響應(yīng)面法優(yōu)化甘薯泥饅頭加工工藝

張鳳婕 ，張?zhí)煺Z ，曹燕飛 ，楊 哲 ，張海靜 ，李宏軍

（1.樂陵希森馬鈴薯產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 德州 253600；2.山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049）

甘薯，作為我國僅次于水稻、小麥、玉米的主要糧食作物[1]，是我國淀粉工業(yè)的主要原料。甘薯具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，其中必需氨基酸含量相對較高，特別是米面中較缺的賴氨酸。從營養(yǎng)角度看，甘薯營養(yǎng)比較平衡[2]，比大米、小麥粉具有更多的優(yōu)點(diǎn)。因此，將甘薯與大米、小麥粉等谷物類食品搭配食用，可以使蛋白質(zhì)的組成更全面[3]。

近年來，國外很多發(fā)達(dá)國家將甘薯視為“健康食品”及“太空食品”，掀起了一股食用甘薯的熱潮[4-6]。在我國，甘薯主要以加工淀粉[7]和制作薯片[8]為主，以甘薯為原料的主食產(chǎn)品研究報(bào)道較少。馬名揚(yáng)等[9]向小麥粉中加入一定比例的甘薯全粉制作饅頭，研究了甘薯全粉添加量對面團(tuán)流變學(xué)特性及饅頭品質(zhì)的影響；梁建蘭等[10]將甘薯配粉饅頭與普通饅頭揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)甘薯配粉饅頭中的香氣物質(zhì)比普通饅頭多十多種。

實(shí)驗(yàn)將甘薯制成泥后添加到小麥粉中制作甘薯泥饅頭，通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面法考察壓面次數(shù)、醒發(fā)時(shí)間、醒發(fā)溫度對含20%甘薯泥饅頭品質(zhì)的影響，確定最佳工藝條件，旨在為甘薯泥主食饅頭的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

雪花小麥粉：淄博市云海面粉廠；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；新鮮甘薯：市購。

1.2 儀器與設(shè)備

BRF-18C冷藏醒發(fā)箱：廣州展卓商用設(shè)備制造有限公司；MT140型系列壓面機(jī)：棗陽市巨鑫機(jī)械有限公司；多功能電熱鍋：山東鍋老大電器有限公司；TA.XT.plus型質(zhì)構(gòu)儀：英國 Stable Micro Systems公司；CM-3600A色彩色差儀：日本Konica Minolta公司；電子天平：福州科迪電子技術(shù)有限公司；B15三功能攪拌機(jī)：廣東力豐機(jī)械制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 饅頭制作工藝流程

采用二次發(fā)酵法制作甘薯泥饅頭的工藝流程為：稱取配料→和面成團(tuán)→發(fā)酵→壓延成型→醒發(fā)→蒸制→成品。

操作要點(diǎn)：①甘薯泥的制備。挑選無病害、表面光滑的甘薯，經(jīng)洗凈后用蒸鍋蒸 40 min，拿出放涼至室溫，去皮搗碎成甘薯泥備用。②和面。以100 g混合粉（20 g甘薯泥和80 g小麥粉）為基準(zhǔn)，固定加水量31 mL，酵母添加量1 g，一起加入攪拌機(jī)中和面3 min。③發(fā)酵。將面團(tuán)放入醒發(fā)箱中，在溫度36 ℃，相對濕度80%的條件[11]下發(fā)酵。④壓延成型。將發(fā)酵好的面團(tuán)放入壓面機(jī)中進(jìn)行壓延，多次壓延后取出面帶，揉搓成團(tuán)，手工成型。⑤醒發(fā)。將成型饅頭坯置于醒發(fā)箱中醒發(fā)20 min。⑥蒸制。醒發(fā)結(jié)束后，將饅頭坯放入蒸鍋中蒸制20 min，取出冷卻1 h，待測。

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)

考察壓面次數(shù)、醒發(fā)時(shí)間、醒發(fā)溫度的不同對甘薯泥饅頭品質(zhì)的影響，以比容、色差、膠粘性、感官評價(jià)為考察指標(biāo)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，確定各因素的最佳條件。單因素實(shí)驗(yàn)水平設(shè)置見表 1。

表1 單因素實(shí)驗(yàn)因素水平

1.3.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以壓面次數(shù)、醒發(fā)時(shí)間、醒發(fā)溫度3個(gè)因素為自變量，以甘薯泥饅頭的感官評價(jià)為標(biāo)準(zhǔn)，采用三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)因素水平編碼表如表2。

表2 實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼

1.4 指標(biāo)測定方法

1.4.1 饅頭比容測定

稱取饅頭，采用小米替換法測定饅頭體積，重復(fù)測定3次。按公式（1）計(jì)算饅頭的比容[12]。

式中：P為饅頭比容，mL/g；V為饅頭體積，mL；M表示饅頭質(zhì)量，g。

1.4.2 饅頭色差測定

取3個(gè)有代表性的饅頭，測定比容后，剝?nèi)ヰz頭皮，從饅頭中間部位開始，分別向兩邊切兩片20 mm厚的饅頭片，在色彩色差儀上分別測定每一片瓤與皮3個(gè)不同位置的亮度值（L*)，取平均值[13]。

1.4.3 饅頭膠黏性測定

在饅頭中心部分切取3個(gè)10 mm3的正方體，放在質(zhì)構(gòu)儀上，在TPA模式下采用P/36R壓盤式探頭進(jìn)行測定，測試參數(shù)為[14]：測試前速度2.00 mm/s，測試和測試后速度1.0 mm/s，壓縮程度60%，2次壓縮時(shí)間間隔10 s。重復(fù)測定6次，取平均值。

1.4.4 饅頭感官評價(jià)

參照GB/T 17320—2013《小麥品種品質(zhì)分類》的饅頭評定方法，對甘薯泥饅頭各項(xiàng)指標(biāo)評分適當(dāng)修改，具體評分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示，實(shí)驗(yàn)均3次重復(fù)，取平均值。

表3 感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SAS9.4軟件對數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，得到響應(yīng)面圖，使用OriginPro 9.1 軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 壓面次數(shù)對甘薯泥饅頭品質(zhì)的影響

壓面次數(shù)對甘薯泥饅頭比容、感官評價(jià)的影響和對色差、膠粘性的影響分別如圖1、圖2所示。

圖1 壓面次數(shù)對甘薯泥饅頭比容和感官評價(jià)的影響

圖2 壓面次數(shù)對甘薯泥饅頭色澤L*和膠粘性的影響

由圖 1、圖 2可以看出，隨著壓面次數(shù)的增加，甘薯泥饅頭的比容、感官評價(jià)和亮度值L*均呈先增加后減少的趨勢，饅頭的膠粘性顯著增加，當(dāng)壓面次數(shù)為14次時(shí)，比容、感官評價(jià)和亮度值L*達(dá)到最大值。壓面時(shí)可以使面團(tuán)的氣泡消失，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在壓面過程中逐漸形成，CO2氣體在面團(tuán)內(nèi)均勻溢出，蒸制的饅頭比容較大，外觀顏色較亮；壓面次數(shù)過多會使面團(tuán)出現(xiàn)滲水發(fā)黏，面團(tuán)持氣能力受限[15]，不利于面團(tuán)的發(fā)酵，此時(shí)蒸制的饅頭內(nèi)部組織呈不均勻狀，使饅頭比容減小，感官評價(jià)降低，L*逐漸變深。因此，確定最佳的壓面次數(shù)為14次。

2.1.2 醒發(fā)時(shí)間對甘薯泥饅頭品質(zhì)的影響

醒發(fā)時(shí)間對甘薯泥饅頭比容、感官評價(jià)的影響和對色差、膠粘性的影響分別如圖3、圖4所示。

圖3 醒發(fā)時(shí)間對甘薯泥饅頭比容和感官評價(jià)的影響

圖4 醒發(fā)時(shí)間對甘薯泥饅頭色澤L＊和膠粘性的影響

由圖3、圖4可以看出，隨著醒發(fā)時(shí)間的增加，甘薯泥饅頭比容、感官評價(jià)和亮度值L*均呈先增加后減少的趨勢，饅頭的膠粘性呈逐漸增加的趨勢，當(dāng)醒發(fā)時(shí)間為20 min時(shí)，比容、感官評價(jià)和亮度值L*達(dá)到最大值。這是由于隨著醒發(fā)時(shí)間的增加，甘薯泥饅頭內(nèi)部孔洞細(xì)小均勻，表面光滑，比容增大，感官評價(jià)較高；但是醒發(fā)時(shí)間過長，會使面團(tuán)膨脹過度而超過可承受的拉伸限度[16]，饅頭內(nèi)部孔洞大小不一，缺乏光澤或表面不平，感官評價(jià)下降。因此，確定最佳的醒發(fā)時(shí)間為20 min。

2.1.3 醒發(fā)溫度對甘薯泥饅頭品質(zhì)的影響

醒發(fā)溫度對甘薯泥饅頭比容、感官評價(jià)的影響和對色差、膠粘性的影響分別如圖5、6所示。

圖5 醒發(fā)溫度對甘薯泥饅頭比容和感官評價(jià)的影響

圖6 醒發(fā)溫度對甘薯泥饅頭色澤L＊和膠粘性的影響

由圖5、圖6可知，甘薯泥饅頭的比容、感官評價(jià)和亮度值L*隨著醒發(fā)溫度的增加均呈先增加后減少的趨勢，饅頭的膠粘性顯著增加，當(dāng)醒發(fā)溫度為 32 ℃時(shí)，比容、感官評價(jià)和亮度值L*達(dá)到最大值。這是由于隨著醒發(fā)溫度的延長，酵母菌大量生長繁殖，促進(jìn)面團(tuán)體積的膨脹，饅頭內(nèi)部產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)[17]，表面光滑；隨著發(fā)酵溫度繼續(xù)升高，酵母菌生長繁殖受到抑制，饅頭表面出現(xiàn)暗斑，內(nèi)部孔洞粗糙，比容減小，感官評價(jià)降低。因此，確定最佳的醒發(fā)溫度為32 ℃。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)安排及結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)安排與結(jié)果

2.2.2 甘薯泥饅頭醒發(fā)工藝模型建立及顯著性檢驗(yàn)

利用SAS 9.4軟件對表3中甘薯泥饅頭的感官評價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)、回歸模型方差分析以及響應(yīng)面，見表4、表5、圖7。

采用SAS 9.4軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，3個(gè)因素對甘薯泥饅頭感官評價(jià)經(jīng)過擬合得到回歸方程：

表4 回歸方程的系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

由表4可看出，影響甘薯泥饅頭感官評價(jià)的因素按照主次順序?yàn)椋盒寻l(fā)時(shí)間＞醒發(fā)溫度＞壓面次數(shù)。模型的常數(shù)項(xiàng)（Pr＜0.000 1）極顯著；二次項(xiàng)顯著；一次項(xiàng)X2（Pr=0.029 8＜0.05=較顯著；其他不顯著。

表5 甘薯泥饅頭感官評價(jià)的回歸模型方差分析

由表5可知：甘薯泥饅頭感官評價(jià)的回歸模型的決定系數(shù)為R2=0.820 7；線性（Pr=0.084 0＞0.05）不顯著，二次項(xiàng)（Pr=0.000 1＜0.01）顯著，交互項(xiàng)（Pr=0.326 2＞0.05）不顯著，總回歸（Pr=0.001 3＜0.01）顯著；失擬（Pr=0.166 4＞0.05）不顯著。由此可以說明所建立的甘薯泥饅頭感官評價(jià)的數(shù)據(jù)與模型的擬合程度較好。

圖7 醒發(fā)工藝參數(shù)對甘薯泥饅頭感官評價(jià)影響的響應(yīng)面分析

圖7a是醒發(fā)時(shí)間為20 min時(shí)，壓面次數(shù)與醒發(fā)溫度對甘薯泥饅頭感官評價(jià)影響的響應(yīng)曲面。從圖中可以看出，當(dāng)醒發(fā)溫度一定時(shí)，隨著壓面次數(shù)的增加，甘薯泥饅頭的感官評分呈先上升然后下降；當(dāng)壓面次數(shù)不變時(shí)，隨著醒發(fā)溫度不斷升高，甘薯泥饅頭的感官評分呈出先增加后降低的趨勢。圖7b是醒發(fā)溫度為32 ℃時(shí)，壓面次數(shù)與醒發(fā)時(shí)間對甘薯泥饅頭感官評價(jià)影響的響應(yīng)曲面。從圖中可以看出，當(dāng)醒發(fā)時(shí)間不變時(shí)，隨著壓面次數(shù)的不斷增加，甘薯泥饅頭的感官評分先上升后下降；當(dāng)壓面次數(shù)一定時(shí)，甘薯泥饅頭的感官評分會隨著醒發(fā)時(shí)間的增加先上升后下降。圖7c是壓面次數(shù)為14次時(shí)，醒發(fā)時(shí)間與醒發(fā)溫度對甘薯泥饅頭感官評分影響的響應(yīng)曲面。從圖中可以看出，當(dāng)醒發(fā)溫度一定時(shí)，隨著醒發(fā)時(shí)間的增加，甘薯泥饅頭的感官評分呈先增加后減少趨勢；當(dāng)醒發(fā)時(shí)間一定時(shí)，甘薯泥饅頭的感官評分隨著醒發(fā)溫度的升高呈先增大后減少的趨勢。

2.2.3 嶺回歸尋找最佳工藝范圍

從表 6可知，當(dāng)甘薯泥饅頭的考察指標(biāo)是感官評價(jià)時(shí)，利用嶺回歸尋優(yōu)可以找到醒發(fā)工藝的最佳參數(shù)范圍：壓面次數(shù)（X1）為 13～14次，醒發(fā)時(shí)間（X2）為 15～20 min，醒發(fā)溫度（X3）為 32～35 ℃。

2.2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)安排及結(jié)果

由表 7可以看出，在醒發(fā)工藝的最佳參數(shù)范圍內(nèi)，甘薯泥饅頭的感官評分?jǐn)?shù)據(jù)均在回歸模型所預(yù)測值的范圍內(nèi)，表明醒發(fā)工藝的參數(shù)優(yōu)化是可靠的。在此驗(yàn)證下得出的醒發(fā)工藝參數(shù)是：壓面次數(shù)14次，醒發(fā)時(shí)間18 min，醒發(fā)溫度33 ℃，在該醒發(fā)工藝條件下甘薯泥饅頭的感官評分是89分。

表6 甘薯泥饅頭感官評分的嶺回歸尋優(yōu)分析

表7 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

3 結(jié)論

以 20%甘薯泥和小麥粉為原料，研究壓面次數(shù)、醒發(fā)時(shí)間、醒發(fā)溫度對甘薯泥饅頭品質(zhì)的影響規(guī)律。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取感官評價(jià)為考察指標(biāo)，利用響應(yīng)面分析法對甘薯泥饅頭加工工藝進(jìn)行優(yōu)化。得到甘薯泥饅頭的最佳工藝為：壓面次數(shù)14次，醒發(fā)時(shí)間18 min，醒發(fā)溫度33 ℃。在此工藝條件下甘薯泥饅頭品質(zhì)較好，具有特殊的甘薯香味?？梢詾楦适砟囵z頭的后續(xù)研究提供一定的理論指導(dǎo)。