紫薯全粉面加工工藝的優(yōu)化

范會平，陳月華，王娜，索標,3，潘治利,3，趙天學，艾志錄*

1(河南農(nóng)業(yè)大學 食品科學技術學院，河南 鄭州，450002)2(河南省薯類淀粉工程技術研究中心，河南 鄲城，477150)3(河南省冷鏈食品工程技術研究中心，河南 鄭州，450002)

紫薯全粉面加工工藝的優(yōu)化

范會平1，2，陳月華1，王娜1，索標1,3，潘治利1,3，趙天學2，艾志錄1*

1(河南農(nóng)業(yè)大學 食品科學技術學院，河南 鄭州，450002)2(河南省薯類淀粉工程技術研究中心，河南 鄲城，477150)3(河南省冷鏈食品工程技術研究中心，河南 鄭州，450002)

為了考察并優(yōu)選紫薯全粉面的最佳加工工藝條件，在單因素試驗基礎上，選定淀粉添加量、淀粉糊化溫度、面片老化時間和面條凍藏時間為影響因子，根據(jù)Box-Behnken中心組合原理設計4因素3水平試驗，以紫薯全粉面感官評分為響應值進行響應曲面分析。得到紫薯全粉面加工的最佳工藝條件為：淀粉添加量為32%，淀粉糊化溫度為64 ℃，面片老化時間為4.5 h，面條凍藏時間為16.5 h，實測綜合評分為92.0，與其預測值89.6基本符合。

紫薯全粉面；淀粉；響應曲面法

近年來，馬鈴薯主食化已成為保障國家糧食安全的戰(zhàn)略要求。而甘薯作為我國糧食緊缺時期不可或缺的替代品，在口感和營養(yǎng)方面更優(yōu)于馬鈴薯，因此研究甘薯主食化是我國甘薯主產(chǎn)區(qū)的未來發(fā)展趨勢。紫薯又名黑甘薯，是甘薯中的特有品種，因薯皮呈紫黑色，薯肉為紫紅色而得名。紫薯營養(yǎng)價值很高，除富含淀粉和可溶性糖、蛋白質(zhì)、維生素、氨基酸及多種礦物質(zhì)外，還富含纖維素，有助于加快消化道蠕動、預防痔瘡和癌的發(fā)生; 特別含有硒元素和花青素等營養(yǎng)物質(zhì)，具有抗氧化、抑癌、降血壓等生物學功效[1-3]。作為紫薯精加工后的產(chǎn)物，紫薯全粉保留了紫薯除皮以外的全部物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素及膳食纖維等，復水后的紫薯全粉色澤、香氣、滋味、口感與新鮮紫薯蒸熟搗泥的狀態(tài)相同[4]。

面條起源于中國，已有4 000多年的制作和食用歷史[5]，作為主食在消費者需求中具有重要地位。隨著人們消費水平的提高，人們對面條的消費需求也在不斷發(fā)生變化，更加注重營養(yǎng)、健康和花色品種。已有學者開發(fā)出了許多具有營養(yǎng)保健功能的面條品種[6-9]。紫薯全粉面不僅可以最大限度地保留紫薯全粉的營養(yǎng)價值，其中較高的花青素含量還使其具有較高的保健作用。但是由于紫薯中蛋白質(zhì)種類不同于小麥粉，紫薯全粉加水攪拌成團后，黏性很大、筋性彈性很小，導致紫薯全粉面斷條率很高，且易糊湯。為了做出口感筋道、斷條率較低的紫薯全粉面。本文根據(jù)甘薯自身的加工特性，將面條和粉條的加工工藝有機結合后進行紫薯全粉面的加工，并從影響面條品質(zhì)的主要因素入手，對紫薯全粉面的加工工藝進行了探究和優(yōu)化分析。

1 材料與方法

1.1 主要實驗材料

紫薯全粉,河南天豫薯業(yè)股份有限公司；甘薯淀粉,河南天豫薯業(yè)股份有限公司。

1.2 主要儀器與設備

溫控電冰箱，河南新飛電器有限公司；DHG-9245A鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；FA6102天平，上海精天電子儀器廠；MIC-TW2110J電磁爐，江蘇松橋電器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 紫薯全粉面制作

稱量→打芡→調(diào)粉→壓延→老化→二次壓延→切條→凍藏→冷藏→風干→ 成品[10-12]

分別按所需的甘薯淀粉添加量稱取淀粉與紫薯全粉共50 g，向所稱的甘薯淀粉中添加相同質(zhì)量的水，攪和均勻，在水溫為70～80 ℃的水浴鍋中糊化(糊化混合物的溫度控制在所需的范圍內(nèi))，至輕挑起呈絲狀為宜。將糊化好的淀粉迅速倒入紫薯全粉中并添加適量的水，將紫薯全粉與糊化好的甘薯淀粉混合均勻呈顆粒狀且無白點；將調(diào)好的粉進行6～8次壓延至片組織細密、表面光滑、厚度至3～5 mm為止，放入0 ℃左右的冷藏箱中按所需的時間進行老化；二次壓延2～3次，至厚度為2～4 mm；切條擺放整齊，放入-18 ℃的冰箱中凍藏至所需時間；放入0～4 ℃的冰箱中冷藏2 h后取出，恢復至室溫。置于晾曬桿上擺放整齊，放入鼓風干燥箱中干燥，干燥條件如表1所示。將紫薯全粉面從鼓風干燥箱取出后在自然條件下風干至室溫(約0.5 h左右)，即得成品。

表1 鼓風干燥的溫度與時間的控制

1.3.2 紫薯全粉面品質(zhì)的判定指標

紫薯全粉面的評價標準見表2[13-14]。

表2 紫薯全粉面的感官評定標準

1.3.3 自然斷條率

抽取樣品10 g，將長度不足規(guī)定2/3的紫薯全粉面揀出稱重，計算不整齊度[15]。

Z=(Mq/G)×100

(1)

式中:Z,自然斷條率，%；Mq,揀出的斷紫薯全粉面質(zhì)量，g；G,樣品質(zhì)量,g。

1.3.4 彎曲斷條率

抽取紫薯全粉面15根，截成180 mm，放在標有厘米刻度和角度的平板上，用左手固定零位端右手緩緩沿水平方向向左移動，使紫薯全粉面彎曲成孤形，未到規(guī)定的彎曲角度折斷，即為彎曲折斷條，測量標準見表3[15]。

表3 紫薯全粉面彎曲斷條率測量標準

U=(N/15)×100

(2)

式中：U,彎曲折斷率，%；N,彎曲折斷的紫薯全粉面根數(shù)。

1.3.5 熟斷條率

抽取紫薯全粉面15根，放入盛有沸水的500 mL燒杯(或鋁鍋)中，用可調(diào)式電爐加熱，保持水的微沸狀態(tài)，達到所測烹調(diào)時間后，用竹筷將紫薯全粉面輕輕挑出，計算熟斷條率并檢驗烹調(diào)性[15]。

S=(Ns/15)×100

(3)

式中：S,熟斷條率，%；Ns,斷紫薯全粉面根數(shù)。

1.3.6 質(zhì)構的測定

TPA測定：采用P50探頭；測試速率為0.8 mm/s，形變量為70%，間隔時間為1 s[16]。

1.4 實驗設計

1.4.1 工藝條件對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

1.4.1.1 淀粉糊化溫度對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

設定淀粉添加量15%，面片老化時間3 h，冷凍時間18 h，分別設定淀粉糊化溫度55、60、65、70、75 ℃，考察淀粉糊化溫度對紫薯全粉面品質(zhì)的變化。

1.4.1.2 淀粉添加量對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

設定淀粉糊化溫度60 ℃，面片老化時間3 h，冷凍時間18 h，淀粉添加量分別采用15、25、35、45、50%，考察淀粉添加量對紫薯全粉面品質(zhì)的影響。

1.4.1.3 面片老化時間對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

設定淀粉糊化溫度65 ℃，淀粉添加量35%，面條的冷凍時間16 h，將面片老化時間分別設定2、3、4、5、6 h，考察面片老化時間對面條品質(zhì)的影響。

1.4.1.4 面條凍藏時間對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

設定淀粉的糊化溫度25%，淀粉添加量25%，面片老化時間3 h，將面條的冷凍時間分別設定為10、12、14、16、18 h，考察面條凍藏時間對面條品質(zhì)的影響。

以上4個因素均以感官指標、自然斷條率、彎曲斷條率、熟斷條率、質(zhì)構為評價指標對其進行綜合評價。

1.4.2 響應面試驗設計

綜合單因素試驗結果，根據(jù)Box-Behnken中心組合設計原理，分別選取淀粉糊化溫度、淀粉添加量、面片老化時間、紫薯全粉面條凍藏時間為自變量，以紫薯全粉面的綜合評分為響應值，采用響應面分析法，通過回歸得出自變量與響應函數(shù)之間的統(tǒng)計模型。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)全部采用Excel 2013數(shù)據(jù)處理軟件和SPSS 13.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析軟件以及Design-Expert 6.05數(shù)據(jù)處理軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 加工工藝條件對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

2.1.1 淀粉糊化溫度對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

表4 淀粉糊化溫度對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

注：同列中不同字母表示差異顯著(P<0.05)，表5～表7，表10同。

由如表4可知，淀粉糊化溫度對紫薯全粉面各個品質(zhì)指標均有顯著影響，紫薯全粉面的感官評分總體呈先顯著上升后顯著下降的趨勢，自然斷條率、彎曲斷條率整體呈波浪形；且65 ℃時感官評分最高，綜合斷條率最低；彈性變化不大，硬度、咀嚼性都呈先上升后下降趨勢。當糊化溫度由70 ℃提高到75 ℃時，其硬度反而下降，原因可能是隨著溫度的升高淀粉分子內(nèi)的化學鍵斷裂，淀粉顆粒內(nèi)的結晶區(qū)域吸水膨脹，淀粉的凝膠特性不斷增強，但當?shù)矸垲w粒體積膨脹到一定程度后顆粒破裂結晶束被破環(huán)，淀粉分子從淀粉顆粒中溶入到水中，淀粉凝膠特性開始不斷減弱[17]。因此，選定淀粉糊化溫度為65 ℃。

2.1.2 淀粉添加量對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

由表5可知，淀粉添加量對紫薯全粉面各個指標(彎曲斷條率除外)均有顯著影響。隨著淀粉添加量的增加紫薯全粉面的感官評分呈先顯著上升后顯著下降趨勢；彎曲斷條率、熟斷條率呈先顯著下降后顯著上升趨勢，且無自然斷條現(xiàn)象(添加量為15%除外)；淀粉添加量為35%時，紫薯全粉面的感官評分最高且綜合斷條率最低。硬度隨著淀粉添加量的增加而顯著上升，耐咀嚼性在25%時稍微下降但總體呈上升趨勢。原因可能是紫薯全粉中的直鏈淀粉僅為7.8%而甘薯淀粉中的直鏈淀粉含量為26.70%[18]，而直鏈淀粉較支鏈淀粉更易形成糊化凝膠[17]。 因此，選定淀粉添加量為35%。

表5 淀粉添加量對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

2.1.3 面片老化時間對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

如表6可知，面片老化時間對紫薯全粉面各個指標(自然斷條率除外)均有顯著影響。隨著面片老化時間的延長紫薯全粉面的感官評分總體呈先上升后下降趨勢，彎曲斷條率、熟斷條率呈先顯著下降后顯著上升趨勢，且無自然斷條現(xiàn)象。在老化時間為4 h時，面條的感官評分最高，熟斷條率最低，老化時間為3 h時，彎曲斷條率最低；質(zhì)構特性隨著老化時間的增加總體呈上升趨勢，老化時間越長，紫薯面條的硬度越強，耐咀嚼性也越強，但彈性變化不大。其原因可能是老化初始使面片內(nèi)淀粉微晶束發(fā)生重排[19]，隨著老化時間的延長微晶束逐漸增多，面條表面的凝膠網(wǎng)絡由疏變密，由弱變強從而增強了淀粉的凝膠強度。因此，選定面片老化時間為4 h。

表6 老化時間對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

2.1.4 凍藏時間對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

如表7可知，凍藏時間對紫薯全粉面各個指標(自然斷條率除外)均有顯著影響。隨著面條凍藏時間的延長紫薯全粉面的綜合感官評分呈先上升后下降趨勢，彎曲斷條率、熟斷條率呈先下降后上升趨勢，且無自然斷條現(xiàn)象。且凍藏時間為14 h時，面條的感官評分最高；凍藏時間為16 h時面條的熟斷條率最低且彎曲斷條率同樣最低；這說明凍藏時間在16 h內(nèi)可以改善紫薯全粉面的綜合感官評分和綜合斷條率；質(zhì)構特性隨著凍藏時間的延長，總體呈上升趨勢，但是彈性變化不大。原因可能是凍藏加速了淀粉的老化過程，使得面條表面的凝膠網(wǎng)絡由疏變密，由弱變強從而增強了淀粉的凝膠強度。因此，凍藏時間為16h時，紫薯全粉面的硬度、彈性和咀嚼性較好，總體品質(zhì)較好。

表7 凍藏時間對紫薯全粉面品質(zhì)的影響

2.2 加工工藝優(yōu)化試驗

2.2.1 模型的建立與顯著性分析

根據(jù)中心組合設計原理，在單因素試驗基礎上，進行響應曲面優(yōu)化實驗分析，得響應曲面的優(yōu)化試驗的因素水平表如表8。試驗安排與結果見表9～表11。

表8 響應曲面優(yōu)化實驗的因素水平

通過Design-Expert6.05 Trial 軟件進行二次響應面回歸分析，得到如下(1)多元二次響應面回歸模型，其中：A為淀粉糊化溫度(℃)，B為淀粉添加量(%)，C為面片老化時間(h)，D為面條凍藏時間(h)。方差分析見表11。

感官評分 =-768.964 69+15.204 08A+0.418 37B+0.24000 0C+44.0389 6D-0.122 65A2-0.048 588B2-2.732 50C2-1.256 25D2+0.066 650AB-0.033 500AC-0.091 500AD+0.025 000BC-0.104 12BD+1.417 50CD

(4)

表9 響應曲面優(yōu)化實驗安排

表10 響應曲面優(yōu)化實驗結果

表11 紫薯全粉面的感官響應曲面優(yōu)化分析結果

注：失擬性的P=0.137 9>0.05，F(xiàn)=3.18；R2=0.863 7，調(diào)整R2=0.827 4。

a.Y=(A,B);b.Y=(A,C);c.Y=(A,D);d.Y=(B,C);e=Y=(B,D);f.Y=(C,D)圖1 不同因子對感官評分的影響的響應曲面圖Fig.1 Response surface plot of different factors on sense yield

根據(jù)實驗結果輸入數(shù)據(jù)進行顯著分析，由AVOVA這一項可得該模型的P=0.000 7<0.05，則模型具有顯著性，由分析結果可知因素B，C，A2，B2，C2，D2，AB，CD皆具有顯著性，同時；又由失擬性的P=0.137 9>0.05，且F=3.18，可得模型的失擬性不顯著，說明方程可用。回歸模型決定系數(shù)R2=0.863 7>0.8，表明感官評分的實測值與預測值之間有很好的擬合度，可以較好地描述回歸方程各因素與感官評分之間的真實關系。該模型的調(diào)整確定系數(shù)AdjR2=0.827 4，只有17.26%的變異，不能由該模型解釋模型擬合效果較好，可以用來對于面條品質(zhì)的分析。

2.2.2 最佳條件的確定和驗證實驗

由響應曲面分析得出紫薯全粉面條的最優(yōu)工藝條件為：糊化溫度63.86 ℃，淀粉添加量為31.68%老化時間4.45 h和冷凍時間16.40，在此條件下紫薯全粉面預測感官評分為89.6。為了驗證回歸模型的有效性，根據(jù)推斷的最佳工藝參數(shù)和實際操作過程中的可行性，以淀粉添加量為32%，淀粉糊化溫度為64 ℃，老化時間為4.5 h，凍藏時間為16.5 h的條件下進行驗證試驗。實測感官評分分別為93.0,92.0和91.0，測定結果穩(wěn)定、偏差較小且數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好，平均值為92.0與預測值89.6較接近。這充分反映該模型是合理有效的，能夠為實際操作提供良好的指導。

3 結論

在單因素試驗基礎上，將響應面法應用于優(yōu)化紫薯全粉面的加工工藝條件，得到紫薯全粉面加工的最佳工藝參數(shù)為：淀粉糊化溫度為64 ℃，淀粉添加量為32%，老化時間為4.5 h，凍藏時間為16.5 h。且此時紫薯全粉面實測綜合評分為92.0與其預測值89.6基本符合。

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Optimization of the process of purple sweet potato noodles

FAN Hui-ping1,2, CHEN Yue-hua1, WANG Na1, SUO Biao2,3,PAN Zhi-li1,3, ZHAO Tian-Xue2，AI Zhi-lu1*

1(College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)2(Henan Engineering Research Center for Potato Starch, Dancheng 477150, China)3(Henan Engineering Research Center for Cold-chain Food, Zhengzhou 450002, China)

In order to optimize the processing conditions of purple sweet potato noodles, the experiment were performed according to Box-Behnken central composite experiment design. Four independent factors of processing conditions, such as starch content, the starch gelatinization temperature, the surface patch aging time, the freezing storage time were considered on the basis of single factor experiments. the results showed that the optimum processing conditions of purple sweet potato noodles were as follows: the ratio of sweet potato starch 32%, the starch gelatinization temperature 64 ℃, the surface patch aging time 4.5 hours, the noodles freezing storage time 16.5 hours. The comprehensive testing score was 92.0 and was in good consistent with the predicted model value of 89.6．

purple sweet potato noodles; starch; response surface methodogy

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201702026

博士，副教授(艾志錄教授為通訊作者，E-mail: zhilafood@sina.com)。

科技部“十三五”國家重點研發(fā)計劃重點專項(2016YFN010104)；河南省重大科技專項(161100110100)；河南省產(chǎn)學研合作計劃項目(162107000054)

2016-05-08，改回日期：2016-07-25