冷進松，戴媛，朱珠，劉長虹，武騰

（1.吉林工商學院食品工程學院，吉林長春130062；2.糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室，吉林長春130062；3.吉林科技職業(yè)技術(shù)學院生物工程系，吉林長春130123；4.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南鄭州450001）

乳清粉是由牛奶加工干酪、凝乳酪或酪蛋白過程中產(chǎn)生的非常有價值的副產(chǎn)物，主要成分是乳糖、乳蛋白和礦物質(zhì)[1]。乳清含有大量的乳清蛋白、乳糖、核黃素及幾乎全部的水溶性鹽類。含有組成蛋白質(zhì)的全部20種氨基酸，與血漿蛋白質(zhì)相似，屬于全價蛋白質(zhì)。并且具有良好的加工特性（溶解性、成膠性、持水性、黏度、黏附性、黏彈性、乳化性、起泡性）[2]。玉米營養(yǎng)豐富，含有的VA、VE及谷氨酸等成分，具有抗衰老的作用；玉米中還有賴氨酸和微量元素硒，有預防腫瘤的作用自然玉米面經(jīng)過加工而成的玉米饅頭則能有效防治老年黃斑性病變等，并可提高視力。所含膳食纖維能促進腸蠕動，縮短食物通過腸道的時間，以減少人體對有毒物質(zhì)的吸收，從而防止或減少結(jié)腸癌的發(fā)生[3]。

酵子作為一種傳統(tǒng)的饅頭發(fā)酵劑，是一種多菌種面食發(fā)酵劑，含有大量酵母中不具有的產(chǎn)脂霉菌、產(chǎn)香霉菌和多種細菌等可增加饅頭風味的菌種，使得經(jīng)長期發(fā)酵后的面團具有其獨特的口感和風味，深受廣大消費者的喜愛，在市場上占有一定的市場份額，是酵母饅頭所無法取代的[4]。以玉米粉為原料制作的玉米酵子為發(fā)酵劑，并添加以乳清粉，既增加了面包的營養(yǎng)價值，提供鈣以及小麥蛋白中所缺乏的賴氨酸，與小麥粉在營養(yǎng)上起到互補作用，改善面包的營養(yǎng)品質(zhì)，又可利用其加工特性改變成品的品質(zhì)。

將Plaeken-Burman設計、爬陡坡試驗和Box-Behnken設計聯(lián)用于乳清粉-玉米酵子饅頭加工中，并借助 Minitab16、Design expert8.0、origin7.5 軟件對工藝進行二階數(shù)值模型，獲得了回歸方程，對配方工藝進行模型數(shù)值預測并進行驗證試驗，結(jié)果良好。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甜乳清粉；玉米粉、饅頭粉、蔗糖、食鹽、雞蛋。

1.2 儀器與設備

S200/DC-11/DCJ-1型組合烤爐：瑞典Sveba-Dahlen公司；RN10VL-2打蛋機：丹麥Bear公司；SZM10和面機：廣州旭眾食品機械有限公司；FJ24型醒發(fā)箱：廣州市白云區(qū)億高電器有限公司、HH-S型恒溫水?。航K省金壇市環(huán)宇科學儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 玉米酵子加工工藝流程

選取300 g面粉，將相當于面粉用量270%的熱開水加入面粉中將其燙開，攪拌至無疙瘩之后涼至室溫，然后將已用溫水浸泡過的老酵頭（面粉的5%）加入面糊中，在發(fā)酵溫度為28℃條件下發(fā)酵180 min，接玉米面150 g，二次發(fā)酵120 min，接玉米面100 g，三次發(fā)酵120 min，接玉米面 100 g，四次發(fā)酵 100 min，拍成餅狀，干燥后即可得到成品玉米酵子[5]。

1.3.2 工藝流程和操作要點

玉米酵子活化→配料→和面→發(fā)酵→二次和面→壓面→分塊→成型→醒發(fā)→沸水蒸制→冷卻→產(chǎn)品

稱取面粉550 g、玉米酵子25%（用35℃的水化開活化）、乳清粉3%，水300 mL、蔗糖5 g在80 r/min的立式攪拌機中攪拌，待面粉和成團5 min后移入溫度38℃、相對濕度80%～85%的醒發(fā)室發(fā)酵60 min后取出；加入面粉150 g、食鹽1 g，二次和面15 min，經(jīng)壓面機揉壓25次后手工成型，醒發(fā)50 min；取出放入蒸箱內(nèi)蒸制25 min即可[6]。

1.3.3 饅頭品質(zhì)評價方法

選取8名參加過食品感官課程培訓的評價員集體評分取平均值（具體每一項的滿分從最好到最差均分為三個級別），本研究參照饅頭實驗室評價方法制定的實驗室乳清粉-玉米酵子饅頭評價標準[7]。

表1 饅頭評分標準Table 1 the scoring criteria of steamed bread

1.3.4 測定方法

1.3.4.1 饅頭質(zhì)量與體積測定

取饅頭冷卻至室溫的饅頭稱重，并用塑料薄膜包嚴，用菜籽置換法測定體積，同一樣品測定兩次，相差值小于或等于10mL時取平均值，大于10 mL重新測定。

1.3.4.2 饅頭高度測定

取饅頭，去掉薄膜，用卡尺量取饅頭底部與頂點高度，同一樣品從不同側(cè)面測量2次，相差值小于或等于0.2 cm時取平均值，大于0.2 cm重新測定。

1.3.4.3 外觀評價

取饅頭，用面包刀切開，觀察饅頭表面色澤、表面結(jié)構(gòu)、形狀、內(nèi)部氣孔結(jié)構(gòu)細密均勻程度，底部是否有死燙斑，并逐項打分。

1.3.4.4 品嘗評價

取饅頭，稍涼，用食指按壓，評價彈柔性，掰一小塊，觀察是否易掉渣，放入口中，細嚼5 s～7s，感覺有否咬勁，是否粘牙、干硬，咀嚼后能否完全化開以及氣味如何，并逐項打分。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 乳清粉添加量對饅頭品質(zhì)的影響

乳清粉添加量對饅頭品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 乳清粉添加量對饅頭品質(zhì)的影響Fig.1 The effect of whey powder amount on the quality of steamed bread

由圖1可知，饅頭感官評分隨乳清粉添加量的增加呈先上升后下降的趨勢。其中在添加量為2%時，饅頭感官評分最高。因為乳清粉含有較多的乳清蛋白和乳糖，可增加面筋蛋白質(zhì)，提高產(chǎn)品的筋力。由于乳清蛋白變性后形成凝膠，能吸收水分和脂肪，增強產(chǎn)品的拉伸。同時，由于乳清粉中含有大量乳糖，既可改善產(chǎn)品風味，也可為微生物繁殖提供營養(yǎng)。當乳清粉添加量過多時，饅頭本來的風味被掩蓋，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)容易發(fā)生塌陷。

2.1.2 玉米酵子添加量對饅頭品質(zhì)的影響

玉米酵子添加量對饅頭品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 玉米酵子添加量對饅頭品質(zhì)的影響Fig.2 The effect of corn jiaozi amount on the quality of steamed bread

由圖2可知，隨著添加量的增加饅頭的感官評分呈先上升后下降趨勢，達到25%時，感官評分最高。因為，隨著酵子添加量的增加，面團里的發(fā)酵菌數(shù)量增多，產(chǎn)氣量以及發(fā)酵副產(chǎn)物種類更加豐富，使饅頭體積增大，質(zhì)地松軟，增加了饅頭的風味及外觀評分。隨著添加量的增加，會使面團過酸，產(chǎn)品速度過快，內(nèi)部組織粗糙，饅頭表面有不均與的斑點。

2.1.3 水添加量對饅頭品質(zhì)的影響

水添加量對饅頭品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 水添加量對饅頭品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of water amount on the quality of steamed bread

由圖3可知，隨著加水量的增加感官評分呈先上升后下降趨勢。加水量為60%時評分最高。較大的加水量，可改善饅頭重量和體積，但添加過多，會使饅頭的白度和外觀形狀較差。出現(xiàn)皺縮、燙斑等異?，F(xiàn)象。加水量較少，雖然白度和外觀較好，但表皮質(zhì)量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和比容較差，感官評分低[8]。

2.1.4 蔗糖添加量對饅頭品質(zhì)的影響

蔗糖添加量對饅頭品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 蔗糖添加量對饅頭品質(zhì)的影響Fig.4 The effect of sucrose amount on the quality of steamed bread

由圖4可知，蔗糖添加量在0.1%～0.4%范圍內(nèi)，饅頭感官評分值隨蔗糖添加量的增加而明顯增大，但蔗糖添加量大于0.4%時，感官評分呈下降趨勢。適宜的添加量可以增加饅頭的口感和風味，添加過多，會抑制微生物的生長，口感過于甜膩。另外，糖多還會使面團發(fā)黏，影響面團的發(fā)酵、成型，從而影響?zhàn)z頭的質(zhì)量[9]。

2.1.5 食鹽添加量對饅頭品質(zhì)的影響

食鹽添加量對饅頭品質(zhì)的影響見圖5。

圖5 食鹽添加量對饅頭品質(zhì)的影響Fig.5 The effect of salt amount on the quality of steamed bread

由圖5可知，隨著食鹽添加量的增加，感官評分呈先上升后下降的趨勢。適宜的添加量，可以提高饅頭風味鮮美、柔和。可調(diào)節(jié)控制面團發(fā)酵速度，使面筋質(zhì)地細密，增強面筋筋力，改善饅頭內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)[10]。

2.1.6 雞蛋添加量對饅頭品質(zhì)的影響

雞蛋添加量對饅頭品質(zhì)的影響見圖6。

圖6 雞蛋添加量對饅頭品質(zhì)的影響Fig.6 The effect of egg amount on the quality of steamed bread

由圖6可知，雞蛋添加量在5%～25%時，感官評分呈逐漸上升趨勢，在20%～40%時，呈急劇下降趨勢。雞蛋蛋黃中含有的卵磷脂，具有良好的乳化性能，可使油、水乳化均勻分散到面團中，增加制品的疏松性。蛋白是一種發(fā)泡性溶膠，經(jīng)攪拌含有氣泡，分布于面團中，會使組織蓬松，使饅頭的彈性、比容等指標均有上升。但是過量添加也會對饅頭品質(zhì)造成負面影響，如使制品出現(xiàn)蛋腥味[11]。

2.2 利用響應面法優(yōu)化乳清粉－玉米酵子饅頭加工配方參數(shù)

2.2.1 Plackett－Burman試驗設計篩選關鍵影響因子

在單因素試驗基礎上，對乳清粉添加量（%）、玉米酵子添加量（%）、水添加量（%）、蔗糖添加量（%）、食鹽添加量（%）、雞蛋添加量（%）6個因素進行考察，每個因素取低水平“－1”和高水平“l(fā)”。另設1個虛擬列，設計實驗次數(shù)N=12的Plackett－Burman實驗，以感官評分Y為回應值。Plackett－Burman試驗因素及水平及結(jié)果見表2，利用Minitab16對試驗結(jié)果進行回歸分析，得到各影響因素的偏回歸系數(shù)及其顯著性，分析結(jié)果見表3。

表2 Plackett-Burman試驗設計表及實驗結(jié)果Table 2 Plackett-Burman design and experimental results

表3 偏回歸系數(shù)及影響因子的顯著性分析Table 3 Analysis of partial regression coefficient and Significance of factors

2.2.2 最陡爬坡試驗結(jié)果

根據(jù)Plackett－Burman試驗設計試驗，確定以玉米酵子添加量（x1）、雞蛋添加量（x2）、乳清粉添加量（x3）3個主要因素為自變量，以感官評分（Y）為回應值，其因素水平編碼見表4。

表4 最陡爬坡試驗設計及結(jié)果Table 4 The design and results of steepest ascent test

由表4可知：第3組實驗的饅頭感官評分最高。這說明最優(yōu)試驗在第3組實驗附近。故以實驗3的條件為響應面實驗因素水平的中心點，玉米酵子添加量、雞蛋添加量、乳清粉添加量分別為25%、20%、2.0%，進行下一步研究。

2.2.3 響應面分析法（CCD）優(yōu)化乳清粉－玉米酵子饅頭加工配方

基于單因素實驗設計，對優(yōu)化提取條件進行了一系列的試驗，在最陡爬坡實驗的基礎上，根據(jù)Box－Benhnken的中心組合試驗設計原理。利用Design－Expert8.0.5b進行 Response Surface Methodology（RSM）響應面法優(yōu)化影響?zhàn)z頭感官評分的3個主要因素：玉米酵子添加量、雞蛋添加量、乳清粉添加量進行優(yōu)化組合?？疾炷繕藶楦泄僭u分，試驗因素水平安排以及根據(jù)以上水平編碼設計試驗表格并檢測響應值結(jié)果見表5。

表5 響應面分析方案及結(jié)果Table 5 Design and results of response surface methodology

對表5數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，可求出影響因素的一次效應、二次效應以及交互效應的關聯(lián)方程并可繪制出響應面圖。該模型通過二階經(jīng)驗模型對變量的響應行為進行表征，即：

式中：Y 為響應值，β0、βi、βii分別表示偏移項、線性偏移和二階偏移系數(shù)，βij為交互效應系數(shù)，xi為各因素的編碼值。對表7試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合得到感官評分（Y）對編碼自變量x1、x2和X3的二次多項式回 歸 方 程 ：Y=90 －2.88X1+0.13X2－1.50X3－2.50X1X2－0.25X1X3+7.25X2X3－5.25－6.75－4.00。

2.2.4 模型方差分析對上述回歸模型進行方差分析

模型方差分析對上述回歸模型進行方差分析見表6。

表6 回歸模型系數(shù)及顯著性檢驗Table 6 Variance analysis results of regression model

表6結(jié)果表明，模型是顯著的（P＜0.05），RSquared=0.927 3，Adj R －Squared=0.833 8，Pred R －Squared=0.836 6，模型變異系數(shù)為3.48%，精密度為8.909，說明模型準確度和精密度都較高，用該模型進行分析和預測是合理的。

由表6可知，一次項X1顯著，由F值和Prob＞F可知，單因素的影響順序為X1＞X3＞X2，即玉米酵子添加量＞乳清粉添加量＞雞蛋添加量；交互作用項X2X3極顯著；二次項極顯著。

2.2.5 回應曲面分析

回應曲面分析見圖7。

繪制三維響應面曲線模型是分析各自不同變量對某個指標影響最好的方法[12－13]。圖7a顯示了玉米酵子添加量和雞蛋添加量與饅頭感官評分關系的響應面3D圖形，由圖可以看出，曲面圖形變化隨玉米酵子添加量升高變化幅度高于雞蛋添加量變化。當保持雞蛋添加量固定，感官評分隨玉米酵子添加量變化呈先上升后緩慢下降趨勢，添加量在24%～26%之間時，感官評分達到最大值，這是由于隨著酵子添加量的增加，饅頭在發(fā)酵過程中產(chǎn)酸過多，產(chǎn)氣過快，會造成饅頭的口感偏酸，內(nèi)部組織不均勻，感官品質(zhì)下降。當保持玉米酵子添加量固定，感官評分隨雞蛋添加量變化幅度不明顯。由此可知，玉米酵子添加量對饅頭感官評分的影響大于雞蛋添加量。圖7b顯示了玉米酵子添加量和乳清粉添加量與饅頭感官評分關系，由圖可知，當保持乳清粉添加量固定，饅頭感官評分隨玉米酵子變化呈先上升后緩慢下降趨勢，添加量在24%～26%時，感官評分達到最大值。由圖7c可以看出，隨雞蛋添加量變化，曲面變化比較陡峭；隨雞蛋添加量的改變，曲面呈快速上升狀態(tài)，當添加量超過19%后，其下降幅度較加大；隨乳清粉添加量變化，響應曲面變化幅度較大。當固定添加量在1.9%～2.1%時，饅頭的感官評分最高。

圖7 兩因素交互作用對饅頭品質(zhì)影響的響應曲面圖Fig.7 Response surface and contour plots showing the interaction effects of whey amount，corn jiaozi amount，water amount，Sucrose amount，salt amount and egg amount on steamed bread quality

2.2.6 最佳條件的確定

為了確定最佳工藝配方條件，對回歸方程取一階偏導數(shù)等于零解方程組得x1=－0.249 42，x2=－0.079 27、x3=0.251 54，此時Y=90.57，即乳清粉－玉米酵子饅頭的最佳加工配方參數(shù)為玉米酵子添加量為23.75%、雞蛋添加量為19.6%、乳清粉添加量為1.874%。為檢驗響應曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用最佳提取工藝條件進行饅頭的加工，考慮到實際操作的便利，將工藝配方參數(shù)修正為：玉米酵子添加量25%、雞蛋添加量為20%、乳清粉添加量2%，

為進一步驗證回歸模型的有效性，以優(yōu)化結(jié)果進行4次重復試驗，測得平均感官評分值為90.45，接近于預測值，表明模型可靠，預測結(jié)果準確。

3 結(jié)論

Design－expert8.0響應面軟件是一種研究玉米酵子添加量、乳清粉添加量、雞蛋添加量等影響?zhàn)z頭感官評分的工藝條件優(yōu)化的工具。在本研究中，饅頭配方工藝條件的優(yōu)化利用了Plackett－Burman試驗設計，對較多的參考因素進行了篩選，利用最陡爬坡試驗結(jié)合Box－Behnken設計對工藝配方參數(shù)進行數(shù)值優(yōu)化并建立經(jīng)驗二階多項式回歸模型，對回歸模型進行統(tǒng)計分析，獲得最優(yōu)化工藝。本實驗結(jié)合了Plackett－Burman（PBD）、SAE 和 Box－Behnken Design 3種設計方法，從試驗結(jié)果看，PBD找出了主要影響因素為玉米酵子添加量、雞蛋添加量、乳清粉添加量。BBD設計對主要影響因素進行精確優(yōu)化并建立了二階經(jīng)驗數(shù)學模型。方差分析發(fā)現(xiàn)模型顯著性（P＜0.05），準確度和精密度均較高[14]。響應曲面分析研究了各因素交互作用對響應值的影響。模型求解得最優(yōu)工藝配方參數(shù)，即玉米酵子添加量為25%，雞蛋添加量為20%和乳清粉添加量為2%。

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