響應面法優化甘薯泥饅頭加工工藝

張鳳婕 ，張天語 ，曹燕飛 ，楊 哲 ，張海靜 ，李宏軍

（1.樂陵希森馬鈴薯產業集團有限公司，山東 德州 253600；2.山東理工大學 農業工程與食品科學學院，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]，是我國淀粉工業的主要原料。甘薯具有很高的營養價值，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。從營養角度看，甘薯營養比較平衡[2]，比大米、小麥粉具有更多的優點。因此，將甘薯與大米、小麥粉等谷物類食品搭配食用，可以使蛋白質的組成更全面[3]。

近年來，國外很多發達國家將甘薯視為“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品研究報道較少。馬名揚等[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流變學特性及饅頭品質的影響；梁建蘭等[10]將甘薯配粉饅頭與普通饅頭揮發性物質進行了比較，發現甘薯配粉饅頭中的香氣物質比普通饅頭多十多種。

實驗將甘薯制成泥后添加到小麥粉中制作甘薯泥饅頭，通過單因素實驗和響應面法考察壓面次數、醒發時間、醒發溫度對含20%甘薯泥饅頭品質的影響，確定最佳工藝條件，旨在為甘薯泥主食饅頭的生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

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 儀器與設備

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

1.3 實驗方法

1.3.1 饅頭制作工藝流程

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

操作要點：①甘薯泥的制備。挑選無病害、表面光滑的甘薯，經洗凈后用蒸鍋蒸 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，固定加水量31 mL，酵母添加量1 g，一起加入攪拌機中和面3 min。③發酵。將面團放入醒發箱中，在溫度36 ℃，相對濕度80%的條件[11]下發酵。④壓延成型。將發酵好的面團放入壓面機中進行壓延，多次壓延后取出面帶，揉搓成團，手工成型。⑤醒發。將成型饅頭坯置于醒發箱中醒發20 min。⑥蒸制。醒發結束后，將饅頭坯放入蒸鍋中蒸制20 min，取出冷卻1 h，待測。

1.3.2 單因素實驗

考察壓面次數、醒發時間、醒發溫度的不同對甘薯泥饅頭品質的影響，以比容、色差、膠粘性、感官評價為考察指標進行單因素實驗，確定各因素的最佳條件。單因素實驗水平設置見表 1。

表1 單因素實驗因素水平

1.3.3 響應面實驗設計

根據單因素的實驗結果，以壓面次數、醒發時間、醒發溫度3個因素為自變量，以甘薯泥饅頭的感官評價為標準，采用三因素五水平二次正交旋轉組合實驗設計安排實驗。實驗因素水平編碼表如表2。

表2 實驗因素水平及編碼

1.4 指標測定方法

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，重復測定3次。按公式（1）計算饅頭的比容[12]。

式中：P為饅頭比容，mL/g；V為饅頭體積，mL；M表示饅頭質量，g。

1.4.2 饅頭色差測定

取3個有代表性的饅頭，測定比容后，剝去饅頭皮，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10 mm3的正方體，放在質構儀上，在TPA模式下采用P/36R壓盤式探頭進行測定，測試參數為[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次壓縮時間間隔10 s。重復測定6次，取平均值。

1.4.4 饅頭感官評價

參照GB/T 17320—2013《小麥品種品質分類》的饅頭評定方法，對甘薯泥饅頭各項指標評分適當修改，具體評分標準如表3所示，實驗均3次重復，取平均值。

表3 感官評分標準

1.5 數據處理

采用SAS9.4軟件對數據處理，進行響應曲面分析，得到響應面圖，使用OriginPro 9.1 軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 壓面次數對甘薯泥饅頭品質的影響

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

圖1 壓面次數對甘薯泥饅頭比容和感官評價的影響

圖2 壓面次數對甘薯泥饅頭色澤L*和膠粘性的影響

由圖 1、圖 2可以看出，隨著壓面次數的增加，甘薯泥饅頭的比容、感官評價和亮度值L*均呈先增加后減少的趨勢，饅頭的膠粘性顯著增加，當壓面次數為14次時，比容、感官評價和亮度值L*達到最大值。壓面時可以使面團的氣泡消失，面筋網絡結構在壓面過程中逐漸形成，CO2氣體在面團內均勻溢出，蒸制的饅頭比容較大，外觀顏色較亮；壓面次數過多會使面團出現滲水發黏，面團持氣能力受限[15]，不利于面團的發酵，此時蒸制的饅頭內部組織呈不均勻狀，使饅頭比容減小，感官評價降低，L*逐漸變深。因此，確定最佳的壓面次數為14次。

2.1.2 醒發時間對甘薯泥饅頭品質的影響

醒發時間對甘薯泥饅頭比容、感官評價的影響和對色差、膠粘性的影響分別如圖3、圖4所示。

圖3 醒發時間對甘薯泥饅頭比容和感官評價的影響

圖4 醒發時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，隨著醒發時間的增加，甘薯泥饅頭比容、感官評價和亮度值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，當醒發時間為20 min時，比容、感官評價和亮度值L*達到最大值。這是由于隨著醒發時間的增加，甘薯泥饅頭內部孔洞細小均勻，表面光滑，比容增大，感官評價較高；但是醒發時間過長，會使面團膨脹過度而超過可承受的拉伸限度[16]，饅頭內部孔洞大小不一，缺乏光澤或表面不平，感官評價下降。因此，確定最佳的醒發時間為20 min。

2.1.3 醒發溫度對甘薯泥饅頭品質的影響

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

圖5 醒發溫度對甘薯泥饅頭比容和感官評價的影響

圖6 醒發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、感官評價和亮度值L*隨著醒發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，當醒發溫度為 32 ℃時，比容、感官評價和亮度值L*達到最大值。這是由于隨著醒發溫度的延長，酵母菌大量生長繁殖，促進面團體積的膨脹，饅頭內部產生多孔結構[17]，表面光滑；隨著發酵溫度繼續升高，酵母菌生長繁殖受到抑制，饅頭表面出現暗斑，內部孔洞粗糙，比容減小，感官評價降低。因此，確定最佳的醒發溫度為32 ℃。

2.2 響應面實驗結果及分析

2.2.1 響應面實驗設計方案及結果

響應面實驗安排及結果見表3。

表3 響應面實驗安排與結果

2.2.2 甘薯泥饅頭醒發工藝模型建立及顯著性檢驗

利用SAS 9.4軟件對表3中甘薯泥饅頭的感官評價數據進行處理，得到回歸方程系數顯著性檢驗、回歸模型方差分析以及響應面，見表4、表5、圖7。

采用SAS 9.4軟件對數據進行回歸分析，3個因素對甘薯泥饅頭感官評價經過擬合得到回歸方程：

表4 回歸方程的系數顯著性檢驗

由表4可看出，影響甘薯泥饅頭感官評價的因素按照主次順序為：醒發時間＞醒發溫度＞壓面次數。模型的常數項（Pr＜0.000 1）極顯著；二次項顯著；一次項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的回歸模型方差分析

由表5可知：甘薯泥饅頭感官評價的回歸模型的決定系數為R2=0.820 7；線性（Pr=0.084 0＞0.05）不顯著，二次項（Pr=0.000 1＜0.01）顯著，交互項（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的數據與模型的擬合程度較好。

圖7 醒發工藝參數對甘薯泥饅頭感官評價影響的響應面分析

圖7a是醒發時間為20 min時，壓面次數與醒發溫度對甘薯泥饅頭感官評價影響的響應曲面。從圖中可以看出，當醒發溫度一定時，隨著壓面次數的增加，甘薯泥饅頭的感官評分呈先上升然后下降；當壓面次數不變時，隨著醒發溫度不斷升高，甘薯泥饅頭的感官評分呈出先增加后降低的趨勢。圖7b是醒發溫度為32 ℃時，壓面次數與醒發時間對甘薯泥饅頭感官評價影響的響應曲面。從圖中可以看出，當醒發時間不變時，隨著壓面次數的不斷增加，甘薯泥饅頭的感官評分先上升后下降；當壓面次數一定時，甘薯泥饅頭的感官評分會隨著醒發時間的增加先上升后下降。圖7c是壓面次數為14次時，醒發時間與醒發溫度對甘薯泥饅頭感官評分影響的響應曲面。從圖中可以看出，當醒發溫度一定時，隨著醒發時間的增加，甘薯泥饅頭的感官評分呈先增加后減少趨勢；當醒發時間一定時，甘薯泥饅頭的感官評分隨著醒發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，當甘薯泥饅頭的考察指標是感官評價時，利用嶺回歸尋優可以找到醒發工藝的最佳參數范圍：壓面次數（X1）為 13～14次，醒發時間（X2）為 15～20 min，醒發溫度（X3）為 32～35 ℃。

2.2.4 驗證實驗安排及結果

由表 7可以看出，在醒發工藝的最佳參數范圍內，甘薯泥饅頭的感官評分數據均在回歸模型所預測值的范圍內，表明醒發工藝的參數優化是可靠的。在此驗證下得出的醒發工藝參數是：壓面次數14次，醒發時間18 min，醒發溫度33 ℃，在該醒發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分析

表7 驗證實驗

3 結論

以 20%甘薯泥和小麥粉為原料，研究壓面次數、醒發時間、醒發溫度對甘薯泥饅頭品質的影響規律。在單因素實驗基礎上，選取感官評價為考察指標，利用響應面分析法對甘薯泥饅頭加工工藝進行優化。得到甘薯泥饅頭的最佳工藝為：壓面次數14次，醒發時間18 min，醒發溫度33 ℃。在此工藝條件下甘薯泥饅頭品質較好，具有特殊的甘薯香味。可以為甘薯泥饅頭的后續研究提供一定的理論指導。