于章龍，劉瑞，蔡岳，宋昱，孫元琳，關(guān)碩

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 棉花研究所，山西 運城 044000；2.運城學(xué)院 生命科學(xué)系，山西 運城 044000）

中央一號文件指出，深入開展糧食節(jié)約行動，推進全鏈條節(jié)約減損，并提倡健康飲食。黑小麥含有更加豐富的膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)和花青素等生物活性成分，可以有效地降低心血管疾病、腸道炎癥、Ⅱ型糖尿病等慢性病的患病風(fēng)險［1-6］，而以上主要成分多分布于皮層和胚芽中［7］。隨著加工技術(shù)的創(chuàng)新，人們對健康的追求和全谷物的關(guān)注度越來越高，尤其是烘焙類全麥食品消費量顯著提高［8］。雖然全谷物比精制谷物更加健康營養(yǎng)，但也面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如全谷物食品口感粗糙，儲藏性、安全性較差等［9-10］。特別是全麥面包口感和組織結(jié)構(gòu)變差等現(xiàn)象，對全麥面包產(chǎn)品影響較大［11］。前人將真菌α-淀粉酶、脂肪酶等酶制劑和延緩面包老化的食品乳化劑硬脂酰乳酸鈉等廣泛應(yīng)用于面包制作，均起到了較好的效果［12-13］。本研究根據(jù)前期研究結(jié)果，以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所選育的運黑161 黑小麥全麥粉為原料，配以適量面包專用粉加工黑小麥全麥面包，并以面包比容、質(zhì)構(gòu)特性、感官評價等為指標，通過響應(yīng)面解析不同配粉比例及真菌α-淀粉酶、脂肪酶、硬脂酰乳酸鈉不同添加量等多種因素對黑小麥全麥面包品質(zhì)的影響，從而優(yōu)化運黑161 全麥粉面包配方，旨在為運黑161 全麥粉產(chǎn)品開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

運黑161：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所（品質(zhì)分析見表1）；面包專用粉：新鄉(xiāng)新良面業(yè)有限公司；酵母、黃油、糖、改良劑：安琪酵母股份有限公司；奶粉：雀巢（中國）有限公司；真菌α-淀粉酶（100 000 U·g-1）、脂肪酶（100 000 U·g-1）、硬脂酰乳酸鈉（食品級）：河南萬邦實業(yè)有限公司；戊二醛、乙酸異戊酯：均為分析純，美國sigma 公司。試驗時間：2022 年8-12 月。

表1 運黑161 品質(zhì)分析Table 1 Quality analysis of Yunhei 161

TMS-Pro 質(zhì)構(gòu)儀，美國FTC 公司；S-4800 掃描電鏡，日本日立（Hitachi）公司；Y18 磨粉機，土耳其YUCEBAS 公司；BHS 雙動和面機，邢臺藍邦機械制造廠；WFF 噴霧式發(fā)酵箱，廣東省泓鋒食品機械有限公司；PL-2A 電烘爐，泰州市恒聯(lián)電器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料預(yù)處理

運黑161 洗凈瀝干后，經(jīng)Y18 型磨粉機磨粉，收集其面粉和麩皮。將麩皮經(jīng)121 ℃高壓蒸汽10 min，晾干后粉碎過80 目篩，回添至面粉中，制得運黑161 全麥粉。

1.2.2 面包制作工藝

按表2 配比加入原料→攪拌成團→室溫下第一次醒發(fā)20 min→整形→二次醒發(fā)（溫度40 ℃，濕度90%，時間120 min）→焙烤（下火170 ℃，上火180 ℃，30 min）→冷卻。

表2 面包基礎(chǔ)配方Table 2 Basic bread formula

1.2.3 面包品質(zhì)測定

（1） 面包比容測定

將冷卻后的面包稱重，菜籽置換法測定面包體積。

（2） 面包質(zhì)構(gòu)特性測試

面包分割成50 mm×30 mm×20 mm 片狀，使用P50 探頭測定。TPA 實驗參數(shù)為：力量感應(yīng)元量程1000 N，探頭回升高度30 mm，形變百分量80%，檢測速度60 mm·min-1，起始力1 N。每個樣品重復(fù)6 次。

（3） 感官評價

評分標準參照GB/T 14611-2008《糧油檢驗小麥粉面包烘焙品質(zhì)試驗 直接發(fā)酵法》并稍作修改，由6 名食品專業(yè)人員感官評定，評分標準見表3。

表3 面包評分標準Table 3 Bread scoring standard

1.2.4 運黑161 全麥面包研制單因素試驗

在1.2.2 基礎(chǔ)上，以比容、質(zhì)構(gòu)特性、感官評分為指標，以不同配粉比例（黑小麥：面包專用粉）、真菌α-淀粉酶添加量、脂肪酶添加量和硬脂酰乳酸鈉添加量為單因素，確定最佳水平，且真菌α-淀粉、脂肪酶和硬脂酰乳酸鈉添加量以小麥粉（黑小麥粉和面包專用粉）重量計。

（1） 不同配粉比例

真菌α-淀粉酶添加量200 mg·kg-1，脂肪酶200 mg·kg-1，硬脂酰乳酸鈉0.2%，運黑161 全麥粉添加量分別為10%，30%，50%，70%，90%。

（2） 真菌α-淀粉酶不同添加比例

運黑161 全麥粉添加量為50%，脂肪酶添加量200 mg·kg-1，硬脂酰乳酸鈉0.2%，真菌α-淀粉酶添加量分別為0、100、200、300、400 mg·kg-1。

（3） 脂肪酶不同添加比例

運黑161 全麥粉添加量為50%，真菌α-淀粉酶添加量200 mg·kg-1，硬脂酰乳酸鈉0.2%，脂肪酶添加量分別為為0、100、200、300、400 mg·kg-1。

（4） 硬脂酰乳酸鈉不同添加比例

運黑161 全麥粉添加量為50%，真菌α-淀粉酶添加量200 mg·kg-1，脂肪酶添加量200 mg·kg-1，硬脂酰乳酸鈉添加量分別為0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%。

1.2.5 響應(yīng)面優(yōu)化運黑161 全麥粉面包配方

以運黑161 全麥粉添加量（A）、真菌α-淀粉酶（B）、脂肪酶（C）、硬脂酰乳酸鈉（D）4 個因素為響應(yīng)因素，使用Box-Behnken 設(shè)計方法進行響應(yīng)面試驗，以面包的感官評分為響應(yīng)值，確定最佳工藝配方（表4）。

表4 響應(yīng)面試驗因素及水平Table 4 Factors and levels of response surface test

1.2.6 面包微觀結(jié)構(gòu)觀察

參考潘振興等［14］方法并稍作修改：2.5%戊二醛固定樣品，0.1 mol·L-1磷酸緩沖液漂洗，乙醇脫水，再用乙酸異戊酯置換乙醇。將上述處理過的樣品冷凍干燥48 h，超微粉碎，噴金，掃描電鏡觀察。

1.3 統(tǒng)計分析

使用SPSS 25.0 進行Duncan 方差分析；使用Origin 7.5 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配粉比例對面包品質(zhì)的影響

2.1.1 不同配粉比例對面包比容及高徑比的影響

不同配粉比例對面包比容及高徑比的影響見圖1，面包實物圖見圖2。隨著運黑161 全麥粉比例增加，面包比容值以及高徑比顯著減小。這是由于麩皮含量增加，會破壞面團面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而降低了面團筋力［15-16］，導(dǎo)致面團在醒發(fā)過程中持氣能力弱化，無法維持蓬松結(jié)構(gòu)，進而影響面包品質(zhì)。

圖1 不同配粉比例對面包比容及高徑比的影響Fig.1 Effects of different proportions of flour on specific volume and height-diameter ratio

圖2 不同配粉比例面包實物圖Fig.2 Pictures of breads with different proportions of whole wheat flour

2.1.2 不同配粉比例對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響

不同配粉比例對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響見表5。隨著運黑161 全麥粉添加比例的增加，面包的硬度呈上升趨勢。當運黑161 全麥粉添加量為30%時，黑小麥全麥面包的粘附性、彈性最大。

表5 不同配粉比例對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 5 Effects of different proportions of whole wheat flour on bread texture properties

2.1.3 不同配粉比例對面包感官品質(zhì)的影響

不同配粉比例對面包感官品質(zhì)的影響見表6。隨著運黑161 全麥粉比例增加，全麥面包體積得分呈下降趨勢，外觀、面包芯色澤、質(zhì)地得分以及口感無顯著性差異。運黑161 全麥粉添加量為30%時總分最高，說明添加適量的全麥粉可改善面包感官品質(zhì)。綜合2.1.2 結(jié)果分析，響應(yīng)面試驗設(shè)計運黑161 全麥粉添加比例為10%，30%，50%。

表6 不同配粉比例對面包感官品質(zhì)的影響Table 6 Effects of different proportions of flour on the sensory quality of bread

2.2 真菌α-淀粉酶添加量對面包品質(zhì)影響

2.2.1 真菌α-淀粉酶添加量對面包比容及高徑比影響

真菌α-淀粉酶添加量對面包比容及高徑比的影響見圖3，面包實物圖見圖4。隨著真菌α-淀粉酶添加量增加，面包比容值以及高徑比呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢。添加量為300 mg·kg-1時，面包比容值及高徑比最大，這與Olaerts 等［17］研究一致。因為真菌α-淀粉酶可以迅速水解淀粉分子鏈中的α-1，4 葡萄糖苷鍵，將淀粉酶解成糊精和小分子糖，為酵母產(chǎn)氣提供碳源，進而改善面包體積［18］，但真菌α-淀粉酶添加過量，淀粉水解過多，面團發(fā)粘且持氣性下降，進而導(dǎo)致面包的比容值以及高徑比降低。

圖3 真菌α-淀粉酶添加量對面包比容及高徑比的影響Fig.3 Effects of appending proportions of fungal α-amylase on bread volume and height-diameter ratio

圖4 真菌α-淀粉酶不同添加量面包實物圖Fig.4 Pictures of breads with different appending proportions of fungal α-amylase

2.2.2 真菌α-淀粉酶添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響

如表7 所示，隨著真菌α-淀粉酶添加量的增加，面包的硬度呈先下降再上升的趨勢，添加量為300 mg·kg-1時面包的彈性最大，硬度、膠粘性最小，說明在面包制作過程中添加適量的真菌α-淀粉酶可降低面包硬度。

表7 真菌α-淀粉酶添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 7 Effects of different appending proportions of fungal α-amylase on bread texture properties

2.2.3 真菌α-淀粉酶添加量對面包感官品質(zhì)的影響

由表8 可見，隨著真菌α-淀粉酶添加量增加，面包體積、口感以及總體得分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，面包外觀、色澤和質(zhì)地得分無顯著性差異（P<0.05）。當添加量為300 mg·kg-1時全麥面包感官得分各指標最優(yōu)。故響應(yīng)面試驗設(shè)置真菌α-淀粉酶添加量為200、300、400 mg·kg-1。

表8 真菌α-淀粉酶添加量對面包感官品質(zhì)的影響Table 8 Effects of different appending proportions of fungal α-amylase on the sensory quality of bread

2.3 脂肪酶添加量對面包品質(zhì)的影響

2.3.1 脂肪酶添加量對面包比容及高徑比的影響

脂肪酶添加量對面包比容及高徑比的影響如圖5 所示，面包實物圖見圖6。隨著脂肪酶添加量的增加，全麥面包的比容與高徑比呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢。脂肪酶催化面團中的油脂分解產(chǎn)生游離脂肪酸及小分子物質(zhì)，可為酵母發(fā)酵提供能量，同時脂肪酶可以氧化不飽和脂肪酸，形成過氧化物，過氧化物可氧化蛋白質(zhì)分子中的硫氫基團，形成分子內(nèi)或分子間二硫鍵，并能誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子聚合，使蛋白質(zhì)分子變得更大，形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［19］，另外脂肪酶的添加使得面團組織結(jié)構(gòu)中氣體分布更均勻［20］，進而增大面包體積。當脂肪酶用量過多，面包的比容與高徑比呈下降趨勢，這可能是由于脂肪酶用量過多會造成面筋強度過大，氣孔面積減小［21-22］。

圖6 脂肪酶不同添加量面包實物圖Fig.6 Pictures of bread with different appending proportions of lipase

2.3.2 脂肪酶添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響

隨著脂肪酶添加量的增加，全麥面包的硬度呈先減小后增大的趨勢，而彈性、咀嚼性沒有顯著性差異（表9）。當脂肪酶添加量為200 mg·kg-1時，全麥面包質(zhì)構(gòu)指標較好。

表9 脂肪酶添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 9 Effects of different appending proportions of lipase on bread texture properties

2.3.3 脂肪酶添加量對面包感官品質(zhì)的影響

如表10 所示，綜合比較各項感官評價可知，隨著脂肪酶添加量的增加，全麥面包體積得分顯著提升，其他各項指標變化不顯著（P<0.05）。當脂肪酶添加量為200 mg·kg-1，面包總分最高。故響應(yīng)面試驗設(shè)置脂肪酶添加量為100、200、300 mg·kg-1。

表10 脂肪酶添加量對面包感官品質(zhì)的影響Table 10 Effects of different appending proportions of lipase on the sensory quality of bread

2.4 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質(zhì)的影響

2.4.1 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包比容及高徑比的影響

硬脂酰乳酸鈉作為一種廣泛應(yīng)用于烘焙業(yè)的乳化劑，可促進面團的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成［23］。硬脂酰乳酸鈉添加量對面包比容及高徑比的影響如圖7 所示，面包實物圖見圖8。隨著硬脂酰乳酸鈉添加量的增加，全麥面包的比容及高徑比呈先上升后下降的趨勢，由于硬脂酰乳酸鈉能與面筋蛋白產(chǎn)生相互作用形成復(fù)合物，使得面筋蛋白形成大分子面筋網(wǎng)絡(luò)［24］，因此使得全麥面包的體積增加。當硬脂酰乳酸鈉添加量大于0.3% 時，全麥面包的比容及高徑比呈下降趨勢，可能是由于硬脂酰乳酸鈉的過度添加使得面團發(fā)粘，弱化了面團的發(fā)酵，從而使得面包體積減小。

圖7 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包比容及高徑比的影響Fig.7 Effects of appending proportions of sodium stearoyl lactate on bread volume and height-diameter ratio

圖8 硬脂酰乳酸鈉不同添加量面包實物圖Fig.8 Pictures of bread with different appending proportions of sodium stearoyl lactate

2.4.2 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響

硬脂酰乳酸鈉添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響見表11。不同硬脂酰乳酸鈉添加量對全麥面包硬度有顯著性影響（P>0.05），特別是加量為0.3%時硬度最低。適量添加硬脂酰乳酸鈉，增強了面包的持氣性，使得面包柔軟度增加［25］。

表11 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 11 Effects of different appending proportions of sodium stearoyl lactate on bread texture properties

2.4.3 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包感官品質(zhì)的影響

由表12 可見，硬脂酰乳酸鈉添加量對全麥面包的體積和紋理影響較大。添加量為0.3%時，面包的總體得分最高。故響應(yīng)面試驗設(shè)置硬脂酰乳酸鈉添加量為0.2%，0.3%，0.4%。

表12 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包感官品質(zhì)的影響Table 12 Effects of different appending proportions of sodium stearoyl lactate on the sensory quality of bread

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化黑小麥全麥面包配方

2.5.1 響應(yīng)面設(shè)計結(jié)果及回歸模型方差分析

通過對表13 數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得出回歸模型方程為：

表13 響應(yīng)面分析結(jié)果Table 13 The results of response surface analysis

由表14 可見，建立的模型極顯著（P<0.01）且失擬項不顯著（P>0.05），說明響應(yīng)值與自變量關(guān)系顯著，具有統(tǒng)計學(xué)意義。模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.931 2，說明模型與試驗擬合性較好。方差分析結(jié)果表明：A、B、C、D、AB、AD、BC、CD、A2、B2、C2、D2對全麥面包的影響顯著，該模型可用于預(yù)測黑小麥全麥面包的最佳工藝配方。

表14 方差分析結(jié)果Table 14 The results of variance analysis

2.5.2 三維響應(yīng)曲面優(yōu)化驗證

結(jié)合三維響應(yīng)曲面圖且通過Design-Expert 軟件進一步優(yōu)化，可知運黑161 全麥面包的最佳配方為：運黑161 全麥粉最佳理論添加比例為39.36%，真菌α-淀粉酶最佳理論添加量為272.77 mg·kg-1，脂肪酶最佳理論添加量為254.4 mg·kg-1，硬脂酰乳酸鈉最佳理論添加量為0.247%，理論預(yù)測感官評分可達88.51 分。為了便于可操作性，運黑161全麥粉最佳添加比例為39%，真菌α-淀粉酶添加量為272 mg·kg-1，脂肪酶添加量為254 mg·kg-1，硬脂酰乳酸鈉添加量為0.25%。在此條件下加工制得黑小麥全麥面包并進行感官評價，感官得分為89.54，再次驗證了回歸模型的可靠性。

2.6 面包微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡觀測

不同樣品微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖如圖9 所示，麩皮的存在可能會導(dǎo)致面團面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，但掃描電鏡觀測的微觀結(jié)構(gòu)下全麥面包的面團結(jié)構(gòu)較為緊密且連續(xù)（圖9a），說明全麥面包經(jīng)工藝優(yōu)化后，組織結(jié)構(gòu)得到較大改善。

圖9 掃描電鏡圖Fig.9 Photographs of scanning electron microscopy

3 討論

全麥粉麩皮中富含膳食纖維、維生素等大量人體必需的營養(yǎng)成分，但由于麩皮的加入，使全麥粉加工相關(guān)產(chǎn)品時難度增加，出現(xiàn)了如壓延時的粘輥、發(fā)酵難度增加、饅頭、面包口感粗糙易掉渣、面條易斷條糊湯等問題［26-27］。通過表1 對運黑161品質(zhì)分析可知，運黑161 屬于中強筋小麥，適合加工面包、饅頭等產(chǎn)品。在前期研究的基礎(chǔ)上，本研究利用預(yù)處理過的運黑161 全麥粉，結(jié)合添加酶制劑，通過單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化試驗，對運黑161 全麥粉面包加工工藝進行了改進與優(yōu)化，并起到了理想效果。通過響應(yīng)面試驗得出的回歸模型方程，可用于預(yù)測經(jīng)預(yù)處理過的運黑161 全麥粉全麥面包的最佳工藝配方，而未經(jīng)預(yù)處理的全麥粉面包加工依然需要進一步開展研究。

4 結(jié)論

本研究以經(jīng)過預(yù)處理的運黑161 全麥粉為研究對象，通過對運黑161 全麥面包配方開展單因素和響應(yīng)面優(yōu)化試驗研究，確定了運黑161 全麥粉的最佳添加比例為39%，真菌α-淀粉酶添加量為272 mg·kg-1，脂肪酶添加量為254 mg·kg-1，硬脂酰乳酸鈉添加量為0.25%，在此配方下運黑161 全麥面包色澤金黃、質(zhì)地細膩緊密、紋理清晰，且感官得分為89.54 分。本研究為運黑161 黑小麥全麥粉產(chǎn)品開發(fā)提供了借鑒，為功能型黑小麥全麥粉面包加工提供了數(shù)據(jù)支撐。