馬鈴薯雪花全粉-小麥復(fù)合粉面包的烘焙品質(zhì)優(yōu)化

羅慧，張佳佳，姬燕，鄧筱語(yǔ)，沙麗，韓立宏,2*

1(北方民族大學(xué)，植物性農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川，750021) 2(寧夏瑞春雜糧股份有限公司，寧夏 固原，756000)

隨著消費(fèi)者生活節(jié)奏的不斷加快，易于便捷化消費(fèi)、大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)的面包，在我國(guó)的需求量逐年增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)面包銷售量達(dá)223萬(wàn)t，面包替代傳統(tǒng)中式早餐的勢(shì)頭明顯。低成本、高品質(zhì)、功能化的面包產(chǎn)品是未來(lái)面包市場(chǎng)的常勝軍，也成為當(dāng)前烘焙業(yè)界的研究焦點(diǎn)之一。

馬鈴薯是茄科屬一年生草本植物，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，有“地下蘋果”、“第二面包”、“蔬菜之王”之稱，是人類公認(rèn)的全營(yíng)養(yǎng)食品[1]。鮮馬鈴薯中水分含量高達(dá)79.50%[2]，不利于貯藏和運(yùn)輸。因此，馬鈴薯全粉加工是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈中的主要環(huán)節(jié)，是馬鈴薯大規(guī)模轉(zhuǎn)化增值的有效途徑[3-4]。目前，馬鈴薯全粉根據(jù)工藝可分為雪花全粉和顆粒全粉2種。相對(duì)于顆粒全粉，馬鈴薯雪花全粉生產(chǎn)可操作性強(qiáng)、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、周期短、出粉率高而占有很大的市場(chǎng)份額。促進(jìn)馬鈴薯雪花全粉在主食品工業(yè)中的應(yīng)用是推進(jìn)馬鈴薯主食化、提高全民飲食健康水平的重要舉措。但是，馬鈴薯粉缺乏面筋蛋白，是其在主食加工中廣泛應(yīng)用的限制性因素。

TG酶可以通過(guò)催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)及分子間谷氨酸(谷氨酰胺)與賴氨酸基團(tuán)之間的交聯(lián)而強(qiáng)化面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。小麥面粉中麥醇溶蛋白和麥谷蛋白富含谷氨酰胺基，馬鈴薯粉中蛋白質(zhì)屬于完全蛋白質(zhì)，其賴氨酸含量顯著高于谷物蛋白[5]，均是谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的良好底物。本研究將馬鈴薯雪花全粉與小麥面粉按一定的比例混合，混合粉用于主食面包的制作。通過(guò)對(duì)面包比容、質(zhì)地和感官品質(zhì)的評(píng)價(jià)，研究不同比例的馬鈴薯雪花全粉對(duì)面包烘焙品質(zhì)的影響，以及不同比例的谷朊粉、TG酶對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包的烘焙品質(zhì)的改善作用。以期為馬鈴薯雪花全粉在面包產(chǎn)品中的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)，并為主食面包營(yíng)養(yǎng)功能的改善提供實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

馬鈴薯雪花片，宣化縣匯吃食品經(jīng)銷有限公司；高筋小麥粉，濱州中裕食品有限公司；谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶，江蘇一鳴生物有限公司；谷朊粉，河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司；高活性干酵母，安琪酵母伊犁股份有限公司；植物黃油，光明乳業(yè)股份有限公司；白砂糖、天然湖鹽均為市售。

1.2 儀器

TMS-CONSOLE物性儀，美國(guó)FTC公司產(chǎn)品；SM-523電烤箱，新麥機(jī)械(無(wú)錫)有限公司；JXFD 7醒發(fā)箱，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；SM-25攪拌機(jī)，新麥機(jī)械(無(wú)錫)有限公司；FA2204B電子天平：上海精科天美科學(xué)儀器有限公司；KQ-5200E型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；HJ-500高速中藥粉碎機(jī)，山東東營(yíng)弘玖制藥機(jī)械有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯雪花全粉的制備

馬鈴薯雪花片粉碎，過(guò)100目篩，得馬鈴薯雪花全粉，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 面包的制作

面包制作采用一次發(fā)酵法，混合面粉700 g、水420 mL、安琪酵母11.2 g、白砂糖70 g、食用鹽3.5 g、植物黃油70 g；原輔料混合攪拌成面團(tuán)，溫度27 ℃、相對(duì)濕度75%發(fā)酵2 h；整形；溫度37 ℃、相對(duì)濕度90%醒發(fā)1 h；上火190 ℃，下火170 ℃，烘烤15 min，室溫冷卻1 h、密封待測(cè)。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以面包比容、質(zhì)地和感官品質(zhì)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，首先考察不同比例的馬鈴薯雪花全粉對(duì)面包烘焙品質(zhì)的影響，并選擇可接受的馬鈴薯雪花粉最高添加比例為準(zhǔn)，考察不同比例的谷朊粉、TG酶對(duì)馬鈴薯雪花粉面包烘焙品質(zhì)的改善作用。各添加物的水平如下：

馬鈴薯雪花全粉：0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%(混合粉(小麥粉+馬鈴薯雪花全粉)為100 g計(jì))；

谷朊粉: 0%、1%、1.5%、2%、2.5% (混合粉(小麥粉+25%馬鈴薯雪花全粉+谷朊粉)為 100 g計(jì))；

TG酶:0%、0.04%、0.08%、0.12%、0.16% (混合粉(小麥粉+25%馬鈴薯雪花全粉+TG酶)為100 g計(jì))。

1.3.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取馬鈴薯雪花全粉、谷朊粉、TG酶等3個(gè)因素，以面包綜合評(píng)分值為響應(yīng)，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，使用Design-Expert 8.0 軟件，設(shè)計(jì)3因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和回歸分析。試驗(yàn)因素及水平見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化因素與水平表Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.4 面包烘焙品質(zhì)評(píng)價(jià)方法

1.4.1 面包比容測(cè)定

面包比容測(cè)定參照GB/T14611—2008的方法。將制備好的面包稱重，采用菜籽代替法測(cè)定面包的體積，面包的體積與質(zhì)量之比即為面包比容(mL/g)。比容測(cè)定時(shí)面包體積的平均偏差要小于等于 15 mL。

1.4.2 面包質(zhì)地測(cè)定

1.4.2.1 面包樣品的切片方法

用專用面包刀切片，每個(gè)面包樣品先切去一端厚度為20 mm的面包片，然后切出3片厚度為15 mm的面包片作為面包測(cè)試樣品。用保鮮膜包住以防水分散失。

1.4.2.2 面包樣品質(zhì)構(gòu)測(cè)定

參照AACC74—09標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，選用直徑為100 mm 的圓柱形平底探頭進(jìn)行面包質(zhì)構(gòu)測(cè)試。測(cè)試探頭的測(cè)前速度設(shè)定為120 mm/min，測(cè)后速度設(shè)定為120 mm/min， 測(cè)定時(shí)速度設(shè)定為60 mm/min，壓縮程度設(shè)定為30%[6]。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定10次。

1.4.3 面包感官評(píng)價(jià)

參考中國(guó)農(nóng)科院《面包烘焙品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)》制定，對(duì)冷卻1 h的新鮮面包進(jìn)行感官評(píng)定，感官評(píng)價(jià)人員為20人。分別從表面色澤、外表形態(tài)、面包心色澤、面包心紋理結(jié)構(gòu)、彈柔性、口感、風(fēng)味7個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分，總分100分。具體感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 面包感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of bread samples

1.4.4 面包綜合評(píng)分

響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)取面包比容、硬度、彈性、感官評(píng)價(jià)為測(cè)定指標(biāo)，各指標(biāo)對(duì)面包綜合得分的權(quán)重比例依次為25%、20%、20%、35%，以面包綜合評(píng)分為最終的響應(yīng)值。面包綜合評(píng)分的計(jì)算方式如式(1)：

(1)

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯雪花全粉添加量對(duì)面包烘焙品質(zhì)的影響

2.1.1 馬鈴薯雪花全粉添加量對(duì)面包比容的影響

比容是衡量面包烘焙品質(zhì)的最重要的指標(biāo)。馬鈴薯雪花全粉對(duì)面包比容的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 馬鈴薯雪花全粉添加量對(duì)面包比容的影響Fig.1 Effect of potato flake powder on the specific volume of bread注：圖中不同小寫字母表示差異顯著。下同。

由圖1可知，起初隨著雪花粉添加量逐漸增大，面包比容沒(méi)有顯著變化；當(dāng)添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為10%時(shí)，面包比容有顯著改變(P<0.05)。當(dāng)添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))超過(guò)15%時(shí)，面包比容隨著添加量增大出現(xiàn)顯著(P<0.05)降低。馬鈴薯雪花全粉生產(chǎn)過(guò)程中馬鈴薯淀粉在淀粉分解酶作用下產(chǎn)生了酵母發(fā)酵所需的單糖等底物，因此馬鈴薯雪花粉的引入會(huì)增強(qiáng)酵母的發(fā)酵能力，對(duì)面包的體積有正面貢獻(xiàn)[7]；另一方面，馬鈴薯雪花全粉的加入會(huì)稀釋面團(tuán)中的面筋蛋白，降低面團(tuán)的強(qiáng)度和持氣能力，這對(duì)面包的體積有顯著的負(fù)面影響[8]。起初階段兩者的作用互相抵消，面包體積沒(méi)有顯著變化，但當(dāng)馬鈴薯雪花粉添加量達(dá)到一定程度，面筋蛋白稀釋造成的影響占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，面包體積顯著降低。

2.1.2 馬鈴薯雪花全粉添加量對(duì)面包質(zhì)地的影響

面包質(zhì)構(gòu)特性與面包的烘焙品質(zhì)息息相關(guān)。馬鈴薯雪花全粉對(duì)面包質(zhì)地的影響結(jié)果如表3所示。

表3 馬鈴薯雪花全粉添加量對(duì)面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 3 Effect of potato flake powder on the texture properties of bread

注：每列上角標(biāo)的不同字母表示樣品間差異顯著(P<0.05)。

由表3可知，當(dāng)添加量小于20%左右時(shí)，馬鈴薯雪花全粉的添加對(duì)面包的硬度沒(méi)有顯著影響；高于20%的雪花粉的添加使得面包的硬度顯著增大。面包的咀嚼性隨馬鈴薯雪花粉添加量的增大的變化趨勢(shì)與硬度完全一致。馬鈴薯雪花粉的添加對(duì)面包的彈性的影響不顯著。這是因?yàn)轳R鈴薯雪花全粉具有黏度高、吸水性強(qiáng)的特性[9]，起初階段補(bǔ)償了由于面筋網(wǎng)絡(luò)弱化而導(dǎo)致的面包硬度的增加。

2.1.2 馬鈴薯雪花全粉添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響

由圖2可以看出，隨著馬鈴薯添加量的增加，面包感官評(píng)價(jià)逐漸降低。當(dāng)添加量超過(guò)15%時(shí)，面包評(píng)分出現(xiàn)了顯著降低。這是因?yàn)轳R鈴薯雪花全粉的大量添加弱化了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并且馬鈴薯雪花全粉具有強(qiáng)粘性，會(huì)導(dǎo)致面包烘烤后發(fā)粘發(fā)硬，導(dǎo)致口感降低。

圖2 馬鈴薯雪花全粉添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of potato flake powder on the sensory quality of bread

2.2 谷朊粉添加量對(duì)面包烘焙品質(zhì)的影響

2.2.1 谷朊粉添加量對(duì)面包比容的影響

谷朊粉添加對(duì)面包比容影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 谷朊粉添加量對(duì)面包比容的影響Fig.3 Effect of vital gluten on the specific volume of bread

由圖3可知，起初谷朊粉的添加對(duì)面包比容沒(méi)有顯著影響；當(dāng)谷朊粉添加量超過(guò)2.0%時(shí)，隨著谷朊粉添加量的增大面包的比容呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)(P<0.05)。這是因?yàn)檫^(guò)量的谷朊粉會(huì)使面團(tuán)的剛性增強(qiáng)，降低膨脹能力，導(dǎo)致最終面包體積的下降[10]。

2.2.2 谷朊粉添加量對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包質(zhì)地的影響

由表4可以看出，隨著谷朊粉的添加，硬度和咀嚼性都逐漸降低，彈性沒(méi)有顯著變化。

表4 谷朊粉添加量對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 4 Effect of vital gluten on the texture properties of bread

注：每列上角標(biāo)的不同字母表示樣品間差異顯著(P<0.05)。

這是因?yàn)楣入梅劬哂歇?dú)特的黏彈性和持水性[11]，連續(xù)蛋白相將CO2和水汽包圍，從而使面筋呈海綿狀提升了面包的彈性，降低了面包的硬度。并且添加谷朊粉后咀嚼性逐漸降低，咀嚼性越低說(shuō)明咀嚼時(shí)所作的功越小，越容易被咀嚼，口感也越好。所以可以表明谷朊粉對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包有改良的效果。

2.2.3 谷朊粉添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響

由圖4可以看出，隨著谷朊粉添加量的增加，面包的口感、彈柔性、面包紋理結(jié)構(gòu)、面包心色澤、外表形態(tài)都得到了改善，當(dāng)谷朊粉添加量為2%時(shí)，面包總體感官評(píng)分最高。

圖4 谷朊粉添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of vital gluten on the sensory quality of bread

2.3 TG酶添加量對(duì)面包烘焙品質(zhì)的影響

2.3.1 TG酶添加量對(duì)面包比容的影響

TG酶對(duì)馬鈴薯雪花粉面包比容的影響結(jié)果如圖5所示。

圖5 TG酶添加量對(duì)比容的影響Fig.5 Effect of TGase on the specific volume of bread

由圖5可知， TG酶的引入顯著改善了(P<0.05)面包的比容。但是當(dāng)TG酶添加量達(dá)到0.08% 左右時(shí)，繼續(xù)增大添加量，面包的比容呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這是因?yàn)門G酶促進(jìn)了面團(tuán)中蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)，增強(qiáng)了面團(tuán)的持氣能力，增大了面包的體積，但是隨著TG酶添加量的增大，可引起蛋白間的過(guò)度交聯(lián)，增強(qiáng)了面團(tuán)的剛性，面團(tuán)膨脹力減弱，面包體積變小[7,12]。當(dāng)TG酶添加量超過(guò)0.12%時(shí)，TG酶的增加對(duì)面包比容影響不顯著。之后隨著TG酶增加面包的比容顯著下降。

2.3.2 TG酶添加量對(duì)面包質(zhì)地的影響

TG酶對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包質(zhì)地的影響結(jié)果如表5所示。由表5可以看出，在添加量低于0.12%時(shí)，隨著TG酶添加量的增加，面包的硬度和咀嚼性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，彈性變化趨勢(shì)不顯著。這是因?yàn)門G酶引起的交聯(lián)可以改變面團(tuán)的持水性，增加面包蓬松度，因此硬度和咀嚼性下降，但是過(guò)度交聯(lián)會(huì)起到反作用，面包硬度和咀嚼性反而增大。

表5 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 5 Effect of transglutaminase on the texture properties of bread

注：每列上角標(biāo)的不同字母表示樣品間差異顯著(P<0.05)。

2.3.3 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響

TG酶對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包感官品質(zhì)的影響結(jié)果如圖6所示。

圖6 TG酶添加量對(duì)面包感官品質(zhì)的影響Fig.6 Effect of transglutamisnase on the sensory quality of bread

由圖6可知，TG酶的添加有效的改善了馬鈴薯面包的面包品質(zhì)，當(dāng)添加量為0.12%時(shí)，口感最好、面包心紋理結(jié)構(gòu)最均勻。

2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.4.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與響應(yīng)值結(jié)果如表6所示。

表6 中心組合試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 6 Program and results for central composite design

2.4.2 回歸方程的建立與分析

采用Design-Expert 8.0對(duì)實(shí)驗(yàn)值采取二元回歸擬合，得出回歸方程為Y=9.16+0.14A+0.077B-0.1C+0.16AB+0.085AC+0.054BC-0.49A2-0.19B2-0.36C2。方差分析和各因素的顯著性分析見(jiàn)表7。

表7 響應(yīng)面回歸方程的方差分析表Table 7 Analysis of variance for regression model

注：“**”，差異極顯著(P<0.01)，“*”，差異顯著(P<0.05)。

由表7可知，各因素對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包品質(zhì)影響的先后順序?yàn)轳R鈴薯雪花全粉>谷朊粉>TG酶。A2和C2對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包品質(zhì)影響達(dá)到極顯著，B2對(duì)面包品質(zhì)影響達(dá)到顯著所以可判斷出馬鈴薯雪花全粉、谷朊粉和TG酶添加量對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包品質(zhì)優(yōu)化作用效果顯著。

利用Design-Expert 8.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，通過(guò)響應(yīng)面分析可求得最佳參數(shù)以及各參數(shù)之間的相互作用。通過(guò)軟件分析，得到馬鈴薯雪花全粉-小麥復(fù)合粉面包的最佳工藝配方為：馬鈴薯雪花全粉添加量25.88%、TG酶添加量0.13%和谷朊粉添加量1.95%。考慮到實(shí)驗(yàn)可操作性，將優(yōu)化配方修正為馬鈴薯雪花全粉添加量26%、TG酶添加量0.13%和谷朊粉添加量2.0%。按此優(yōu)化配方制作出面包的相應(yīng)值與預(yù)測(cè)值基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了回歸模型的可靠性，可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

2.4.3 多因素交互作用分析

由圖7可知，響應(yīng)面3D圖直觀地展現(xiàn)AB為較為陡峭的曲面，等高線圖表現(xiàn)為橢圓狀。說(shuō)明馬鈴薯雪花全粉和TG酶添加量之間的交互作用對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包綜合指標(biāo)有顯著影響。

圖7 馬鈴薯雪花全粉和TG酶對(duì)綜合指標(biāo)影響的響應(yīng)面3D圖和等高線圖Fig.7 Response surface 3D and contour plot of the influence of potato flake and transglutaminase on the comprehensive index

由圖8可知，響應(yīng)面3D圖微微陡峭，等高線趨于圓形。說(shuō)明馬鈴薯雪花全粉和谷朊粉添加量之間的交互作用對(duì)馬鈴薯雪花全粉面包綜合指標(biāo)雖然沒(méi)有顯著影響，但也有改善作用。

圖8 馬鈴薯雪花全粉和谷朊粉對(duì)綜合指標(biāo)影響的響應(yīng)面3D圖和等高線圖Fig.8 Response surface 3D diagram and contour diagram of the influence of potato flake and vital gluten on the comprehensive index

3 結(jié)論

在小麥粉中添加馬鈴薯雪花全粉，通過(guò)谷朊粉和TG酶的改善作用可以制作主食面包。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)單因素試驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定出最佳配比為：馬鈴薯粉添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))26%、TG酶添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0.13%和谷朊粉添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2.0%。采用優(yōu)化配方制作出的面包感官評(píng)分最高。因此，馬鈴薯雪花全粉可應(yīng)用于主食面包的制作，這對(duì)于推進(jìn)馬鈴薯主食化、提高全民飲食健康水平具有非常重要的意義。