费量显著提高［8］。虽然全谷物比精制谷物更加健康营养，但也面临着诸多挑战，比如全谷物食品口感粗糙，储藏性、安全性较差等［9-10］。特别是全麦面包口感和组织结构变差等现象，对全麦面包产品影响较大［11］。前人将真菌α-淀粉酶、脂肪酶等酶制剂和延缓面包老化的食品乳化剂硬脂酰乳酸钠等广泛应用于面包制作，均起到了较好的效果［12-13］。本研究根据前期研究结果，以山西农业大学棉花研究所选育的运黑161 黑小麦全麦粉为原料，配以适量面包专用粉加工黑小麦全麦面包，并以面包比容、质构特性、感官评价等为指标，通过响应面解析不同配粉比例及真菌α-淀粉酶、脂肪酶、硬脂酰乳酸钠不同添加量等多种因素对黑小麦全麦面包品质的影响，从而优化运黑161 全麦粉面包配方，旨在为运黑161 全麦粉产品开发提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

运黑161：山西农业大学棉花研究所（品质分析见表1）；面包专用粉：新乡新良面业有限公司；酵母、黄油、糖、改良剂：安琪酵母股份有限公司；奶粉：雀巢（中国）有限公司；真菌α-淀粉酶（100 000 U·g-1）、脂肪酶（100 000 U·g-1）、硬脂酰乳酸钠（食品级）：河南万邦实业有限公司；戊二醛、乙酸异戊酯：均为分析纯，美国sigma 公司。试验时间：2022 年8-12 月。

表1 运黑161 品质分析Table 1 Quality analysis of Yunhei 161

TMS-Pro 质构仪，美国FTC 公司；S-4800 扫描电镜，日本日立（Hitachi）公司；Y18 磨粉机，土耳其YUCEBAS 公司；BHS 双动和面机，邢台蓝邦机械制造厂；WFF 喷雾式发酵箱，广东省泓锋食品机械有限公司；PL-2A 电烘炉，泰州市恒联电器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 原料预处理

运黑161 洗净沥干后，经Y18 型磨粉机磨粉，收集其面粉和麸皮。将麸皮经121 ℃高压蒸汽10 min，晾干后粉碎过80 目筛，回添至面粉中，制得运黑161 全麦粉。

1.2.2 面包制作工艺

按表2 配比加入原料→搅拌成团→室温下第一次醒发20 min→整形→二次醒发（温度40 ℃，湿度90%，时间120 min）→焙烤（下火170 ℃，上火180 ℃，30 min）→冷却。

表2 面包基础配方Table 2 Basic bread formula

1.2.3 面包品质测定

（1） 面包比容测定

将冷却后的面包称重，菜籽置换法测定面包体积。

（2） 面包质构特性测试

面包分割成50 mm×30 mm×20 mm 片状，使用P50 探头测定。TPA 实验参数为：力量感应元量程1000 N，探头回升高度30 mm，形变百分量80%，检测速度60 mm·min-1，起始力1 N。每个样品重复6 次。

（3） 感官评价

评分标准参照GB/T 14611-2008《粮油检验小麦粉面包烘焙品质试验 直接发酵法》并稍作修改，由6 名食品专业人员感官评定，评分标准见表3。

表3 面包评分标准Table 3 Bread scoring standard

1.2.4 运黑161 全麦面包研制单因素试验

在1.2.2 基础上，以比容、质构特性、感官评分为指标，以不同配粉比例（黑小麦：面包专用粉）、真菌α-淀粉酶添加量、脂肪酶添加量和硬脂酰乳酸钠添加量为单因素，确定最佳水平，且真菌α-淀粉、脂肪酶和硬脂酰乳酸钠添加量以小麦粉（黑小麦粉和面包专用粉）重量计。

（1） 不同配粉比例

真菌α-淀粉酶添加量200 mg·kg-1，脂肪酶200 mg·kg-1，硬脂酰乳酸钠0.2%，运黑161 全麦粉添加量分别为10%，30%，50%，70%，90%。

（2） 真菌α-淀粉酶不同添加比例

运黑161 全麦粉添加量为50%，脂肪酶添加量200 mg·kg-1，硬脂酰乳酸钠0.2%，真菌α-淀粉酶添加量分别为0、100、200、300、400 mg·kg-1。

（3） 脂肪酶不同添加比例

运黑161 全麦粉添加量为50%，真菌α-淀粉酶添加量200 mg·kg-1，硬脂酰乳酸钠0.2%，脂肪酶添加量分别为为0、100、200、300、400 mg·kg-1。

（4） 硬脂酰乳酸钠不同添加比例

运黑161 全麦粉添加量为50%，真菌α-淀粉酶添加量200 mg·kg-1，脂肪酶添加量200 mg·kg-1，硬脂酰乳酸钠添加量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%。

1.2.5 响应面优化运黑161 全麦粉面包配方

以运黑161 全麦粉添加量（A）、真菌α-淀粉酶（B）、脂肪酶（C）、硬脂酰乳酸钠（D）4 个因素为响应因素，使用Box-Behnken 设计方法进行响应面试验，以面包的感官评分为响应值，确定最佳工艺配方（表4）。

表4 响应面试验因素及水平Table 4 Factors and levels of response surface test

1.2.6 面包微观结构观察

参考潘振兴等［14］方法并稍作修改：2.5%戊二醛固定样品，0.1 mol·L-1磷酸缓冲液漂洗，乙醇脱水，再用乙酸异戊酯置换乙醇。将上述处理过的样品冷冻干燥48 h，超微粉碎，喷金，扫描电镜观察。

1.3 统计分析

使用SPSS 25.0 进行Duncan 方差分析；使用Origin 7.5 软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同配粉比例对面包品质的影响

2.1.1 不同配粉比例对面包比容及高径比的影响

不同配粉比例对面包比容及高径比的影响见图1，面包实物图见图2。随着运黑161 全麦粉比例增加，面包比容值以及高径比显著减小。这是由于麸皮含量增加，会破坏面团面筋蛋白网络结构，从而降低了面团筋力［15-16］，导致面团在醒发过程中持气能力弱化，无法维持蓬松结构，进而影响面包品质。

图1 不同配粉比例对面包比容及高径比的影响Fig.1 Effects of different proportions of flour on specific volume and height-diameter ratio

图2 不同配粉比例面包实物图Fig.2 Pictures of breads with different proportions of whole wheat flour

2.1.2 不同配粉比例对面包质构特性的影响

不同配粉比例对面包质构特性的影响见表5。随着运黑161 全麦粉添加比例的增加，面包的硬度呈上升趋势。当运黑161 全麦粉添加量为30%时，黑小麦全麦面包的粘附性、弹性最大。

表5 不同配粉比例对面包质构特性的影响Table 5 Effects of different proportions of whole wheat flour on bread texture properties

2.1.3 不同配粉比例对面包感官品质的影响

不同配粉比例对面包感官品质的影响见表6。随着运黑161 全麦粉比例增加，全麦面包体积得分呈下降趋势，外观、面包芯色泽、质地得分以及口感无显著性差异。运黑161 全麦粉添加量为30%时总分最高，说明添加适量的全麦粉可改善面包感官品质。综合2.1.2 结果分析，响应面试验设计运黑161 全麦粉添加比例为10%，30%，50%。

表6 不同配粉比例对面包感官品质的影响Table 6 Effects of different proportions of flour on the sensory quality of bread

2.2 真菌α-淀粉酶添加量对面包品质影响

2.2.1 真菌α-淀粉酶添加量对面包比容及高径比影响

真菌α-淀粉酶添加量对面包比容及高径比的影响见图3，面包实物图见图4。随着真菌α-淀粉酶添加量增加，面包比容值以及高径比呈现先增大再减小的趋势。添加量为300 mg·kg-1时，面包比容值及高径比最大，这与Olaerts 等［17］研究一致。因为真菌α-淀粉酶可以迅速水解淀粉分子链中的α-1，4 葡萄糖苷键，将淀粉酶解成糊精和小分子糖，为酵母产气提供碳源，进而改善面包体积［18］，但真菌α-淀粉酶添加过量，淀粉水解过多，面团发粘且持气性下降，进而导致面包的比容值以及高径比降低。

图3 真菌α-淀粉酶添加量对面包比容及高径比的影响Fig.3 Effects of appending proportions of fungal α-amylase on bread volume and height-diameter ratio

图4 真菌α-淀粉酶不同添加量面包实物图Fig.4 Pictures of breads with different appending proportions of fungal α-amylase

2.2.2 真菌α-淀粉酶添加量对面包质构特性的影响

如表7 所示，随着真菌α-淀粉酶添加量的增加，面包的硬度呈先下降再上升的趋势，添加量为300 mg·kg-1时面包的弹性最大，硬度、胶粘性最小，说明在面包制作过程中添加适量的真菌α-淀粉酶可降低面包硬度。

表7 真菌α-淀粉酶添加量对面包质构特性的影响Table 7 Effects of different appending proportions of fungal α-amylase on bread texture properties

2.2.3 真菌α-淀粉酶添加量对面包感官品质的影响

由表8 可见，随着真菌α-淀粉酶添加量增加，面包体积、口感以及总体得分呈现先增大后减小的趋势，面包外观、色泽和质地得分无显著性差异（P<0.05）。当添加量为300 mg·kg-1时全麦面包感官得分各指标最优。故响应面试验设置真菌α-淀粉酶添加量为200、300、400 mg·kg-1。

表8 真菌α-淀粉酶添加量对面包感官品质的影响Table 8 Effects of different appending proportions of fungal α-amylase on the sensory quality of bread

2.3 脂肪酶添加量对面包品质的影响

2.3.1 脂肪酶添加量对面包比容及高径比的影响

脂肪酶添加量对面包比容及高径比的影响如图5 所示，面包实物图见图6。随着脂肪酶添加量的增加，全麦面包的比容与高径比呈现先上升再下降的趋势。脂肪酶催化面团中的油脂分解产生游离脂肪酸及小分子物质，可为酵母发酵提供能量，同时脂肪酶可以氧化不饱和脂肪酸，形成过氧化物，过氧化物可氧化蛋白质分子中的硫氢基团，形成分子内或分子间二硫键，并能诱导蛋白质分子聚合，使蛋白质分子变得更大，形成更加稳定的网状结构［19］，另外脂肪酶的添加使得面团组织结构中气体分布更均匀［20］，进而增大面包体积。当脂肪酶用量过多，面包的比容与高径比呈下降趋势，这可能是由于脂肪酶用量过多会造成面筋强度过大，气孔面积减小［21-22］。

图6 脂肪酶不同添加量面包实物图Fig.6 Pictures of bread with different appending proportions of lipase

2.3.2 脂肪酶添加量对面包质构特性的影响

随着脂肪酶添加量的增加，全麦面包的硬度呈先减小后增大的趋势，而弹性、咀嚼性没有显著性差异（表9）。当脂肪酶添加量为200 mg·kg-1时，全麦面包质构指标较好。

表9 脂肪酶添加量对面包质构特性的影响Table 9 Effects of different appending proportions of lipase on bread texture properties

2.3.3 脂肪酶添加量对面包感官品质的影响

如表10 所示，综合比较各项感官评价可知，随着脂肪酶添加量的增加，全麦面包体积得分显著提升，其他各项指标变化不显著（P<0.05）。当脂肪酶添加量为200 mg·kg-1，面包总分最高。故响应面试验设置脂肪酶添加量为100、200、300 mg·kg-1。

表10 脂肪酶添加量对面包感官品质的影响Table 10 Effects of different appending proportions of lipase on the sensory quality of bread

2.4 硬脂酰乳酸钠添加量对面包品质的影响

2.4.1 硬脂酰乳酸钠添加量对面包比容及高径比的影响

硬脂酰乳酸钠作为一种广泛应用于烘焙业的乳化剂，可促进面团的网状结构的形成［23］。硬脂酰乳酸钠添加量对面包比容及高径比的影响如图7 所示，面包实物图见图8。随着硬脂酰乳酸钠添加量的增加，全麦面包的比容及高径比呈先上升后下降的趋势，由于硬脂酰乳酸钠能与面筋蛋白产生相互作用形成复合物，使得面筋蛋白形成大分子面筋网络［24］，因此使得全麦面包的体积增加。当硬脂酰乳酸钠添加量大于0.3% 时，全麦面包的比容及高径比呈下降趋势，可能是由于硬脂酰乳酸钠的过度添加使得面团发粘，弱化了面团的发酵，从而使得面包体积减小。

图7 硬脂酰乳酸钠添加量对面包比容及高径比的影响Fig.7 Effects of appending proportions of sodium stearoyl lactate on bread volume and height-diameter ratio

图8 硬脂酰乳酸钠不同添加量面包实物图Fig.8 Pictures of bread with different appending proportions of sodium stearoyl lactate

2.4.2 硬脂酰乳酸钠添加量对面包质构特性的影响

硬脂酰乳酸钠添加量对面包质构特性的影响见表11。不同硬脂酰乳酸钠添加量对全麦面包硬度有显著性影响（P>0.05），特别是加量为0.3%时硬度最低。适量添加硬脂酰乳酸钠，增强了面包的持气性，使得面包柔软度增加［25］。

表11 硬脂酰乳酸钠添加量对面包质构特性的影响Table 11 Effects of different appending proportions of sodium stearoyl lactate on bread texture properties

2.4.3 硬脂酰乳酸钠添加量对面包感官品质的影响

由表12 可见，硬脂酰乳酸钠添加量对全麦面包的体积和纹理影响较大。添加量为0.3%时，面包的总体得分最高。故响应面试验设置硬脂酰乳酸钠添加量为0.2%，0.3%，0.4%。

表12 硬脂酰乳酸钠添加量对面包感官品质的影响Table 12 Effects of different appending proportions of sodium stearoyl lactate on the sensory quality of bread

2.5 响应面优化黑小麦全麦面包配方

2.5.1 响应面设计结果及回归模型方差分析

通过对表13 数据进行多元回归拟合，得出回归模型方程为：

表13 响应面分析结果Table 13 The results of response surface analysis

由表14 可见，建立的模型极显著（P<0.01）且失拟项不显著（P>0.05），说明响应值与自变量关系显著，具有统计学意义。模型的相关系数R2=0.931 2，说明模型与试验拟合性较好。方差分析结果表明：A、B、C、D、AB、AD、BC、CD、A2、B2、C2、D2对全麦面包的影响显著，该模型可用于预测黑小麦全麦面包的最佳工艺配方。

表14 方差分析结果Table 14 The results of variance analysis

2.5.2 三维响应曲面优化验证

结合三维响应曲面图且通过Design-Expert 软件进一步优化，可知运黑161 全麦面包的最佳配方为：运黑161 全麦粉最佳理论添加比例为39.36%，真菌α-淀粉酶最佳理论添加量为272.77 mg·kg-1，脂肪酶最佳理论添加量为254.4 mg·kg-1，硬脂酰乳酸钠最佳理论添加量为0.247%，理论预测感官评分可达88.51 分。为了便于可操作性，运黑161全麦粉最佳添加比例为39%，真菌α-淀粉酶添加量为272 mg·kg-1，脂肪酶添加量为254 mg·kg-1，硬脂酰乳酸钠添加量为0.25%。在此条件下加工制得黑小麦全麦面包并进行感官评价，感官得分为89.54，再次验证了回归模型的可靠性。

2.6 面包微观结构扫描电镜观测

不同样品微观结构扫描电镜图如图9 所示，麸皮的存在可能会导致面团面筋网状结构被破坏，但扫描电镜观测的微观结构下全麦面包的面团结构较为紧密且连续（图9a），说明全麦面包经工艺优化后，组织结构得到较大改善。

图9 扫描电镜图Fig.9 Photographs of scanning electron microscopy

3 讨论

全麦粉麸皮中富含膳食纤维、维生素等大量人体必需的营养成分，但由于麸皮的加入，使全麦粉加工相关产品时难度增加，出现了如压延时的粘辊、发酵难度增加、馒头、面包口感粗糙易掉渣、面条易断条糊汤等问题［26-27］。通过表1 对运黑161品质分析可知，运黑161 属于中强筋小麦，适合加工面包、馒头等产品。在前期研究的基础上，本研究利用预处理过的运黑161 全麦粉，结合添加酶制剂，通过单因素试验和响应面优化试验，对运黑161 全麦粉面包加工工艺进行了改进与优化，并起到了理想效果。通过响应面试验得出的回归模型方程，可用于预测经预处理过的运黑161 全麦粉全麦面包的最佳工艺配方，而未经预处理的全麦粉面包加工依然需要进一步开展研究。

4 结论

本研究以经过预处理的运黑161 全麦粉为研究对象，通过对运黑161 全麦面包配方开展单因素和响应面优化试验研究，确定了运黑161 全麦粉的最佳添加比例为39%，真菌α-淀粉酶添加量为272 mg·kg-1，脂肪酶添加量为254 mg·kg-1，硬脂酰乳酸钠添加量为0.25%，在此配方下运黑161 全麦面包色泽金黄、质地细腻紧密、纹理清晰，且感官得分为89.54 分。本研究为运黑161 黑小麦全麦粉产品开发提供了借鉴，为功能型黑小麦全麦粉面包加工提供了数据支撑。