韓冰，朱宗濤，孟祥晨，張魯冀，管靖瑋

（東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030）

響應(yīng)面法優(yōu)化酸面團饅頭的加工工藝

韓冰，朱宗濤，孟祥晨，張魯冀*，管靖瑋

（東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030）

通過響應(yīng)面試驗設(shè)計對酸面團饅頭加工工藝進行優(yōu)化。通過單因素試驗、Plackett-Burman試驗和最陡爬坡試驗篩選出發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度、加面堿量為顯著影響因素以及最佳響應(yīng)區(qū)域，采用Box-Behnken設(shè)計進行響應(yīng)面試驗，以酸面團饅頭感官評分為響應(yīng)值得到最佳工藝參數(shù)。各因素對酸面團饅頭感官評分的影響順序為：發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時間＞加面堿量，最佳工藝條件為：發(fā)酵時間4.25 h，發(fā)酵溫度30℃，加面堿量1.0%。響應(yīng)面法可以較好地對酸面團饅頭加工工藝進行優(yōu)化。

酸面團；饅頭；感官評分；響應(yīng)面法

饅頭是一種中國傳統(tǒng)發(fā)酵面食[1]，其基本成分包括小麥面粉，酵母/酸面團和水[2]。酸面團是由多菌種混合發(fā)酵而成，富含乳酸菌、酵母菌及其他微生物菌群。在面團發(fā)酵過程中，酸面團中微生物分解大分子營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生酸、醇、酯、氨基酸等風味化合物[3]，賦予酸面團饅頭獨特的風味和質(zhì)構(gòu)，并能提高饅頭的營養(yǎng)價值[4]。由于酸面團中微生物種群具有地域性差異,并且大多應(yīng)用于北方農(nóng)村地區(qū)和家庭作坊[5]，其產(chǎn)酸程度控制困難，容易造成饅頭品質(zhì)不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)工業(yè)化和標準化。

響應(yīng)面法能同時對多因子水平及其交互作用進行評價和預(yù)測，并能快速有效地確定多因子系統(tǒng)的最優(yōu)條件[6]。因此，本研究通過單因素試驗和Plackett-Burman（PB）試驗篩選出對酸面團饅頭感官評分有顯著性影響的因素，利用最陡爬坡試驗逼近最大響應(yīng)區(qū)域，最后采用響應(yīng)面試驗對酸面團饅頭加工工藝進行優(yōu)化，得到酸面團饅頭的最佳工藝條件，為酸面團饅頭的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

特制精粉（小麥粉）：沈陽香雪面粉股份有限公司；酸面團：哈爾濱市家庭自制；顆粒面堿：哈爾濱市呼蘭區(qū)三金堿廠。

1.2 儀器與設(shè)備

AL104型電子天平：瑞士梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Bagmixer 400型拍打式勻質(zhì)器：北京五洲東方科技發(fā)展有限公司；HM730型食品加工機：青島漢尚電器有限公司；BPH9272型恒溫恒濕培養(yǎng)箱：上海一恒科技有限公司；JJ01221型雙層蒸鍋：浙江蘇泊爾股份有限公司；TA.XT plus型質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro Systems公司；ZE-6000型色差計：日本Nippon Denshoku公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 制作方法

采用傳統(tǒng)二次發(fā)酵工藝制作酸面團饅頭[7]。向酸面團中加入溫水，攪拌2 min后靜置。將處理后的酸面團與面粉和水在揉面機中混勻，使面團DY值（面團重量×100/面粉重量，Dough Yield）達到 150[5]。在濕度85%RH（相對濕度，Relative Humidity）、特定溫度和時間進行發(fā)酵。向發(fā)酵好的面團中加入面堿和少量面粉揉至不粘手，醒發(fā)10 min，將面團分割成100 g/塊，搓圓整形后置于培養(yǎng)箱中二次醒發(fā)，蒸制40 min即得成品饅頭。

1.3.3 酸面團饅頭加工工藝的單因素試驗及響應(yīng)面優(yōu)化

1.3.3.1 單因素試驗設(shè)計

在前期確定的工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，研究酸面團的添加量（10%、15%、20%、25%、30%），發(fā)酵溫度（20、25、30、35 ℃） 和時間（4、6、8、10 h），面堿的添加量（0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%），二次醒發(fā)的時間（20、30、40、50、60 min） 對成品饅頭感官評分的影響，確定Plackett-Burman試驗設(shè)計中各因素的水平。

1.3.3.2 Plackett-Burman試驗設(shè)計

使用Design Expert 8.0.6軟件對酸面團添加量（A）、發(fā)酵時間（B）、發(fā)酵溫度（C）、加堿量（D）、醒發(fā)時間（E）進行主因子分析，利用N=11的Plackett-Burman設(shè)計，以酸面團饅頭感官評分為響應(yīng)值（Y）進行試驗設(shè)計。

1.3.3.3 最陡爬坡試驗設(shè)計

根據(jù)PB試驗得到的回歸方程和方差分析，以回歸系數(shù)的符號確定最陡爬坡的方向，以方差分析結(jié)果確定的最顯著因素設(shè)計第一個步長，其余顯著因素步長依據(jù)回歸系數(shù)絕對值的大小進行換算[8]，非顯著因素則根據(jù)各因素效應(yīng)的正負，正效應(yīng)均取較高值，負效應(yīng)均取較低值，從而最大程度逼近響應(yīng)值區(qū)域[6]。

1.3.3.4 Box-Behnken Design試驗設(shè)計

在Plackett-Burman試驗和最陡爬坡試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取發(fā)酵時間（B）、發(fā)酵溫度（C）、加堿量（D）為因素，以最陡爬坡試驗結(jié)果的最大值為中心點，以感官評分（Y）為響應(yīng)值，使用Design Expert 8.0.6軟件的Box-Behnken Design進行響應(yīng)面優(yōu)化試驗，優(yōu)化酸面團饅頭的加工工藝參數(shù)。

1.3.3.5 優(yōu)化模型驗證

根據(jù)響應(yīng)面試驗預(yù)測的最佳工藝參數(shù)進行試驗，重復(fù)3次，測定其感官評分，色澤以及質(zhì)構(gòu)，以驗證優(yōu)化結(jié)果的可靠性，并確定最終優(yōu)化工藝。

1.4 酸面團饅頭品質(zhì)評定方法

蒸制好的饅頭冷卻30 min后進行品質(zhì)評定。

1.4.1 感官評價

饅頭的感官評價標準見表1。

表1 酸面團饅頭感官評分標準Table 1 Sensory evaluation system of sourdough steamed bread

由10名經(jīng)過培訓(xùn)的人員組成感官評價小組，參照LS/T 3204-1993《饅頭用小麥粉》的評價體系，對酸面團饅頭進行感官評價。

1.4.2 色澤測定

采用色差計測定酸面團饅頭的表面色澤，結(jié)果由亮度（L*）、紅度（a*）、黃度（b*）3個指標表示，每個樣品重復(fù)測定3次，結(jié)果取平均值。

1.4.3 質(zhì)構(gòu)測定

采用TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀的TPA程序測定饅頭的質(zhì)構(gòu)[9]。使用P/100探頭，具體測試參數(shù)為：測前速度1.00 mm/s，測試速度 5.00 mm/s，測后速度 5.00 mm/s，測應(yīng)量：strain，壓縮率75.00%，兩次壓縮時間間隔5.00 s。用切片機將饅頭沿縱向切成厚度均為12.5 mm的薄片，取中間兩片進行測試，每個樣品重復(fù)測定3次，結(jié)果取平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Design Expert 8.0.6軟件進行Plackett-Burman試驗及Box-Behnken Design試驗設(shè)計，用統(tǒng)計軟件SPSS對試驗進行回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果及分析

單因素試驗結(jié)果見圖1。

圖1 單因素試驗結(jié)果Fig.1 The results of mono-factorial experiment

如圖1所示，5個試驗因素對酸面團饅頭感官評分的影響呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。

酸面團的添加量對感官品質(zhì)影響見圖1a。酸面團添加量20%時饅頭感官評分達到最高。其原因可能是酸面團添加量較少時，面團發(fā)酵力不足，饅頭的比容偏小，質(zhì)構(gòu)較差；但是過量的添加酸面團影響面團的流變特性，饅頭易開裂塌陷，色澤和風味變差[10]。

由圖1b可知，發(fā)酵時間6 h時感官評分達到最高。其原因可能是隨著發(fā)酵時間的延長，酵母菌產(chǎn)氣量增加，各種風味物質(zhì)產(chǎn)生，提高了饅頭的感官評分；但是發(fā)酵時間過長，破壞了面筋的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，面團持氣性下降，導(dǎo)致饅頭質(zhì)構(gòu)不均一，口感差，降低饅頭的感官評分[11]。

由圖1c可知，發(fā)酵溫度30℃時感官評分達到最高。其原因可能是發(fā)酵溫度低時，微生物代謝以及酶的活力受到抑制，面團發(fā)酵不充分，影響感官評分；發(fā)酵溫度過高時，雜菌大量繁殖成為優(yōu)勢菌種，使饅頭色澤和風味異常[10]。

由圖1d可知，加面堿量0.7%時感官評分達到最高。其原因可能是加面堿量不足，面團酸度大，饅頭酸味過重；加面堿量過多，饅頭色澤發(fā)黃，表皮開裂，有面堿味。

由圖1e可知，醒發(fā)時間40 min時感官評分達到最高。其原因可能是醒發(fā)過程能調(diào)整面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使面筋達到最終長度[12]，隨著醒發(fā)時間的延長，饅頭彈韌性降低，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，掉渣或粘牙，降低感官評分。

2.2 Plackett-Burman試驗結(jié)果與分析

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用PB試驗對影響酸面團饅頭感官品質(zhì)的5個因素進行考察，確定顯著影響因素，為最陡爬坡試驗因素的確定和步長設(shè)計提供依據(jù)。PB試驗因素水平設(shè)計見表2，試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。利用Design Expert 8.0.6軟件對表3中的試驗結(jié)果進行方差分析，結(jié)果見表4。

表2 PB試驗因素水平設(shè)計表Table 2 Factors and levels for PB test

表3 Placket-Burman試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Placket-Burman experiment design and results

表4 Placket-Burman試驗方差分析Table 4 Analysis of variance for Placket-Burman experiment

續(xù)表4 Placket-Burman試驗方差分析Continue table 4 Analysis of variance for Placket-Burman experiment

對各因素回歸擬合后，得到回歸方程：

方程的決定系數(shù)R2=0.989 0，表明該回歸方程擬合較好。根據(jù)F值的大小[13]，各因素對酸面團饅頭感官評分的影響順序為：發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時間＞加面堿量＞酸面團添加量＞醒發(fā)時間，根據(jù)回歸方程的系數(shù)可知，B和C為負作用，即發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度的值越大，饅頭感官評分越低，D為正作用，即加面堿量越大感官評分越高。因此要提高感官評分，應(yīng)適當降低發(fā)酵時間和溫度，提高加面堿量。

2.3 最陡爬坡試驗結(jié)果與分析

根據(jù)PB試驗的回歸方程及方差分析可知，發(fā)酵溫度對感官評分的影響最顯著，所以首先設(shè)發(fā)酵溫度的爬坡步長為5℃，依據(jù)方程式系數(shù)的絕對值計算可知，發(fā)酵時間的步長為2 h，加面堿量的步長為0.15%，試驗設(shè)計及結(jié)果見表5。

表5 最陡爬坡試驗設(shè)計及結(jié)果Table 5 The steepest ascent experiment design and results

從試驗結(jié)果可以看出，隨著發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間的降低，加面堿量的增加，感官評分先增大再逐漸減小。當發(fā)酵時間為30℃，發(fā)酵溫度為6 h，加面堿量為0.85%時感官評分最高，則最佳響應(yīng)區(qū)域在第二組試驗設(shè)定的條件附近，故以此條件為中心點設(shè)計Box-Behnken Design試驗。

2.4 Box-Behnken Design試驗結(jié)果與分析

根據(jù)最陡爬坡試驗確定的中心點進行響應(yīng)面試驗，試驗因素水平設(shè)計見表6，試驗設(shè)計及結(jié)果見表7，回歸分析結(jié)果見表8。

表6 響應(yīng)面試驗因素水平表Table 6 Factors and levels for response surface experiment

表7 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 7 Design and results for response surface experiment

表8 響應(yīng)面試驗方差分析Table 8 Analysis of variance for response surface design

所得回歸方程為：Y=87.54-4.65A-1.01B+0.41C-1.60AB-0.30AC-0.10BC-2.90A2-2.15B2+0.41C2

由表8可知，該多元回歸模型P＜0.000 1，模型極顯著，失擬項P值為0.717 8大于0.05，失擬項不顯著，表明該回歸方程擬合度較好；模型的相關(guān)性系數(shù)R2=0.976 3，校正決定系數(shù)R2adj=0.945 9，說明94.59%的響應(yīng)值能由此模型解釋，可用來預(yù)測酸面團饅頭的感官評分[14]；由顯著性檢驗可知，一次項A、B，二次項A2、B2，交互項AB均對酸面團饅頭的感官評分有顯著影響（P＜0.05）；而一次項 C，二次項 C2，交互項 AC、BC 對感官評分影響不顯著。由此可知，各試驗因素對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系[15]。

由響應(yīng)面回歸方程繪制響應(yīng)面圖像見圖2～圖4。

圖2 Y=f（A，B）的響應(yīng)面圖Fig.2Responsive surface plot of Y=f（A，B）

圖3 Y=f（A，C）的響應(yīng)面圖Fig.3Responsive surface plot of Y=f（A，C）

圖4 Y=f（B，C）的響應(yīng)面圖Fig.4Responsive surface plot of Y=f（B，C）

響應(yīng)面及等高線能直觀反映各因素及其交互作用對酸面團饅頭感官評分的影響。等高線的形狀可判斷交互作用的強弱，等高線趨于橢圓交互作用強，等高線趨于圓形交互作用弱。等高線的疏密可判斷各因素的重要性，等高線越密，對感官評分的影響越顯著，反之，影響小[16]。由圖2～圖4中可以看出，AB交互作用強，AC和BC交互作用弱，則A和B對感官評分有顯著性影響，C對感官評分影響不顯著，這與方差分析結(jié)果對應(yīng)。利用Box-Behnken Design設(shè)計對響應(yīng)面試驗結(jié)果進行優(yōu)化，得出最佳工藝參數(shù)為發(fā)酵時間4.25h，發(fā)酵溫度30℃，加面堿量1.0%，模型預(yù)測酸面團饅頭的感官評分為90.48。為驗證預(yù)測結(jié)果的準確性，進行3 次重復(fù)試驗，感官評分分別為 90.15，92.74，93.52，平均感官評分為92.14，在預(yù)測值88.33～92.63（PI=95%）之間，表明響應(yīng)面法優(yōu)化酸面團饅頭加工工藝的可靠性較高[17]。

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果的驗證

根據(jù)響應(yīng)面試驗預(yù)測的最佳加工工藝條件，進行3次重復(fù)性驗證試驗，測得其感官評分的平均值為92.14，接近預(yù)測值90.48。說明通過響應(yīng)面法優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)可靠有效[18]，應(yīng)用響應(yīng)面回歸方程能較好預(yù)測產(chǎn)品的感官評分，色澤及質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果見表9～表 10。

表9 優(yōu)化結(jié)果對饅頭色澤的影響Table 9 Effects of optional result on colour of steamed bread

表10 優(yōu)化結(jié)果對質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 10 Effects of optional result on textural characteristics of steamed bread

3 結(jié)論

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過Plackett-Burman試驗確定影響酸面團饅頭感官評分的因素順序為：發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時間＞加面堿量，利用最陡爬坡試驗確定響應(yīng)面試驗的中心點，再利用響應(yīng)面法建立了發(fā)酵時間，發(fā)酵溫度，加面堿量對酸面團饅頭感官評分的二次回歸方程，優(yōu)化出最佳加工工藝：發(fā)酵時間4.25 h，發(fā)酵溫度30℃，加面堿量1.0%。在此條件下進行優(yōu)化結(jié)果的驗證，得到酸面團饅頭感官評分為92.14，說明該數(shù)學模型合理可靠，可用于酸面團饅頭感官評分的預(yù)測。

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Optimization of Sourdough Steamed Bread Processing with Response Surface Methodology

HAN Bing，ZHU Zong-tao，MENG Xiang-chen，ZHANG Lu-ji*，GUAN Jing-wei
（College of Food Science and Technology，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

The processing of sourdough steamed bread was optimized by response surface design.Through the mono-factorial test，Plackett-Burman test and steepest ascent test，the significant influencing factors including the fermentation time and temperature，the concentration of sodium carbonate decahydrate and the optimal response region were selected.Response surface experiment was conducted using Box-Behnken design，with the sensory score of the sourdough steamed bread as response value，the optimal process parameters were obtained.The order of the factors effecting on the sensory score of the sourdough steamed bread was：fermentation temperature＞fermentation time＞the concentration of sodium carbonate decahydrate，the optimal process condition was：fermentation time 4.25 h，fermentation temperature 30 ℃，the concentration of sodium carbonate decahydrate 1.0%.Response surface methodology could optimize the processing of sourdough steamed bread relatively better.

sourdough；Chinese steamed bread；sensory score；response surface methodology

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.17.025

2017-07-09

韓冰（1995—），女（漢），本科，食品科學與工程專業(yè)。

*通信作者：張魯冀（1982—），男（漢），講師，博士，研發(fā)方向：食品微生物與生物技術(shù)。