響應面優化副干酪乳桿菌發酵面包工藝

胡盼盼

呂梁學院生命科學系（呂梁 033000）

面包作為西方國家的主食之一，因其方便性日益受到我國青年消費者的喜愛，如今各種各樣的面包已經受到廣大消費者的喜愛[1-2]。但是，大多數工廠都是利用單一的酵母菌發酵生產面包，雖然操作簡單方便，但不僅口感不好，發酵后的味道及面包品質比較差，而且酸味不純正。現如今可以將乳酸菌與面包酵母菌共發酵來生產面包[3]，因為它們有相近的生長條件。乳酸菌可以在發酵過程中形成的多種天然的呈香物質，顯著改善面包的風味，提高面包的感官品質。此外乳酸菌可以分解食物中的大分子糖類物質、蛋白質，對脂肪也有一定的分解能力[4-5]，并且合成豐富的維生素，顯著提高面包的生物價和消化率等，從而提高食品的營養價值。

要想利用添加乳酸菌來提高發酵面包的品質，那就有必要具體研究在面包制作過程中乳酸菌及其它輔料的添加量等工藝參數[6]。課題組前期從新疆馬奶酒中自行篩選分離鑒定，得到一株具有良好生物活性的副干酪乳桿菌M5L，前期已經驗證副干酪乳桿菌M5L菌體、發酵液、胞外多糖等具有免疫和抗腫瘤等生物功能。此次試驗將其與酵母菌共作發酵制，利用乳酸菌與酵母菌共生發酵特點來加工副干酪乳桿菌發酵面包，并采用BBD響應面優化法對加工技術進行優化，從而研制出口感獨特和營養豐富的乳酸菌發酵面包。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 菌種

從新疆馬奶酒中自行分離鑒定的副干酪乳桿菌M5L（Lɑctobɑcillus pɑrɑcɑseisupsp. Paracasei M5L）：現由哈爾濱工業大學化學與化工學院保藏。

1.1.2 試驗原料

高筋面粉、雞蛋、白砂糖、純牛奶、鹽、活性干酵母、油、水，均采購于呂梁學院星瑪客超市，食用級。

1.2 儀器與設備

VF-15C型發酵醒發箱，廣州旭眾食品機械有限公司；NA-12型低速離心機，安徽電子設備有限公司；JJ2000型電子分析天平，上海精天電子儀器廠；C32-E型面粉攪拌機，廣東美的生活電器制造有限公司；SC-20型電烤箱，廣州市中佳電設備制造有限公司；D68-YW3497型電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 乳酸菌發酵面包制備工藝流程

稱取原料→調制面團→加入副干酪乳桿菌M5L和酵母菌→揉圓→醒發→定型→發酵（38 ℃，相對濕度35%，60 min）→烘烤（160 ℃，10 min）→冷卻→切片→包裝

技術關鍵[7-8]：調整副干酪乳桿菌M5L數，將其接種于滅菌后的脫脂乳中進行活化，然后擴大培養備用。把干酵母用30 ℃、15 mL的水活化，與之前準備好的乳酸菌按質量比添加到稱取好的面粉中調制面團，然后將調制好的面團靜置5 min，切成大小一樣的面塊，揉圓，然后制成想要的形狀，發酵溫度38 ℃，相對濕度35%，時間60 min；發酵完后放進烤箱烘烤，溫度150～160 ℃，時間10 min，制得副干酪乳桿菌發酵面包。

1.3.2 單因素試驗

分別考察不同的酵母與乳酸菌質量比、白砂糖添加量、雞蛋添加量3個單因素對最終乳酸菌發酵面包感官品質的影響。

1.3.3 響應面試驗

在單因素優化數據的基礎上，對試驗結果進行分析，確定響應面試驗的因素以及水平，如表1所示。以副干酪乳桿菌發酵面包的感官評分作為響應面值進行優化試驗，確定其最佳生產工藝。

表1 Box-Behnken中心組合試驗設計因素水平及編碼

1.3.4 感官評價表（參見表2）

表2 感官評定評分標準

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果

由圖1可知，隨著乳酸菌與酵母菌質量比的增加，乳酸菌面包的感官評分先增加后減少，出現了峰值。當質量比為8︰1時，感官總分最高，這說明乳酸菌與酵母菌配比既能夠對面包的口感、風味產生影響，同時對面團的發酵也有作用。因此選取乳酸菌與酵母菌質量比8︰1為中心點。隨著白砂糖量的增加，乳酸菌面包的感官評分先增加后減少，出現了峰值。當添加量為50 g時，感官評定總分最高，因此選擇30%白砂糖添加量作為中心點。雞蛋量的添加量對乳酸菌面包的感官評分也呈現出先增加后減少的趨勢，當添加量為40%時，感官總分達到最大值，這說明雞蛋能夠對面包的口感、風味產生影響：若量太多，面團太軟，難于定型，且雞蛋味較重，若量太少，面團則太硬，因此選取40%雞蛋添加量為中心點。

圖1 單因素試驗結果

2.2 響應面優化結果

在單因素試驗的基礎上，確定了中心點及水平，根據Box-Behnken試驗的設計原理，以乳酸菌與酵母菌質量比（X1）、白砂糖添加量（X2）和雞蛋添加量（X3）為變量，以乳酸菌發酵面包感官評定分數為響應值（Y）進行三因素三水平響應面優化分析，確定最佳加工工藝，響應面試驗分組及結果見表3，試驗所得方差分析見表4。

根據表3所得結果，采用Design-Expert 8.0.6軟件將所有數據進行多元回歸擬合分析，建立二階回歸模型，得到感官總分（Y）的回歸方程：

表3 Box-Behnken試驗設計及乳酸菌面包感官總分實測值與預測值

由表4得知，該二次模型極顯著（p＜0.000 1），失擬項p=0.702 28＞0.05，表示失擬不顯著，數據不存在異常點，模型適當。模型的確定系數R2=0.987 7，這說明有98.77%的變差可由該模型所解釋，因此說明該模型擬合度比較好，可以用該方程代替真實試驗點進行分析。由p值可以得知，方程中的X1和X2對Y值影響極顯著（p＜0.01），X1X2、X2X3對Y值的影響極顯著（p＜0.01），X12、X22、X32對Y值的影響極顯著（p＜0.01），表示方程二次項以及交互作用對響應值影響較大。根據p值可得影響面包感官品質的因素排列：乳酸菌與酵母菌質量比（X1）＞白砂糖添加量（X2）＞雞蛋添加量（X3）。

表4 感官總分的響應面試驗方差分析

2.3 各因素間交互作用分析

對響應面方差分析結果做響應面曲面及等值線圖，可以看出各個變量對響應值交互作用的影響，如果等值線圖越圓，表示影響越小；如果等值線圖越扁平，表示影響越大[9-11]。由圖4可以直觀看出各個變量對乳酸菌發酵面包感官評定分數的影響，3個交互作用圖的響應值都是隨著變量的增大而不斷增大，到達定點后，隨著變量增加，響應值反而減小，并且響應圖開口朝下，說明存在最大值；相應地，等值線圖均呈現橢圓形，說明各個因素之間交互作用顯著。

圖2 各個因素交互作用的響應面圖與等高線圖

通過回歸模型的預測，得到乳酸菌面包制作的最佳藝條件：m（副干酪乳桿菌）︰m（酵母菌）=8.57︰1，白砂糖添加量30.86%，雞蛋添加量41.16%，此時預測最高響應值為88.84分。采用上述最優條件進行驗證試驗，同時考慮實際情況，將工藝條件修正為副干酪乳桿菌與酵母菌質量比9︰1、白砂糖添加量31%、雞蛋添加量42%，3次重復試驗實際測得感官總分為88分，相對誤差為0.78%。因此，用該法研究取得的工藝參數準確可靠，具有實用價值。

2.4 最佳工藝條件的檢驗

由圖3可知，副干酪乳桿菌發酵面包外觀光潔、完整；表面呈金黃色，顏色均一；松軟適中，富有彈性，不粘牙；內部氣孔均勻，紋理清晰，切片后無掉渣現象，因此在外觀、色澤、口感和內部結構方面得分均較高。未添加乳酸菌所得面包表面光澤度較差，顏色較暗，口感較硬，有粘牙現象，面包內部氣孔較大，切片后有斷裂和掉渣，感官評分較低。由此得知，添加副干酪乳桿菌可以有效地提高面包的品質和營養。

圖3 面包QDA圖

3 結論

采用響應面法研究副干酪乳桿菌發酵面包的最佳生產工藝。首先通過對副干酪乳桿菌與酵母菌質量比、白砂糖添加量以及雞蛋添加量進行單因素試驗，以確定響應面試驗的因素與水平。采用BBD試驗設計方法建立面包生產工藝優化方案，將最終感官評定總分作為響應面試驗的響應值。試驗結果表明：各個因素對副干酪乳桿菌發酵面包感官評定影響順序為副干酪乳桿菌與酵母菌質量比＞白砂糖添加量＞雞蛋添加量；面包的最佳工藝參數為副干酪乳桿菌與酵母菌質量比9︰1、白砂糖添加量31%、雞蛋添加量42%，以此配方生產出的副干酪乳桿菌發酵面包感官評定分數最高，試驗數據為乳酸菌與酵母菌共發酵面包的深入研究提供了技術參考和科學依據。