基于模糊数学优化银条小米杂粮馒头工艺及体外消化特性分析

刘晓丽，赵世航，李 东，王彦平

（河南农业职业学院食品工程学院，河南 郑州 451450）

银条，又名地灵、螺丝菜、草石蚕等，主要产自河南省洛阳市偃师区，是食用和药用兼备的名特蔬菜品种。银条鲜嫩色白、质地脆嫩、风味独特，有去腻、解酒、增进食欲的功能。银条含有多种活性成分，以水苏糖为主，可以改善肠道中的菌群平衡，促进一些益生菌的增殖，提高维生素的合成量，是一种绿色保健食品，也可以软化血管、降低血脂和胆固醇的含量、改善血液循环，进而提高人体的免疫力[1-2]。

小米是禾本科草本植物粟的种子去壳后的杂粮作物，又名粟、谷子等。小米营养丰富，含有丰富的蛋白质、维生素及钙、磷、铁、锰、锌等微量元素，其蛋白质和维生素的含量高于大米。小米维E含量较高，有益于促进人体内分泌活动；谷氨酸具有健脑作用。小米最主要的功效是补脾胃，特别适合脾胃虚弱的人食用[3-8]。

馒头是以小麦面粉为主要原料的中国传统发酵主食，是居民尤其是北方人膳食中不可或缺的部分。然而小麦粉加工过于精细，主要以碳水化合物为主，膳食纤维、蛋白质及其他营养元素的含量偏少，长期食用易引发高血压、高血脂、糖尿病和肥胖症等[9-11]。目前，小米多以原粮形式供人们初级消费，深加工产品较少[12]；银条在生活中主要作为凉菜食用，加工产品多为罐头，因此结合银条和小米研发一款品质良好、低HI 和低GI 的银条小米杂粮馒头[13-15]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦粉、小米粉，购自郑州市中牟县润万家超市；鲜银条，购自洛阳偃师区；干酵母，安琪酵母股份有限公司提供；乙醚、异丙醇、冰乙酸、氢氧化钠、碘化钾、硫代硫酸钠（AR），国药集团化学试剂有限公司提供。

1.2 仪器与设备

L18-Y22 型高速破壁调理机，九阳公司产品；SHM02 型和面机、电蒸锅，苏泊尔股份有限公司产品；YP502 型电子天平、DC-36S 型冻藏醒发箱、TMS-Pro 型质构仪，美国FTC 公司产品；RE-3000A型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂产品。

1.3 试验方法

1.3.1 馒头的制作

（1） 银条预处理。将鲜银条清洗干净，切成3 cm左右小段，用质量分数为0.1%的柠檬酸溶液浸泡30 min 护色，清洗后加入适量柠檬酸，使用高速破壁调理机在酱料模式下启动5 min。

（2） 馒头制作。①将小麦粉、小米粉倒入和面机搅拌均匀，银条浆液和水混合后倒入，慢速搅拌至面团表面光滑有弹性。②将面团置于醒发箱中（温度38 ℃、湿度80%） 发酵50 min，再将面团排气并整形搓圆。③将成型后的面团置于28 ℃醒发箱中醒发15 min，然后用电蒸锅蒸制30 min。④冷却、成品。

1.3.2 运用模糊数学法建立银条小米杂粮馒头的感官评价体系

选10 名专业感官评价员对银条小米杂粮馒头的外形色泽、组织结构、口感及风味4 个感官指标进行评价，感官评价标准参照GB/T 21118—2007《小麦粉馒头》。

感官品质评价标准见表1。

表1 感官品质评价标准

（1） 确定评价指标集U。将银条小米杂粮馒头感官指标作为评价因素，则U=｛U1，U2，U3，U4｝ =｛外形色泽，组织结构，口感，风味｝。

（2） 确定评价评语集V。评价员对每个因素的评价按优、良、中、差4 个等级评定，分别对应90，80，70，60 分这4 个分值，即V=｛V1，V2，V3，V4｝ =｛优，良，中，差｝ =｛90，80，70，60｝。

（3） 确定评价指标集权重系数X。随机找10 位评委采用加权统计的方法[16]来确定银条小米杂粮馒头各评价指标的权重，则X=｛X1，X2，X3，X4｝ =｛外形色泽，组织结构，口感，风味｝ =｛0.2，0.3，0.3，0.2｝。

（4） 计算最终感官分数T。模糊矩阵S（样品的等级评价人数/总人数）、综合评价结果W，

式中：i——样品编号；

n——评价指标个数；

m——评级评语个数。

则Ti=Wi·V=（X·Si）·V=｛X1，X2，…，Xn｝

1.3.3 单因素试验

在预试验中确定了银条小米杂粮馒头的基础配方为：以小麦粉和小米粉总量（100%） 为基准，小米粉添加量30%，银条添加量20%，水添加量40%，酵母添加量1%。在基础配方的基础上，考查小米粉添加量（10%，20%，30%，40%，50%）、银条添加量（0%，10%，20%，30%，40%）、水添加量（20%，30%，40%，50%，60%）、酵母添加量（0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%） 对银条小米杂粮馒头感官品质的影响，感官得分采用模糊数学法计算[16-18]，并测定其质构特性。

1.3.4 正交试验

为考查单因素条件对银条小米杂粮馒头品质的影响，对数据进行分析并进行L9（34）正交试验，感官得分采用模糊数学法计算。

正交试验因素与水平设计见表2。

表2 正交试验因素与水平设计/%

1.3.5 馒头质构的测定

取冷却后的馒头中心部位2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的块状为质构试样，采用的测定程序为TPA，探头为P35，测试前速度3 mm/s，测试中速度1 mm/s，测试后速度3 mm/s，压缩程度50%，起始力为0.5 N。通过质构仪分析，获得硬度（N）、弹性（mm）、咀嚼性（N） 参数，3 次平行试验取后平均值。

1.3.6 馒头体外消化特性的测定

采用体外模拟消化试验，测定银条小米杂粮馒头与对照馒头（不添加银条和小米粉） 在30，60，90，120，150，180 min 的淀粉水解率，计算馒头的HI 和GI，并对其体外消化特性进行分析[19]。

1.3.7 馒头理化及微生物指标的测定

（1） 理化指标。比容为馒头体积与质量的比值，其测定根据GB/T 21118—2007 规定的方法进行，体积采用小米置换法。

（2） 微生物指标。菌落总数检测参照GB 4789.2—2016，大肠菌群检测参照GB 4789.3—2016，霉菌检测参照GB 4789.15—2016，致病菌中沙门氏菌检测参照GB/T 4789.4—2008，志贺氏菌检测参照按GB/T 4789.5—2012，金黄色葡萄球菌检测参照GB/T 4789.10—2010。

1.4 数据统计及分析

采用Excel 及SPSS 软件对试验数据进行处理分析，通过Graphpad Prism 9 进行单因素作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 小米粉添加量对产品品质的影响

小米粉添加量对产品品质的影响见图1。

图1 小米粉添加量对产品品质的影响

由图1 可知，随着小米粉添加量的增加，银条小米杂粮馒头色泽呈现黄色，小米香味逐渐增加，口感先上升后降低，因此感官评分先增高后降低。由于小米粉不含面筋，小米粉的添加稀释了面筋浓度使馒头硬度变大，颗粒更粗糙，导致产品内部单元结合松散，弹性先稍有升高后逐渐降低。咀嚼性由硬度指标计算得出，变化规律与硬度基本一致。随着小米粉添加量增加，馒头比容整体降低。对于馒头的品质而言，小米粉的添加量过多时，馒头变硬、口感粗糙，但添加量过少又极大地降低产品的保健功效。因此，结合馒头比容、质构、口感和保健功效的需求，选定30%为合适的小米粉添加量。

2.1.2 银条添加量对产品品质的影响

银条添加量对银条小米杂粮馒头品质的影响见图2。

图2 银条添加量对银条小米杂粮馒头品质的影响

由图2 可知，随着银条添加量的增加，当达到一定量时银条小米杂粮馒头的风味变差，感官评分先增高后降低，当添加量为20%时银条感官评分最高。银条水分含量在95%左右，随着银条添加量的增加，会影响面团后期的发酵，使馒头的硬度升高、组织结构强度和弹性下降、韧性降低，咀嚼性升高。

2.1.3 水添加量对产品品质的影响

水添加量对产品品质的影响见图3。

图3 水添加量对产品品质的影响

由图3 可知，感官评分先增高后降低，在40%达到最高值。硬度和咀嚼性都随着水量的增加先降低后升高。加水量过少时馒头表皮干燥、亮度差，面筋蛋白吸水量少会使面筋生成率降低，使内部结构不均匀、粗糙掉渣，且弹性差，硬度、咀嚼度较高；加水量过大时面团黏度增大，面团过软成型差，表皮易出现斑点、瘪皱，多余的水分使面筋负重大，出现塌陷。

2.1.4 酵母添加量对产品品质的影响

酵母添加量对产品品质的影响见图4。

图4 酵母添加量对产品品质的影响

由图4 可知，感官评分先增高后降低，在酵母添加量为1.0%时达到最高值。酵母的添加在发酵时产气使面筋网络得到延展，故随着酵母量的增大，馒头的硬度和咀嚼性逐渐降低，弹性升高；当酵母量升高到1.2%时，产气过多，面团内部气孔增多会造成馒头塌陷，则硬度和咀嚼性又升高，弹性降低。

2.2 正交试验结果分析

正交试验结果见表3。

表3 正交试验结果

由表3 可知，得出不同的影响因素对银条小米杂粮馒头感官评分的影响依次为银条添加量＞小米添加量＞酵母添加量＞水添加量。其中，最佳工艺配方为A3B2C2D3，即银条添加量20%，小米粉添加量35%，水添加量40%，酵母添加量1.1%。

2.3 银条小米杂粮馒头体外消化特性

银条小米杂粮馒头和对照馒头淀粉水解率见图5，水解指数和血糖指数见表4。

图5 银条小米杂粮馒头和对照馒头淀粉水解率

表4 水解指数和血糖指数

由图5 可知，银条小米杂粮馒头和对照馒头在在体外模拟消化时，在0～30 min 内淀粉消化速率增长较快，但银条小米杂粮馒头的淀粉消化速率比对照馒头低。对照馒头在90 min 后，淀粉消化率趋于平稳，而银条小米杂粮馒头淀粉消化率则在120 min后趋于平稳，可能是小米粉中膳食纤维含量比小麦粉中高，可利用的碳水化合物比小麦粉要低。因此，使银条小米杂粮馒头消化率比对照组要小。

由表4 可知，银条小米杂粮馒头的HI、GI 都要比对照组低，因此馒头中加入适量的银条和小米粉可以有效降低馒头的消化速率。

2.4 银条小米杂粮馒头理化及微生物指标

在最优条件下制得的银条小米杂粮馒头的理化指标及微生物指标。经测定，所有指标都符合国家食品安全标准的要求。

理化指标和微生物指标见表5。

表5 理化指标和微生物指标

3 结论

通过单因素试验和正交试验，得到银条小米杂粮馒头的最佳配方为小米粉添加量35%，银条添加量20%，水添加量40%，酵母添加量1.1%，此条件下制得的馒头形态完整，色泽微黄均一、组织结构良好、口感适中，且血糖生成指数较低，通过理化和微生物指标检测分析，各项指标都符合国家标准的要求。该研究对进一步开发和利用银条小米杂粮馒头也具有重要意义。