曹燕飛，張鳳婕，張?zhí)煊睿惿品澹?，李宏軍，2，*

（1.山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院，山東淄博255049；2.樂陵希森馬鈴薯產(chǎn)業(yè)集團有限公司，山東樂陵253600）

我國馬鈴薯種植面積廣闊，產(chǎn)量高，環(huán)境適應性較好，且消費市場廣闊[1]。馬鈴薯具有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和實用的醫(yī)藥價值。馬鈴薯中含人體必需的8 種氨基酸，其中賴氨酸是谷物中的限制氨基酸，與小麥粉配合可以使蛋白的功效提升[2]；馬鈴薯含有小麥和大米中所沒有的胡蘿卜素，有利于補充人體的維生素，減少與年齡有關(guān)的黃斑變性風險[3]；馬鈴薯含有豐富的膳食纖維，有助于腸道蠕動，可以預防便秘、防治癌癥等[4]。

世界上有許多國家將馬鈴薯泥（粉）與面粉混合共同制成各種面制主食，而我國也在2015年推出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，通過產(chǎn)品研制和生產(chǎn)工藝創(chuàng)新，開發(fā)出符合我國居民飲食習慣的產(chǎn)品[5]。不少學者和科研院已經(jīng)展開對馬鈴薯主糧產(chǎn)品的研究。冷進松等[6]探討影響馬鈴薯粉蒸烤饅頭加工的主要因素，經(jīng)過Minitab 聯(lián)用正交設計優(yōu)化出最佳工藝；Suresh Chandra 等[7]將馬鈴薯粉與米粉、小麥粉等混合在一起制作餅干，既改善了餅干的口感又增加了其營養(yǎng)價值；鄭捷等[8]研究表明適量添加馬鈴薯全粉，有利于提高面包的感觀品質(zhì)，降低面包的老化速率，從而延長貨架期，但添加量高于15%將影響面包的比體積及感官得分；Liu 等[9]研究發(fā)現(xiàn)添加馬鈴薯全粉可以降低饅頭的血糖指數(shù)，增加饅頭營養(yǎng)成分。

在崇尚健康飲食的今天，饅頭是深受我國北方消費者喜歡的主食之一[10]，并且已經(jīng)有研究人員成功研制出了馬鈴薯全粉饅頭，而以馬鈴薯生漿為原料制作的馬鈴薯饅頭鮮有報道。與全粉為原料相比，馬鈴薯生漿制作的饅頭能減少成本，適應老百姓的購買能力。因此本研究以馬鈴薯生漿為原料，用響應面法優(yōu)化馬鈴薯生漿饅頭的發(fā)酵工藝，為馬鈴薯主糧化提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯（水分含量79.25%、淀粉含量13.08%、蛋白質(zhì)含量1.25%）：市購；小麥粉（水分含量14.24%、淀粉含量68.50%、蛋白質(zhì)含量9.11%）：淄博云海面粉廠；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；維生素C：鄭州康本生物科技有限公司。

M400 搗碎機：中山市帝贊電器有限公司；B15 三功能攪拌機：廣東力豐機械制造有限公司；MT140 型系列軋面機：湖北省棗陽市巨鑫機械有限公司；DHN30A多功能電熱鍋：山東鍋老大有限公司；BRF-18C 醒發(fā)箱：廣州展卓商用設備制造有限公司。

1.2 馬鈴薯生漿饅頭的制作工藝

馬鈴薯生漿的制備：將馬鈴薯清洗去皮，用搗碎機進行打漿制得馬鈴薯生漿，加水量根據(jù)馬鈴薯生漿及面粉混合物的粉質(zhì)吸水率的72%來配成濃度0.8%的維生素C 水溶液，將其立即倒入馬鈴薯生漿中得到稀釋的馬鈴薯汁。

和面：將1%高活性干酵母放入10 mL 溫水中活化3 min，再將稱量好面粉和由10%～30%馬鈴薯生漿經(jīng)護色液稀釋得來的馬鈴薯汁混合物一起加入，在攪拌機中和面3 min。

發(fā)酵：將面團放入醒發(fā)箱中，在38 ℃，相對濕度80%條件下發(fā)酵50 min。

壓延成型：將發(fā)酵好的面團放入軋面機中進行壓延，壓面14 次后取出面帶，卷起、切割，質(zhì)量約為40 g/個，然后進一步揉制成圓形。

醒發(fā)：將成型饅頭坯置于35 ℃、相對濕度為80%的醒發(fā)箱中醒發(fā)14 min。

蒸制：醒發(fā)結(jié)束后，將饅頭坯放入蒸鍋中蒸制30 min，取出冷卻1 h，待測。

1.3 馬鈴薯生漿饅頭的品質(zhì)測定

1.3.1 馬鈴薯生漿饅頭的比容測定

用小米置換法測定饅頭比容，每個樣品重復測定3 次[11]。

1.3.2 馬鈴薯生漿饅頭的感官評價

參照GB/T 17320-2013《小麥品種品質(zhì)分類》附錄A 的實驗室饅頭評定方法，對馬鈴薯生漿饅頭各項指標評分適當修改，評分標準見表1。由8 名具有專業(yè)知識的本科生和碩士研究生組成固定的品嘗小組進行評分[12]。

表1 馬鈴薯生漿饅頭感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard of potato pulp steamed bread

1.4 單因素試驗

分別以不同的馬鈴薯生漿添加量、加水量、酵母添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度進行單因素試驗，考察各不同因素對冷凍面團饅頭的感官品質(zhì)的影響。試驗中固定面粉與馬鈴薯生漿的總質(zhì)量，以總質(zhì)量為基準，分別取0%、10%、15%、20%、25%、30%。加水量根據(jù)馬鈴薯生漿及面粉混合物的粉質(zhì)吸水率的56%、64%、72%、80%、88%來計算，并且前期試驗得出馬鈴薯生漿添加量與粉質(zhì)吸水率的公式為y=-1.254x+59.3，R2=0.979 9。

1.5 響應面試驗設計

根據(jù)單因素的結(jié)果確定5 個水平，以馬鈴薯生漿饅頭的感官評分為標準，采用五因素五水平二次旋轉(zhuǎn)正交試驗設計安排試驗。試驗因素水平編碼表如表2。

表2 試驗因素水平及編碼表Table 2 Experiment factors and levels table

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SAS9.1 軟件對數(shù)據(jù)處理并進行響應曲面分析，得到響應面圖，使用OriginPro 9.1 軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 馬鈴薯生漿添加量的影響

馬鈴薯生漿添加量對饅頭感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 馬鈴薯生漿添加量對饅頭感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of potato pulp addition on sensory quality of steamed bread

本試驗選擇馬鈴薯生漿分別為0%、10%、15%、20%、25%、30%，研究馬鈴薯生漿添加量對饅頭感官品質(zhì)的影響。從圖1 中可以看出，隨著馬鈴薯生漿的添加，饅頭的品質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢，是因為馬鈴薯生漿中缺乏面筋蛋白，不利于面團的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成，降低饅頭的比容?？紤]馬鈴薯生漿饅頭感官評價及營養(yǎng)價值，提高馬鈴薯生漿添加量，選擇20%的馬鈴薯添加量為宜。

2.1.2 加水量的影響

加水量對饅頭感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 加水量對饅頭感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of added water on sensory quality of steamed bread

本試驗選擇的加水量是根據(jù)馬鈴薯生漿及面粉混合物的粉質(zhì)吸水率的56%、64%、72%、80%、88%來計算，研究加水量對饅頭感官品質(zhì)的影響。由圖2可知，感官評分隨著加水量的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，加水量偏低時，不足以與面筋蛋白充分接觸形成面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，導致饅頭的體積較小，當加水量過高時，使面團過軟，饅頭不易成型。因此，加水量在72%時感官評分達到最大值，故72%的加水量適宜。

2.1.3 酵母添加量的影響

酵母添加量對饅頭感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 酵母添加量對饅頭感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of added yeast on sensory quality of steamed bread

酵母添加量分別為0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%，研究酵母添加量對饅頭感官品質(zhì)的影響。由圖3可知，酵母的添加量為0.6%和1.2%時，饅頭的感官評分低，說明過多或過少都會使饅頭的品質(zhì)下降。酵母粉添加量過低時，產(chǎn)氣量較小導致饅頭挺立發(fā)硬，比容小，酵母添加量過多時，使面團發(fā)酵過度，致使面筋網(wǎng)絡持氣性變差，饅頭塌陷，導致感官評分下降。因此，當添加量在0.8%時，饅頭的感官評分最大，故選擇酵母添加量為0.8%。

2.1.4 發(fā)酵時間的影響

發(fā)酵時間對饅頭感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 發(fā)酵時間對饅頭感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of steamed bread

選擇發(fā)酵時間分別為30、50、70、90、110 min，研究發(fā)酵時間對饅頭感官品質(zhì)的影響。從圖4可知，發(fā)酵時間不足，饅頭體積小且外觀較差，質(zhì)地偏硬，而面團發(fā)酵時間過長，面筋過度延伸，造成饅頭塌陷且表面不平，同時會產(chǎn)生異味，內(nèi)部孔洞粗大不均勻，所以發(fā)酵時間50 min 為宜。

2.1.5 發(fā)酵溫度的影響

發(fā)酵溫度對饅頭感官品質(zhì)的影響見圖5。

圖5 發(fā)酵溫度對饅頭感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory quality of steamed bread

選擇發(fā)酵溫度分別為30、33、36、39、42 ℃，研究發(fā)酵溫度對饅頭感官品質(zhì)的影響。由圖5可知，饅頭的感官品質(zhì)隨著發(fā)酵溫度的升高呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，當發(fā)酵溫度為36 ℃時，適宜酵母生長而產(chǎn)生大量的氣體，使面團逐漸形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，導致饅頭內(nèi)部形成均勻多孔的結(jié)構(gòu)，饅頭的感官評分達到最大值，故選擇適宜的發(fā)酵溫度為36 ℃。

2.2 正交試驗安排與結(jié)果

根據(jù)表2試驗因素水平編碼表，采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗設計來安排試驗，對馬鈴薯生漿饅頭的感官評分進行測定，試驗安排與數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 試驗安排與結(jié)果Table 3 Experiment arrangement and results

2.3 馬鈴薯生漿饅頭感官評分的響應面結(jié)果分析

將表3中馬鈴薯生漿饅頭的試驗結(jié)果運用SAS9.1 數(shù)據(jù)分析軟件進行二次多元回歸擬合獲得回歸方程，并對得到的回歸方程系數(shù)顯著性檢驗、回歸模型方差分析及響應面，結(jié)果見表4、表5。

采用SAS9.1 軟件對數(shù)據(jù)進行回歸分析，5 個因素對馬鈴薯生漿饅頭感官評分經(jīng)過擬合得到回歸方程：

表4 回歸方程的系數(shù)顯著性檢驗Table 4 Significance test of regression equation coefficient

表5 馬鈴薯生漿饅頭感官評分的回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of potato pulp steamed bread sensory score by regression model

Y=83.631944+3.041667X1-5.041667X2-0.041667X3-1.541 667X4-2.958 333X5+1.562 500X2X1+0.187 500X3X1-0.937 500X3X2+1.312 500X4X1+0.187500X4X2-0.187500X4X3+0.312500X5X1+0.437500X5X2-2.437500X5X3-2.062500X5X4-3.572 917X12-2.572 917X22-2.447 917X32-2.572 917X42-1.197 917X52

由表4可看出，影響馬鈴薯生漿饅頭感官評分的因素按照主次順序為：加水量＞馬鈴薯生漿添加量＞發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時間＞酵母添加量。模型中因素X1、X2、X5對饅頭的感官評分極顯著，因素X4較顯著；因素X12、X22、X32、X42對饅頭的感官評分極顯著，因素X52較顯著；因素X5X3、X5X4交互作用顯著，X2X1、X4X1交互作用較顯著；其他不顯著。

對回歸模型進行方差分析，結(jié)果見表5。由表5可知：此模型的決定系數(shù)R2為0.967 5，線性、二次項、總回歸均極顯著，交互項顯著；失擬不顯著。說明該回歸模型的擬合程度較好，5 個因素與馬鈴薯生漿饅頭的感官評分是可行的。

運用SAS 9.1 軟件分析數(shù)據(jù)得出各因素對馬鈴薯生漿饅頭感官評分的響應曲面，根據(jù)響應曲面獲得其變化規(guī)律。各因素交互作用對馬鈴薯生漿饅頭感官評分的影響見圖6。

圖6（a）是饅頭工藝參數(shù)加水量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間維持在零水平時，馬鈴薯生漿與酵母添加量交互作用與等高線。由圖6（a）可知，當酵母添加量恒定時，饅頭的感官評分隨著馬鈴薯生漿添加量的增加呈現(xiàn)出拋物線趨勢，這與孫維思等[13]研究饅頭的感官評分隨馬鈴薯添加量的增加出現(xiàn)先升高后下降的結(jié)論一致。這是因為饅頭中添加馬鈴薯生漿會賦予其特殊的風味和色澤，但是添加量超過20%，由于馬鈴薯淀粉中不含有面筋蛋白，會降低面團中的面筋蛋白含量，面團的延伸性、拉伸面積減少，從而使面團的面筋結(jié)構(gòu)和流變特性弱化，進一步導致馬鈴薯饅頭在加工過程中出現(xiàn)塌陷，產(chǎn)品的可塑性差[14]。當馬鈴薯生漿添加量固定時，饅頭的感官評分隨著酵母添加量的增加呈現(xiàn)拋物型趨勢，酵母添加量為0.9%時達到最高點，這種變化趨勢與蘇東民等[15]研究饅頭的感官評分隨酵母添加量增加先升高后下降的結(jié)論相一致。

圖6 因素交互作用對馬鈴薯生漿饅頭感官評分的影響Fig.6 Effect of factor interaction on sensory score of steamed bread with potato pulp

圖6（b）是饅頭工藝參數(shù)酵母添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間維持在零水平時，馬鈴薯生漿與加水量交互作用與等高線。由圖6（b）可知，馬鈴薯生漿饅頭的感官評分隨著加水量的增加，緩慢上升，當加水量在70%左右時達到最大，超過75%時饅頭的品質(zhì)顯著降低。分析可知，加水量低時不能與面筋蛋白充分接觸形成面筋，而在和面過程中面團的蛋白質(zhì)面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是由水和蛋白質(zhì)的水化作用形成的，從而影響?zhàn)z頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使饅頭比容減少，沒有飽滿的外形；加水量過高時，酵母的增殖速度會隨著面團含水量的增加而加快，面團發(fā)酵速度快，但形成的面筋網(wǎng)絡不夠牢固容易使CO2沖破而破裂，饅頭表皮會出現(xiàn)氣孔、顏色分布不均勻，從而會使饅頭的品質(zhì)下降[16]。當加水量保持不變時，饅頭的感官評分隨著馬鈴薯生漿添加量增加時先增高后下降。

圖6（c）是饅頭工藝參數(shù)馬鈴薯生漿添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度維持在零水平時，酵母添加量與加水量交互作用與等高線。當加水量恒定時，隨著酵母添加量的增加，饅頭的感官評分升高，達到一定程度后感官評分開始下降。分析可知，在面團發(fā)酵過程中酵母會產(chǎn)生CO2，生成乙醇及其他揮發(fā)性風味物質(zhì)，賦予饅頭特有的風味[17]。酵母添加量少時，在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體不足會使面團氣孔不均勻，饅頭的彈韌性不好；當酵母用量過多時，酵母在面團發(fā)酵過程中產(chǎn)氣過多過快，使饅頭局部有塌陷，較粘牙，影響其綜合評分[18]。當酵母添加量一定時，饅頭的感官評分隨著加水量增加先增高后下降。

圖6（d）是饅頭工藝參數(shù)馬鈴薯生漿添加量、加水量、酵母添加量維持在零水平時，發(fā)酵溫度與發(fā)酵時間交互作用與等高線。當發(fā)酵溫度保持不變時，馬鈴薯生漿饅頭的感官評分隨著發(fā)酵時間的延長先升高，但時間超過55min 后饅頭的品質(zhì)迅速下降。發(fā)酵時間影響?zhàn)z頭的品質(zhì)是通過面團中酵母的產(chǎn)氣量及引起的化學變化實現(xiàn)的[19]。發(fā)酵時間短時，饅頭體積小且不夠松軟，內(nèi)部組織不良；時間過度，面筋延伸過長使饅頭塌陷、表面不光澤，同時發(fā)酵時間過長時，饅頭就會產(chǎn)生酸性氣味，品質(zhì)下降[6]。當發(fā)酵時間不變時，隨著發(fā)酵溫度的升高，饅頭的感官評分先增大后減少。分析可知，溫度能夠影響酵母菌的生長繁殖速率，影響面團釋放CO2的速率，從而對饅頭的發(fā)酵過程產(chǎn)生影響。溫度過低時，面團中產(chǎn)生的CO2量因酵母菌生長緩慢而不足，致使面團不能形成疏松多孔結(jié)構(gòu)，饅頭表皮顏色不均、硬度過大；溫度過高時就會抑制酵母菌的生長速度，產(chǎn)氣量就會下降，從而使面團中面筋強度減弱，饅頭容易塌陷[19]。

2.4 嶺回歸尋找最優(yōu)工藝范圍

以饅頭感官評分為考察指標，運用嶺回歸尋優(yōu)確定最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)范圍，結(jié)果見表6。

根據(jù)表6可以得出，經(jīng)過嶺回歸選優(yōu)得到最佳發(fā)酵工藝參數(shù)范圍為：馬鈴薯添加量20%～21%，加水量68%～72%，酵母添加量0.8%～0.9%，發(fā)酵時間50 min～52 min，發(fā)酵溫度33 ℃～36 ℃。

表6 馬鈴薯生漿饅頭感官評分的嶺回歸尋優(yōu)分析Table 6 Analysis of ridge regression for potato pulp steamed bread sensory score

2.5 驗證試驗安排及結(jié)果

發(fā)酵工藝參數(shù)的驗證試驗結(jié)果見表7。

表7 驗證試驗結(jié)果Table 7 The results of verification test

由表7的數(shù)據(jù)可以得出，在最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)范圍內(nèi)，馬鈴薯生漿饅頭的感官評分數(shù)據(jù)均在較好范圍內(nèi)，說明參數(shù)優(yōu)化是可靠的。所以最終確定發(fā)酵工藝參數(shù)是：馬鈴薯生漿添加量為21%，加水量68%、酵母添加量0.9%、發(fā)酵時間52 min、發(fā)酵溫度35 ℃。在此條件下的馬鈴薯生漿饅頭的感官評分是89 分。

3 結(jié)論

以普通面粉和馬鈴薯生漿為原料，利用響應面法對馬鈴薯生漿添加量、加水量、酵母添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度5 個因素進行優(yōu)化，可以得到最佳工藝條件組合：馬鈴薯生漿添加量為21%，加水量68%、酵母添加量0.9%、發(fā)酵時間52 min、發(fā)酵溫度35 ℃，在此條件下的馬鈴薯生漿饅頭的感官評分是89 分。通過對馬鈴薯生漿饅頭的發(fā)酵工藝研究，探索各因工藝參數(shù)對發(fā)饅頭感官品質(zhì)的影響，為馬鈴薯糧食主糧化提供一定的數(shù)據(jù)參考。