孫祥祥，劉長虹，*，張萌，王遠(yuǎn)輝，張煌

（1.河南工業(yè)大學(xué)，小麥和玉米深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州450001；2.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州450044）

酵子作為傳統(tǒng)的面食發(fā)酵劑，在中國傳統(tǒng)的主食饅頭制作過程中起到不可或缺的作用[1]。由于酵子是一種多菌種面食發(fā)酵劑，并含有大量酵母中不具有的產(chǎn)脂霉菌、產(chǎn)香霉菌和多種細(xì)菌等可增加饅頭風(fēng)味的菌種，使得蒸制的饅頭風(fēng)味獨(dú)特，香甜可口[2-3]，得到老百姓的喜歡。雖然酵子出現(xiàn)很早，但是發(fā)展比較緩慢，制作工藝粗放，發(fā)酵條件不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低，酵子品質(zhì)不穩(wěn)定，制約了酵子工業(yè)化生產(chǎn)[4-5]。如果采用工業(yè)化技術(shù)生產(chǎn)傳統(tǒng)口味饅頭，既可以大大提高面粉的附加值，也可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益[6]。

響應(yīng)面法能同時(shí)對(duì)多因子水平及其交互作用進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測，并能快速有效地確定多因子系統(tǒng)的最優(yōu)條件[7]。本文以成酵子饅頭比容、硬度及感官品質(zhì)為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)酵子制作所需的米酒、小曲、大曲添加量3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)分析，旨在為酵子制作或批量生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

特一粉：鄭州金苑面業(yè)有限公司；高活性干酵母（低糖）：安琪酵母股份有限公司；蒸餾水：由蒸餾水儀器制得的Ⅲ級(jí)水；早秈稻米：安徽合肥；大曲：市售；小曲：蘇州糧油食品有限公司；糯米：湖北龍賽湖糧油食品有限公司；米酒：小麥與玉米深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 儀器與設(shè)備

SZH-20雙速雙動(dòng)和面機(jī)：廣州旭眾食品機(jī)械有限公司；BS600L電子天平：上海友聲衡器廠；101A-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠；DZF型真空干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；WFX-12-15-24-0豪華型霧化面食發(fā)酵箱：中山市豐盛電器廠；DS-671電子秤：上海寺崗電子有限公司；JBDZ-20白度儀：上海嘉定糧油儀器有限公司；硬度儀：小麥與玉米深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室自制。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 米酒制作

糯米/水1∶1（g/mL）→浸泡（12 h）→過濾→蒸制（45 min）→冷卻（30℃）→1.6%小曲碾磨后溶解在蒸餾水中，與蒸熟糯米攪拌均勻，密封→恒溫（26℃）發(fā)酵48 h→米酒

（各配料比例均以第一次添加糯米總質(zhì)量為基準(zhǔn)）

1.3.2 酵子制作

米酒、大曲、米粉、小曲、375%溫水（30℃）混合均勻→發(fā)酵3 h→補(bǔ)加米粉200%，攪拌均勻成稠糊，發(fā)酵12 h→補(bǔ)加625%米粉、125%溫水，揉成面團(tuán)，發(fā)酵3 h，成泡沫狀→補(bǔ)加83%米粉，攪拌均勻，發(fā)酵2 h→拍餅，25℃鼓風(fēng)干燥48 h

（各配料比例均以第一次添加米粉總質(zhì)量為基準(zhǔn)）

1.3.3 饅頭制作

饅頭的制作工藝流程如下：面粉、酵子、酵母、水→和面→壓面→成型→醒發(fā)→蒸制→成品

將面粉、酵子3%、酵母0.2%、水45%加入和面機(jī)，先低速攪拌2 min，再高速攪拌10 min；自動(dòng)壓面20次；手工成型；在溫度為35℃、相對(duì)濕度為85%的條件下醒發(fā)60 min；用電蒸鍋蒸25 min。

1.3.4 酵子制作單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在前期確定的工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，研究酵子制作所需的米酒添加量（4%、6%、8%、10%、12%）、小曲添加量（1%、2%、3%、4%、5%）、大曲添加量（0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%），考察各單因素制作酵子對(duì)饅頭感官品質(zhì)的影響。

1.3.5 響應(yīng)面優(yōu)化

選取米酒添加量（A）、小曲添加量（B）、大曲添加量（C）3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，以Y（饅頭感官評(píng)分）為考核指標(biāo)，確定最佳制作工藝條件。試驗(yàn)因素水平表見表1。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)因素水平表Table 1 Response surface optimization experiment factor level table

1.3.6 饅頭白度的測定

采用白度儀測定饅頭白度[8]。

1.3.7 饅頭硬度的測定

采用自制硬度儀測定饅頭硬度[9]。

1.3.8 饅頭感官評(píng)價(jià)

饅頭感官評(píng)分采用感官評(píng)價(jià)[10]的方法，并略加修改，選5名經(jīng)過培訓(xùn)的評(píng)價(jià)員集體評(píng)分（見表2）。

表2 饅頭感官評(píng)價(jià)表Table 2 Sensory evaluation form of steamed bread

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用單向方差分析（ANOVA），使用SPSS 24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。使用Duncan檢驗(yàn)，P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用EXCEL 2016作圖。采用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行Box-Behnken Design試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同米酒添加量制作酵子對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

在大曲添加量為0.5%、小曲添加量為2%的條件下，研究米酒添加量制作酵子對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。不同米酒添加量制作酵子對(duì)饅頭白度、硬度的影響結(jié)果見圖1。

圖1 不同米酒添加量制作酵子對(duì)饅頭白度、硬度的影響Fig.1 Effect of the amount of rice wine added on the whiteness and hardness of steamed bread

米酒中富含多種氨基酸及葡萄糖、麥芽糖、低聚糖等，以及適量的有機(jī)酸、酒精、維生素[11-12]。酵子制作加入米酒的目的除提供微生物源和風(fēng)味物質(zhì)外，還為微生物提供主要的能源物質(zhì)[13]。由圖1可以看出，隨著米酒添加量的增加，制作的酵子，蒸制出來的饅頭的白度先升高后降低再略有增加，硬度呈現(xiàn)先降低后升高再略有降低的趨勢。制作的酵子饅頭的硬度與白度呈現(xiàn)對(duì)稱關(guān)系。當(dāng)米酒添加量為8%時(shí)，制作的酵子饅頭的白度顯著高于其他米酒添加量的酵子（P＜0.05），而硬度顯著低于其他米酒添加量的酵子（P＜0.05）。添加米酒量較少所制作的酵子，制作的饅頭的硬度較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與口感較差，氣味較弱。可能由于米酒量少，酵子里面的菌群所需的營養(yǎng)物質(zhì)也相對(duì)減少，菌群的生長也受到了抑制，使得酵子中菌群變少，產(chǎn)氣變?nèi)?，產(chǎn)生脂類、醇類、醛類等物質(zhì)量也相對(duì)減少，影響到饅頭的氣味與品質(zhì)。米酒添加量制作酵子對(duì)饅頭感官評(píng)價(jià)的影響見圖2。

由圖2可以看出，當(dāng)米酒添加量為8%時(shí)，制作的酵子，蒸制出來的饅頭的感官評(píng)分最高，為80.8分，顯著高于其他條件的米酒變量的酵子制作的饅頭（P＜0.05）。這與米酒添加量為8%制作酵子對(duì)饅頭的硬度，白度的結(jié)果一致。米酒的添加，發(fā)揮的是多種微生物的共生優(yōu)勢，主要作用機(jī)理是根霉、酵母和細(xì)菌等幾種主要微生物的酸化、糖化、酒化、酯化等過程的協(xié)同進(jìn)行，形成醇、酯、醛、酚等多種風(fēng)味物質(zhì)，米酒發(fā)酵的微生物群落組成直接影響米酒的風(fēng)味[14-15]，進(jìn)而影響到酵子饅頭的風(fēng)味。

圖2 不同米酒添加量制作酵子對(duì)饅頭感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effect of making rice wine on the sensory evaluation of steamed bread

2.1.2 不同小曲添加量制作酵子對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

在大曲添加量為0.5%、米酒添加量為8%的條件下，研究不同小曲添加量制作酵子對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。

小曲又叫白藥、酒餅、白曲、酒藥、藥曲、糠曲、酒曲丸等[16]。不同小曲添加量制作酵子對(duì)饅頭白度、硬度的影響結(jié)果見圖3。

圖3 不同小曲添加量制作酵子對(duì)饅頭白度、硬度的影響Fig.3 Effect of xiaoqu addition on the whiteness and hardness of steamed bread

由圖3可以看出，小曲添加量在1%～2%，制作的酵子饅頭的硬度明顯降低，白度明顯升高。小曲添加量為2%～3%時(shí)，酵子饅頭硬度與白度幾乎沒有變化。小曲添加量為3%～5%時(shí)，酵子饅頭的白度呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，硬度先升高后降低。小曲添加量為2%～3%時(shí)，制作的酵子饅頭的白度顯著高于其他小曲添加量的酵子（P＜0.05），而硬度顯著低于其他小曲添加量的酵子（P＜0.05）。小曲中的微生物主要是霉菌和酵母菌，還有一些細(xì)菌和放線菌[17]，小曲制作中添加適量的中藥可以促進(jìn)霉菌、酵母菌有益菌種生長繁殖和酶的代謝，同時(shí)可以抑制雜菌生長[18]，酵子制作中添加小曲，蒸制出來的饅頭有淡淡的酒香味。小曲添加量制作酵子對(duì)饅頭感官評(píng)價(jià)的影響見圖4。

圖4 不同小曲添加量制作酵子對(duì)饅頭感官評(píng)價(jià)的影響Fig.4 Effect of xiaoqu addition on making sensory evaluation of steamed bread

由圖4可以看出，小曲添加量為2%時(shí)，饅頭的感官評(píng)分高于其他小曲添加量的酵子制作的饅頭。

2.1.3 不同大曲添加量制作酵子對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

在小曲曲添加量為2%、米酒添加量為8%的條件下，研究不同大曲添加量制作的酵子對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。大曲中的微生物主要源自原料、水、空氣、場所和谷殼、稻草等所攜帶的微生物，也有在制作過程中加入少量曲母以強(qiáng)化菌株，通過自然培養(yǎng)、富集等過程，進(jìn)而形成大曲的獨(dú)特微生物菌系[19]，其中酵母菌是大曲主要的功能微生物之一[20]。大曲添加量制作酵子對(duì)饅頭白度、硬度的影響見圖5。

圖5 不同大曲添加量制作酵子對(duì)饅頭白度、硬度的影響Fig.5 Effect of daqu addition on whiteness and hardness of steamed bread

由圖5可以看出，當(dāng)大曲添加量為0.5%時(shí)，制作的酵子，蒸制出來的饅頭的硬度顯著低于其他條件的大曲添加量的酵子所制作的饅頭（P＜0.05）。當(dāng)大曲添加量為0.9%時(shí)，制作的酵子，蒸制出來的饅頭的白度顯著高于其他條件的大曲添加量的酵子所制作的饅頭（P＜0.05）。大曲添加量制作酵子對(duì)饅頭感官評(píng)價(jià)的影響見圖6。

圖6 不同大曲添加量制作酵子對(duì)饅頭感官評(píng)價(jià)的影響Fig.6 Effect of daqu addition on making sensory evaluation of steamed bread

由圖6可以看出，隨著大曲添加量的增加，饅頭的感官評(píng)分先增加后降低，當(dāng)大曲量為0.5%，制作的酵子，蒸制出來的饅頭的感官評(píng)價(jià)顯著高于其他條件的大曲添加量的酵子所制作的饅頭（P＜0.05）。綜合考慮，大曲的添加量為0.5%時(shí)，制作的酵子品質(zhì)較好。

2.2 響應(yīng)面分析法優(yōu)化酵子制作工藝結(jié)果分析

2.2.1 結(jié)果分析

在單因素試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)三因素三水平共17個(gè)試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Box-Behnken center combination test design and results

通過表3試驗(yàn)值的二次多元回歸擬合，得到感官總分（Y）響應(yīng)3變量的二次多項(xiàng)式型：Y=80.54-4.70A-1.15B+0.45C-0.90AB-0.050AC-0.50BC-4.19A2-1.25B2+0.1C2，對(duì)此二次回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面設(shè)計(jì)二階回歸模型方差分析Table 4 Response surface design second-order regression model analysis of variance

從表4可知，模型的失擬項(xiàng)P=0.064 1＞0.05，說明回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合較好，試驗(yàn)誤差?。荒Ｐ蚉＜0.000 1，說明該二次回歸方程擬合度好，方程能夠正確反映酵子饅頭感官總分與各因素之間的關(guān)系。模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.974 7，說明預(yù)測值與試驗(yàn)值有較高相關(guān)性；調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.942 2，說明方程模型可信度較高，能夠較好地描述試驗(yàn)結(jié)果。因此，該二次回歸方程正確反映了米酒、小曲、大曲添加量對(duì)酵子制作，所蒸制饅頭感官總分的影響。

根據(jù)表4，響應(yīng)面設(shè)計(jì)二階回歸模型方差進(jìn)行分析，因素F值的大小可以反映出其對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的重要性，F(xiàn)值越大，表明對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響越大，即重要性越大[21]。所以，影響酵子因素主次排列順序?yàn)椋好拙铺砑恿浚拘∏砑恿浚敬笄砑恿俊Ｔ诒敬卧囼?yàn)建立的模型中米酒添加量的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)對(duì)制作酵子，所蒸制的饅頭的感官評(píng)分影響極顯著（P＜0.01）；小曲添加量的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)對(duì)制作酵子，所蒸制的饅頭的感官評(píng)分影響顯著（P＜0.05）。而大曲一次項(xiàng)、米酒與小曲交互項(xiàng)、米酒與大曲交互項(xiàng)、小曲與大曲交互項(xiàng)、大曲二次項(xiàng)對(duì)感官評(píng)分影響不顯著。由此可知，各試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系[22]。

應(yīng)用Design-Expert軟件對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析，可以得到該模型的響應(yīng)面圖和等高線圖，結(jié)果如圖7～圖9所示。

圖7 米酒變量與小曲變量響應(yīng)面及等高線圖Fig.7 The response surface and contour plots of rice wine variables and xiaoqu variables

圖8 米酒變量與大曲變量響應(yīng)面及等高線圖Fig.8 The response surface and contour map of rice wine variant and daqu variable

圖9 小曲變量與大曲變量響應(yīng)面及等高線圖Fig.9 The response surface and contour map of xiaoqu variable and daqu variable

等高線的形狀可以反映因素間交互作用的強(qiáng)弱，圓形表示交互作用不顯著，橢圓形表示交互作用顯著[23]。通過Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行優(yōu)化，以感官評(píng)分最高為目標(biāo)，最高分為82.7分，得到最佳工藝為米酒量為6.97%、小曲量為1.52%、大曲量為0.70%。

3 結(jié)論

通過對(duì)米酒、小曲、大曲添加量3個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，利用響應(yīng)面法優(yōu)化酵子生產(chǎn)工藝。依據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到二次回歸方程：Y=80.54-4.70A-1.15B+0.45C-0.90AB-0.050AC-0.50BC-4.19A2-1.25B2+0.1C2，R2=0.974 7，方程擬合良好。優(yōu)化試驗(yàn)確定的最佳工藝條件為：米酒量為6.97%、小曲量為1.52%、大曲量為0.70%。在此條件下預(yù)期的制作酵子饅頭的感官總分是82.7分，實(shí)際得分為81.5±0.4分。