響應面法優化番茄粉面包制作工藝

高瑞萍，向思怡，吳振，師萱*

1.重慶工商大學環境與資源學院（重慶 400067）；2.重慶市中藥研究院中藥健康學重慶市重點實驗室（重慶 400065）

面包是一種被世界上許多國家廣泛食用的傳統主食，全球每年生產超過90億 kg的面包制品，消費量約為每人每年70 kg[1]。面包的制作是一個動態過程，在機械和熱量輸入、酵母和乳酸菌的活性以及小麥粉中內源酶的驅動下，不斷地發生物理化學、微生物和生化變化，最終使面包產生蓬松的體積、柔軟的質地、香甜的口感[2]。然而，用精致小麥粉制成的面包是一種營養不全的食物[3]，且在烘焙過程中會導致氨基酸、維生素等營養物質損失[4]。隨著人們飲食習慣的改變及對健康關注不斷提升，消費者對于健康面包的需求不斷增加。因此，添加全麥粉、蛋白質、膳食纖維、果蔬中活性組分等物質以提高面包的營養價值成為研究熱點。

番茄（Lycopersicon esculentum）是世界上最受歡迎的蔬菜之一，具有重要的營養價值和經濟價值。除少部分鮮食外，番茄主要被加工為番茄汁、番茄醬、番茄粉、番茄紅素等制品[5]。番茄及其制品中富含類胡蘿卜素（番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素等）、多酚（槲皮素、柚皮素、綠原酸等）、有機酸、維生素、膳食纖維、蛋白質等營養物質，大量研究表明食用番茄及其制品能有效降低乳腺癌、前列腺癌、心血管疾病、肥胖等慢性疾病的發病風險[6-8]。在番茄制品中，番茄汁及番茄醬均能受到消費者的喜愛，而番茄粉的精深加工及應用亟待進一步研究。

基于面包加工存在的問題及人們對健康面包需求不斷增加，試驗將番茄粉添加到面包中，以番茄粉面包的比容和質構特性為評價指標，優化番茄粉面包中番茄粉、白砂糖和黃油的添加量，并對番茄面包的感官及番茄紅素含量進行探究，旨在為番茄粉的精深加工及應用提供理論依據，也為健康烘焙產品的開發奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋面粉（濱州中裕食品有限公司）；番茄粉（上海今良食品技術有限公司）；白砂糖（太古糖業有限公司）；黃油（新西蘭NATIVELANE公司）；面包改良劑（安琪酵母股份有限公司）；食鹽（重慶合川鹽化工有限公司）；雞蛋（重慶正大蛋業有限公司）；耐高糖酵母（安琪酵母股份有限公司）；正己烷、丙酮（分析純，成都科隆化學品有限公司）；無水乙醇（分析純，重慶川東化工有限公司）。

1.2 儀器與設備

YP15K-1電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；SM-985家用攪拌機（東莞市頂廚電器科技有限公司）；YXD-F60A電熱烤箱（上海一喜食品機械有限公司）；YXZ-32發酵箱（上海一喜食品機械有限公司）；TA-XT2i質構儀（英國Stable Micro Systems）；TD-5離心機（四川蜀科儀器有限公司）；VV1102Ⅱ紫外分光光度計（上海天美科學儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 面包制作工藝[9]

原料混合→和面→醒發（20 min）→切割、搓圓、整形（生坯30 g/個）→發酵（溫度37 ℃，濕度85%，時間70 min）→焙烤（上火溫度160 ℃，下火溫度140 ℃，時間9 min）→冷卻（2 h）→成品

1.3.2 番茄粉面包基礎配方

以100 g高精粉質量為基準，添加48 g純凈水、1.5 g酵母、10 g蛋液、0.8 g面包改良劑、1 g食鹽，白砂糖、黃油、番茄粉的添加比例按高筋面粉質量為100 g進行計算。

1.3.3 番茄粉面包單因素試驗

1.3.3.1 番茄粉添加量對面包品質的影響

固定白砂糖添加量22 g、黃油添加量10 g，番茄粉添加量5，8，11和14 g，考察番茄粉添加量對面包品質的影響。

1.3.3.2 白砂糖添加量對面包品質的影響

固定番茄粉添加量8 g、黃油添加量10 g，白砂糖添加量20，22，24和26 g，考察白砂糖添加量對面包品質的影響。

1.3.3.3 黃油添加量對面包品質的影響

固定番茄粉添加量8 g、白砂糖添加量24 g，黃油添加量6，8，10和12 g，考察黃油添加量對面包品質的影響。

1.3.4 番茄粉面包響應面優化試驗

根據單因素試驗結果，以番茄粉添加量、白砂糖添加量和黃油添加量為自變量，以番茄粉面包的質構和比容作為評價指標，采用響應面試驗對番茄粉面包的配方進行優化。響應面試驗設計因素水平見表1。

表1 響應面設計因素水平 單位：g

1.3.5 番茄粉面包質構的測定

參考張園園等[10]的方法并加以修改。將冷卻3 h的面包樣品從正中心均分成4塊，割去外表皮，取中芯部分，切成20 mm×30 mm×20 mm的小方塊裝入樣品袋中待測。質構儀參數：測前、測中、測后的速度分別為2.00，1.00和1.00 mm/s，壓縮比75%、壓縮時間30 s、2次壓縮時間間隔10 s、觸發力10 N。每組樣品平行測5次。依據宋艷玲等[11]研究得出面包質構屬性中硬度和彈性能夠很好地反映面包的柔軟度、組織結構、表皮質地，可作為主要參數評價面包的品質。

1.3.6 番茄粉面包比容的測定

參考田紅媚等[12]的方法并進行修改。采用小米體積排除法檢測面包的體積，將面包放入500 mL量杯中，將小米倒入填滿量杯，取出面包，觀察剩余的小米體積，二者作差得出面包樣品的體積。比容（mL/g）按式（1）計算。

1.3.7 番茄粉面包感官評價

依據GB/T 20981—2021《面包質量通則》中的要求并進行一定的修改并制作面包感官評分表。面包烤制完后冷卻120 min，選擇20位有一定感官評定經驗的品評人員（男女各10名）根據表2的感官評定標準表進行測評。評價指標包括外觀、色澤、質地、氣味與口感、雜質。

表2 番茄粉面包感官評分表

1.3.8 番茄紅素測定

依據高瑞萍[13]的方法并加以修改。為表征面包的整體含番茄紅素含量，分別準確稱取1 g帶有面包皮及面包中芯部位的樣品、0.05 g番茄粉于50 mL離心管中，加入20 mL正己烷-丙酮-乙醇（2∶1∶1，V/V）混合溶液。將樣品混合液在避光條件下振蕩30 min，加入5 mL去離子水繼續振蕩10 min，在避光條件下靜置10 min，收集上層含有番茄紅素的正己烷層。將收集的含番茄紅素的正己烷層稀釋一定倍數后，在503 nm處測吸光度。番茄紅素含量（mg/100 g）按式（2）計算。

式中：A503nm為樣品在503 nm的吸光度；Mw為番茄紅素分子量，536.9 g/mol；V為樣品溶液中正己烷的體積，mL；ε為番茄紅素在正己烷503 nm波長處的消光系數，17.2×104L·cm/mol；L為吸收池長，1 cm；C為稀釋倍數。

1.4 數據處理與分析

所有數據重復3次，結果以平均值±SD表示。數據使用SPSS 19.0進行分析，方差分析采用Tukey’s HSD進行分析。圖表中以不同小寫英文字母代表顯著性差異（P＜0.05為顯著性差異）。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 番茄粉添加量對面包品質特性的影響

硬度和彈性能夠較好反映面包的質構特性。由圖1可見，隨著番茄粉添加量的增大，面包的硬度呈現上升趨勢，而彈性呈現下降趨勢，每100 g面粉添加5和8 g番茄粉對面包的硬度和彈性沒有顯著性影響（P＞0.05），隨著添加量增加，硬度和彈性具有顯著性變化。隨著添加量的增大，更多的番茄粉填充在淀粉-蛋白質基內形成物理障礙，降低面團的延展性，使面筋網絡出現空洞，面包持氣性變差，從而導致面包的硬度不斷增大，彈性和比容不斷減小[14-15]。

面包比容能較好反映面團體積膨脹程度及保持能量。由圖1可見，隨著番茄粉添加量增加，面包的比容呈現降低趨勢，每100 g面粉中添加6和8 g番茄粉對面包比容影響不顯著（P＞0.05），隨后呈現顯著降低趨勢。這表明適量添加番茄粉不影響面團醒發，但添加量過高，會降低面團的醒發能力。這可能是番茄粉中含有豐富的膳食纖維，會降低混合面團的面筋含量，從而影響面筋的網絡結構，降低面團的持氣能力[14,16]。

圖1 番茄粉添加量對面包硬度、彈性和比容的影響

番茄粉添加量決定了番茄面包獨特的番茄風味，添加量過少會導致番茄風味不足，面包表皮顏色呈淡黃色與普通面包沒有差別；而番茄粉添加量過多會導致面包成品過于酸和顏色暗沉，使人食欲下降。由于5和8 g番茄粉添加量對面包硬度、彈性和比容并無顯著性影響，故選取添加8 g番茄粉作為中心點。

2.1.2 白砂糖添加量對面包品質特性的影響

白砂糖具有吸濕性，在面包烘焙過程中，可以增加面包制品的柔軟度、蓬松度及其貨架期。糖在烘焙加熱過程中產生焦糖化反應及美拉德反應，使面包具有鮮艷的色澤及誘人的香氣，并且白砂糖可以作為酵母的養分，促進面團酵母的繁殖，使面包變得蓬松、發酵加快，并且改善其內部組織結構[17]。由圖2可見：面包的硬度隨著白砂糖添加量增加呈先上升后下降再上升趨勢，硬度在白砂糖添加量22與24 g之間產生顯著性差異（P＜0.05）；彈性隨著白砂糖添加量的增加呈先上升后下降趨勢，在添加量24 g時達到峰值，隨后顯著降低；比容隨著白砂糖添加量的增加呈先上升后下降趨勢，白砂糖添加量24 g時比容最大，與其余3組均具有顯著性變化。由于白砂糖添加量過少會導致面團發酵不充分、口感差、產品色澤暗淡以及組織結構差；而白砂糖添加量過多導致其內部氣孔大，產品顏色深，導致面團面筋形成不充分，面包不蓬松。結合成品的各項品質，確定白砂糖添加量24 g為中心點。

圖2 白砂糖添加量對面包硬度、彈性和比容的影響

2.1.3 黃油添加量對面包品質特性的影響

黃油在面團中可以使面團延展性更好，在焙烤過程中產生風味，并且可以延長面包成品的保藏期，且黃油也直接影響著面包的硬度、彈性和比容。從圖3可以看出，隨著黃油添加量的增多，硬度呈顯著性下降（P＜0.05）。彈性隨著黃油添加量增加呈上升趨勢，彈性在添加量為8 g和10 g時沒有顯著性變化（P＞0.05）；面包比容隨著黃油添加量的增加呈先上升后下降的趨勢，在黃油添加量10 g時達到最大值；黃油添加量8和10 g時，面包內部結構不夠蓬松，內部氣孔大，添加量10和12 g時面包內部結構疏松多孔，大氣孔少，面團伸展性好。由于黃油添加量過多會導致面團發酵差、面團不易成型、比容小、內部組織結構差、形態不飽滿以及口感變差；黃油添加量少會導致面團延展性差，導致發酵出的面包體積小，烤制出的面包顏色淡、柔軟度差、比容小[17]。結合面包的各項品質以及內部組織結構，確定黃油10 g為最中心點。

圖3 黃油添加量對面包硬度、彈性和比容的影響

2.2 響應面試驗結果分析

2.2.1 響應面試驗設計與結果

根據單因素試驗結果，以硬度為響應值，以番茄粉添加量、白砂糖添加量及黃油添加量為影響因素，設計三因素三水平響應面優化，試驗設計和結果如表3所示。

表3 響應面分析試驗方案及結果 單位：g

2.2.2 方差分析與回歸方程

利用Dexign-Expert軟件對結果進行多遠回歸擬合，得出番茄粉添加量、白砂糖添加量、黃油添加量與面包硬度間的二次多元回歸方程：Y=968.73+107.26A+146.26B-219.75C+62.01AB-94.49AC-67.5BC+8.7A2+268.67B2+94.85C2。

對試驗數據進行顯著性分析，結果見表4。模型F為10.4，所得番茄粉面包硬度的回歸方程顯著（P＜0.01）；失擬項不顯著（P＞0.05），從而可對番茄粉面包的工藝參數進行準確的預測和分析。方差的決定系數R2值為0.930 4，說明硬度的變化有93.04%來源于番茄粉添、白砂糖和黃油的添加量。方差分析結果表明，一次項和二次項都有顯著性因素，其中A、B、C和B2顯著，各試驗因子對面包硬度具有顯著性影響。通過回歸方程確定3個變量對面包硬度的貢獻大小：C＞B＞A。

根據回歸方程及表4的結果，得出番茄粉面包的最佳工藝配方：每100 g面粉中，番茄粉9.20 g，白砂糖23.12 g，黃油11.84 g。由回歸方程預測，在此條件下面包硬度的理論值為888.375 g。考慮到試驗條件和實際操作的可能性，調整為番茄粉9 g、白砂糖23 g、黃油12 g，進行3次驗證的試驗，番茄粉面包的平均硬度為910.45 g。該值與預測誤差小于3%，說明該模型可以很好地反映番茄粉面包的最佳配比。該條件下番茄粉面包的彈性為0.66 mm。

表4 回歸方程的方差分析

2.3 番茄粉面包的感官及番茄紅素含量結果

由圖4可得，通過對最優工藝制備的番茄粉面包與未添加番茄粉的面包進行比較，添加番茄粉面包的感官評分顯著高于未添加番茄粉的面包。一方面，添加番茄粉的面包其大小適中、外形飽滿，具有番茄獨特的香味。另一方面，由于番茄粉中富含番茄紅素，使面包呈現橙黃色，使面包形成一種獨特的顏色，能夠較好地吸引消費者。

圖4 番茄粉對面包感官評分的影響

高溫烘焙后番茄紅素損失50.47%，持續長時間高溫烘焙處理導致全反式番茄紅素發生氧化或異構化，從而使得烘焙后番茄粉中番茄紅素含量降低[18-19]。面包中番茄紅素含量為6.645 mg/100 g，由此可得，添加番茄粉不僅為面包提供獨特的番茄風味，同時也提高面包的營養價值。

表5 番茄粉面包中番茄紅素含量 單位：mg/100 g

3 結論

基于單因素試驗及響應面試驗對番茄粉面包的工藝參數進行優化，探究番茄粉添加量、白砂糖添加量和黃油添加對面包品質的影響。最優工藝參數：每100 g面粉中番茄紅素添加9 g、白砂糖添加23 g、黃油添加12 g。在此條件下，產品的硬度為910.45 g，彈性為0.66 mm，感官評分為86.65分，番茄紅素含量為6.65 mg/100 g。試驗結果證明添加番茄粉能得到具有番茄風味的營養面包，為番茄粉在烘焙制品中的應用奠定基礎。