响应面法优化番茄粉面包制作工艺
时间：2023-06-06 16:40:27 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
高瑞萍，向思怡，吴振，师萱*
1.重庆工商大学环境与资源学院（重庆 400067）；
2.重庆市中药研究院中药健康学重庆市重点实验室（重庆 400065）
面包是一种被世界上许多国家广泛食用的传统主食，全球每年生产超过90亿 kg的面包制品，消费量约为每人每年70 kg[1]。面包的制作是一个动态过程，在机械和热量输入、酵母和乳酸菌的活性以及小麦粉中内源酶的驱动下，不断地发生物理化学、微生物和生化变化，最终使面包产生蓬松的体积、柔软的质地、香甜的口感[2]。然而，用精致小麦粉制成的面包是一种营养不全的食物[3]，且在烘焙过程中会导致氨基酸、维生素等营养物质损失[4]。随着人们饮食习惯的改变及对健康关注不断提升，消费者对于健康面包的需求不断增加。因此，添加全麦粉、蛋白质、膳食纤维、果蔬中活性组分等物质以提高面包的营养价值成为研究热点。
番茄（Lycopersicon esculentum）是世界上最受欢迎的蔬菜之一，具有重要的营养价值和经济价值。除少部分鲜食外，番茄主要被加工为番茄汁、番茄酱、番茄粉、番茄红素等制品[5]。番茄及其制品中富含类胡萝卜素（番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素等）、多酚（槲皮素、柚皮素、绿原酸等）、有机酸、维生素、膳食纤维、蛋白质等营养物质，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、肥胖等慢性疾病的发病风险[6-8]。在番茄制品中，番茄汁及番茄酱均能受到消费者的喜爱，而番茄粉的精深加工及应用亟待进一步研究。
基于面包加工存在的问题及人们对健康面包需求不断增加，试验将番茄粉添加到面包中，以番茄粉面包的比容和质构特性为评价指标，优化番茄粉面包中番茄粉、白砂糖和黄油的添加量，并对番茄面包的感官及番茄红素含量进行探究，旨在为番茄粉的精深加工及应用提供理论依据，也为健康烘焙产品的开发奠定基础。
1.1 材料与试剂
高筋面粉（滨州中裕食品有限公司）；
番茄粉（上海今良食品技术有限公司）；
白砂糖（太古糖业有限公司）；
黄油（新西兰NATIVELANE公司）；
面包改良剂（安琪酵母股份有限公司）；
食盐（重庆合川盐化工有限公司）；
鸡蛋（重庆正大蛋业有限公司）；
耐高糖酵母（安琪酵母股份有限公司）；
正己烷、丙酮（分析纯，成都科隆化学品有限公司）；
无水乙醇（分析纯，重庆川东化工有限公司）。
1.2 仪器与设备
YP15K-1电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；
SM-985家用搅拌机（东莞市顶厨电器科技有限公司）；
YXD-F60A电热烤箱（上海一喜食品机械有限公司）；
YXZ-32发酵箱（上海一喜食品机械有限公司）；
TA-XT2i质构仪（英国Stable Micro Systems）；
TD-5离心机（四川蜀科仪器有限公司）；
VV1102Ⅱ紫外分光光度计（上海天美科学仪器有限公司）。
1.3 试验方法
1.3.1 面包制作工艺[9]
原料混合→和面→醒发（20 min）→切割、搓圆、整形（生坯30 g/个）→发酵（温度37 ℃，湿度85%，时间70 min）→焙烤（上火温度160 ℃，下火温度140 ℃，时间9 min）→冷却（2 h）→成品
1.3.2 番茄粉面包基础配方
以100 g高精粉质量为基准，添加48 g纯净水、1.5 g酵母、10 g蛋液、0.8 g面包改良剂、1 g食盐，白砂糖、黄油、番茄粉的添加比例按高筋面粉质量为100 g进行计算。
1.3.3 番茄粉面包单因素试验
1.3.3.1 番茄粉添加量对面包品质的影响
固定白砂糖添加量22 g、黄油添加量10 g，番茄粉添加量5，8，11和14 g，考察番茄粉添加量对面包品质的影响。
1.3.3.2 白砂糖添加量对面包品质的影响
固定番茄粉添加量8 g、黄油添加量10 g，白砂糖添加量20，22，24和26 g，考察白砂糖添加量对面包品质的影响。
1.3.3.3 黄油添加量对面包品质的影响
固定番茄粉添加量8 g、白砂糖添加量24 g，黄油添加量6，8，10和12 g，考察黄油添加量对面包品质的影响。
1.3.4 番茄粉面包响应面优化试验
根据单因素试验结果，以番茄粉添加量、白砂糖添加量和黄油添加量为自变量，以番茄粉面包的质构和比容作为评价指标，采用响应面试验对番茄粉面包的配方进行优化。响应面试验设计因素水平见表1。
表1 响应面设计因素水平 单位：g
1.3.5 番茄粉面包质构的测定
参考张园园等[10]的方法并加以修改。将冷却3 h的面包样品从正中心均分成4块，割去外表皮，取中芯部分，切成20 mm×30 mm×20 mm的小方块装入样品袋中待测。质构仪参数：测前、测中、测后的速度分别为2.00，1.00和1.00 mm/s，压缩比75%、压缩时间30 s、2次压缩时间间隔10 s、触发力10 N。每组样品平行测5次。依据宋艳玲等[11]研究得出面包质构属性中硬度和弹性能够很好地反映面包的柔软度、组织结构、表皮质地，可作为主要参数评价面包的品质。
1.3.6 番茄粉面包比容的测定
参考田红媚等[12]的方法并进行修改。采用小米体积排除法检测面包的体积，将面包放入500 mL量杯中，将小米倒入填满量杯，取出面包，观察剩余的小米体积，二者作差得出面包样品的体积。比容（mL/g）按式（1）计算。
1.3.7 番茄粉面包感官评价
依据GB/T 20981—2021《面包质量通则》中的要求并进行一定的修改并制作面包感官评分表。面包烤制完后冷却120 min，选择20位有一定感官评定经验的品评人员（男女各10名）根据表2的感官评定标准表进行测评。评价指标包括外观、色泽、质地、气味与口感、杂质。
表2 番茄粉面包感官评分表
1.3.8 番茄红素测定
依据高瑞萍[13]的方法并加以修改。为表征面包的整体含番茄红素含量，分别准确称取1 g带有面包皮及面包中芯部位的样品、0.05 g番茄粉于50 mL离心管中，加入20 mL正己烷-丙酮-乙醇（2∶1∶1，V/V）混合溶液。将样品混合液在避光条件下振荡30 min，加入5 mL去离子水继续振荡10 min，在避光条件下静置10 min，收集上层含有番茄红素的正己烷层。将收集的含番茄红素的正己烷层稀释一定倍数后，在503 nm处测吸光度。番茄红素含量（mg/100 g）按式（2）计算。
式中：A503nm为样品在503 nm的吸光度；
Mw为番茄红素分子量，536.9 g/mol；
V为样品溶液中正己烷的体积，mL；
ε为番茄红素在正己烷503 nm波长处的消光系数，17.2×104L·cm/mol；
L为吸收池长，1 cm；
C为稀释倍数。
1.4 数据处理与分析
所有数据重复3次，结果以平均值±SD表示。数据使用SPSS 19.0进行分析，方差分析采用Tukey’s HSD进行分析。图表中以不同小写英文字母代表显著性差异（P＜0.05为显著性差异）。
2.1 单因素试验结果
2.1.1 番茄粉添加量对面包品质特性的影响
硬度和弹性能够较好反映面包的质构特性。由图1可见，随着番茄粉添加量的增大，面包的硬度呈现上升趋势，而弹性呈现下降趋势，每100 g面粉添加5和8 g番茄粉对面包的硬度和弹性没有显著性影响（P＞0.05），随着添加量增加，硬度和弹性具有显著性变化。随着添加量的增大，更多的番茄粉填充在淀粉-蛋白质基内形成物理障碍，降低面团的延展性，使面筋网络出现空洞，面包持气性变差，从而导致面包的硬度不断增大，弹性和比容不断减小[14-15]。
面包比容能较好反映面团体积膨胀程度及保持能量。由图1可见，随着番茄粉添加量增加，面包的比容呈现降低趋势，每100 g面粉中添加6和8 g番茄粉对面包比容影响不显著（P＞0.05），随后呈现显著降低趋势。这表明适量添加番茄粉不影响面团醒发，但添加量过高，会降低面团的醒发能力。这可能是番茄粉中含有丰富的膳食纤维，会降低混合面团的面筋含量，从而影响面筋的网络结构，降低面团的持气能力[14,16]。
图1 番茄粉添加量对面包硬度、弹性和比容的影响
番茄粉添加量决定了番茄面包独特的番茄风味，添加量过少会导致番茄风味不足，面包表皮颜色呈淡黄色与普通面包没有差别；
而番茄粉添加量过多会导致面包成品过于酸和颜色暗沉，使人食欲下降。由于5和8 g番茄粉添加量对面包硬度、弹性和比容并无显著性影响，故选取添加8 g番茄粉作为中心点。
2.1.2 白砂糖添加量对面包品质特性的影响
白砂糖具有吸湿性，在面包烘焙过程中，可以增加面包制品的柔软度、蓬松度及其货架期。糖在烘焙加热过程中产生焦糖化反应及美拉德反应，使面包具有鲜艳的色泽及诱人的香气，并且白砂糖可以作为酵母的养分，促进面团酵母的繁殖，使面包变得蓬松、发酵加快，并且改善其内部组织结构[17]。由图2可见：面包的硬度随着白砂糖添加量增加呈先上升后下降再上升趋势，硬度在白砂糖添加量22与24 g之间产生显著性差异（P＜0.05）；
弹性随着白砂糖添加量的增加呈先上升后下降趋势，在添加量24 g时达到峰值，随后显著降低；
比容随着白砂糖添加量的增加呈先上升后下降趋势，白砂糖添加量24 g时比容最大，与其余3组均具有显著性变化。由于白砂糖添加量过少会导致面团发酵不充分、口感差、产品色泽暗淡以及组织结构差；
而白砂糖添加量过多导致其内部气孔大，产品颜色深，导致面团面筋形成不充分，面包不蓬松。结合成品的各项品质，确定白砂糖添加量24 g为中心点。
图2 白砂糖添加量对面包硬度、弹性和比容的影响
2.1.3 黄油添加量对面包品质特性的影响
黄油在面团中可以使面团延展性更好，在焙烤过程中产生风味，并且可以延长面包成品的保藏期，且黄油也直接影响着面包的硬度、弹性和比容。从图3可以看出，随着黄油添加量的增多，硬度呈显著性下降（P＜0.05）。弹性随着黄油添加量增加呈上升趋势，弹性在添加量为8 g和10 g时没有显著性变化（P＞0.05）；
面包比容随着黄油添加量的增加呈先上升后下降的趋势，在黄油添加量10 g时达到最大值；
黄油添加量8和10 g时，面包内部结构不够蓬松，内部气孔大，添加量10和12 g时面包内部结构疏松多孔，大气孔少，面团伸展性好。由于黄油添加量过多会导致面团发酵差、面团不易成型、比容小、内部组织结构差、形态不饱满以及口感变差；
黄油添加量少会导致面团延展性差，导致发酵出的面包体积小，烤制出的面包颜色淡、柔软度差、比容小[17]。结合面包的各项品质以及内部组织结构，确定黄油10 g为最中心点。
图3 黄油添加量对面包硬度、弹性和比容的影响
2.2 响应面试验结果分析
2.2.1 响应面试验设计与结果
根据单因素试验结果，以硬度为响应值，以番茄粉添加量、白砂糖添加量及黄油添加量为影响因素，设计三因素三水平响应面优化，试验设计和结果如表3所示。
表3 响应面分析试验方案及结果 单位：g
2.2.2 方差分析与回归方程
利用Dexign-Expert软件对结果进行多远回归拟合，得出番茄粉添加量、白砂糖添加量、黄油添加量与面包硬度间的二次多元回归方程：Y=968.73+107.26A+146.26B-219.75C+62.01AB-94.49AC-67.5BC+8.7A2+268.67B2+94.85C2。
对试验数据进行显著性分析，结果见表4。模型F为10.4，所得番茄粉面包硬度的回归方程显著（P＜0.01）；
失拟项不显著（P＞0.05），从而可对番茄粉面包的工艺参数进行准确的预测和分析。方差的决定系数R2值为0.930 4，说明硬度的变化有93.04%来源于番茄粉添、白砂糖和黄油的添加量。方差分析结果表明，一次项和二次项都有显著性因素，其中A、B、C和B2显著，各试验因子对面包硬度具有显著性影响。通过回归方程确定3个变量对面包硬度的贡献大小：C＞B＞A。
根据回归方程及表4的结果，得出番茄粉面包的最佳工艺配方：每100 g面粉中，番茄粉9.20 g，白砂糖23.12 g，黄油11.84 g。由回归方程预测，在此条件下面包硬度的理论值为888.375 g。考虑到试验条件和实际操作的可能性，调整为番茄粉9 g、白砂糖23 g、黄油12 g，进行3次验证的试验，番茄粉面包的平均硬度为910.45 g。该值与预测误差小于3%，说明该模型可以很好地反映番茄粉面包的最佳配比。该条件下番茄粉面包的弹性为0.66 mm。
表4 回归方程的方差分析
2.3 番茄粉面包的感官及番茄红素含量结果
由图4可得，通过对最优工艺制备的番茄粉面包与未添加番茄粉的面包进行比较，添加番茄粉面包的感官评分显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适中、外形饱满，具有番茄独特的香味。另一方面，由于番茄粉中富含番茄红素，使面包呈现橙黄色，使面包形成一种独特的颜色，能够较好地吸引消费者。
图4 番茄粉对面包感官评分的影响
高温烘焙后番茄红素损失50.47%，持续长时间高温烘焙处理导致全反式番茄红素发生氧化或异构化，从而使得烘焙后番茄粉中番茄红素含量降低[18-19]。面包中番茄红素含量为6.645 mg/100 g，由此可得，添加番茄粉不仅为面包提供独特的番茄风味，同时也提高面包的营养价值。
表5 番茄粉面包中番茄红素含量 单位：mg/100 g
基于单因素试验及响应面试验对番茄粉面包的工艺参数进行优化，探究番茄粉添加量、白砂糖添加量和黄油添加对面包品质的影响。最优工艺参数：每100 g面粉中番茄红素添加9 g、白砂糖添加23 g、黄油添加12 g。在此条件下，产品的硬度为910.45 g，弹性为0.66 mm，感官评分为86.65分，番茄红素含量为6.65 mg/100 g。试验结果证明添加番茄粉能得到具有番茄风味的营养面包，为番茄粉在烘焙制品中的应用奠定基础。
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