響應面法優(yōu)化無麩質馬鈴薯粑粑配方研究

樂 園，楊 瑤，李 偉，田 成，程 超，莫開菊*

(1.湖北民族大學 生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000；2.生物資源保護與利用湖北省重點實驗室(湖北民族大學)，湖北 恩施 445000)

麩質，主要是來源于小麥、大麥、燕麥、黑麥、斯佩爾特等糧食作物中的麥谷蛋白[1]，也是較早被研究的一類過敏原.麩質不耐癥是一種由人體攝入麥谷蛋白而引起的自身免疫性疾病，包含乳糜瀉、非乳糜瀉麩質不耐癥、小麥過敏等[2].麩質不耐癥具有遺傳易感性，在攝入麥谷蛋白后，由T細胞介導，上皮內淋巴細胞浸潤，部分絨毛萎縮，必需營養(yǎng)素吸收減少，導致慢性小腸炎癥，從而引發(fā)一系列的腹瀉、腹痛等癥狀[3-4].目前，終身無麩質飲食是解決乳糜瀉等疾病唯一且有效的手段[5].全球范圍內，患有乳糜瀉人群占總人口數(shù)的1%～2%[6]，其中乳糜瀉確診病例多出現(xiàn)在歐洲地區(qū).近年來，在中國兒童腹瀉患者中也發(fā)現(xiàn)了乳糜瀉病例[7].無麩質飲食受益者不僅僅是免疫性疾病患者，還對預防糖尿病、降低心血管疾病以及緩解緊張情緒等方面均有一定作用[8].

目前，國外特別是歐美國家在無麩質產(chǎn)品開發(fā)方面技術較為成熟，但中國對無麩質食品研究還處于起步階段.為了響應國家馬鈴薯主食化戰(zhàn)略，解決我國居民以米、面作為主食的膳食結構中的營養(yǎng)不均衡，以及缺乏針對麩質不耐受人群的食品等問題，采用馬鈴薯全粉加入主食中，可以有效解決這類問題[9-10].馬鈴薯粑粑廣泛流傳于我國西南、鄂西等一些少數(shù)民族聚集地區(qū)，大多由馬鈴薯淀粉與面粉混合制成，存在貨架期短、含麩質等問題.馬鈴薯與大米復配制作食品的研究較少，主要由于馬鈴薯中膳食纖維含量較高，普通進行復配制成的食品，感官品質較差，現(xiàn)階段主要通過如擠壓膨化等工藝對無麩質物料進行改性，制成馬鈴薯復配大米以及米粉等[11-12]，而缺乏對馬鈴薯粑粑的研究.本實驗用馬鈴薯雪花全粉與秈米粉制作馬鈴薯粑粑，研究不同的改良劑對無麩質馬鈴薯粑粑的改良作用，以感官評分、比容、質構特性為考察指標，探討不同輔料與改良劑之間的協(xié)同效應，開發(fā)出具有地方民族特色的無麩質馬鈴薯粑粑，豐富馬鈴薯主糧化品種，以及麩質不耐癥人群的食品種類.

1 材料與儀器

1.1 實驗材料

馬鈴薯雪花全粉，甘肅正陽有限公司;秈米粉,自制;木聚糖酶,浙江一諾生物科技有限公司;雙乙酰酒石酸單雙甘油酯(下稱乳化劑),河南奧尼斯特食品有限公司;酵母,安琪酵母有限公司;白砂糖,市售;豆渣粉,自制.

1.2 儀器與設備

BSA2202S電子天平,賽多利斯科學有限公司;RT-02A小型臺式粉碎機,榮聰精密科技有限公司;BSC-400恒溫箱,上海博訊實業(yè)有限公司；CX300-D1電磁爐,中山市鼎潤電器有限公司;物性分析儀，美國TA公司.

2 方法

2.1 馬鈴薯全粉粑粑基礎配方

基礎配方：設定粉質量(秈米粉+馬鈴薯全粉+豆渣粉)100 g，馬鈴薯全粉40%(以粉質質量計，下同)、酵母1%、白砂糖10%、添水量145%.

2.2 粑粑的制作工藝流程

工藝流程：物料過篩→稱重→混合→和面→發(fā)酵→裝?！糁啤鋮s.

2.3 操作要點

① 和面.將1 g酵母加入145 g溫水(30 ℃)中活化，攪拌均勻，將稱量好的馬鈴薯全粉、秈米粉、豆渣粉、白砂糖混合，加入事先活化好的酵母，和成面團即可.② 醒發(fā).將和好的面團，放入38 ℃恒溫箱中，控制濕度在75%～85%之間，醒發(fā)4 h，至面團呈松散糊狀即可.③ 蒸制.發(fā)酵完成的面糊攪拌均勻，至無明顯顆粒狀，倒入模具，將蒸鍋內水燒開，蒸鍋蒸制30 min，關火后燜5 min.

2.4 試驗設計

2.4.1 單因素設計 固定2.1中馬鈴薯粑粑基礎配方，對豆渣/秈米粉質量比、木聚糖酶添加量、乳化劑添加量、添水量4個單因素進行試驗，通過質構特性、比容、感官評分為指標考察4個因素對馬鈴薯粑粑品質的影響.① 豆渣/秈米粉質量比.在木聚糖酶添加量為0.10%、乳化劑添加量為0.10%、發(fā)酵時間為4 h不變的條件下，試驗豆渣/秈米粉質量比為0、0.01、0.03、0.05、0.07、0.09對粑粑品質的影響，并確定出最佳質量比.② 木聚糖酶添加量.試驗固定豆渣/秈米粉質量比0.05、乳化劑添加量為0.10%、發(fā)酵時間為4 h，研究木聚糖酶添加量在0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%時對粑粑品質的影響，并確定最佳添加量.③ 乳化劑添加量.試驗固定豆渣/秈米粉質量比0.05、木聚糖酶添加量為0.10%、發(fā)酵時間為4 h，研究乳化劑添加量在0、0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%時對粑粑品質的影響，并確定最佳添加量.④ 添水量.試驗固定豆渣/秈米粉質量比0.05、木聚糖酶添加量為0.10%、乳化劑添加量為0.10%，發(fā)酵時間為4 h，研究在添加115%、125%、135%、145%、155%、165%的水時對粑粑品質的影響，并確定最佳添加量.

2.4.2 中心旋轉組合響應面優(yōu)化設計 在單因素試驗的基礎上，利用Dsign-Expert10.0進行中心旋轉組合響應面分析，選取豆渣與秈米質量比、木聚糖酶添加量、乳化劑添加量、添水量4個因素為自變量，以感官評分為響應值，進行4元素5水平的響應面優(yōu)化試驗，表1為試驗水平設計.

表1 CCD試驗水平設計

2.4.3 馬鈴薯粑粑品質分析 ① 感官評價.由經(jīng)感官培訓10人組成的感官評價小組，從視覺、味覺、嗅覺3方面對粑粑進行感官分析，并根據(jù)表2進行給分.② 質構分析.將蒸制好的粑粑冷卻至室溫，取5個樣品，從中間分別切出2 cm厚的厚片，用質構儀進行測試，采用p50探頭，測前速率為2 mm/s，測試速率為1.0 mm/s；測后速率為1.0 mm/s；觸發(fā)力為5 g；壓縮比為40%,2次壓縮時間，間隔為1 s.平行5次，取平均值.對粑粑從彈性、膠黏性、硬度、內聚力、咀嚼力幾個方面測定.③ 比容測定.根據(jù)馬鈴薯粑粑形狀的差異性，改進比容測定方法，用馬鈴薯粑粑質量與占模具(圓柱體)體積之比計算.

表2 粑粑感官評價表

式中P為粑粑比容(cm3/g)；M為粑粑的質量(g);V為粑粑占模具體積(cm3).

2.4.4 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)采用Excel2007統(tǒng)計分析，結果重復3次，用“平均值±標準差”表示，實驗圖采用origin2021軟件繪制，采用SPSS軟件對數(shù)據(jù)處理并進行顯著性分析，通過DsignExpert10.0.6 軟件進行響應面試驗設計并分析.

3 結果與分析

3.1 豆渣粉/秈米粉質量比對粑粑品質的影響

豆渣粉具有較高含量的膳食纖維，豆渣粉的添加有助于提高馬鈴薯粑粑的營養(yǎng)價值.膠黏性是半固體與凝膠體的膠黏特性，膠黏性與物質的硬度密切相關，對感官影響較大[13].由表3可知，膠黏性呈先下降再上升的趨勢，當豆渣粉與米粉質量比為0.05時膠黏性顯著下降(P<0.05)，當豆渣添加量超過這個比例，由于豆渣中膳食纖維強吸水特性，進一步與淀粉競爭水分，使得淀粉不能充分膨脹，粑粑膠黏性提高，感官評分下降，同時該配比下，馬鈴薯粑粑硬度最小，且比容最大，如圖1所示.綜合考慮豆渣粉與米粉質量比0.05是較合適的豆渣粉/秈米粉質量比.

圖1 豆渣粉/米粉質量比對粑粑比容與感官評分的影響 圖2 木聚糖酶對粑粑比容與感官評分的影響

表3 豆渣粉/米粉質量比對粑粑質構特性的影響

3.2 木聚糖酶對粑粑品質的影響

由表4可知，加入木聚糖酶后，馬鈴薯粑粑的硬度顯著降低(P<0.05)，原因在于在木聚糖酶的作用下，降解了部分不溶性膳食纖維，可溶性膳食纖維含量升高，使得粑粑保水性增強.岳穎等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在添加120μg/g的木聚糖酶后，促進了阿拉伯木聚糖的增溶，影響全麥面團的流變特性，從而顯著改變面團內部水相溶液的泡沫穩(wěn)定性，使全麥面包形成較好的細密組織結構，在此試驗中也得到類似結論.由圖2可知，加入木聚糖酶后，馬鈴薯粑粑比容迅速增大，表明粑粑內部形成一定空間網(wǎng)絡結構，酶添加量超過0.15%時，比容與彈性以及內聚性顯著下降(P<0.05)，此時粑粑內部結構遭到破壞，因此，木聚糖酶最佳添加量為0.15%.

表4 木聚糖酶添加量對粑粑質構特性的影響

3.3 乳化劑對粑粑品質的影響

雙乙酰酒石酸單雙甘油酯具有極性親水基和非極性親油基，在面制品加工中，通過將粉質中蛋白質如麥谷蛋白、麥膠蛋白結合，使得形成致密空間網(wǎng)絡結構[15].由表5可知，添加乳化劑后，馬鈴薯粑粑硬度、咀嚼性以及膠黏性顯著下降(P<0.05)，乳化劑添加量為1.0%時，咀嚼性較小且比容顯著提高(P<0.05)，在此乳化劑添加量下，粑粑較為松軟，粑粑適口性提高，表明該乳化劑也使得混粉中蛋白質間產(chǎn)生了某種交聯(lián)結構.當乳化劑添加量超過1.5%時，馬鈴薯粑粑的硬度、膠黏性均顯著升高(P<0.05)，感官評分迅速下降.原因可能是乳化劑添加量過高時，面糊較黏稠，致使蒸制的馬鈴薯粑粑內部氣孔小，且細密，使得粑粑比容下降[16].由圖3可知，在乳化劑添加量為1.0%時，粑粑的比容與感官評分較高，因此1.0%是較佳添加量.

圖3 乳化劑添加量對粑粑比容與感官評分的影響 圖4 添水量對粑粑比容與感官評分的影響

表5 乳化劑添加量對粑粑質構特性的影響

3.4 添水量對粑粑品質的影響

由表6可知，馬鈴薯粑粑的硬度呈先增大后下降的趨勢，當添水量為125%時，面團較干，干物質比例較大，馬鈴薯粑粑比容較大，但表皮較干，口感較黏，導致感官評分較低.

表6 添水量對粑粑質構特性的影響

隨著添水量的提高，淀粉充分吸水膨脹，空間網(wǎng)絡逐漸形成，蓬松感較強，感官評分提高.如圖4所示，當添水量超過155%時，粑粑比容顯著下降(P<0.05)，感官評分最低，原因可能由于大量的水分稀釋了面糊中的干物質，使得淀粉與蛋白質難以形成空間結構，粑粑口感較黏，品質不高.當添水量為135%時，粑粑適口性較好，氣孔較均勻，感官評分較高.因此最佳添水量為135%.

3.5 響應面試驗結果

3.5.1 響應面試驗結果分析 試驗設計以馬鈴薯粑粑感官評分為響應值，豆米質量比(A)、木聚糖酶(B)、乳化劑(C)、添水量(D)為自變量，建立4因素5水平中心組合試驗，其中24個析因試驗點、6個中心試驗點，以此計算試驗誤差，如表7所示.

表7 響應面設計試驗結果

使用軟件Design-Expert10.0.4對表7數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到感官評分(Y)的回歸模型方程式為：

Y=30.85-0.78A+0.38B+0.58C-0.17D-0.30AB+0.010AC+0.34AD-

0.18BC-0.55BD+0.089CD+0.14A2+0.061B2-0.37C2-0.22D2，

利用該回歸模型可計算出馬鈴薯粑粑感官評分的預測值與試驗值對比結果如圖5所示，皮爾森相關系數(shù)為0.948，相關系數(shù)(R2)為0.899,表明兩個變量有較強的線性相關性，該模型可合理預測馬鈴薯粑粑的感官評分值.

圖5 馬鈴薯粑粑感官評分試驗值與預測模型的關系

3.5.2 回歸方程擬合以及方差分析t檢驗與P值可用于判斷因素相關性顯著性，由表8可知，模型極顯著(P<0.01)，失擬項不顯著(P>0.05)，模型復相關系數(shù)R2為0.899 3，校正決定系數(shù)為0.805 2，說明該模型擬合度較高.各因素對馬鈴薯粑粑感官評分影響程度依次為：豆米質量比>乳化劑>木聚糖酶>添水量.結合表中F值可知，豆米質量比(A)、木聚糖酶(B)、乳化劑(C)、木聚糖酶與添水量的交互項(BD)以及二次項(C2)均為極顯著影響因素，豆米質量比與木聚糖酶交互項(AB)、豆米質量比與添水量交互項(AD)有顯著影響.

表8 以感官評分為評價指標的回歸模型方差分析結果

3.5.3 響應面優(yōu)化分析 采用Design-Expert10.0.4軟件繪制響應面曲面圖，如圖6a、圖6c、圖6e分別代表豆米質量比(A)與木聚糖酶(B)、豆米質量比(A)與添水量(D)、木聚糖酶(B)與添水量(D)交互作用的響應面曲面圖.在曲面圖中，坡面越陡峭表明對馬鈴薯粑粑感官作用越顯著，反之不顯著[17].圖6a表明，隨著木聚糖酶添加量的增大，馬鈴薯粑粑感官評分顯著提高，且木聚糖酶對馬鈴薯粑粑有一定改良作用.圖6c所示，豆米質量比與添水量的交互作用曲面圖呈“馬鞍”狀，表明兩者之間交互有一定作用，且較高的豆米質量比對馬鈴薯粑粑的感官評分有降低的趨勢.圖6e中，木聚糖酶與添水量間交互作用明顯，且木聚糖酶對馬鈴薯粑粑感官評分影響要大于添水量影響，過少的木聚糖酶與添水量都對粑粑品質產(chǎn)生不利影響，原因可能在于過多的不溶性膳食纖維與大米淀粉競爭水分，從而導致粑粑品質下降.

a為豆渣與秈米粉質量比與木聚糖酶添加量之間交互作用；b為豆渣與秈米粉質量比與乳化劑添加量之間交互作用；c為豆渣與秈米粉質量比與添水量之間交互作用；d為木聚糖酶添加量與乳化劑添加量之間交互作用；e為木聚糖酶添加量與添水量之間交互作用；f為乳化劑添加量與添水量之間交互作用.

3.6 最佳工藝條件驗證與預測

通過二次回歸方程模型分析，預測出理論上無麩質馬鈴薯粑粑最佳評分工藝為豆渣粉與米粉質量比0.03、木聚糖酶添加量0.22%、乳化劑添加量1.21%、添水量125%，理論上此工藝下感官評分為33.42分，考慮到實際操作可行性，故調整工藝參數(shù)為豆渣粉與米粉質量比0.03、木聚糖酶添加量0.20%、乳化劑添加量1.20%、添水量125%.按此工藝下，感官評分為33.11分，相對誤差0.93%，與預測結果接近，表明基于響應面優(yōu)化所得工藝參數(shù)較為準確.

4 結論與討論

無麩質制品缺乏面筋蛋白，面團的持氣能力差，故制品蓬松度、韌性較小，感官品質差，故需通過工藝改進以提高品質.無麩質馬鈴薯粑粑以馬鈴薯雪花全粉與秈米粉為主要原料，輔以木聚糖酶、乳化劑，模擬普通麩質面制品的空間網(wǎng)絡結構，賦予馬鈴薯粑粑一定的蓬松感.通過單因素及多因素中心旋轉組合分析，得到無麩質馬鈴薯粑粑的最佳配方為馬鈴薯全粉40%、豆渣粉與米粉質量比0.03、木聚糖酶添加量0.20%、乳化劑添加量1.20%、添水量125%，產(chǎn)品感官評分為33.11分，相對誤差0.93%，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，可接受性良好.

加入一定比例的豆渣粉，降低馬鈴薯淀粉凝膠強度、增強馬鈴薯淀粉凝沉性，過量的豆渣添加，豆渣與馬鈴薯淀粉形成假塑性流體[18]，使得蒸制后的馬鈴薯粑粑黏性增大，感官品質下降.添加一定量豆渣的同時，由于豆渣中豐富的膳食纖維，這既提高了產(chǎn)品的質構特性和感官品質，又增加了產(chǎn)品對腸道的有益作用[19].

馬鈴薯全粉在生產(chǎn)過程中充分保留了膳食纖維，木聚糖酶可降解纖維素、半纖維素，使不溶性阿拉伯木聚糖分解為可溶性阿拉伯木聚糖，可溶性阿拉伯木聚糖具有優(yōu)良的吸水能力，從而增大膳食纖維利用率[20].曾潔等[21]研究發(fā)現(xiàn)木聚糖酶可降低饅頭的硬度、黏性、咀嚼性等，木聚糖酶添加量為30 mg/kg時，饅頭硬度、膠黏性、回復性最小，在本試驗中也得到類似的結果.同時,木聚糖酶也能降解豆渣中纖維素，兩者交互作用較為明顯，這在響應面交互作用分析中得到驗證.乳化劑是一種多功能的表面活性劑,可作為品質改良劑、柔軟劑，也是面制品加工中應用最為廣泛的食品添加劑之一[16].雙乙酰酒石酸單雙甘油酯(DATEM)作為乳化劑，可使面團中的油脂分布均勻，發(fā)生穩(wěn)定乳化作用，提高制品的感官品質.李丹等[22]研究發(fā)現(xiàn)在無麩質大米面包中添加適量的單甘酯有助于降低大米面包的硬度、內聚性以及咀嚼性.于亞洲[23]在對大米面包改良研究時發(fā)現(xiàn)，添加0.5% DATEM顯著提高面包比容，達到2.43 mL/g.圖6f也顯示，雙乙酰酒石酸單雙甘油酯與水交互作用圖呈“圓頂”狀，表明雙乙酰酒石酸單雙甘油酯與水有較好的交互作用，對馬鈴薯粑粑品質有一定改良效果，兩種改良劑均對馬鈴薯粑粑感官品質有一定的提升，故可作為無麩質馬鈴薯粑粑改良劑使用.