占比90%紫薯全粉面條加工工藝優(yōu)化

司藝?yán)?，艾志錄?，許夢(mèng)言，范會(huì)平，2*,王雪竹

1(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州，450002) 2(農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州，450002) 3(河南省食品藥品審評(píng)查驗(yàn)中心，河南 鄭州，450004)

紫薯除了具有普通甘薯的營養(yǎng)成分外，還富含花青素和硒元素等營養(yǎng)物質(zhì)，它還具有抗突變、抗腫瘤、抗氧化、保肝、抗高血糖和抗菌等多種生物活性[1]。紫薯全粉是以新鮮優(yōu)質(zhì)的紫薯為原料，經(jīng)過清洗、去皮、干燥、粉碎等過程制成全粉，紫薯全粉最大限度保留了紫薯除外皮以外的干物質(zhì)，復(fù)水后又與新鮮紫薯的口感無異，是一種良好的食品加工材料，并且解決了新鮮紫薯運(yùn)輸儲(chǔ)藏的難題，延長了制作紫薯相關(guān)產(chǎn)品的周期[2]。

常規(guī)的紫薯面條是將一定比例的紫薯全粉或者新鮮紫薯泥添加到小麥粉中，從而提高面條的營養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味[3]。對(duì)于紫薯而言，使用常規(guī)的面條制作工藝制備的成品品質(zhì)并不理想，這是因?yàn)樽鲜砣壑胁缓行←湻壑心軌蛭笮纬擅娼罹W(wǎng)絡(luò)的面筋蛋白，加水?dāng)嚢韬笮纬傻拿鎴F(tuán)黏性很大，彈性和筋性很小，制成的紫薯面條斷條率高而且容易渾湯[4]。對(duì)于面筋含量較少或者不含面筋的原料，用擠壓法生產(chǎn)出來的面條，彈性和斷條率都會(huì)比用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的面條好[5]，這些原料加適量的水?dāng)嚢韬?，?jīng)反復(fù)擠壓后，一方面會(huì)使淀粉糊的理化性質(zhì)發(fā)生變化，產(chǎn)生較強(qiáng)的韌性和黏連性；另一方面高強(qiáng)度的擠壓攪拌也能使蛋白質(zhì)發(fā)生一定程度的變性，在擠壓的作用下，細(xì)胞破裂釋放出蛋白質(zhì)，并使游離的球蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，原來有序的球形肽鏈逐漸伸展，相互連接形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大量水被包圍在網(wǎng)絡(luò)組織中，加強(qiáng)了蛋白質(zhì)的膠凝作用，從而使粉體的韌性和黏連性得到加強(qiáng)[6-7]。淀粉糊化后黏性很大，選用直鏈淀粉含量較多的淀粉，經(jīng)過老化作用能夠更好地改善面條的質(zhì)構(gòu)；蒸制處理則是利用蒸汽加熱的方式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)一步熟化定型。

本研究旨在通過添加玉米淀粉、混合食用膠，來改善面條制作過程中淀粉的糊化和老化性質(zhì)，并通過蒸面處理和擠壓工藝來開發(fā)紫薯面條制備并進(jìn)行優(yōu)化研究，開發(fā)紫薯全粉占比90%以上的紫薯全粉面條生產(chǎn)工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

紫薯全粉，河南天豫薯業(yè)股份有限公司；玉米淀粉，河南省變地金糧油食品有限公司；刺槐豆膠，淄博黃河龍生物工程有限公司；羧甲基纖維素鈉(CMC)，重慶力宏精細(xì)化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JMTD168/140試驗(yàn)面條機(jī)，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；DHG-9245A鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TA-XA PLUS質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System 公司；YL90-4土豆粉儀，河北勁牛電機(jī)有限公司；BCD-536WKM變頻風(fēng)冷對(duì)開門電冰箱，廣東美的電器股份有限公司。

1.3 紫薯全粉面條制作流程

紫薯全粉面條制作參照杜好等[8]的方法。

糊化淀粉→和面→醒發(fā)→軋片→蒸制→擠壓出條→老化→成品

將適量玉米淀粉與蒸餾水[m(玉米淀粉)∶m(水)=1∶7]混合后置于70～80 ℃水浴鍋中進(jìn)行糊化，然后與一定量的混合膠[m(CMC)∶m(刺槐豆膠)=6∶4](添加量參考國標(biāo)GB 2760—2014中生濕面制品的要求)、100 g紫薯全粉以及30%(以紫薯全粉添加量為基礎(chǔ))左右的蒸餾水混合均勻至呈顆粒狀且無白點(diǎn)，覆蓋保鮮膜進(jìn)行熟化，熟化15 min后用面條機(jī)壓延，軋距1.5 mm，反復(fù)碾壓7～8次制成厚度約4 mm左右的面帶，上鍋蒸制一定時(shí)間，蒸制完成后待面帶冷卻到75 ℃左右放入土豆粉儀中擠壓出條，放入保鮮袋置于4 ℃冰箱老化一定時(shí)間后取出，恢復(fù)到室溫后即為成品。

1.4 單因素試驗(yàn)

為了研究紫薯全粉添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%以上的紫薯面條開發(fā)及工藝優(yōu)化，選取玉米淀粉添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%、2%、4%、6%、8%)、蒸制時(shí)間(0、3、6、9、12 min)、老化時(shí)間(0、2、4、6、8 h)和混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%)這4個(gè)試驗(yàn)因素，再以紫薯面條的質(zhì)構(gòu)、蒸煮損失率、感官評(píng)價(jià)和熟斷條率作為試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.5 面條熟斷條率的測(cè)定

從制作好的鮮面條中抽取30根放入1 000 mL的沸水中煮制3 min后撈出，觀察有無斷條；記錄斷條的根數(shù)，根據(jù)公式(1)計(jì)算出面條蒸煮時(shí)的熟斷條率[9]。

(1)

1.6 蒸煮損失率的測(cè)定

稱取10 g(含水量為P)紫薯全粉面條在500 mL沸水中煮至最佳蒸煮時(shí)間，立即撈出面條，待面湯冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移到500 mL容量瓶中，混合定容，取100 mL面湯倒入恒重的鋁盒中，放入105 ℃烘箱中烘至恒重，測(cè)得固形物含量W(g)，則面湯中固形物總量與面條質(zhì)量的比值即為蒸煮損失[10]，見公式(2)：

(2)

1.7 感官評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)以煮制后的面條為感官評(píng)價(jià)對(duì)象，由10位人員組成感官評(píng)價(jià)小組，按照表1的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分，最后得出平均分。

表1 紫薯全粉面條的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria for purple sweet potato noodle

1.8 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

參考潘治利等[11]的方法，稱取20 g面條放入1 000 mL水中煮制3 min，然后撈出放入500 mL蒸餾水中冷卻10 s，用漏勺撈出濾干水分1 min，瀝干后用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定。每個(gè)樣品測(cè)定8次，取平均值。

TPA試驗(yàn)參數(shù)：探頭P50；測(cè)前速度2.0 mm/s；測(cè)試速度0.8 mm/s；測(cè)后速度0.8 mm/s；壓縮比70%；觸發(fā)力0.05 N。

1.9 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)方法對(duì)紫薯全粉面條的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，選擇玉米淀粉的添加量、蒸制時(shí)間、老化時(shí)間和混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)的添加量為自變量，以熟斷條率、蒸煮損失率和感官評(píng)價(jià)為響應(yīng)值，確定自變量和響應(yīng)函數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)模型[12]。

1.10 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003，SPSS 16.0軟件和Design-Expert V6.0.5數(shù)據(jù)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薯全粉面條單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 玉米淀粉添加量對(duì)紫薯全粉面條的品質(zhì)影響

取100 g紫薯全粉，加入0.5%的混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)，玉米淀粉的添加量分別為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%、2%、4%、6%、8%(以紫薯全粉的添加量為基礎(chǔ))，再加入30%左右的蒸餾水，蒸制9 min，老化4 h后制成面條，考察玉米淀粉添加量對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響。

由表2可知，玉米淀粉添加量對(duì)紫薯全粉面條的質(zhì)構(gòu)特性、熟斷條率和感官評(píng)價(jià)有顯著性影響。添加玉米淀粉后，紫薯全粉面條的硬度、黏性和咀嚼性均比空白有所增大，但玉米淀粉添加量的增加對(duì)紫薯全粉面條的硬度、黏性和咀嚼性的影響并不顯著；添加玉米淀粉對(duì)紫薯面條的彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性無顯著影響。紫薯面條的熟斷條率和蒸煮損失率隨著玉米淀粉添加量的增加呈先下降后上升趨勢(shì)，其感官評(píng)價(jià)呈先上升后下降趨勢(shì)。當(dāng)玉米淀粉添加量為4%時(shí)，其熟斷條率和蒸煮損失率均達(dá)到最低值；當(dāng)玉米淀粉添加量為6%時(shí)，其感官評(píng)價(jià)最高，咀嚼性較好，熟斷條率同時(shí)達(dá)到最低值。這可能是由于淀粉糊化后黏性增大，與食用膠和紫薯全粉混合后形成了具有一定黏性和凝膠特性的物質(zhì)。隨著淀粉添加量的增加，紫薯全粉面條的品質(zhì)逐漸提高，但隨著添加量的進(jìn)一步增加，混合后所形成的新物質(zhì)開始逐步介入到紫薯全粉面條原有結(jié)構(gòu)中，反而使得面條品質(zhì)下降[13]。綜合分析，選擇玉米淀粉添加量為6%為最適添加量。

表2 玉米淀粉添加量對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響Table 2 Effect of corn starch addition on the quality of purple potato whole flour noodles

注：平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同一列上標(biāo)字母不同表示均值之間存在顯著性異(P<0.05)(下同)

2.1.2 蒸制時(shí)間對(duì)紫薯全粉面條的品質(zhì)影響

取100 g紫薯全粉，加入0.5%的混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)，4%糊化好的玉米淀粉，再加入30%左右的蒸餾水，蒸制時(shí)間分別為0、3、6、9和12 min，老化4 h后制成面條，考察蒸制時(shí)間對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響。

由表3可得，蒸制時(shí)間對(duì)紫薯全粉面條的硬度、內(nèi)聚性、黏性和咀嚼性及蒸煮損失率和感官評(píng)價(jià)均影響顯著，而對(duì)其彈性、回復(fù)性和熟斷條率的影響不顯著。隨著蒸制時(shí)間的增加，紫薯全粉面條的硬度、內(nèi)聚性、黏性、咀嚼性和感官評(píng)價(jià)逐漸增大，蒸煮損失率逐漸降低。在蒸制時(shí)間為9 min時(shí)，紫薯全粉面條的熟斷條率和蒸煮損失率達(dá)到最小值，感官評(píng)價(jià)評(píng)分最高。這可能是因?yàn)檎糁埔欢〞r(shí)間會(huì)促進(jìn)淀粉糊化，同時(shí)使蛋白質(zhì)互相交聯(lián)形成更為緊密的面條結(jié)構(gòu)，紫薯全粉面條的品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性都得以提高[14]；但隨著蒸制時(shí)間的進(jìn)一步增加，淀粉顆粒逐漸膨脹并破裂，從而使淀粉的黏性降低，一部分淀粉糊化完成后在煮制過程中從面條表面脫落，導(dǎo)致面條的蒸煮品質(zhì)下降。綜合分析后，選擇蒸制時(shí)間為9 min。

表3 蒸制時(shí)間對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響Table 3 Effect of steaming time on the quality of purple potato whole noodles

2.1.3 老化時(shí)間對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響

取100 g紫薯全粉，加入0.5%的混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)，4%的糊化好的玉米淀粉，再加入30%左右的蒸餾水，蒸制6 min，分別老化0、2、4、6和8 h后制成面條，考察老化時(shí)間對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響。

由表4可以看出，老化時(shí)間對(duì)紫薯全粉面條的硬度、內(nèi)聚性、黏性和咀嚼性以及熟斷條率和感官評(píng)價(jià)均有影響，對(duì)彈性、回復(fù)性和蒸煮損失率的影響不顯著。在老化時(shí)間為0～6 h范圍內(nèi)，面條的硬度和內(nèi)聚性無顯著變化，老化時(shí)間從6 h升到8 h時(shí)，面條的硬度和內(nèi)聚性下降。當(dāng)老化時(shí)間為4 h時(shí)，其熟斷條率最低，感官評(píng)分達(dá)到最大值。這可能是糊化后的淀粉在溫度降低后，淀粉開始老化，無規(guī)則的淀粉分子發(fā)生重排形成具有一定規(guī)則的結(jié)構(gòu)。直鏈淀粉易老化是因其分子結(jié)構(gòu)整齊，老化后易形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，也能生成穩(wěn)固的晶體結(jié)構(gòu)，從而改善了紫薯全粉面條的品質(zhì)[15]；但隨著老化時(shí)間的延長，因老化重排而形成的晶體結(jié)構(gòu)逐漸增強(qiáng)，破壞了原有面條的組織結(jié)構(gòu)，使面條品質(zhì)反而開始下降[16]。綜合分析后，選擇老化時(shí)間為4 h。

表4 老化時(shí)間對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響Table 4 Effect of aging time on the quality of purple potato whole noodles

2.1.4 混合膠的添加量對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響

取100 g紫薯全粉，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的糊化好的玉米淀粉，混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)的添加量分別為0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%(以紫薯全粉的添加量為基礎(chǔ))，再加入30%左右的蒸餾水，蒸制9 min，老化4 h后制成面條，考察混合膠的添加量對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響。

由表5可得，混合膠的添加量對(duì)紫薯全粉面條的硬度、彈性、黏性和咀嚼性以及熟斷條率、蒸煮損失率和感官評(píng)價(jià)均有顯著性影響。隨著混合膠添加量的增加，紫薯全粉面條的硬度、彈性、黏性和咀嚼性逐漸增加，熟斷條率和蒸煮損失率逐漸降低。在混合膠的添加量為0.75%時(shí)，紫薯全粉面條熟斷條率達(dá)到最低，蒸煮損失率較低，感官評(píng)分達(dá)到最大值；添加混合膠的紫薯面條其感官品質(zhì)高于未加混合膠的空白對(duì)照，但是混合膠添加量的變化對(duì)紫薯全粉面條的感官評(píng)價(jià)無顯著影響。這可能是因?yàn)椴缓娼畹鞍椎淖鲜砣叟c水混合后制成的面條結(jié)構(gòu)松散，不易成型，加入適量的食用膠可以增加面條結(jié)構(gòu)的緊密性，使生產(chǎn)出來的紫薯全粉面條富有彈性和內(nèi)聚性，斷條率降低，且不易渾湯，口感爽滑不粘牙[17]。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際綜合分析后，選擇混合膠的添加量為0.75%。

表5 混合膠的添加量對(duì)紫薯全粉面條品質(zhì)的影響Table 5 Effect of the addition amount of mixed gel on the quality of purple potato whole noodles

2.2 紫薯全粉面條工藝參數(shù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面方案設(shè)計(jì)與結(jié)果

響應(yīng)面因素與水平安排見表6。

表6 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的因素水平Table 6 Factor level of response surface optimizationexperiment

通過Design-Expert數(shù)據(jù)處理軟件，將數(shù)據(jù)輸入到Box-Behnken數(shù)據(jù)分析軟件中進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用線性功效系數(shù)法對(duì)熟斷條率、蒸煮損失率和感官評(píng)價(jià)的指標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一量綱，令:

熟斷條率Y1’=1-(Y1-Y1min)/(Y1max-Y1min)

烹煮損失率Y2’=1-(Y2-Y2min)/(Y2max-Y2min)

感官評(píng)價(jià)Y3’=(Y3-Y3min)/(Y3max-Y3min)

其中,Yimax與Yimin(i=1,2,3)為各指標(biāo)中的最大值與最小值。Y1’Y2’的最大值分別表示紫薯全粉面條的熟斷條率與蒸煮損失率的最小值。理想的紫薯全粉面條應(yīng)有較低的熟斷條率、蒸煮損失率和較高的感官評(píng)價(jià)；為獲得具有較高品質(zhì)的紫薯全粉面條，對(duì)熟斷條率、蒸煮損失率和感官評(píng)價(jià)進(jìn)行加權(quán)，分配權(quán)重系數(shù)分別是0.2、0.2、0.6。得到的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表7所示。

表7 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析Table 7 Experimental results and analysis of response surface

續(xù)表7

組序玉米淀粉添加量(A)/%蒸制時(shí)間(B)/min老化時(shí)間(C)/h混合膠的添加量(D)/%Y1熟斷條率/%Y2蒸煮損失率/%Y3感官評(píng)價(jià)Y4加權(quán)指標(biāo)164920.751.6724.0176.70.48176940.750.0017.0784.90.921869610.0012.9776.10.61194640.758.7016.5275.30.38206940.751.3920.5983.80.822189411.3914.2875.40.54226620.754.3328.2976.60.382361260.754.2514.6270.30.28244960.756.7613.8973.10.35258960.755.8814.4573.50.38266940.752.9019.1184.70.84276660.755.8810.5873.70.43286940.750.0016.0683.90.89296960.511.2820.7971.20.12

2.2.2 加權(quán)指標(biāo)優(yōu)化分析

使用Design-Expert數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，取加權(quán)指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)曲面優(yōu)化，分析結(jié)果如表8所示。

表8 紫薯全粉面條響應(yīng)面優(yōu)化分析結(jié)果Table 8 Sesponse surface optimization analysis ofnoodles made from purple sweet potato flour

注：R-Squared=0.950 5; Adj R-Squared=0.901 0; Pred R-Squared=0.740 8；Adeq Precision=15.124

由表8可得，該模型的P<0.000 1，呈極顯著水平，失擬項(xiàng)P值為0.165 9>0.05，由R-Squared=0.976 4， Adj R-Squared=0.950 5， Pred R-Squared=0.901 0， Adeq Precision=15.124(信噪比)>4可知擬合程度好，實(shí)驗(yàn)誤差較小，能夠較好的對(duì)紫薯全粉面條的品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)；模型中一次項(xiàng)A、C、D顯著，B不顯著；交互項(xiàng)AB、AC、AD、BC、BD不顯著，CD顯著；二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2顯著。回歸方程如下：

加權(quán)系數(shù)=-5.855 25+0.583 00×A+0.560 89×B+0.315 33×C+4.584 00×D+3.750 00E-003×A×B-6.250 00E-003×A×C-0.085 000×A×D-5.833 33E-003×B×C-0.010 000×B×D+0.235 00×C×D-0.042 333×A2-0.031 037×B2-0.054 521×C2-3.049 33×D2

各變量的交互作用對(duì)紫薯全粉面條加權(quán)指標(biāo)的響應(yīng)面分析如圖1所示。

圖1 各因素交互作用對(duì)紫薯全粉面條加權(quán)指標(biāo)的影響Fig.1 Effect of interaction of various factors on theweighted index of purple potato whole noodles

任意2個(gè)因素之間均存在明顯的交互作用, 并且最優(yōu)值落點(diǎn)均在試驗(yàn)考察的區(qū)域范圍之內(nèi)。

2.2.3 響應(yīng)面最優(yōu)化結(jié)果的確定及驗(yàn)證

為了驗(yàn)證回歸模型的有效性，根據(jù)優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)以及實(shí)際操作的可行性，以玉米淀粉的添加量為6.30%(以紫薯全粉的添加量為基礎(chǔ))，蒸制時(shí)間為9.00 min，老化時(shí)間為4.20 h，混合膠的添加量為0.80%進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。得到的紫薯全粉面條的斷條率為0%，蒸煮損失率為17.03%，感官評(píng)價(jià)為85.85，該紫薯全粉面條的品質(zhì)較好，實(shí)驗(yàn)值與理論預(yù)測(cè)值接近，重復(fù)性好，證實(shí)了該模型的可靠性。

3 結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以玉米淀粉的添加量、蒸制時(shí)間、老化時(shí)間和混合食用膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)的添加量為考察因素，采用Box-Behnken響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以紫薯全粉面條的熟斷條率、蒸煮損失率、感官評(píng)價(jià)和加權(quán)指標(biāo)為響應(yīng)值，建立二次項(xiàng)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)模型及相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，確定紫薯全粉面條最佳工藝參數(shù)為：玉米淀粉添加量為6.29%(以紫薯全粉的添加量為基礎(chǔ))，蒸制時(shí)間為9.02 min，老化時(shí)間為4.16 h，混合膠的添加量為0.84%；結(jié)合實(shí)際操作的可行性確定玉米淀粉的添加量為6.30%(以紫薯全粉的添加量為基礎(chǔ))，蒸制時(shí)間為9.00 min，老化時(shí)間為4.20 h，混合膠的添加量為0.80%。