小米混合面團(tuán)特性及饅頭制作工藝研究

付麗紅，劉璐婕，張茹，白凌曦，羅睿涵

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西太谷030801）

小米（Setaria italica），又名粟、谷子等，一年生禾本科狗尾屬草本作物，是我國(guó)北方雜糧作物之一[1]。小米除常規(guī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪外，氨基酸模式與人體接近，膳食纖維是大米的2.5倍，富含脂溶性維生素和微量礦質(zhì)元素，消化吸收率高，是人體易于攝取營(yíng)養(yǎng)的食物來源之一[2-3]。Ji等[4]研究表明，小米谷蛋白肽能有效降低H2O2誘導(dǎo)的人角質(zhì)形成細(xì)胞系HaCaT中活性氧和丙二醛含量，提高谷胱甘肽水平，提高細(xì)胞抗氧化能力，同時(shí)該多肽還能激活RAW264.7小鼠巨噬細(xì)胞內(nèi)核轉(zhuǎn)錄因子及炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，提高抗炎癥能力。Lin等[5]發(fā)現(xiàn)小米及其制品對(duì)應(yīng)激性胃黏膜損傷有緩解作用。近年來，研究發(fā)現(xiàn)小米富含多種微量功能活性物質(zhì)，如羥基肉桂酸酰胺類、酚酸類[6]、多糖、蛋白肽[7]和黃色素[8]等。

饅頭是我國(guó)北方人民的傳統(tǒng)主食，主要由面粉、水和發(fā)酵劑等制作而成，因?yàn)椴缓览路磻?yīng)產(chǎn)物丙烯酰胺和呋喃類化合物，被認(rèn)為是一種健康的食品[9]。隨著人們飲食理念的變化，對(duì)食品的要求不僅僅局限于充饑，而更加重視口感的滿足和營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充。傳統(tǒng)小麥粉在精細(xì)加工的過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如膳食纖維流失，因而小麥粉饅頭已不能滿足大眾的需求，雜糧饅頭應(yīng)運(yùn)而生[10-11]。目前，小米開發(fā)產(chǎn)品有小米酒、小米發(fā)酵飲料、沖調(diào)粉和速食粥等[12-15]，關(guān)于小米饅頭品質(zhì)研究較少。本文采用粉質(zhì)儀和面筋儀研究不同小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下小米粉與小麥粉混合面團(tuán)特性，對(duì)其饅頭產(chǎn)品開發(fā)提供理論指導(dǎo)。同時(shí)，采用單因素和響應(yīng)面分析，確定小米饅頭最佳工藝參數(shù)，滿足人體對(duì)營(yíng)養(yǎng)和健康的需求。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小麥粉：五得利面粉集團(tuán)；小米：市售；無碘鹽：孝感廣鹽華源制鹽有限公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JXFM110型錘式旋風(fēng)磨：杭州大吉光電儀器有限公司；JJJM54型面筋洗滌儀、JJJM54S型面筋烘干儀、JLJM6000型面筋離心儀：上海嘉定糧油儀器有限公司；JFZD300型電子粉質(zhì)儀：菏澤衡通實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；SHP CH1015型超級(jí)恒溫槽：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；HMJ-01型和面機(jī)：江雅樂思電器科技股份有限公司；YD-30C型霧化發(fā)酵箱：佛山市順德區(qū)壹達(dá)電器有限公司；TMS-PRO型高精度專業(yè)食品物性分析儀：美國(guó)FTC公司；BWS618型電子秤：廈門佰倫斯電子科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 小米粉的制備

采用錘式旋風(fēng)磨對(duì)小米顆粒進(jìn)行粉碎，每次打粉15 s，重復(fù)3次，確保粉碎后的小米粉可以過80目篩。

1.3.2 混合粉面筋的測(cè)定

將小米粉和小麥粉按照不同比例進(jìn)行混勻得到混合粉，稱取10 g混合粉準(zhǔn)確至0.1 g，選擇80 μm金屬篩網(wǎng)，將面粉放置洗滌室中，加入5 mL生理鹽水，調(diào)節(jié)面筋洗滌儀和面20 s，洗滌5 min后用鑷子取出濕面筋放入面筋離心儀中3 000 r/min離心3 min，得到濕面筋，稱量精確至0.1 g。再將濕面筋放至面筋烘干儀的夾板中，夾緊烘干6 min，取出在干燥環(huán)境下冷卻至室溫25℃，稱量精確至0.1 g。

1.3.3 混合面團(tuán)粉質(zhì)特性的測(cè)定

在預(yù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)35%后無法形成面筋，不符合饅頭制品對(duì)面粉面筋含量的要求，故小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別選定為6%、12%、18%、24%和30%，以不添加小米粉的小麥粉作為對(duì)照。根據(jù)GB/T 14614-2006《小麥粉面團(tuán)的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的測(cè)定粉質(zhì)儀法》的方法使用粉質(zhì)儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 小米饅頭的制作

工藝流程：原輔料的混合→面團(tuán)調(diào)制→切分、整形→面團(tuán)發(fā)酵→蒸制→冷卻→整理→包裝→成品。

操作要點(diǎn)：將一定比例的小米粉和小麥粉混勻，將適量的干酵母和食鹽分別溶解，和面粉一起倒入和面機(jī)中，和面30 min至面團(tuán)充分形成，和好后的面團(tuán)切分成74 g的均勻小劑，放入發(fā)酵箱 [溫度（40±0.5）℃，濕度（85±0.5）%]中醒發(fā)，饅頭胚放入蒸鍋，蒸制成熟后自然冷卻，進(jìn)行比容和質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定[16]。

1.3.5 單因素試驗(yàn)

本試驗(yàn)主要研究小米粉添加量、加水量、酵母添加量、發(fā)酵時(shí)間和蒸制時(shí)間對(duì)小米饅頭感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)和比容的影響，以混合粉（小米粉+小麥粉）總量150 g為基準(zhǔn)，進(jìn)行單因素水平設(shè)計(jì)，詳見表1。

表1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Single factor experimental design

1.3.6 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)分析結(jié)果選取發(fā)酵時(shí)間、加水量、小米粉添加量3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化，以饅頭感官評(píng)分為指標(biāo)，確定最優(yōu)制作工藝條件。試驗(yàn)因素水平見表2。

表2 響應(yīng)面優(yōu)化因素水平Table 2 The factors and levels of response surface

1.3.7 饅頭比容的測(cè)定

稱量冷卻后的饅頭，用小米顆粒排空法測(cè)量體積，計(jì)算比容，單位為mL/g[17]。

1.3.8 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

饅頭感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 21118—2007《小麥粉饅頭》，并根據(jù)本試驗(yàn)的具體情況稍作修改，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 小米雜糧饅頭的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The scoring standard of millet steamed bread

1.3.9 饅頭質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

取出蒸制好的饅頭于室溫25℃下冷卻2 h后，置于工作臺(tái)上測(cè)定饅頭的質(zhì)構(gòu)。使用物性分析儀測(cè)定饅頭的質(zhì)構(gòu)特性，測(cè)定程序?yàn)門PA32，探頭型號(hào)為P25，測(cè)前速率1 mm/s，測(cè)中速率60 mm/min，每次循環(huán)目標(biāo)位移20 mm，兩次壓縮之間的時(shí)間為15 s，起始力為0.5 N，進(jìn)行多次平行試驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SAS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。響應(yīng)面采用Design-Expert 8.0.6.1統(tǒng)計(jì)分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合粉面筋含量測(cè)定結(jié)果

混合粉面筋含量測(cè)定結(jié)果見表4。

表4 小米混合粉面筋含量測(cè)定結(jié)果Table 4 The gluten content of millet mixed powder

小麥粉加水和成面團(tuán)后，在面團(tuán)內(nèi)部形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，小米粉的加入對(duì)面筋結(jié)構(gòu)形成產(chǎn)生影響。從表4可知，隨著小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，濕面筋含量整體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，超過18%后呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05）；干面筋含量變化波動(dòng)不大，范圍為10.50%～12.50%，在小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)干面筋含量最高（P＜0.05）；面筋持水率呈逐漸下降趨勢(shì)，彼此間差異顯著（P＜0.05），小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，面筋持水率最低為162.50%。當(dāng)小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大時(shí)已經(jīng)不能洗出面筋，這主要是由于小米粉中面筋蛋白含量低，較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的小米粉稀釋了混合面粉的面筋蛋白，從而破壞了小麥粉的面筋結(jié)構(gòu)[18]。面筋是饅頭面團(tuán)的骨架，面團(tuán)的特性主要是水與面筋的結(jié)合，若面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越多，其結(jié)合水的能力越強(qiáng)，因此面團(tuán)中較低的面筋含量會(huì)影響面團(tuán)的流變特性，影響雜糧面制品品質(zhì)。

2.2 混合粉粉質(zhì)特性測(cè)定結(jié)果

小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)混合粉粉質(zhì)特性檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 小米混合粉粉質(zhì)特性測(cè)定結(jié)果Table 5 The farinograph characteristics of millet mixed powder

由表5可知，隨著小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，混合粉的吸水率呈下降趨勢(shì)，不同組間差異顯著（P＜0.05）；形成時(shí)間是反映面筋質(zhì)量和數(shù)量的重要指標(biāo)，形成時(shí)間較長(zhǎng)，表明其面筋含量較高，且面筋網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較好，具有適宜的彈性和延伸性。小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，形成時(shí)間達(dá)到最大值2.70min，之后形成時(shí)間逐漸降低，原因可能是小米中具有某些促進(jìn)面筋形成或提高面筋結(jié)構(gòu)的微量物質(zhì)；在小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24%時(shí)，穩(wěn)定時(shí)間最大，說明在此質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，攪拌耐力最好，韌性最強(qiáng)，面筋強(qiáng)度最大，面團(tuán)的加工性質(zhì)最好；質(zhì)量指數(shù)在數(shù)值上為斷裂時(shí)間的10倍，弱力粉的粉質(zhì)曲線質(zhì)量指數(shù)低，而強(qiáng)力粉具有較高的粉質(zhì)曲線質(zhì)量指數(shù)[19]。在小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)24%時(shí)，混合粉的質(zhì)量指數(shù)最大，說明此時(shí)的面粉筋力較強(qiáng)。

2.3 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 小米粉添加量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響

小米粉添加量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響見表6。

表6 小米粉添加量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響Table 6 Effect of millet flour addition on quality characteristics of millet steamed bread

在全質(zhì)構(gòu)分析（texture profile analysis，TPA）中，彈性表示樣品經(jīng)過第一次壓縮后能夠再恢復(fù)的程度，內(nèi)聚性表示樣品內(nèi)部各單元相互結(jié)合的緊密程度。據(jù)分析，由于隨著小米粉添加量的增加，混合粉的面筋含量被稀釋，顆粒更粗糙，導(dǎo)致樣品內(nèi)部單元結(jié)合松散，彈性逐漸降低。硬度表示第一次壓縮時(shí)探頭收到的最大阻力，咀嚼性則是由硬度指標(biāo)計(jì)算出來的，變化規(guī)律與硬度基本一致。當(dāng)小米粉添加量為45 g時(shí)，饅頭硬度最大，當(dāng)小米粉添加量為9 g時(shí)，咀嚼性最大。隨著小米粉添加量增加，饅頭比容整體上降低。饅頭的質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)中，一般硬度和咀嚼性指標(biāo)與饅頭的質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，彈性和內(nèi)聚性與質(zhì)量呈正相關(guān)[20]。因此，綜合饅頭比容、質(zhì)構(gòu)和口感需求，選定36 g為合適的小米粉添加量。

2.3.2 酵母添加量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響

酵母添加量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響見表7。

表7 酵母添加量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響Table 7 Effect of yeast addition on quality characteristics of millet steamed bread

酵母在饅頭面團(tuán)發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，是重要的微生物發(fā)酵劑，在發(fā)酵的過程中會(huì)產(chǎn)生乙醇和低分子香味物質(zhì)，從而提供給饅頭特有的風(fēng)味和組織。由表7可知，酵母添加量2.5 g時(shí)，小米饅頭比容最高為2.90 mL/g，與其它組相比差異顯著（P<0.05），此后，隨著酵母添加量的增加，饅頭的比容越來越小，饅頭表面凹凸不平，氣泡不均一。饅頭的內(nèi)聚性和彈性變化規(guī)律基本一致，在酵母添加量為3.5 g時(shí)達(dá)到最小值。可能由于酵母添加量過多，發(fā)酵過度，破壞了饅頭本來的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，彈性減弱。硬度隨酵母添加量增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，酵母添加量2.5 g時(shí)，硬度值最低為47.26 N（P<0.05）。綜合分析，酵母添加量為2.5 g時(shí)，小米饅頭比容最大，硬度最低，彈性適中，內(nèi)聚性適中，饅頭表面光滑，內(nèi)部氣孔大小均勻，因此，選酵母添加量為2.5 g為最適水平。

2.3.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響見表8。

由表8可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，饅頭的硬度與咀嚼性均呈現(xiàn)上下波動(dòng)的趨勢(shì)，在發(fā)酵時(shí)間為30min時(shí)，饅頭的咀嚼性和硬度最小。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間過短時(shí)，面團(tuán)無法充分發(fā)酵，所蒸制的饅頭無法達(dá)到應(yīng)有的硬度，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，面團(tuán)發(fā)酵過度，面筋蛋白含量有所提高，使得硬度上升；饅頭的黏附性和內(nèi)聚性除在發(fā)酵60 min時(shí)有較大變化外，在其余發(fā)酵時(shí)間的變化不大。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，比容整體上呈先增大后降低的趨勢(shì)，發(fā)酵時(shí)間在30 min時(shí)，饅頭的比容最大為2.81 mL/g（P<0.05），發(fā)酵時(shí)間為40 min后的饅頭表面氣泡較多，饅頭表面沒有光澤且凹凸不平，故選取30 min為較合適的發(fā)酵時(shí)間。

表8 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響Table 8 Effect of fermentation time on the quality characteristics of millet steamed bread

2.3.4 加水量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響加水量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響見表9。

表9 加水量對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響Table 9 Effect of water addition on quality characteristics of millet steamed bread

表9結(jié)果表明，隨著加水量的增加，饅頭的硬度和咀嚼性均呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢(shì)，當(dāng)加水量為75 g時(shí)，饅頭的硬度和咀嚼性均為最低（P＜0.05），加水量小于75 g時(shí)，饅頭的含水量較少，故而發(fā)硬，當(dāng)加水量大于75 g時(shí)，隨著加水量的增多，饅頭的失水速度也隨之加快，因此發(fā)硬。隨著水分的添加，小米饅頭比容和彈性指標(biāo)呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，加水量75 g時(shí)，比容和彈性均最高，分別為2.88 mL/g和18.62 mm，與其它組間差異顯著（P＜0.05）。在制作過程中發(fā)現(xiàn)，加水量大于75 g時(shí)，隨著加水量增加，面團(tuán)的黏度顯著增加不易操作，且饅頭的綜合品質(zhì)有所下降，故選取75 g為較適宜加水量。

2.3.5 蒸制時(shí)間對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響

蒸制時(shí)間對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響見表10。

表10 蒸制時(shí)間對(duì)小米饅頭品質(zhì)特性的影響Table 10 Effect of steaming time on quality characteristics of millet steamed bread

由表10可知，蒸制時(shí)間對(duì)饅頭內(nèi)聚性和彈性的影響不大，差異不顯著。當(dāng)蒸制15 min時(shí)，饅頭的硬度最低，黏附性最高，比容達(dá)到最大值為2.72 mL/g，此時(shí)饅頭品質(zhì)最佳。當(dāng)蒸制20 min時(shí)，小米饅頭硬度和咀嚼性驟然升高，與其它組間存在顯著差異（P＜0.05）。當(dāng)蒸制到35 min時(shí)，饅頭比容顯著降低，硬度和咀嚼性有所降低，由于長(zhǎng)時(shí)間的蒸制，饅頭表面附著大量水汽，水汽滲透饅頭內(nèi)部，從而影響?zhàn)z頭的品質(zhì)。綜合分析，確定15 min為最適蒸制時(shí)間。

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

相應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表11。

采用Design-Expert 8.0.6.1對(duì)表11試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得二次多元回歸模型為：Y=89.40-1.62A-0.12B-2.00C+0.00AB-0.75AC-1.25BC-2.20A2-0.70B2-2.95C2。

表11 設(shè)計(jì)方法與試驗(yàn)結(jié)果Table 11 The design method and test results

對(duì)該模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表12。

從表12可以看出，該回歸模型P=0.003 2＜0.01，表明該模型極顯著；失擬項(xiàng)P=0.950 6＞0.05，不顯著，可以使用該模型確定饅頭感官評(píng)分的最高值。模型的校正系數(shù)R2（adj）=0.832 6，說明該模型能解釋83.26%響應(yīng)值的變化，因而該模型擬合程度良好，試驗(yàn)誤差小，該模型是合適的，可以用該模型對(duì)小米粉制作饅頭的工藝進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)?；貧w方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，模型一次項(xiàng)A極顯著，C極顯著；二次項(xiàng)A2和C2極顯著；交互項(xiàng)均不顯著。

表12 響應(yīng)面模型方差分析Table 12 The analysis of variance of response surface model

應(yīng)用Design-Expert 8.0.6.1軟件對(duì)上述的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析，可以得到該模型的響應(yīng)面圖和等高線圖，結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 發(fā)酵時(shí)間與加水量的等高線及響應(yīng)面圖Fig.1 The contour and response surface of fermentation time and water addition

圖2 發(fā)酵時(shí)間與小米粉添加量的等高線及響應(yīng)面圖Fig.2 The contour and response surface of fermentation time and millet flour addition

圖3 小米粉添加量與加水量的等高線及響應(yīng)面圖Fig.3 The contour and response surface of millet flour addition and water addition

通過Design-Expert 8.0.6.1軟件對(duì)本試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行優(yōu)化，以饅頭的感官評(píng)分為指標(biāo)，得到最佳工藝為小米粉添加量37.96g，加水量74.44g，發(fā)酵時(shí)間28.45min，此時(shí)小米饅頭感官評(píng)分89.98，結(jié)合試驗(yàn)?zāi)康囊约皩?shí)際操作的方便性，對(duì)此進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的最佳參數(shù)為小米粉添加量38 g，加水量74 g，發(fā)酵時(shí)間28 min。按照優(yōu)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到的小米饅頭風(fēng)味口感和組織結(jié)構(gòu)良好，感官評(píng)分為90，與預(yù)測(cè)結(jié)果相符。

3 結(jié)論

與小麥粉相比，添加小米粉后的混合粉其濕面筋含量以及面筋的持水率，在總體上均低于單純的小麥粉。小米粉顆粒較粗糙，吸水性也低于小麥粉，對(duì)于饅頭品質(zhì)來說，主要改變饅頭的顏色和口感，隨著小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，色澤加深，口感更為粗糙，這也是雜糧饅頭在制作上普遍遇到的問題，根據(jù)粉質(zhì)和面筋的測(cè)定，在加工過程中調(diào)整加水量和小米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以此改善混合粉的面團(tuán)特性。本研究通過單因素和響應(yīng)面分析，以150g混合粉為基準(zhǔn)，小米粉添加量38g，加水量74 g，酵母添加量2.5 g，發(fā)酵時(shí)間為28 min，蒸制時(shí)間15 min，可得到表面光滑、內(nèi)部孔隙均勻、有嚼勁、不粘牙、具有柔和黃色的饅頭產(chǎn)品。