占比90%紫薯全粉面條加工工藝優化

司藝蕾，艾志錄，2，許夢言，范會平，2*,王雪竹

1(河南農業大學 食品科學技術學院，河南 鄭州，450002) 2(農業部大宗糧食加工重點實驗室，河南 鄭州，450002) 3(河南省食品藥品審評查驗中心，河南 鄭州，450004)

紫薯除了具有普通甘薯的營養成分外，還富含花青素和硒元素等營養物質，它還具有抗突變、抗腫瘤、抗氧化、保肝、抗高血糖和抗菌等多種生物活性[1]。紫薯全粉是以新鮮優質的紫薯為原料，經過清洗、去皮、干燥、粉碎等過程制成全粉，紫薯全粉最大限度保留了紫薯除外皮以外的干物質，復水后又與新鮮紫薯的口感無異，是一種良好的食品加工材料，并且解決了新鮮紫薯運輸儲藏的難題，延長了制作紫薯相關產品的周期[2]。

常規的紫薯面條是將一定比例的紫薯全粉或者新鮮紫薯泥添加到小麥粉中，從而提高面條的營養價值和風味[3]。對于紫薯而言，使用常規的面條制作工藝制備的成品品質并不理想，這是因為紫薯全粉中不含有小麥粉中能夠吸水后形成面筋網絡的面筋蛋白，加水攪拌后形成的面團黏性很大，彈性和筋性很小，制成的紫薯面條斷條率高而且容易渾湯[4]。對于面筋含量較少或者不含面筋的原料，用擠壓法生產出來的面條，彈性和斷條率都會比用傳統工藝生產的面條好[5]，這些原料加適量的水攪拌后，經反復擠壓后，一方面會使淀粉糊的理化性質發生變化，產生較強的韌性和黏連性；另一方面高強度的擠壓攪拌也能使蛋白質發生一定程度的變性，在擠壓的作用下，細胞破裂釋放出蛋白質，并使游離的球蛋白的二級結構發生很大變化，原來有序的球形肽鏈逐漸伸展，相互連接形成網絡結構，大量水被包圍在網絡組織中，加強了蛋白質的膠凝作用，從而使粉體的韌性和黏連性得到加強[6-7]。淀粉糊化后黏性很大，選用直鏈淀粉含量較多的淀粉，經過老化作用能夠更好地改善面條的質構；蒸制處理則是利用蒸汽加熱的方式對產品進一步熟化定型。

本研究旨在通過添加玉米淀粉、混合食用膠，來改善面條制作過程中淀粉的糊化和老化性質，并通過蒸面處理和擠壓工藝來開發紫薯面條制備并進行優化研究，開發紫薯全粉占比90%以上的紫薯全粉面條生產工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紫薯全粉，河南天豫薯業股份有限公司；玉米淀粉，河南省變地金糧油食品有限公司；刺槐豆膠，淄博黃河龍生物工程有限公司；羧甲基纖維素鈉(CMC)，重慶力宏精細化工有限公司。

1.2 儀器與設備

JMTD168/140試驗面條機，北京東孚久恒儀器技術有限公司；DHG-9245A鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；TA-XA PLUS質構儀，英國Stable Micro System 公司；YL90-4土豆粉儀，河北勁牛電機有限公司；BCD-536WKM變頻風冷對開門電冰箱，廣東美的電器股份有限公司。

1.3 紫薯全粉面條制作流程

紫薯全粉面條制作參照杜好等[8]的方法。

糊化淀粉→和面→醒發→軋片→蒸制→擠壓出條→老化→成品

將適量玉米淀粉與蒸餾水[m(玉米淀粉)∶m(水)=1∶7]混合后置于70～80 ℃水浴鍋中進行糊化，然后與一定量的混合膠[m(CMC)∶m(刺槐豆膠)=6∶4](添加量參考國標GB 2760—2014中生濕面制品的要求)、100 g紫薯全粉以及30%(以紫薯全粉添加量為基礎)左右的蒸餾水混合均勻至呈顆粒狀且無白點，覆蓋保鮮膜進行熟化，熟化15 min后用面條機壓延，軋距1.5 mm，反復碾壓7～8次制成厚度約4 mm左右的面帶，上鍋蒸制一定時間，蒸制完成后待面帶冷卻到75 ℃左右放入土豆粉儀中擠壓出條，放入保鮮袋置于4 ℃冰箱老化一定時間后取出，恢復到室溫后即為成品。

1.4 單因素試驗

為了研究紫薯全粉添加量為質量分數90%以上的紫薯面條開發及工藝優化，選取玉米淀粉添加量(質量分數0%、2%、4%、6%、8%)、蒸制時間(0、3、6、9、12 min)、老化時間(0、2、4、6、8 h)和混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)的添加量(質量分數0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%)這4個試驗因素，再以紫薯面條的質構、蒸煮損失率、感官評價和熟斷條率作為試驗評價指標。

1.5 面條熟斷條率的測定

從制作好的鮮面條中抽取30根放入1 000 mL的沸水中煮制3 min后撈出，觀察有無斷條；記錄斷條的根數，根據公式(1)計算出面條蒸煮時的熟斷條率[9]。

(1)

1.6 蒸煮損失率的測定

稱取10 g(含水量為P)紫薯全粉面條在500 mL沸水中煮至最佳蒸煮時間，立即撈出面條，待面湯冷卻至室溫后轉移到500 mL容量瓶中，混合定容，取100 mL面湯倒入恒重的鋁盒中，放入105 ℃烘箱中烘至恒重，測得固形物含量W(g)，則面湯中固形物總量與面條質量的比值即為蒸煮損失[10]，見公式(2)：

(2)

1.7 感官評價

本實驗以煮制后的面條為感官評價對象，由10位人員組成感官評價小組，按照表1的標準進行評分，最后得出平均分。

表1 紫薯全粉面條的感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria for purple sweet potato noodle

1.8 質構特性測定

參考潘治利等[11]的方法，稱取20 g面條放入1 000 mL水中煮制3 min，然后撈出放入500 mL蒸餾水中冷卻10 s，用漏勺撈出濾干水分1 min，瀝干后用質構儀測定。每個樣品測定8次，取平均值。

TPA試驗參數：探頭P50；測前速度2.0 mm/s；測試速度0.8 mm/s；測后速度0.8 mm/s；壓縮比70%；觸發力0.05 N。

1.9 響應面實驗設計

根據單因素試驗結果，利用Box-Behnken響應面試驗方法對紫薯全粉面條的生產工藝進行優化，選擇玉米淀粉的添加量、蒸制時間、老化時間和混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)的添加量為自變量，以熟斷條率、蒸煮損失率和感官評價為響應值，確定自變量和響應函數之間的統計模型[12]。

1.10 數據處理

實驗數據采用Excel 2003，SPSS 16.0軟件和Design-Expert V6.0.5數據軟件對數據進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 紫薯全粉面條單因素試驗結果與分析

2.1.1 玉米淀粉添加量對紫薯全粉面條的品質影響

取100 g紫薯全粉，加入0.5%的混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)，玉米淀粉的添加量分別為質量分數0%、2%、4%、6%、8%(以紫薯全粉的添加量為基礎)，再加入30%左右的蒸餾水，蒸制9 min，老化4 h后制成面條，考察玉米淀粉添加量對紫薯全粉面條品質的影響。

由表2可知，玉米淀粉添加量對紫薯全粉面條的質構特性、熟斷條率和感官評價有顯著性影響。添加玉米淀粉后，紫薯全粉面條的硬度、黏性和咀嚼性均比空白有所增大，但玉米淀粉添加量的增加對紫薯全粉面條的硬度、黏性和咀嚼性的影響并不顯著；添加玉米淀粉對紫薯面條的彈性、內聚性和回復性無顯著影響。紫薯面條的熟斷條率和蒸煮損失率隨著玉米淀粉添加量的增加呈先下降后上升趨勢，其感官評價呈先上升后下降趨勢。當玉米淀粉添加量為4%時，其熟斷條率和蒸煮損失率均達到最低值；當玉米淀粉添加量為6%時，其感官評價最高，咀嚼性較好，熟斷條率同時達到最低值。這可能是由于淀粉糊化后黏性增大，與食用膠和紫薯全粉混合后形成了具有一定黏性和凝膠特性的物質。隨著淀粉添加量的增加，紫薯全粉面條的品質逐漸提高，但隨著添加量的進一步增加，混合后所形成的新物質開始逐步介入到紫薯全粉面條原有結構中，反而使得面條品質下降[13]。綜合分析，選擇玉米淀粉添加量為6%為最適添加量。

表2 玉米淀粉添加量對紫薯全粉面條品質的影響Table 2 Effect of corn starch addition on the quality of purple potato whole flour noodles

注：平均值±標準差，同一列上標字母不同表示均值之間存在顯著性異(P<0.05)(下同)

2.1.2 蒸制時間對紫薯全粉面條的品質影響

取100 g紫薯全粉，加入0.5%的混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)，4%糊化好的玉米淀粉，再加入30%左右的蒸餾水，蒸制時間分別為0、3、6、9和12 min，老化4 h后制成面條，考察蒸制時間對紫薯全粉面條品質的影響。

由表3可得，蒸制時間對紫薯全粉面條的硬度、內聚性、黏性和咀嚼性及蒸煮損失率和感官評價均影響顯著，而對其彈性、回復性和熟斷條率的影響不顯著。隨著蒸制時間的增加，紫薯全粉面條的硬度、內聚性、黏性、咀嚼性和感官評價逐漸增大，蒸煮損失率逐漸降低。在蒸制時間為9 min時，紫薯全粉面條的熟斷條率和蒸煮損失率達到最小值，感官評價評分最高。這可能是因為蒸制一定時間會促進淀粉糊化，同時使蛋白質互相交聯形成更為緊密的面條結構，紫薯全粉面條的品質和質構特性都得以提高[14]；但隨著蒸制時間的進一步增加，淀粉顆粒逐漸膨脹并破裂，從而使淀粉的黏性降低，一部分淀粉糊化完成后在煮制過程中從面條表面脫落，導致面條的蒸煮品質下降。綜合分析后，選擇蒸制時間為9 min。

表3 蒸制時間對紫薯全粉面條品質的影響Table 3 Effect of steaming time on the quality of purple potato whole noodles

2.1.3 老化時間對紫薯全粉面條品質的影響

取100 g紫薯全粉，加入0.5%的混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)，4%的糊化好的玉米淀粉，再加入30%左右的蒸餾水，蒸制6 min，分別老化0、2、4、6和8 h后制成面條，考察老化時間對紫薯全粉面條品質的影響。

由表4可以看出，老化時間對紫薯全粉面條的硬度、內聚性、黏性和咀嚼性以及熟斷條率和感官評價均有影響，對彈性、回復性和蒸煮損失率的影響不顯著。在老化時間為0～6 h范圍內，面條的硬度和內聚性無顯著變化，老化時間從6 h升到8 h時，面條的硬度和內聚性下降。當老化時間為4 h時，其熟斷條率最低，感官評分達到最大值。這可能是糊化后的淀粉在溫度降低后，淀粉開始老化，無規則的淀粉分子發生重排形成具有一定規則的結構。直鏈淀粉易老化是因其分子結構整齊，老化后易形成雙螺旋結構，也能生成穩固的晶體結構，從而改善了紫薯全粉面條的品質[15]；但隨著老化時間的延長，因老化重排而形成的晶體結構逐漸增強，破壞了原有面條的組織結構，使面條品質反而開始下降[16]。綜合分析后，選擇老化時間為4 h。

表4 老化時間對紫薯全粉面條品質的影響Table 4 Effect of aging time on the quality of purple potato whole noodles

2.1.4 混合膠的添加量對紫薯全粉面條品質的影響

取100 g紫薯全粉，加入質量分數4%的糊化好的玉米淀粉，混合膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)的添加量分別為0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%(以紫薯全粉的添加量為基礎)，再加入30%左右的蒸餾水，蒸制9 min，老化4 h后制成面條，考察混合膠的添加量對紫薯全粉面條品質的影響。

由表5可得，混合膠的添加量對紫薯全粉面條的硬度、彈性、黏性和咀嚼性以及熟斷條率、蒸煮損失率和感官評價均有顯著性影響。隨著混合膠添加量的增加，紫薯全粉面條的硬度、彈性、黏性和咀嚼性逐漸增加，熟斷條率和蒸煮損失率逐漸降低。在混合膠的添加量為0.75%時，紫薯全粉面條熟斷條率達到最低，蒸煮損失率較低，感官評分達到最大值；添加混合膠的紫薯面條其感官品質高于未加混合膠的空白對照，但是混合膠添加量的變化對紫薯全粉面條的感官評價無顯著影響。這可能是因為不含面筋蛋白的紫薯全粉與水混合后制成的面條結構松散，不易成型，加入適量的食用膠可以增加面條結構的緊密性，使生產出來的紫薯全粉面條富有彈性和內聚性，斷條率降低，且不易渾湯，口感爽滑不粘牙[17]。結合生產實際綜合分析后，選擇混合膠的添加量為0.75%。

表5 混合膠的添加量對紫薯全粉面條品質的影響Table 5 Effect of the addition amount of mixed gel on the quality of purple potato whole noodles

2.2 紫薯全粉面條工藝參數響應面實驗優化結果與分析

2.2.1 響應面方案設計與結果

響應面因素與水平安排見表6。

表6 響應面優化實驗的因素水平Table 6 Factor level of response surface optimizationexperiment

通過Design-Expert數據處理軟件，將數據輸入到Box-Behnken數據分析軟件中進行響應面優化試驗設計，利用線性功效系數法對熟斷條率、蒸煮損失率和感官評價的指標函數統一量綱，令:

熟斷條率Y1’=1-(Y1-Y1min)/(Y1max-Y1min)

烹煮損失率Y2’=1-(Y2-Y2min)/(Y2max-Y2min)

感官評價Y3’=(Y3-Y3min)/(Y3max-Y3min)

其中,Yimax與Yimin(i=1,2,3)為各指標中的最大值與最小值。Y1’Y2’的最大值分別表示紫薯全粉面條的熟斷條率與蒸煮損失率的最小值。理想的紫薯全粉面條應有較低的熟斷條率、蒸煮損失率和較高的感官評價；為獲得具有較高品質的紫薯全粉面條，對熟斷條率、蒸煮損失率和感官評價進行加權，分配權重系數分別是0.2、0.2、0.6。得到的實驗設計與結果如表7所示。

表7 響應面實驗結果與分析Table 7 Experimental results and analysis of response surface

續表7

組序玉米淀粉添加量(A)/%蒸制時間(B)/min老化時間(C)/h混合膠的添加量(D)/%Y1熟斷條率/%Y2蒸煮損失率/%Y3感官評價Y4加權指標164920.751.6724.0176.70.48176940.750.0017.0784.90.921869610.0012.9776.10.61194640.758.7016.5275.30.38206940.751.3920.5983.80.822189411.3914.2875.40.54226620.754.3328.2976.60.382361260.754.2514.6270.30.28244960.756.7613.8973.10.35258960.755.8814.4573.50.38266940.752.9019.1184.70.84276660.755.8810.5873.70.43286940.750.0016.0683.90.89296960.511.2820.7971.20.12

2.2.2 加權指標優化分析

使用Design-Expert數據處理軟件對數據進行處理分析，取加權指標進行響應曲面優化，分析結果如表8所示。

表8 紫薯全粉面條響應面優化分析結果Table 8 Sesponse surface optimization analysis ofnoodles made from purple sweet potato flour

注：R-Squared=0.950 5; Adj R-Squared=0.901 0; Pred R-Squared=0.740 8；Adeq Precision=15.124

由表8可得，該模型的P<0.000 1，呈極顯著水平，失擬項P值為0.165 9>0.05，由R-Squared=0.976 4， Adj R-Squared=0.950 5， Pred R-Squared=0.901 0， Adeq Precision=15.124(信噪比)>4可知擬合程度好，實驗誤差較小，能夠較好的對紫薯全粉面條的品質進行預測；模型中一次項A、C、D顯著，B不顯著；交互項AB、AC、AD、BC、BD不顯著，CD顯著；二次項A2、B2、C2、D2顯著。回歸方程如下：

加權系數=-5.855 25+0.583 00×A+0.560 89×B+0.315 33×C+4.584 00×D+3.750 00E-003×A×B-6.250 00E-003×A×C-0.085 000×A×D-5.833 33E-003×B×C-0.010 000×B×D+0.235 00×C×D-0.042 333×A2-0.031 037×B2-0.054 521×C2-3.049 33×D2

各變量的交互作用對紫薯全粉面條加權指標的響應面分析如圖1所示。

圖1 各因素交互作用對紫薯全粉面條加權指標的影響Fig.1 Effect of interaction of various factors on theweighted index of purple potato whole noodles

任意2個因素之間均存在明顯的交互作用, 并且最優值落點均在試驗考察的區域范圍之內。

2.2.3 響應面最優化結果的確定及驗證

為了驗證回歸模型的有效性，根據優化得到的最佳工藝參數以及實際操作的可行性，以玉米淀粉的添加量為6.30%(以紫薯全粉的添加量為基礎)，蒸制時間為9.00 min，老化時間為4.20 h，混合膠的添加量為0.80%進行驗證試驗。得到的紫薯全粉面條的斷條率為0%，蒸煮損失率為17.03%，感官評價為85.85，該紫薯全粉面條的品質較好，實驗值與理論預測值接近，重復性好，證實了該模型的可靠性。

3 結論

在單因素實驗基礎上，以玉米淀粉的添加量、蒸制時間、老化時間和混合食用膠(CMC∶刺槐豆膠=6∶4)的添加量為考察因素，采用Box-Behnken響應面實驗設計方法，以紫薯全粉面條的熟斷條率、蒸煮損失率、感官評價和加權指標為響應值，建立二次項數學模型。根據模型及相關驗證實驗，確定紫薯全粉面條最佳工藝參數為：玉米淀粉添加量為6.29%(以紫薯全粉的添加量為基礎)，蒸制時間為9.02 min，老化時間為4.16 h，混合膠的添加量為0.84%；結合實際操作的可行性確定玉米淀粉的添加量為6.30%(以紫薯全粉的添加量為基礎)，蒸制時間為9.00 min，老化時間為4.20 h，混合膠的添加量為0.80%。