摘 要：以谷朊粉和淀粉为原料，经保温发酵后高温蒸制成烤麸。利用响应曲面法对烤麸生产工艺条件进行优化。研究谷朊粉含量、酵母添加量和发酵时间三因素对烤麸品质的影响。结果显示，烤麸生产的最佳工艺条件为谷朊粉含量为95.4 %，酵母添加量为1.36 %，发酵时间114 min，在此条件下，生产的烤麸感官得分为90.9分。
关键词：响应面法；烤麸；工艺；优化
烤麸，是用带皮的麦子磨成麦麸面粉，而后在水中搓揉筛洗而分离出来的面筋，经发酵蒸熟制成的传统美食，呈海绵状，蛋白质含量高，也含有钙、磷与铁质，是一种良好的低脂肪、低热量、高蛋白的休闲食品[1]，市场上比较常见的产品有四喜烤麸[2]等。目前，烤麸所采用的面筋仍以手工为主，生产效率较低，用高蛋白产品替代手洗面筋，将实现烤麸的大量生产。
谷朊粉，是小麦加工后分离得到的副产品，其蛋白质（主要是麦胶蛋白和麦谷蛋白）含量在80 %，且氨基酸组成比较齐全，钙、磷、铁等矿物质营养丰富[3-5]，是替代烤麸面筋的较好选择。
本文以谷朊粉和淀粉为原料，替代传统手洗面筋方法制作烤麸，采用响应面分析法对烤麸的生产工艺参数进行优化，为烤麸的工业化生产提供参考。
1.1 材料
谷朊粉：河南莲花面粉有限公司；小麦纯淀粉：万果园超市；安琪高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。
1.2 仪器与设备
蒸锅、塑料盆、烧杯（250 mL）、XF-12高级发酵箱：广州市白云区兰天厨具电器厂；JA6102电子天平：上海精天电子仪器厂；C21-SK2101多功能电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
1.3.2 操作要点
1）原料配制：分别称取谷朊粉和淀粉，在塑料盆中混合均匀，同时将酵母在30℃温水中预先溶解。
2）调制面团：将溶解的酵母加入到谷朊粉和淀粉中，充分混合，迅速调制成吸水充足的湿面筋团。
3）发酵：调整发酵箱温度为37℃，湿度为70 %，将湿面筋团均匀放至烧杯中，用保鲜膜覆盖烧杯口，放置在发酵箱中发酵90 min～130 min。
4）分割成型：将发酵好的面团分割成每块60 g的面团，整型待蒸。
5）蒸制：预先将蒸锅中水烧开，将分割整型好的面筋块连同烧杯放置在沸腾的蒸锅中蒸制30 min。
6）成品：出锅冷却后，将其装入保鲜袋中，贴上标签，以待后续分析使用。
1.3.3 感官评价
本试验烤麸采用百分制的评定方法，见表1。
表1 烤麸感官评价标准表
Table 1 The sensory evaluation standard of roast bran
评定指标 评定标准 分值色泽（25分）表面、边缘和底部呈均匀的淡黄色，无黑块或白块色泽不均匀，表面有硬块，稍有异色；色泽不均匀，过黄或较白，有明显异色；20～25 15～19 ＜15 20～25 15～19 ＜15组织结构（25分）风味（25分）有麦香味，无异味；有麦香味，略有异味；无麦香味，有明显异味；组织细腻，有细密而均匀的气孔，呈均匀蜂窝状，无杂质；略有大孔，组织较粗糙，稍有污点；质地僵硬，有杂质，太软或较硬；20～25 15～19 ＜15弹性（25分）用手按压很快恢复，不塌陷；用手按压恢复较慢，稍有塌陷；用手按压不能恢复；20～25 15～19 ＜15
评定项目为：色泽、风味、组织结构、弹性4个方面。分别对不同处理进行取样，并对其进行鉴定评分，最终决定最佳的原料配比。
1.4 工艺优化试验设计
1.4.1 单因素试验
分别考察谷朊粉含量、酵母添加量、发酵时间对烤麸感官评分的影响。
1.4.2 响应曲面设计试验
结合单因素试验结果，以谷朊粉含量、酵母添加量、发酵时间为因素，以感官评定为试验指标，进行三因素三水平的Box-Behnken设计试验。烤麸响应曲面试验设计与结果见表2。
1.5 数据处理
采用Excel和Design-Expert6.0.5进行试验数据分析。
表2 烤麸响应曲面试验设计与结
Table 2 The roast bran of response surface experimental design matrix and experimental results
试验号 谷朊粉含量/%感官分值（100分）1 90 1.50 120 83.5 2 95 1.00 120 87.4 3 90 2.00 110 80.1 4 95 1.50 110 90.3 5 95 1.00 100 86.1 6 90 1.00 110 80.3 7 95 1.50 110 90.9 8 95 2.00 120 88.0 9 100 1.00 110 87.9 10 100 1.50 120 84.2 11 90 1.50 100 80.1 12 100 2.00 110 78.1 13 95 2.00 100 77.5 14 95 1.50 110 90.6 15 95 1.50 110 90.1 16 100 1.50 100 75.6 17 95 1.50 110 88.6酵母添加量/%发酵时间/ min
2.1 单因素对烤麸品质的影响
2.1.1 谷朊粉含量对烤麸品质的影响
分别选取谷朊粉含量为80 %、85 %、90 %、95 %、100 %的原料粉，活性酵母添加量1.50 %，发酵时间110 min，蒸制30 min，制成烤麸，分别判断其对烤麸感官评价的影响，确定谷朊粉含量较好水平，谷朊粉含量对烤麸品质的影响试验结果如图1所示。
图1 谷朊粉含量对烤麸品质的影响
Fig.1 Effect of content of wheat gluten on quality of roast bran
谷朊粉主要由麦胶蛋白和麦谷蛋白组成，吸水后具有疏松的组织结构以及较好的弹性。在发酵过程中，面筋能抵抗CO2气体膨胀而不使气体外逸，从而形成疏松结构的烤麸，且其质地柔软，有一定弹性和韧性。试验结果可知，随着谷朊粉含量的增多，其感官得分呈现先增高后降低的趋势，原因是谷朊粉含量过高，烤麸发酵过程中无法蓬松，烤麸弹性下降。因此，在谷朊粉含量为95.0 %时，产品品质较好。
2.1.2 酵母添加量对烤麸品质的影响
分别选取酵母添加量0.50 %、1.00 %、1.50 %、2.00 %、2.50 %，谷朊粉含量90.0 %，发酵110 min，蒸制30 min，判断其对烤麸感官评价的影响，确定出酵母添加量较好水平，酵母添加量对烤麸品质的影响试验结果如图2。
图2 酵母添加量对烤麸品质的影响
Fig.2 Effect of content of yeast on quality of roast bran
由试验结果可知，随着酵母添加量的增多，产品感官得分逐渐增高，但超过1.50 %后逐渐下降，原因是酵母添加量小于1.50 %时，造成产品发酵不充分，组织较硬，添加量大于1.50 %时产品发酵过度，蒸熟后烤麸支撑力弱，产品较软。因此，酵母添加量为1.50 %时，产品品质较好。
2.1.3 发酵时间对烤麸品质的影响
分别选取发酵时间90、100、110、120、130 min，谷朊粉含量90 %，酵母添加量1.50 %，制成烤麸，判断其对烤麸感官评价的影响，确定出最佳发酵时间，发酵时间对烤麸品质的影响试验结果如图3。
图3 发酵时间对烤麸品质的影响
Fig.3 Effect of fermentation time on quality of roast bran
从图3中可以看出90 min和130 min发酵时间分别因时间较短和较长而影响产品的组织疏松度，感官得分较小。原因是发酵时间短，产品不能完全发酵，其组织结构无法较好形成；发酵时间过长，产品产生酸味，影响产品风味。因此，发酵时间在110 min时，产品品质较好。
2.2 响应曲面分析
使用响应曲面Design-Expert6.0.5软件进行数据分析，以感官得分为响应值，得到的多元回归模型方程为：Y=90.1+0.225A-2.25B+2.98C-2.4AB+1.30AC+ 2.30BC-6.20A2-2.30B2-3.05C2，对所建模型进行方差分析，感官回归性方程的方差分析如表3所示。
表3 感官回归性方程的方差分析
Table 3 Analysis of variance for regression equation
注：P值小于0.05，表示该指标显著。
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性模型 406 9 45.1 21.4 0.000 271 显著A 0.405 1 0.405 0.192 0.674 B 40.5 1 40.5 19.2 0.003 21 C 70.8 1 70.8 33.6 0.000 663 A2 162 1 162 76.9 ＜0.000 1 B2 22.3 1 22.3 10.6 0.014 C2 39.2 1 39.2 18.6 0.003 5 AB 23 1 23 10.9 0.013 AC 6.76 1 6.76 3.21 0.116 BC 21.2 1 21.2 10.1 0.015 7残差 14.7 7 2.1失拟差 11.5 3 3.85 4.84 0.080 8 不显著纯误差 3.18 4 0.795总离差 421 16
从表3可以看出，模型的F值为21.4，P值为0.000 271，且失拟试验不显著，说明该模型高度显著，即方程Y拟合3个因素与感官得分检验之间的关系是可行的，可以从中得出最佳工艺条件，从方差分析表中可以看出，酵母添加量、发酵时间、谷朊粉含量3个因素的二次项以及酵母量和发酵时间的交互作用对高度响应值的影响是显著的，感官回归方程中又增加了谷朊粉含量和酵母添加量的交互作用。这表明响应值的变化相当复杂，各个试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系，而是呈二次关系，且三因素之间存在交互关系。从回归方程的一次项系数可以看出三因素影响烤麸品质的大小顺序为：发酵时间＞酵母添加量＞谷朊粉含量。
为了考察交互项对烤麸感官品质的影响，对模型进行降维分析[6]，在其他因素条件固定不变的情况下，考察交互项对产品感官品质的影响，通过多元回归方程所做的响应曲面图见图4。
图4 烤麸感官得分响应曲面Fig.4 Response surface of sensory evaluation of roast bran
所拟合的响应曲面图能比较直观地反映各因素间的交互作用。
从图4中可以看出，在因素所考察的范围内，立体图开口向下，所以感官得分有最高值，范围是谷朊粉含量92.5 %～97.5 %、酵母添加量1.00 %～1.50 %、发酵时间105 min～115 min。表2的试验结果用Design-Expert6.0.5软件进行二次多项式逐步回归，可以得出烤麸生产工艺的优化条件：谷朊粉含量95.4 %、酵母添加量1.36 %、发酵时间为114 min时，得到最大感官得分91分。
2.3 验证试验
为检验Box-Behnken试验设计所得结果的可靠性，采用上述最优工艺参数生产烤麸样品3个，平均感官评定得分达到90.9，与理论预测值相比，其相对误差较小，因此，基于Box-Behnken试验设计所得的最佳工艺参数准确可靠，具有实用价值。
本文采用响应曲面分析法优化烤麸的生产工艺，在谷朊粉含量、酵母添加量和发酵时间3个因素中，发酵时间对烤麸品质的综合影响达到显著水平，同时，发酵时间和酵母添加量的交互作用对其也有显著影响，3个因素的主次顺序为：发酵时间＞酵母添加量＞谷朊粉含量。利用Design-Expert 6.0.5软件对试验数据进行分析，结果表明，烤麸生产工艺的最佳条件为：谷朊粉含量95.4 %、酵母添加量1.36 %、发酵时间为114 min。
参考文献：
[1]刘勤生,胡志和．中式传统食品加工技术[M]．北京:化学工业出版社,2009:113-115
[2]豆牛．四喜烤麸[J]．食品与健康,2010(5): 49
[3]石陆娥,唐振兴,俞志明．谷朊粉的开发与利用[J]．现代食品科技, 2005,21(1):170-173
[4]哀超,刘亚伟,杨宝,等．小麦淀粉与谷朊粉生产[J]．西部粮油科技, 2003(1):34-36
[5] AMBATI P, AYYANNA C. Optimizing medium constituents and fer-mentation conditions for citric acid production from palmyrajaggeryusing response surface method[J]. World Joumal of Microbiology &Biotechnology, 2001, 17(4): 331-335
[6]吴有炜．试验设计与数据处理[M]．苏州:苏州大学出版社,2002: 115-154
Optimization of the Production Process of Roast Bran by Response Surface Methodology
Abstract：Wheat gluten supplemented with starch as raw material through the insulaton after fermentation and high-temperature steaming baked bran，the process for production of roast bran was optimized by response surface methodology based on one-factor-at-a-time experiments.Effects of wheat gluten content，yeast amount and fermentation time were researched with sensory score as indexes. The results showed that the optimum conditions for the production were that wheat gluten content 95.4 %，yeast amount 1.36 %，fermentation time 114 min.Under the above condition，the production of bran sensory score was 90.9.
Key words：response surface methodology；roast bran；production process；optimization
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.04.024
基金项目：国家自然科学基金资助项目（31101341）
收稿日期：2014-11-17