响应面法优化甘薯泥馒头加工工艺

张凤婕 ，张天语 ，曹燕飞 ，杨 哲 ，张海静 ，李宏军

（1.乐陵希森马铃薯产业集团有限公司，山东 德州 253600；2.山东理工大学 农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255049）

甘薯，作为我国仅次于水稻、小麦、玉米的主要粮食作物[1]，是我国淀粉工业的主要原料。甘薯具有很高的营养价值，其中必需氨基酸含量相对较高，特别是米面中较缺的赖氨酸。从营养角度看，甘薯营养比较平衡[2]，比大米、小麦粉具有更多的优点。因此，将甘薯与大米、小麦粉等谷物类食品搭配食用，可以使蛋白质的组成更全面[3]。

近年来，国外很多发达国家将甘薯视为“健康食品”及“太空食品”，掀起了一股食用甘薯的热潮[4-6]。在我国，甘薯主要以加工淀粉[7]和制作薯片[8]为主，以甘薯为原料的主食产品研究报道较少。马名扬等[9]向小麦粉中加入一定比例的甘薯全粉制作馒头，研究了甘薯全粉添加量对面团流变学特性及馒头品质的影响；梁建兰等[10]将甘薯配粉馒头与普通馒头挥发性物质进行了比较，发现甘薯配粉馒头中的香气物质比普通馒头多十多种。

实验将甘薯制成泥后添加到小麦粉中制作甘薯泥馒头，通过单因素实验和响应面法考察压面次数、醒发时间、醒发温度对含20%甘薯泥馒头品质的影响，确定最佳工艺条件，旨在为甘薯泥主食馒头的生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

雪花小麦粉：淄博市云海面粉厂；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；新鲜甘薯：市购。

1.2 仪器与设备

BRF-18C冷藏醒发箱：广州展卓商用设备制造有限公司；MT140型系列压面机：枣阳市巨鑫机械有限公司；多功能电热锅：山东锅老大电器有限公司；TA.XT.plus型质构仪：英国 Stable Micro Systems公司；CM-3600A色彩色差仪：日本Konica Minolta公司；电子天平：福州科迪电子技术有限公司；B15三功能搅拌机：广东力丰机械制造有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 馒头制作工艺流程

采用二次发酵法制作甘薯泥馒头的工艺流程为：称取配料→和面成团→发酵→压延成型→醒发→蒸制→成品。

操作要点：①甘薯泥的制备。挑选无病害、表面光滑的甘薯，经洗净后用蒸锅蒸 40 min，拿出放凉至室温，去皮捣碎成甘薯泥备用。②和面。以100 g混合粉（20 g甘薯泥和80 g小麦粉）为基准，固定加水量31 mL，酵母添加量1 g，一起加入搅拌机中和面3 min。③发酵。将面团放入醒发箱中，在温度36 ℃，相对湿度80%的条件[11]下发酵。④压延成型。将发酵好的面团放入压面机中进行压延，多次压延后取出面带，揉搓成团，手工成型。⑤醒发。将成型馒头坯置于醒发箱中醒发20 min。⑥蒸制。醒发结束后，将馒头坯放入蒸锅中蒸制20 min，取出冷却1 h，待测。

1.3.2 单因素实验

考察压面次数、醒发时间、醒发温度的不同对甘薯泥馒头品质的影响，以比容、色差、胶粘性、感官评价为考察指标进行单因素实验，确定各因素的最佳条件。单因素实验水平设置见表 1。

表1 单因素实验因素水平

1.3.3 响应面实验设计

根据单因素的实验结果，以压面次数、醒发时间、醒发温度3个因素为自变量，以甘薯泥馒头的感官评价为标准，采用三因素五水平二次正交旋转组合实验设计安排实验。实验因素水平编码表如表2。

表2 实验因素水平及编码

1.4 指标测定方法

1.4.1 馒头比容测定

称取馒头，采用小米替换法测定馒头体积，重复测定3次。按公式（1）计算馒头的比容[12]。

式中：P为馒头比容，mL/g；V为馒头体积，mL；M表示馒头质量，g。

1.4.2 馒头色差测定

取3个有代表性的馒头，测定比容后，剥去馒头皮，从馒头中间部位开始，分别向两边切两片20 mm厚的馒头片，在色彩色差仪上分别测定每一片瓤与皮3个不同位置的亮度值（L*)，取平均值[13]。

1.4.3 馒头胶黏性测定

在馒头中心部分切取3个10 mm3的正方体，放在质构仪上，在TPA模式下采用P/36R压盘式探头进行测定，测试参数为[14]：测试前速度2.00 mm/s，测试和测试后速度1.0 mm/s，压缩程度60%，2次压缩时间间隔10 s。重复测定6次，取平均值。

1.4.4 馒头感官评价

参照GB/T 17320—2013《小麦品种品质分类》的馒头评定方法，对甘薯泥馒头各项指标评分适当修改，具体评分标准如表3所示，实验均3次重复，取平均值。

表3 感官评分标准

1.5 数据处理

采用SAS9.4软件对数据处理，进行响应曲面分析，得到响应面图，使用OriginPro 9.1 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 压面次数对甘薯泥馒头品质的影响

压面次数对甘薯泥馒头比容、感官评价的影响和对色差、胶粘性的影响分别如图1、图2所示。

图1 压面次数对甘薯泥馒头比容和感官评价的影响

图2 压面次数对甘薯泥馒头色泽L*和胶粘性的影响

由图 1、图 2可以看出，随着压面次数的增加，甘薯泥馒头的比容、感官评价和亮度值L*均呈先增加后减少的趋势，馒头的胶粘性显著增加，当压面次数为14次时，比容、感官评价和亮度值L*达到最大值。压面时可以使面团的气泡消失，面筋网络结构在压面过程中逐渐形成，CO2气体在面团内均匀溢出，蒸制的馒头比容较大，外观颜色较亮；压面次数过多会使面团出现渗水发黏，面团持气能力受限[15]，不利于面团的发酵，此时蒸制的馒头内部组织呈不均匀状，使馒头比容减小，感官评价降低，L*逐渐变深。因此，确定最佳的压面次数为14次。

2.1.2 醒发时间对甘薯泥馒头品质的影响

醒发时间对甘薯泥馒头比容、感官评价的影响和对色差、胶粘性的影响分别如图3、图4所示。

图3 醒发时间对甘薯泥馒头比容和感官评价的影响

图4 醒发时间对甘薯泥馒头色泽L＊和胶粘性的影响

由图3、图4可以看出，随着醒发时间的增加，甘薯泥馒头比容、感官评价和亮度值L*均呈先增加后减少的趋势，馒头的胶粘性呈逐渐增加的趋势，当醒发时间为20 min时，比容、感官评价和亮度值L*达到最大值。这是由于随着醒发时间的增加，甘薯泥馒头内部孔洞细小均匀，表面光滑，比容增大，感官评价较高；但是醒发时间过长，会使面团膨胀过度而超过可承受的拉伸限度[16]，馒头内部孔洞大小不一，缺乏光泽或表面不平，感官评价下降。因此，确定最佳的醒发时间为20 min。

2.1.3 醒发温度对甘薯泥馒头品质的影响

醒发温度对甘薯泥馒头比容、感官评价的影响和对色差、胶粘性的影响分别如图5、6所示。

图5 醒发温度对甘薯泥馒头比容和感官评价的影响

图6 醒发温度对甘薯泥馒头色泽L＊和胶粘性的影响

由图5、图6可知，甘薯泥馒头的比容、感官评价和亮度值L*随着醒发温度的增加均呈先增加后减少的趋势，馒头的胶粘性显著增加，当醒发温度为 32 ℃时，比容、感官评价和亮度值L*达到最大值。这是由于随着醒发温度的延长，酵母菌大量生长繁殖，促进面团体积的膨胀，馒头内部产生多孔结构[17]，表面光滑；随着发酵温度继续升高，酵母菌生长繁殖受到抑制，馒头表面出现暗斑，内部孔洞粗糙，比容减小，感官评价降低。因此，确定最佳的醒发温度为32 ℃。

2.2 响应面实验结果及分析

2.2.1 响应面实验设计方案及结果

响应面实验安排及结果见表3。

表3 响应面实验安排与结果

2.2.2 甘薯泥馒头醒发工艺模型建立及显著性检验

利用SAS 9.4软件对表3中甘薯泥馒头的感官评价数据进行处理，得到回归方程系数显著性检验、回归模型方差分析以及响应面，见表4、表5、图7。

采用SAS 9.4软件对数据进行回归分析，3个因素对甘薯泥馒头感官评价经过拟合得到回归方程：

表4 回归方程的系数显著性检验

由表4可看出，影响甘薯泥馒头感官评价的因素按照主次顺序为：醒发时间＞醒发温度＞压面次数。模型的常数项（Pr＜0.000 1）极显著；二次项显著；一次项X2（Pr=0.029 8＜0.05=较显著；其他不显著。

表5 甘薯泥馒头感官评价的回归模型方差分析

由表5可知：甘薯泥馒头感官评价的回归模型的决定系数为R2=0.820 7；线性（Pr=0.084 0＞0.05）不显著，二次项（Pr=0.000 1＜0.01）显著，交互项（Pr=0.326 2＞0.05）不显著，总回归（Pr=0.001 3＜0.01）显著；失拟（Pr=0.166 4＞0.05）不显著。由此可以说明所建立的甘薯泥馒头感官评价的数据与模型的拟合程度较好。

图7 醒发工艺参数对甘薯泥馒头感官评价影响的响应面分析

图7a是醒发时间为20 min时，压面次数与醒发温度对甘薯泥馒头感官评价影响的响应曲面。从图中可以看出，当醒发温度一定时，随着压面次数的增加，甘薯泥馒头的感官评分呈先上升然后下降；当压面次数不变时，随着醒发温度不断升高，甘薯泥馒头的感官评分呈出先增加后降低的趋势。图7b是醒发温度为32 ℃时，压面次数与醒发时间对甘薯泥馒头感官评价影响的响应曲面。从图中可以看出，当醒发时间不变时，随着压面次数的不断增加，甘薯泥馒头的感官评分先上升后下降；当压面次数一定时，甘薯泥馒头的感官评分会随着醒发时间的增加先上升后下降。图7c是压面次数为14次时，醒发时间与醒发温度对甘薯泥馒头感官评分影响的响应曲面。从图中可以看出，当醒发温度一定时，随着醒发时间的增加，甘薯泥馒头的感官评分呈先增加后减少趋势；当醒发时间一定时，甘薯泥馒头的感官评分随着醒发温度的升高呈先增大后减少的趋势。

2.2.3 岭回归寻找最佳工艺范围

从表 6可知，当甘薯泥馒头的考察指标是感官评价时，利用岭回归寻优可以找到醒发工艺的最佳参数范围：压面次数（X1）为 13～14次，醒发时间（X2）为 15～20 min，醒发温度（X3）为 32～35 ℃。

2.2.4 验证实验安排及结果

由表 7可以看出，在醒发工艺的最佳参数范围内，甘薯泥馒头的感官评分数据均在回归模型所预测值的范围内，表明醒发工艺的参数优化是可靠的。在此验证下得出的醒发工艺参数是：压面次数14次，醒发时间18 min，醒发温度33 ℃，在该醒发工艺条件下甘薯泥馒头的感官评分是89分。

表6 甘薯泥馒头感官评分的岭回归寻优分析

表7 验证实验

3 结论

以 20%甘薯泥和小麦粉为原料，研究压面次数、醒发时间、醒发温度对甘薯泥馒头品质的影响规律。在单因素实验基础上，选取感官评价为考察指标，利用响应面分析法对甘薯泥馒头加工工艺进行优化。得到甘薯泥馒头的最佳工艺为：压面次数14次，醒发时间18 min，醒发温度33 ℃。在此工艺条件下甘薯泥馒头品质较好，具有特殊的甘薯香味。可以为甘薯泥馒头的后续研究提供一定的理论指导。