响应面优化绿豆玉米面烧饼的工艺研究

李建新,陈淑静,闵玉涛,孙于庆,张晓宇

(郑州工程技术学院 化工食品学院,河南 郑州 450044)

烧饼是我国北方的特色面点食品之一,不同地区烧饼的制作工艺也有一定的区别,有缙云烧饼、油酥肉火烧、武大郎烧饼、芝麻饼、黄桥烧饼等100多个花样[1-3],深受消费者欢迎。近些年杂粮类食品脱颖而出,尤其是面点类和糕点类食品,如全麦面包等,受到消费者的青睐[4]。例如玉米面蕴含丰富的多类亚油酸,能够有效预防一些心脑血管疾病[5];绿豆具有抗肿瘤、抗氧化、预防糖尿病、降糖降脂、促进人体血液循环等保健功效[6-9],绿豆与谷物结合可实现氨基酸平衡[10],提高产品的营养和功能特性[11]。本实验以面粉为主要原料,在其中添加适量的绿豆玉米面制成烧饼,提升其营养价值,得出绿豆玉米面烧饼的最佳配比,使烧饼成品达到最佳状态。

1 材料与方法

1.1 实验材料

小麦粉:郑州金苑面业有限公司;绿豆面、玉米面:市售;干酵母:安琪酵母股份有限公司;食用油:中粮福临门食品营销有限公司;膨松剂、调味料:平顶山市李大厨食品有限公司。

1.2 主要仪器设备

和面机、醒发箱、电烤箱:新麦(无锡)机械有限公司;电子天平:福州华志科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 烧饼制作工艺

烧饼配方:面粉150 g,酵母2 g,食用油4 g,食盐3 g,膨松剂3 g,水80 g。

制作工艺[12]:称料→面团调制→发酵→切割擀制整形→醒发→烘烤→冷却→成品。

操作要点:准确称取上述原材料,混合均匀,和面时先低速搅拌1.5 min,改为中速搅拌3 min(搅拌1 min后倒入称好的食用油),置于发酵箱发酵45 min;取出擀制整形,室温下醒发20 min,放入烤箱(上火220 ℃,底火210 ℃)烘烤10 min,取出室温至冷却,得到成品。

1.3.2 感官评价标准

选择10名感官评价人员(5男5女),根据表1的标准对相应成品的结构、弹性、色泽、气味等进行感官评价,评价总分为100分,最后结果取平均值。

表1 绿豆玉米面烧饼感官评分表

1.3.3 杂粮粉配比

以1.3.1中的配方保持不变,控制杂粮粉质量分别占配方总质量的10%,15%,20%和25%,其中绿豆面与玉米面的比例为 11不变,依次进行试验。当杂粮粉比例为10%时,烧饼面团柔软性降低,成品中香气不足;当杂粮粉比例为25%时,面团的柔软度极低,弹性较差,难以整形,烘烤后成品虽然杂粮香气充足,但是蓬松度较差;当杂粮粉比例为15%和20%时,面团的柔软度虽然不高,但是能够进行基础整形,烘烤后的成品香气和杂粮香气明显,蓬松度良好。为了提升成品的营养价值,最终选择杂粮粉占比为20%,据此设定玉米面和绿豆面的比例分别为21,31和41,成品感官评价得分见表2。综合以上实验,最终选择玉米面和绿豆面比例为31。

表2 玉米面绿豆面不同比例得分

1.4 单因素实验设计

在优化绿豆玉米面烧饼传统工艺的试验中,分别选取水添加量、水温、发酵时间和发酵温度4个因素来测试其对绿豆玉米面烧饼的品质影响。

1.4.1 水添加量对绿豆玉米面烧饼品质的影响

按照基础配方不变,控制水温为31 ℃,发酵时间为45 min,发酵温度为34 ℃,在此基础上设置水添加量(70,75,80,85,90 g),研究水的不同添加量对绿豆玉米面烧饼品质的影响,确定适宜的水添加量。

1.4.2 水温对绿豆玉米面烧饼品质的影响

设置加水量80 g,发酵时间45 min,发酵温度34 ℃,其他配方保持不变,研究不同水温(27,29,31,33,35 ℃)对绿豆玉米面烧饼品质的影响,确定适宜的水温。

1.4.3 发酵时间对绿豆玉米面烧饼品质的影响

按照基础配方不变,控制加水量为80 g,水温为31 ℃,发酵温度为34 ℃,研究不同发酵时间(35,40,45,50,55 min)对绿豆玉米面烧饼品质的影响,确定适宜的发酵时间。

1.4.4 发酵温度对绿豆玉米面烧饼品质的影响

按照基础配方不变,控制加水量为80 g,水温为31 ℃,发酵时间为45 min,研究不同发酵温度(30,32,34,36,38 ℃)对绿豆玉米面烧饼品质的影响,确定适宜的发酵温度。

1.5 响应面优化设计

在单因素实验的基础上,以水添加量、水温、发酵时间、发酵温度为响应变量,以感官评分为响应值,在Design Expert 8.0.6上采用Box-Behnken 试验设计(BBD)进行响应面分析。响应面试验因素与水平设计如表3所示。

表3 Box-Behnken 因素与水平

1.6 数据处理

利用SPSS26.0进行数据分析与统计,进行单因素方差分析(One-Way ANOVA),采用Design-Expert 8.0.6 对试验数据进行响应面分析,绘制3D曲面图。

2 结果和分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 水添加量对绿豆玉米面烧饼品质的影响

由图1得知,绿豆玉米面烧饼随着水添加量的增加品质出现先增长后下降的趋势。当加水量为70 g时,和面后面团硬度较高,夹带有生粉,发酵45 min后,面团硬度没有改善,烘烤后成品较为粗糙;当加水量为75 g时,和面后面团偏硬,发酵后,整形时可以明显感到面团柔软度的下降,但烘烤过后成品口感良好;当加水量为80 g时,面团柔软度较好,接近纯面粉面团,发酵后整形时柔软度变化不大,烘烤过后成品口感良好,有明显的烧饼香气,所得到的感官评分最高;当加水量为85 g时,面团柔软度较高,但稍微黏手,发酵后仍未改善,柔软度过高直接影响了整形阶段,烘烤过后成品口感良好,但是烧饼香气略有逊色。

图1 水添加量对绿豆玉米面烧饼品质的影响

2.1.2 水温对绿豆玉米面烧饼品质的影响

由图2得知,当水温为27 ℃时,面团稍微变软,发酵45 min后柔软度增加,但弹性还是较差;当水温为29 ℃时,面团柔软度适中,发酵后柔软度良好,但弹性一般,烘烤过后成品蓬松度一般,口感良好;当水温为31 ℃时,面团柔软度良好,发酵后整形弹性保持不变,可拉伸性较高,烘烤过后成品蓬松度好,口感好,所得到的感官评分最高;当水温为33 ℃时,面团柔软度下降,烘烤后成品蓬松度、口感均有一定程度的下降;当水温为35 ℃时,面团柔软度进一步下降,面团发黏,无法整形,烘烤后成品蓬松度、口感较差。

图2 水温对绿豆玉米面烧饼品质的影响

2.1.3 发酵时间对绿豆玉米面烧饼品质的影响

由图3得知,当发酵时间为35 min时,面团发硬,烘烤后成品蓬松度、口感较差;当发酵时间为40 min时,面团微软,烘烤后成品蓬松度、口感一般;当发酵时间为45 min时,面团柔软度好,按下后能复原,烘烤过后成品蓬松度、口感均好,感官评分最高;当发酵时间为50 min时,面团柔软度过高,按下后无法复原,难以整形,烘烤后成品蓬松度一般,口感一般。

图3 发酵时间对绿豆玉米面烧饼品质的影响

2.1.4 发酵温度对绿豆玉米面烧饼品质的影响

由图4得知,当发酵温度为30 ℃时,面团没有完全发酵,烘烤后成品蓬松度、口感较差;当发酵温度为32 ℃时,面团柔软度较好,面团按下无法完全复原,烘烤后成品蓬松度良好,口感一般;当发酵温度为34 ℃时,面团柔软度、发酵程度均好,烘烤后成品蓬松度、口感达到最佳值,感官评分最高;随着发酵温度上升,面团开始进一步变软,有些塌陷,烘烤后成品蓬松度、口感均开始下降。

图4 发酵温度对绿豆玉米面烧饼品质的影响

2.2 响应面分析优化结果

根据单因素试验结果,确定较优水平,利用Box-Benhnken中心组合试验设计,将绿豆玉米面烧饼的感官评分作为响应值进行响应面测试,见表4。

表4 响应面实验设计及结果

以水添加量(A),水温(B),发酵时间(C),发酵温度(D)为响应变量,最终以成品的感官评价得分为响应值,对四种影响因素进行模型拟合,通过Design Expert 8.0.6进行分析可以得到模拟回归方程为Y=95.78+0.042B+0.12C+D-0.25AB+2.50AC-1.00AD+0.25BC+2.13BD+1.12CD-5.01A2-3.33B2-6.45C2-9.01D2,结果见表5。

表5 感官评分响应面方差分析结果

由表5可知,模型P<0.0001,模型达到极显著,说明模型设计合理;失拟P=0.07344(>0.05),说明此模型拟合度较好。通过显著性分析可知,回归模型的一次项D为显著(P< 0.05),交互项AC表现为极显著(P<0.01),BD表现为显著(P<0.05)。二次项 A2、B2、C2、D2均表现为极显著(P<0.01)。4个因素对绿豆玉米面烧饼加工工艺的影响程度大小的顺序为发酵温度(D)>发酵时间(C)>水温(B)>水添加量(A)。

2.3 响应面交互作用分析

各因素交互作用对绿豆玉米面烧饼感官评分的影响如图5所示。响应曲面的曲线斜率愈大,对响应值的影响程度就愈大[13]。在图5中,响应值即感官评分随着各因素添加量的增大均出现先增后降的变化,发酵时间和水添加量交互作用极为显著,发酵温度和水温交互作用比较显著。

图5 各交互作用对绿豆玉米面烧饼感官评分影响的响应面图

2.4 最佳配方的确定与验证实验

采用Design Expert 8.0.6软件优化了本试验项目,结果表明绿豆玉米面烧饼的最佳工艺参数为:水添加量77.5g、水温32.1 ℃、发酵温度33.2 ℃和发酵时间42.6 min,在此条件下制作烧饼的感官评价得分为95.6分,与预测值(95.8分)基本一致,这说明本试验项目较为可靠,具有一定的应用价值。

3 结论

本实验在普通烧饼的制作工艺基础上,通过添加绿豆面和玉米面两种杂粮,制作杂粮烧饼,进行工艺改良,以水添加量、水温、发酵时间和发酵温度为改变量,进行单因素实验和响应面分析对制作工艺进行优化,以感官评价为依据,研究结果显示,4个因素对绿豆玉米面烧饼加工工艺的影响程度大小的顺序为发酵温度(D)>发酵时间(C)>水温(B)>水添加量(A),绿豆玉米面烧饼的最佳工艺参数为水添加量77.5 g、水温32.1 ℃、发酵温度33.2 ℃和发酵时间42.6 min时,在此条件下制作烧饼的感官评价得分为分95.6分,与预测值(95.8分)基本一致,这说明本试验项目较为可靠,具有一定的应用价值,使用此参数进行产品制作,得到的成品色泽金黄,口感优良,营养价值有所提升。