添加烤制馬鈴薯的小麥粉面包加工配方的優(yōu)化

趙偉辰,逯家富,王 妮,趙 毅,寧 波

(長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130033)

我國的馬鈴薯產(chǎn)量居世界前列,并且馬鈴薯的種植面積在我國迅速擴(kuò)大,這主要是因?yàn)轳R鈴薯對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求不太高,具有較強(qiáng)的耐干旱、耐貧瘠的特性,同時(shí)馬鈴薯的生長(zhǎng)周期短,并穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),因此深受農(nóng)民朋友的喜愛[1]。在我國高產(chǎn)量的馬鈴薯利用率卻很低,據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)調(diào)查顯示,我國的馬鈴薯生產(chǎn)總量中,僅僅約14%投入到加工制造中,應(yīng)提高馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值;而其他的都還是應(yīng)用于一些傳統(tǒng)的留種和鮮食、飼料、出口等[2]。究其原因主要有兩個(gè)方面:一是受我國傳統(tǒng)飲食文化的影響,馬鈴薯僅作為蔬菜,被放在人們的餐桌上所食用[2];二是我國馬鈴薯加工技術(shù)遠(yuǎn)不如國外的加工技術(shù)[3],為此我國在2015年啟動(dòng)了馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略,力爭(zhēng)縮短與國外在馬鈴薯加工方面的差距[4-5]。

面包是一種經(jīng)過發(fā)酵、焙烤的面食制品,其營養(yǎng)豐富,消化吸收率高,食用方便,深受消費(fèi)者喜愛。陳代園[6]的研究表明,添加15%左右的馬鈴薯粉制作馬鈴薯面包,可以得到較好的產(chǎn)品。馬鈴薯中的蛋白成分沒有可以形成面筋的物質(zhì),如果額外加入谷朊粉,增加其面筋含量,并更改面包配方的一些輔料,勢(shì)必可以提高馬鈴薯添加量的同時(shí)得到理想的馬鈴薯面包產(chǎn)品。面包改良劑,是用來改良傳統(tǒng)面包品質(zhì)的一種食品輔料,能非常有效地改善面包的口感和感官。谷朊粉是從小麥粉中提取的一種蛋白,色澤呈淡黃色,添加到面包中可以提高面包的比容,增加面包的彈性。

本試驗(yàn)嘗試面包的制作過程中添加不同比例的烤制馬鈴薯,通過調(diào)整谷朊粉、改良劑的添加量,并用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)面包的軟硬度進(jìn)行檢測(cè),以及對(duì)面包進(jìn)行高徑比和比容的測(cè)定,最終得到適合的配方,使做出的面包在最大量添加烤制馬鈴薯的同時(shí)保證面包的蓬松口感。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋小麥粉 中糧面業(yè)(秦皇島)鵬泰有限公司;谷朊粉 封丘縣華豐粉業(yè)有限公司;面包改良劑(玉米淀粉、大豆蛋白粉、葡萄糖、維生素C、硫酸鈣、葡萄糖氧化酶1萬U/g、半纖維素酶1萬U/g、木聚糖酶2萬U/g、α-淀粉酶2萬U/g)、酵母 安琪酵母股份有限公司;馬鈴薯、食鹽、白砂糖、小蘇打、雞蛋 長(zhǎng)春凱馬特超市。

CT3型質(zhì)構(gòu)儀 美國Brookfield Engineering Labs;BW20G型強(qiáng)力攪拌機(jī) 廣州德威熱力設(shè)備公司;FJ12型多功能發(fā)酵箱 廣東多麗食品機(jī)械廠;SMJ-622+AB+705型電烤箱 無錫勝麥有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 烤制馬鈴薯、小麥粉復(fù)合面包的工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn) 馬鈴薯去皮切成橫截面積為1.6 cm2的長(zhǎng)條,放入烤箱用220 ℃烘烤60 min。將烤好的馬鈴薯?xiàng)l與小麥粉按1∶4的比例混合,添加輔料后攪打成面團(tuán),面團(tuán)需在室溫環(huán)境下靜置15 min后分割成質(zhì)量在(70±0.5) g的小面團(tuán),然后把小面團(tuán)放入溫度為36 ℃,濕度為80%～90%的醒發(fā)箱中發(fā)酵35 min,小面團(tuán)發(fā)酵好后放入烤箱設(shè)定上火溫度為185 ℃下火溫度為170 ℃烘烤17 min。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn) 以高筋小麥粉2000 g,添加雞蛋0.05%、食鹽1.5%、白砂糖15%、酵母1.50%、黃油4.00%、奶粉10%為面包的基礎(chǔ)配方。選取烤制馬鈴薯添加量、谷朊粉添加量和改良劑添加量三個(gè)因素分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)研究,即分別選取高筋小麥粉質(zhì)量10%、20%、30%、40%、50%的烤制馬鈴薯;高筋小麥粉質(zhì)量0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的谷朊粉；高筋小麥粉質(zhì)量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的改良劑,以高筋小麥粉質(zhì)量30%的烤制馬鈴薯、0.9%的谷朊粉、0.6%的改良劑為固定水平。評(píng)價(jià)指標(biāo)為:高徑比、比容、硬度、彈性。

1.2.4 響應(yīng)面法面包粉復(fù)合配方的優(yōu)化試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以烤制馬鈴薯添加量、改良劑添加量、谷朊粉添加量為自變量,以面包的硬度為響應(yīng)值,設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn),每一組試驗(yàn)重復(fù)3次。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)

1.2.5 指標(biāo)測(cè)定

1.2.5.1 烤制馬鈴薯與小麥粉復(fù)合面包的比容測(cè)定 面包的比容可以通過排米法來測(cè)定[7]。取一個(gè)大燒杯,用小米將大燒杯填滿并搖實(shí),用直尺刮平,將小米倒入量筒中測(cè)量出小米的體積V1;用馬鈴薯面包(放于燒杯底部)和小米將大燒杯填滿并搖實(shí),用直尺刮平,去除馬鈴薯面包將小米倒入量筒中測(cè)出去除馬鈴薯面包后小米的體積V2;V1-V2即為測(cè)得的面包體積,將馬鈴薯面包用天平測(cè)出其質(zhì)量m。計(jì)算公式為:面包比容(mL·g-1)=(V1-V2)/m。

1.2.5.2 烤制馬鈴薯與小麥粉復(fù)合面包高徑比測(cè)定 用直尺測(cè)出馬鈴薯面包的高度,用游標(biāo)卡尺測(cè)出面包底面的直徑,將高度和直徑做比,得出面包的高徑比。

1.2.5.3 烤制馬鈴薯與小麥粉復(fù)合面包的質(zhì)構(gòu)測(cè)定 取相同配方的樣品面包3個(gè),將其處理成厚3 cm左右的方塊,接著對(duì)樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定[8]。探頭型號(hào):TA3/100。測(cè)試參數(shù):側(cè)前、測(cè)試和測(cè)后速度均為1 mm/s,壓縮程度40%,觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載0.05 N,恢復(fù)時(shí)間10 s。面包的軟硬是評(píng)價(jià)面包好壞的一個(gè)重要指標(biāo),在酵母、醒發(fā)等其他因素正常的前提下,面包硬說明所添加的三種材料對(duì)面包的品質(zhì)有不好的影響,所以選擇硬度、彈性為指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)都采用Excel 2013和Design-Expert 8.0.6軟件分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 烤制馬鈴薯添加量對(duì)烤制馬鈴薯與小麥粉復(fù)合面包品質(zhì)的影響 烤制馬鈴薯用量對(duì)面包品質(zhì)影響見圖1、圖2。從圖中可以觀察到,隨著烤制馬鈴薯的添加量增加到30%時(shí),面包的高徑比、比容、以及彈性均呈增長(zhǎng)的趨勢(shì),硬度呈下降趨勢(shì)；當(dāng)添加量大于30%時(shí),面包的高徑比、比容、以及彈性都是下降的趨勢(shì),硬度是增長(zhǎng)趨勢(shì)。當(dāng)添加量達(dá)到30%時(shí),面包的綜合品質(zhì)為最佳狀態(tài),即面包的高徑比、比容最大,彈性最大,硬度最小,這是因?yàn)轳R鈴薯添加量小于30%時(shí),馬鈴薯中的淀粉在烤制過程中容易被糊化,并可以快速水解為酵母所用的碳源,使得酵母快速發(fā)酵[9],同時(shí)馬鈴薯中含有豐富的氯、鉀、鎂等物質(zhì),酵母在這些物質(zhì)的作用下可以刺激生長(zhǎng)、加速產(chǎn)氣,使面包迅速發(fā)酵,面包的高徑比、比容升高,彈性增加,硬度降低;但是馬鈴薯添加量大于30%時(shí),馬鈴薯中沒有高筋小麥粉中的面筋蛋白,隨著烤制馬鈴薯的添加量的增加,面筋蛋白的作用逐漸被減弱[10],這就導(dǎo)致了面筋網(wǎng)格的形成能力以及面筋強(qiáng)度的不足,從而不能有效地包裹酵母產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w[11],最終導(dǎo)致了面包的高徑比、比容、彈性等的降低,硬度提高。綜上所述,烤制馬鈴薯添加量為30%時(shí),面包品質(zhì)最優(yōu)。

圖1 烤制馬鈴薯添加量對(duì)復(fù)合面包高徑比、比容的影響

圖2 烤制馬鈴薯添加量對(duì)復(fù)合面包硬度、彈性的影響

2.1.2 谷朊粉添加量對(duì)烤制馬鈴薯與小麥粉復(fù)合面包品質(zhì)的影響 谷朊粉的用量對(duì)面包的品質(zhì)影響見圖3、圖4。從圖中可以觀察到,隨著谷朊粉的添加量增加到0.9%時(shí),面包的高徑比、比容、以及彈性均呈增長(zhǎng)趨勢(shì),硬度呈下降趨勢(shì)；當(dāng)谷朊粉的添加量超過0.9%時(shí),面包的高徑比、比容、以及彈性均呈下降的趨勢(shì),硬度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。當(dāng)谷朊粉的添加量達(dá)到0.9%時(shí),面包的綜合品質(zhì)為最佳狀態(tài),即面包的高徑比、比容最大,彈性最大,硬度最小。究其原因,谷朊粉是一種蛋白質(zhì),也是面筋蛋白的重要組成部分[12]。增加谷朊粉,會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)內(nèi)蛋白質(zhì)增加,尤其是蛋白質(zhì)里面的面筋蛋白在單位面積內(nèi)的含量大幅度增加。高含量的面筋蛋白會(huì)增加面筋骨架的強(qiáng)度,同時(shí)也會(huì)促進(jìn)面筋面團(tuán)形成外部親水內(nèi)部疏水的凝膠體狀態(tài),進(jìn)而增加面團(tuán)的彈性。但是谷朊粉超過一定的量,就會(huì)導(dǎo)致面筋蛋白的膠體狀態(tài)破壞,面團(tuán)變緊實(shí),面包的高徑比、比容、彈性等品質(zhì)下降[13]。綜上所述,較優(yōu)谷朊粉添加量為0.9%。

圖3 谷朊粉添加量對(duì)復(fù)合面包高徑比、比容的影響

圖4 谷朊粉添加量對(duì)復(fù)合面包硬度、彈性的影響

2.1.3 改良劑的添加量對(duì)烤制馬鈴薯與小麥粉復(fù)合面包的品質(zhì)影響 改良劑的用量對(duì)面包品質(zhì)影響見圖5、圖6。從圖中可以觀察到,隨著改良劑添加量增加到0.6%時(shí),面包的高徑比、比容、以及彈性均呈增長(zhǎng)趨勢(shì),硬度呈下降趨勢(shì),當(dāng)改良劑添加量超過0.6%時(shí),面包的高徑比、比容、以及彈性均呈下降的趨勢(shì),硬度呈增長(zhǎng)趨勢(shì),當(dāng)改良劑添加量達(dá)到0.6%時(shí),面包的綜合品質(zhì)為最佳狀態(tài),即面包的高徑比、比容最大,彈性最大,硬度最小。這是因?yàn)?改良劑中的淀粉酶在逐漸增加后,糖類持續(xù)分解供酵母代謝使用,但在0.6%以后酶量達(dá)到峰值后,造成糖類營養(yǎng)物質(zhì)消耗過快,使酵母后期發(fā)酵力不足,導(dǎo)致高徑比、比容、以及彈性下降,硬度增加。綜上所述,較優(yōu)改良劑添加量為0.6%。

圖5 改良劑添加量對(duì)復(fù)合面包高徑比、比容的影響

圖6 改良劑添加量對(duì)復(fù)合面包硬度、彈性的影響

2.2 響應(yīng)面對(duì)復(fù)合面包的配方優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,采用 Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn),結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.2 回歸模型的建立與顯著性分析 用Design-Expert 8.0.6對(duì)表2多元回歸擬合方程,得到因變量硬度值(Y)與烤制馬鈴薯添加量(A)、谷朊粉添加量(B)、改良劑添加量(C)的多元回歸方程為:Y=184.22+1.85A+1.45B+2.88C+3.19AB-1.33AC+2.09BC+4.17A2+4.25B2+11.27C2

表3 回歸方程的方差分析表

利用Design-Expert 8.0.6繪制三維的響應(yīng)曲面圖及二維平面等高線圖,如圖7～圖8所示。由圖可知交互項(xiàng)烤制馬鈴薯添加量與改良劑添加量之間交互極顯著,谷朊粉添加量與改良劑添加量之間交互作用顯著。

圖7 A與B交互作用對(duì)面包硬度的影響

圖8 B與C交互作用對(duì)面包硬度的影響

利用Design Expert 8.0.6軟件優(yōu)化,烤制馬鈴薯面包粉最佳復(fù)配配方為:烤制馬鈴薯25.00%、改良劑0.63%、谷朊粉0.87%,硬度預(yù)測(cè)值為180.857 g。為方便操作調(diào)整后的配方為:烤制馬鈴薯25%、改良劑0.60%、谷朊粉0.90%,測(cè)得面包的硬度值為181.110 g,和預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為0.253。

3 結(jié)論

對(duì)添加烤制馬鈴薯的小麥粉面包加工配方進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果表明,加入高筋小麥粉質(zhì)量的烤制馬鈴薯25%、改良劑0.60%、谷朊粉0.90%,測(cè)得面包的硬度值為181.110 g,和預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為0.253。說明利用本試驗(yàn)建立模型的理論值和實(shí)際值差異不顯著。