馬鈴薯生漿饅頭的加工工藝研究

曹燕飛，李思齊，郝 鑫，魯 梅，周陸紅，趙升鵬，李宏軍?

（1. 濰坊工程職業(yè)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)與食品藥品學(xué)院，山東 青州 262500；2. 濰坊市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濰坊 261071；3. 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 255000）

馬鈴薯(Solanlum tuberosum L.)又稱為土豆、山藥蛋、洋芋等，是繼小麥、水稻、玉米的第四大糧食作物，目前有150多個(gè)國(guó)家和地區(qū)種植，其栽培面積達(dá)2 000多萬hm2[1]。馬鈴薯具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，富含淀粉、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和多酚等抗氧化物質(zhì)，享有“植物之王”“地下蘋果”“第二面包”等美稱[2-3]。馬鈴薯的蛋白質(zhì)屬于完全蛋白質(zhì)，含賴氨酸、酪氨酸、蘇氨酸等8種必需氨基酸，其中賴氨酸的含量要高于谷物，與其他的谷物糧食作物搭配攝入時(shí)可以提高人體攝入蛋白質(zhì)全面性[4-5]。馬鈴薯還具有預(yù)防動(dòng)脈粥樣化、抗衰老、補(bǔ)氣益血、增強(qiáng)血管的彈性、預(yù)防胃腸道疾病的功能特性[6-7]。

馬鈴薯具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及功能特性對(duì)居民膳食營(yíng)養(yǎng)水平有很大的改善。為充分發(fā)揮馬鈴薯在居民的膳食、營(yíng)養(yǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面的作用，國(guó)家農(nóng)業(yè)部于 2015年提出推進(jìn)馬鈴薯主食產(chǎn)業(yè)開發(fā)，2020年我國(guó)會(huì)有超出50%的馬鈴薯作為主食進(jìn)行消費(fèi)[8]。因此，越來越多的研究者將不同比例的馬鈴薯全粉添加到小麥粉中制作馬鈴薯主食[9-11]，但由于馬鈴薯全粉的成本高，以此為原料能提升馬鈴薯主食的生產(chǎn)成本，阻礙了它的大規(guī)模利用，因此急需降低馬鈴薯主食成本的原料[12-13]。

本文以馬鈴薯生漿作為馬鈴薯饅頭的原料，通過對(duì)其加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定馬鈴薯生漿饅頭最佳的工藝參數(shù)。通過研究不同酵母添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、壓面次數(shù)、醒發(fā)時(shí)間對(duì)饅頭品質(zhì)的影響，并以比容為考察指標(biāo)通過響應(yīng)面法優(yōu)化30%馬鈴薯生漿饅頭的最佳工藝參數(shù)，從而改善馬鈴薯生漿饅頭的品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

中筋小麥粉（水分含量 11.1%，蛋白質(zhì)含量9.5%）：淄博市云海面粉廠；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；食品級(jí)抗壞血酸：鄭州康本生物科技有限公司。

2019年收獲季節(jié)的新鮮、健康和完整的馬鈴薯（品種：希森6號(hào)）：希森馬鈴薯產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司。馬鈴薯生漿是將馬鈴薯經(jīng)清洗、去皮后，于破碎機(jī)中打漿 2 min同時(shí)加入 0.2%抗壞血酸（w/w）。獲得的馬鈴薯生漿的水分、蛋白質(zhì)分別為80.8%和1.8%。馬鈴薯生漿在使用前將水分調(diào)整到81%。

1.2 儀器與設(shè)備

BRF-18C醒發(fā)箱：廣州展卓商用設(shè)備制造有限公司；M400 破碎機(jī)：中山市帝贊電器有限公司；MT140壓面機(jī)：棗陽巨鑫機(jī)械有限公司；TA.XT.plus型質(zhì)構(gòu)儀：英國(guó)Stable Micro Systems公司；多功能電熱鍋：山東鍋老大有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯生漿饅頭的制備

30%馬鈴薯生漿饅頭的配方如下：90 g馬鈴薯生漿，210 g小麥粉，適量的酵母和60 mL水。將所有成分進(jìn)行混合并揉制3 min形成面團(tuán)。然后將面團(tuán)置于溫度32 ℃和相對(duì)濕度80%的醒發(fā)箱中進(jìn)行發(fā)酵。將發(fā)酵面團(tuán)進(jìn)行7次壓面；然后將其分成平均重量為100 g的面團(tuán)。將面團(tuán)揉制成圓型饅頭坯，在32 ℃和80%相對(duì)濕度的醒發(fā)箱中醒發(fā) 15 min后，將饅頭坯置于蒸鍋中蒸制20 min。將該工藝條件下制作的饅頭作為對(duì)照組。指標(biāo)分析之前，將饅頭在室溫條件冷卻1 h。

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)

保持發(fā)酵時(shí)間（60 min）、發(fā)酵溫度（32 ℃）、壓面次數(shù)（7）、醒發(fā)時(shí)間（15 min）不變，考查酵母添加量（0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%）對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。

保持酵母添加量（1.0%）、發(fā)酵溫度（32 ℃）、壓面次數(shù)（7）、醒發(fā)時(shí)間（15 min）不變，考查發(fā)酵時(shí)間（30、50、70、90、110 min）對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。

保持酵母添加量（1.0%）、發(fā)酵時(shí)間（70 min）、壓面次數(shù)（7）、醒發(fā)時(shí)間（15 min）不變，考查發(fā)酵溫度（27、30、33、36、39 ℃）對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。

保持酵母添加量（1.0%）、發(fā)酵時(shí)間（70 min）、發(fā)酵溫度（33 ℃）、醒發(fā)時(shí)間（15 min）不變，考查壓面次數(shù)（5、8、11、14、17）對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。

保持酵母添加量（1.0%）、發(fā)酵時(shí)間（70 min）、發(fā)酵溫度（33 ℃）、壓面次數(shù)（11）不變，考查醒發(fā)時(shí)間（10、15、20、25、30 min）對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。

1.3.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用 Central Composite Design（CCD）中心組合實(shí)驗(yàn)，選擇酵母添加量、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、壓面次數(shù)和醒發(fā)時(shí)間為實(shí)驗(yàn)因素，以饅頭比容為指標(biāo)，采用五因素五水平二次旋轉(zhuǎn)正交組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因素水平編碼表如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼表Table 1 Experiment factors and levels table

1.3.4 饅頭品質(zhì)的測(cè)定

饅頭的比容根據(jù)張鳳婕[14]等描述的小米置換法測(cè)定。比容以mL/g表示。

饅頭的質(zhì)構(gòu)特性包括彈性、內(nèi)聚力和回復(fù)性測(cè)定采用配備5 kg稱重傳感器的TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀。沿饅頭中心處切下兩片2 cm的饅頭進(jìn)行測(cè)試。具體測(cè)試條件及參數(shù)設(shè)置如下：使用P/36探頭，模式為 TPA；測(cè)試速度為 1 mm/s，測(cè)試前速度為1 mm/s，測(cè)試后速度為2 mm/s，壓縮程度為50%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)分析采用 SPSS軟件進(jìn)行 One-way ANOVA以及Duncan檢驗(yàn)，P<0.05表示相同指標(biāo)中不同的字母意味著差異顯著；響應(yīng)面圖與回歸方程采用 Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行分析，P<0.01表示極顯著影響，P<0.05 表示顯著影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 酵母添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

由表2得出，酵母添加量的增加使饅頭的比容、內(nèi)聚力、彈性以及回復(fù)性都先增加后減少，這表明酵母添加量過少或過多都不利于饅頭的品質(zhì)。酵母含量較少時(shí)減少面團(tuán)的產(chǎn)氣量從而導(dǎo)致饅頭的比容小，而酵母添加過多時(shí)會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)酵過度，使面團(tuán)中面筋網(wǎng)絡(luò)的持氣性變差，造成饅頭易塌陷或收縮，從而影響?zhàn)z頭的整體品質(zhì)。從表中發(fā)現(xiàn)1.0%的酵母添加量，饅頭的比容大、質(zhì)構(gòu)特性較好[15]。

表2 酵母添加量對(duì)馬鈴薯生漿饅頭品質(zhì)的影響Table 2 Effect of yeast addition on quality properties of potato pulp steamed bread

2.1.2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

由表3所知，饅頭的比容、彈性、內(nèi)聚力以及回復(fù)性都隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而出現(xiàn)先增加后減少的現(xiàn)象。發(fā)酵時(shí)間主要是通過面團(tuán)發(fā)酵過程中酵母的產(chǎn)氣量以及引起的化學(xué)變化來影響?zhàn)z頭的品質(zhì)[16]。發(fā)酵時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致酵母產(chǎn)氣能力不足，難以形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)，會(huì)使饅頭比容以及質(zhì)構(gòu)特性較小。然而發(fā)酵過度會(huì)使面筋過度延伸影響面團(tuán)的持氣性，導(dǎo)致饅頭塌陷并產(chǎn)生酸性氣味，導(dǎo)致饅頭品質(zhì)下降[17]。發(fā)酵時(shí)間在70 min左右時(shí)，饅頭各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最大值。

表3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)馬鈴薯生漿饅頭品質(zhì)的影響Table 3 Effect of fermentation time on quality properties of potato pulp steamed bread

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

由表4可知饅頭的比容、彈性、回復(fù)性隨著發(fā)酵溫度的升高表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。所有饅頭的內(nèi)聚力沒有顯著的差異（P>0.05）。較低的發(fā)酵溫度會(huì)導(dǎo)致酵母的生長(zhǎng)速度緩慢，使面團(tuán)中產(chǎn)生較少的氣體使其難以形成疏松多孔的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使饅頭的比容、彈性及回復(fù)性較小。然而發(fā)酵溫度較高時(shí)，同樣由于酵母的生長(zhǎng)繁殖受到限制會(huì)影響面筋結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致降低饅頭的品質(zhì)[18]。發(fā)酵溫度在33 ℃左右時(shí)或許適合酵母生長(zhǎng)繁殖而提高饅頭品質(zhì)。

表4 發(fā)酵溫度對(duì)馬鈴薯生漿饅頭品質(zhì)的影響Table 4 Effect of fermentation temperature on quality properties of potato pulp steamed bread

2.1.4 壓面次數(shù)對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

如表5所示，隨著壓面次數(shù)的增加，饅頭的比容、彈性、回復(fù)性均先增加后減少。原因可能是面團(tuán)經(jīng)過適當(dāng)?shù)貕貉?，?huì)有助于麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的結(jié)構(gòu)分布，使面團(tuán)在醒發(fā)過程中面筋網(wǎng)絡(luò)得以伸展而使饅頭結(jié)構(gòu)細(xì)膩，彈性、內(nèi)聚力、回復(fù)性以及比容增加。然而面團(tuán)過度壓延會(huì)造成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致饅頭的比容以及質(zhì)構(gòu)特性的降低[19]。壓面次數(shù)在 11次時(shí)，饅頭各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最大值。

表5 壓面次數(shù)對(duì)馬鈴薯生漿饅頭品質(zhì)的影響Table 5 Effect of sheeting time on quality properties of potato pulp steamed bread

2.1.5 醒發(fā)時(shí)間對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

由表6可知，饅頭品質(zhì)隨著醒發(fā)時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。當(dāng)醒發(fā)時(shí)間在20 min左右時(shí)，饅頭的比容、彈性最大。較短的醒發(fā)時(shí)間會(huì)減少饅頭坯內(nèi)部的酵母產(chǎn)氣量，使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有充分延伸而導(dǎo)致饅頭彈性較差、體積較小。而過度的醒發(fā)時(shí)間會(huì)使酵母過度產(chǎn)氣，會(huì)破壞面筋結(jié)構(gòu)使饅頭坯的持氣性降低，從而造成饅頭出現(xiàn)塌陷，體積較小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻。

表6 醒發(fā)時(shí)間對(duì)馬鈴薯生漿饅頭品質(zhì)的影響Table 6 Effect of proofing time on quality properties of potato pulp steamed bread

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

對(duì)酵母添加量（A）、發(fā)酵時(shí)間（B）、發(fā)酵溫度（C）、壓面次數(shù)（D）、醒發(fā)時(shí)間（E）進(jìn)行五因素五水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，以饅頭比容為考察指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表7。方差分析結(jié)果見表8。

表7 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)安排與結(jié)果Table 7 Response surface test arrangement and results

表8 比容的回歸模型方差分析Table 8 Regression model analysis of variance of specific volume

回歸模型顯著（P<0.05），表明回歸模型的自變量和因變量之間的顯著相關(guān)。回歸方程的模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著（P=0.83>0.05），R2=0.90，這表明回歸方程合理可行，并且實(shí)驗(yàn)的可信度高。其中因素D對(duì)比容有顯著的影響（P<0.05），二次項(xiàng)A2、B2和C2對(duì)結(jié)果極顯著以及D2和E2對(duì)饅頭比容極其顯著，交互項(xiàng)BE對(duì)饅頭的比容有顯著的影響。由F值可知，在饅頭工藝條件內(nèi)各因素對(duì)比容的影響依次是D（壓面次數(shù)）>A（酵母添加量）或E（醒發(fā)時(shí)間）>B（發(fā)酵時(shí)間）>C（發(fā)酵溫度）。

圖1a是發(fā)酵溫度為34 ℃、壓面次數(shù)為11、醒發(fā)時(shí)間20 min時(shí)，酵母添加量與發(fā)酵時(shí)間對(duì)馬鈴薯生漿饅頭比容影響的響應(yīng)曲面圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酵母添加量一定時(shí)，馬鈴薯生漿饅頭的比容隨著發(fā)酵時(shí)間的增加呈先上升然后下降的趨勢(shì)；當(dāng)發(fā)酵時(shí)間不變時(shí)，馬鈴薯生漿饅頭的比容隨著酵母添加量的增加先上升后下降。圖1b是酵母添加量為1.0%、發(fā)酵時(shí)間為70 min、醒發(fā)時(shí)間20 min時(shí)，發(fā)酵溫度與壓面次數(shù)對(duì)饅頭比容影響的響應(yīng)曲面圖。從圖中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)酵溫度不變時(shí)，饅頭的比容隨著壓面次數(shù)的不斷增加呈先上升后下降的趨勢(shì)；當(dāng)壓面次數(shù)不變時(shí)，饅頭的比容會(huì)隨著發(fā)酵溫度的增加先上升后下降。圖1c是酵母添加量為1.0%、發(fā)酵溫度為34 ℃、發(fā)酵時(shí)間為70 min時(shí)，醒發(fā)時(shí)間與壓面次數(shù)對(duì)饅頭比容影響的響應(yīng)曲面圖。從圖中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓面次數(shù)一定時(shí)，饅頭的比容隨著醒發(fā)時(shí)間的增加先上升后下降；當(dāng)醒發(fā)時(shí)間一定時(shí)，饅頭的比容隨著壓面次數(shù)的增加呈先增大后減少的趨勢(shì)。

圖1 工藝參數(shù)對(duì)比容影響的響應(yīng)曲面Fig.1 Response surface of the effect of process parameters on specific volume

采用Design-Expert軟件分析了30%馬鈴薯生漿饅頭的最優(yōu)工藝參數(shù)：酵母添加量為1.1%、發(fā)酵溫度為35 ℃、發(fā)酵時(shí)間為70 min、壓面次數(shù)為12、醒發(fā)時(shí)間為19 min，模型預(yù)測(cè)饅頭比容為2.28 mL/g。在最優(yōu)參數(shù)條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)得饅頭比容平均值為2.34 mL/g，誤差小于5%，表明響應(yīng)面優(yōu)化30%馬鈴薯生漿饅頭加工工藝具有較高的可靠性（表9）。并且，與未優(yōu)化的30%馬鈴薯生漿饅頭（2.02 mL/g）相比較，工藝優(yōu)化后饅頭比容顯著提高。

表9 兩組饅頭比容特性的比較Table 9 Comparison of specific volume characteristics between two groups of steamed bread

3 結(jié)論

采用30%馬鈴薯生漿和70%中筋小麥粉為原料制作馬鈴薯生漿饅頭，在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合饅頭比容確定了馬鈴薯生漿饅頭的最佳工藝參數(shù)，即酵母添加量為 1.1%、壓面次數(shù)12、發(fā)酵時(shí)間70 min、發(fā)酵溫度35 ℃、醒發(fā)時(shí)間19 min。在此工藝條件下馬鈴薯生漿饅頭品質(zhì)較好，具有特有的薯香味。由于馬鈴薯的價(jià)格比馬鈴薯全粉低，是馬鈴薯主食制品的理想原料。因此，馬鈴薯生漿饅頭研究在一定程度上為馬鈴薯主食化發(fā)展提供參考。