大麥面包復合改良劑的優化及其對面包品質的改善作用

李 真 董 英 於來婷

(江蘇大學 食品與生物工程學院，鎮江 212013)

大麥面包復合改良劑的優化及其對面包品質的改善作用

李 真 董 英 於來婷

(江蘇大學 食品與生物工程學院，鎮江 212013)

為獲得性能優良的大麥面包復合改良劑，以滿足生產營養與品質兼優大麥面包(含大麥粉55%)的需要。選用6種改良劑，以面包綜合評分為依據，采用部分因子和中心組合設計等試驗獲得優化的復合改良劑，并利用C-Cell圖像分析儀和物性儀分析和確證復合改良劑對大麥面包品質的改善效果。結果表明，優化的復合改良劑組成及添加量為：β-葡聚糖酶0.064 9%、谷朊粉7.526 9%、α-淀粉酶0.008 9%、TG 0.090 0%、蔗糖酯0.300 0%、Vc 0.012 5%；使用優化復合改良劑的大麥面包與優化前相比，其面包片周長與內部氣孔數量均增加，孔洞面積減小，比容提高了45%；同時，新鮮大麥面包及其在貯藏期內質構特性明顯改善，硬度減小、彈性增加、咀嚼性提升。優化的復合改良劑適用于高含量大麥粉面包的生產。

大麥 面包 改良劑 優化 面包心

大麥(HordeumvulgareL.)營養豐富，是谷物食品中全價營養食品之一。大量的現代生物化學、營養學、臨床學對大麥營養成分提取物及其藥理的研究成果，揭示和證明了大麥具有很高的生物學價值和營養功能，增加大麥的攝入能有效降低患心腦血管疾病、糖尿病、癌癥等慢性疾病的風險[1-5]，同時還有助于健康體重的控制及抗衰老[6-7]等。雖然目前大部分國家或地區沒有以大麥為主食，但是其優質的營養及保健功能更符合現代人們對健康的需求，因此，吸引人們開始重拾對大麥食品的興趣[8-9]。

美國食品藥品監督局(FDA，1999)和美國全谷物理事會(WGC，2005)分別發布聲明，食品中全谷物的含量達到51%以上的產品才可以標注為全谷物食品。據此，大麥粉添加量大于51%才可稱其為大麥面包。然而，以20%以上的大麥粉(尤其≥30%時)替代小麥粉制作面包，就會造成面包體積變小、硬度增加、質地粗糙、口感變差等問題[10]。針對該問題，在前期試驗中，將β-葡聚糖酶添加到大麥(30%)-小麥(70%)混合粉中，發現β-葡聚糖酶能顯著改善大麥-小麥混合粉面包的外觀及內部結構，提高其感官品質[11]。但若將大麥粉的添加量繼續增加至50%以上，僅添加單一的β-葡聚糖酶作為改良劑，其效果則不夠理想，故有必要探索和研發新的復合改良劑，以研制出大麥粉添加量達到55%的“大麥面包”。

本研究在選擇β-葡聚糖酶的前提下，配以谷朊粉、α-淀粉酶、谷氨酰胺轉氨酶、Vc、蔗糖酯等改良劑，采用部分因子設計(FFD)、最陡爬坡試驗和中心組合設計(CCD)相結合的方法，研發大麥面包復合改良劑，為營養與感官品質兼優的大麥面包等面制品的工業化生產提供條件。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大麥(揚飼麥3號)：鹽城市雙增農化科技有限公司；高筋小麥面粉(面包基礎粉)：江蘇上一道科技股份有限公司；β-葡聚糖酶：蘇柯漢(濰坊)生物工程有限公司；谷氨酰胺轉氨酶(TG-F101)：東圣食品科技有限公司；真菌α-淀粉酶：江蘇銳陽生物科技有限公司；即發干酵母：安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設備

C-Cell 圖像分析儀：英國 Calibre Control International Ltd.；TA.XT Plus物性儀：英國Stable Micro Systems公司；YXD-60遠紅外線食品烘爐：廣州市鑫南方電熱設備有限公司；SZM30攪拌機：廣州旭眾食品機械有限公司；FX-14 面包發酵箱：廣州市鑫南方電熱設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 大麥面包的制作

對照組：稱取一定量的大麥粉(55%)與小麥粉置于和面缽中，加入糖10%、鹽1%、即發干酵母1%和水64%，攪拌成面團。稱取450 g面團揉搓整形，放入吐司模具，于37 ℃、85%(相對濕度)下醒發80 min，入爐烘烤22 min(上、下火200 ℃)。

樣品組：在對照組的基礎上添加改良劑，操作步驟與對照組一致。

1.3.2 大麥面包復合改良劑的優化方法

以綜合評分作為響應目標，首先采用FFD方法篩選出對響應結果影響較大的幾個因素，然后在最陡爬坡實驗基礎上，采用CCD對主要影響因素的取值進行響應面分析和優化，最終確定最優大麥面包復合改良劑的配方，并進行驗證。

1.3.2.1 篩選試驗設計

采用FFD方法[12]。谷朊粉、β-葡聚糖酶、谷氨酰胺轉氨酶、α-淀粉酶、蔗糖酯、VC分別對應表1中的因素A、B、C、D、E和F。各參數代表的變量及高低水平對應的真實值見表1。試驗重復2次，對應的響應值(綜合評分)取2次試驗結果的平均值。

表1 FFD試驗因素水平表

1.3.2.2 最陡爬坡試驗

根據FFD試驗結果，設計最陡爬坡試驗，進一步確定最佳點區域。

1.3.2.3 中心優化組合試驗及響應面分析

根據以上試驗結果確定的顯著影響因子和最陡爬坡最佳點，采用CCD試驗，試驗因素水平的選取如表2所示，試驗重復2次，取平均值。

表2 中心優化組合試驗變量和水平

1.3.3 面包品質評價

1.3.3.1 比容的測定

烘焙出爐的面包室溫冷卻2 h，稱重，面包體積采用菜籽替代法測定，按照下式計算比容。每個樣品重復3 次，取平均值。

(1)

1.3.3.2 面包質構特性分析

烘焙出爐的面包室溫冷卻2 h，將面包切成厚度為25 mm薄片。采用P/50r的平底柱形探頭，測前速度2.0 mm/s，測試速度 1.0 mm/s，測后速度 1.0 mm/s，壓縮 40%，每個樣品重復3 次，取平均值。

1.3.3.3 面包內部紋理結構分析

焙烤結束的面包室溫冷卻12 h后，用面包切片機切成約12.5 mm厚的面包片，取面包中間部分的切片進行試驗，利用C-Cell圖像分析儀獲取圖像，并用C-Cell分析軟件2.5對圖像進行處理得到相關數據。

1.3.3.4 綜合評分

比容+感官評定=100，其中包括比容(35分)，表皮色澤(5分)，表皮質地與面包形狀(15分)，包心色澤(5分)，紋理結構(15分)，平滑度(10分)，彈柔性(10分)，風味(5分)具體詳細評分標準參照文獻[13]中面包外部與內部特征評價；其中比容評分標準參照文獻[14]，略作修改，比容大于等于3.5為35分，小于3.5時，比容每降0.1 mL/g，扣1分。

1.3.4 數據統計與處理

多元回歸與響應面分析采用R 2.15.1軟件進行；C-Cell及物性試驗采用SPSS11.0進行數據分析與統計，試驗數據以x±sd表示，顯著性P<0.05。

2 結果與分析

2.1 FFD試驗篩選出重要因子

利用FFD試驗設計方法對谷朊粉、β-葡聚糖酶、谷氨酰胺轉氨酶、α-淀粉酶、蔗糖酯和VC等6個因素進行篩選，相應的設計矩陣及結果見表3(表3中第7個因素為空)。對表3中的試驗結果進行一次多項回歸分析，通過F檢驗結果表明回歸方程顯著，回歸方程R2=0.867 2，說明方程可以對試驗結果可以進行較好的擬合。各因子顯著性分析結果如表4所示，其中A(谷朊粉，P=0.010 4)、B(β-葡聚糖酶，P<0.001)、D(α-淀粉酶，P=0.018 5)3個因素水平的改變在95%的概率水平上對結果有顯著性影響，因此選擇該3個因素進入后續爬坡試驗以確定最優值的范圍。篩選出的3個重要因子的回歸系數均為正值，表明它們對綜合評分的影響呈正效應，即隨著三者添加量的增加，綜合評分呈不斷上升的趨勢。

試驗其他因子(谷氨酰胺轉氨酶、蔗糖酯和VC)對結果的影響不顯著，因此在之后的試驗中添加量固定為FFD試驗中的0水平。

表3 FFD試驗設計及結果

表4 多元線性回歸方程系數及影響因子的顯著性檢驗

2.2 最陡爬坡試驗確定中心點

根據FFD篩選出3個對結果影響較大的因素，設計最陡爬坡試驗，來確定最優值的中心點，試驗設計及結果如表5所示。由表5可知，最優點在第5組試驗附近出現，即谷朊粉7.200%、β-葡聚糖酶0.054%、α-淀粉酶0.007 5% 的組合中，綜合評分得分最高，因此，在之后的響應面試驗中，將此處3個因素的變量值設為中心優化組合設計試驗的中心點進一步優化。

表5 最陡爬坡試驗及結果

2.3 中心組合設計試驗優化出復合改良劑最佳配方

以最陡爬坡試驗的最優點為中心點，對谷朊粉、β-葡聚糖酶和α-淀粉酶3個組分進行中心優化組合設計，試驗結果如表6所示。

表6 中心優化組合試驗設計及結果

對試驗結果進行二次多元回歸擬合，分析結果見表7，并得如下方程：

Y=-518+149.4X1+11 470X3-12.98X12-73 750X22-2 396 000X32+709.6X1X2+477 600X2X3

式中Y為響應值，表示感官綜合評分；X1、X2、X3分別代表谷朊粉、β-葡聚糖酶和α-淀粉酶的添加量(%)。

F檢驗結果表明此回歸方程極顯著(P<0.001)，方程的決定系數R2=0.945 3，說明94.53% 的試驗數據可以用這個方程解釋，說明其可信度高，試驗誤差小。通過軟件計算得到方程的極值點：谷朊粉、β-葡聚糖酶和α-淀粉酶的添加量分別為7.526 9%、0.064 9%和0.008 9%，在此條件下，綜合評分的最大值為95.31。

表7 二次模型回歸系數顯著性檢驗

2.4 驗證試驗確證模型的可靠性

將上述最佳試驗點重復3次進行驗證試驗，取平均值得到優化后的綜合評分為95.22，接近模型預測值，較未優化前提高了近70%，說明回歸方程能夠準確地反映各因子對大麥面包綜合評分的影響。

2.5 復合改良劑對大麥面包品質的改善效果

采用C-Cell圖像分析儀和物性儀對優化前后大麥面包的品質進行分析。其中包括對照組(不添加改良劑組)、0水平組(CCD試驗中的0水平組)和最優組(添加優化的最優復合改良劑組)。

2.5.1 復合改良劑對大麥面包比容及內部結構的影響

由表8可以看出，與對照組相比，0水平組面包的比容提高了40%，最優組面包的比容提高了45%。面包內部紋理結構往往對消費者選擇面包產生重要影響[15]，而數字圖像分析技術具有定量性和再現性強的特點，可用來客觀和直觀的呈現面包紋理結構，提高感官評分的科學性和準確性[16]。由表8可知，與對照組相比，最優組大麥面包品質得到明顯改善。面包片周長越大說明面包體積越大，改良后的面包片周長顯著大于對照組，且最優組周長最大，與比容測定結果相一致；另外，面包是具有彈性海綿狀組織的發酵面制品之一，其內部海綿狀組織的形成與氣孔數量和大小有關，氣孔直徑越小面包結構越細膩，但過小會造成內部結構過于緊密和緊實而影響品質[17]。對照組面包氣孔數量和氣孔面積、氣孔直徑和氣孔體積均為三組中最小值，但其孔洞的面積卻是最大，主要原因可能為55%大麥粉的添加，一方面造成混合粉中面筋含量大幅度降低，從而使面團持氣力減弱，無法充分膨脹，導致面包焙烤時不能形成蓬松的結構，另一方面與大麥中富含的β-葡聚糖有關，其強吸水和剛性結構阻礙了面筋網絡結構的形成與穩定。FFD試驗結果表明，β-葡聚糖酶與谷朊粉均為重要影響因子，在大麥面包復合改良劑中不可或缺。

表8 三組面包比容及內部紋理結構的比較

注： 同一列中不同的小寫字母表示具有顯著差異(P<0.05)。

2.5.2 復合改良劑對貯藏期大麥面包質構特性的影響

松軟且富有彈性是面包的重要品質屬性之一。面包硬度與咀嚼性值越大、彈性越小的面包吃起來越硬，缺乏彈性、綿軟和爽口性[18]。由表9可知，與對照組相比，改良后面包在貯藏期間的硬度和咀嚼性值均大幅度降低，彈性提高，例如，對于新鮮面包(0 d)，最優組的硬度(616.10±31.81)g比對照組(3 509.24±188.95)g降低了約82%，彈性從對照組的(77.12±0.48)%提高到了最優組的(85.66±0.36)%，咀嚼性值也降低了約76%，表明優化的復合改良劑對新鮮面包和貯藏期面包質構特性均具有良好的改善作用。

表9 3組面包比容及貯藏期間質構特性的比較

注：同一行中不同的小寫字母表示具有顯著差異(P<0.05)。

3 結論

3.1 本研究對選擇的6種改良劑進行篩選試驗，其中β-葡聚糖酶、谷朊粉及α-淀粉酶對大麥面包(含有55%大麥粉)的綜合評分影響顯著，其重要次序為：β-葡聚糖酶>谷朊粉>α-淀粉酶，說明β-葡聚糖酶對大麥面包具有關鍵性的影響。

3.2 優化的大麥面包復合改良劑最優配方為：β-葡聚糖酶0.064 9%、谷朊粉7.526 9%、和α-淀粉酶0.008 9%、谷氨酰胺轉氨酶0.090 0%、蔗糖酯0.300 0%、Vc 0.012 5%，在此條件下制得的面包綜合評分為95.22±0.34，與預測值(95.31)接近，較未優化前(27.41)提高了近70%，證明優化結果可信。

3.3 添加復合改良劑的大麥面包，在外觀、形狀、內部紋理結構和質構特性等方面均得到明顯的改善，比容增大、硬度降低、彈性增加，內部組織由改良前的過于緊實、致密結構變得多孔蓬松、柔軟和富有彈性，且面包色澤鮮亮。復合改良劑克服高含量大麥粉對面包的負面影響，適用于大麥面包等食品的加工。

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Optimization of Barley Bread Composite Improver and Its Improvement on Bread Quality

Li Zhen Dong Ying Yu Laiting

(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013)

Good composite improver was obtained for meeting the needs of barley bread (containing barley flour 55%) both good in nutrition and quality. Six improvers were chose. Optimization composite improver was obtained by FFD and CCD on the basis of bread composite score,. Meanwhile, the improvement effect on barley bread was investigated and confirmed using C-Cell and textural analyzer. The results indicated that the composite improver addition level were β-glucanase 0.064 9%, wheat gluten 7.526 9%, α-amylase 0.008 9%, transglutaminase 0.090 0%, sucrose ester 0.300 0% and Vc 0.012 5%. Compared with the bread before optimizing, the wrapper length of bread with composite improver and number of cells has increased, specific volume increased by 45% while area of holes decreased. Meanwhile, the textural characteristics of fresh and storage period bread were all significantly improved. Bread hardness decreased, springiness increased, and chewiness improved. As a result, the composite improver was suitable for producing barley bread with high content of barley flour.

barley, bread, improver, optimize, crumb

TS213.2

A

1003-0174(2016)06-0117-06

江蘇省普通高校研究生科研創新項目(CXZZ12-0698)

2014-08-30

李真，女，1983年出生，博士，谷物營養與加工

董英，女，1954年出生，教授，博士生導師，食品營養與安全