曹燕飞，张凤婕，张天宇，陈善峰，2，李宏军，2，*

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

我国马铃薯种植面积广阔，产量高，环境适应性较好，且消费市场广阔[1]。马铃薯具有丰富的营养物质和实用的医药价值。马铃薯中含人体必需的8 种氨基酸，其中赖氨酸是谷物中的限制氨基酸，与小麦粉配合可以使蛋白的功效提升[2]；马铃薯含有小麦和大米中所没有的胡萝卜素，有利于补充人体的维生素，减少与年龄有关的黄斑变性风险[3]；马铃薯含有丰富的膳食纤维，有助于肠道蠕动，可以预防便秘、防治癌症等[4]。

世界上有许多国家将马铃薯泥（粉）与面粉混合共同制成各种面制主食，而我国也在2015年推出马铃薯主粮化战略，通过产品研制和生产工艺创新，开发出符合我国居民饮食习惯的产品[5]。不少学者和科研院已经展开对马铃薯主粮产品的研究。冷进松等[6]探讨影响马铃薯粉蒸烤馒头加工的主要因素，经过Minitab 联用正交设计优化出最佳工艺；Suresh Chandra 等[7]将马铃薯粉与米粉、小麦粉等混合在一起制作饼干，既改善了饼干的口感又增加了其营养价值；郑捷等[8]研究表明适量添加马铃薯全粉，有利于提高面包的感观品质，降低面包的老化速率，从而延长货架期，但添加量高于15%将影响面包的比体积及感官得分；Liu 等[9]研究发现添加马铃薯全粉可以降低馒头的血糖指数，增加馒头营养成分。

在崇尚健康饮食的今天，馒头是深受我国北方消费者喜欢的主食之一[10]，并且已经有研究人员成功研制出了马铃薯全粉馒头，而以马铃薯生浆为原料制作的马铃薯馒头鲜有报道。与全粉为原料相比，马铃薯生浆制作的馒头能减少成本，适应老百姓的购买能力。因此本研究以马铃薯生浆为原料，用响应面法优化马铃薯生浆馒头的发酵工艺，为马铃薯主粮化提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯（水分含量79.25%、淀粉含量13.08%、蛋白质含量1.25%）：市购；小麦粉（水分含量14.24%、淀粉含量68.50%、蛋白质含量9.11%）：淄博云海面粉厂；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；维生素C：郑州康本生物科技有限公司。

M400 捣碎机：中山市帝赞电器有限公司；B15 三功能搅拌机：广东力丰机械制造有限公司；MT140 型系列轧面机：湖北省枣阳市巨鑫机械有限公司；DHN30A多功能电热锅：山东锅老大有限公司；BRF-18C 醒发箱：广州展卓商用设备制造有限公司。

1.2 马铃薯生浆馒头的制作工艺

马铃薯生浆的制备：将马铃薯清洗去皮，用捣碎机进行打浆制得马铃薯生浆，加水量根据马铃薯生浆及面粉混合物的粉质吸水率的72%来配成浓度0.8%的维生素C 水溶液，将其立即倒入马铃薯生浆中得到稀释的马铃薯汁。

和面：将1%高活性干酵母放入10 mL 温水中活化3 min，再将称量好面粉和由10%～30%马铃薯生浆经护色液稀释得来的马铃薯汁混合物一起加入，在搅拌机中和面3 min。

发酵：将面团放入醒发箱中，在38 ℃，相对湿度80%条件下发酵50 min。

压延成型：将发酵好的面团放入轧面机中进行压延，压面14 次后取出面带，卷起、切割，质量约为40 g/个，然后进一步揉制成圆形。

醒发：将成型馒头坯置于35 ℃、相对湿度为80%的醒发箱中醒发14 min。

蒸制：醒发结束后，将馒头坯放入蒸锅中蒸制30 min，取出冷却1 h，待测。

1.3 马铃薯生浆馒头的品质测定

1.3.1 马铃薯生浆馒头的比容测定

用小米置换法测定馒头比容，每个样品重复测定3 次[11]。

1.3.2 马铃薯生浆馒头的感官评价

参照GB/T 17320-2013《小麦品种品质分类》附录A 的实验室馒头评定方法，对马铃薯生浆馒头各项指标评分适当修改，评分标准见表1。由8 名具有专业知识的本科生和硕士研究生组成固定的品尝小组进行评分[12]。

表1 马铃薯生浆馒头感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standard of potato pulp steamed bread

1.4 单因素试验

分别以不同的马铃薯生浆添加量、加水量、酵母添加量、发酵时间、发酵温度进行单因素试验，考察各不同因素对冷冻面团馒头的感官品质的影响。试验中固定面粉与马铃薯生浆的总质量，以总质量为基准，分别取0%、10%、15%、20%、25%、30%。加水量根据马铃薯生浆及面粉混合物的粉质吸水率的56%、64%、72%、80%、88%来计算，并且前期试验得出马铃薯生浆添加量与粉质吸水率的公式为y=-1.254x+59.3，R2=0.979 9。

1.5 响应面试验设计

根据单因素的结果确定5 个水平，以马铃薯生浆馒头的感官评分为标准，采用五因素五水平二次旋转正交试验设计安排试验。试验因素水平编码表如表2。

表2 试验因素水平及编码表Table 2 Experiment factors and levels table

1.6 数据分析

采用SAS9.1 软件对数据处理并进行响应曲面分析，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 单因素试验结果与分析

2.1.1 马铃薯生浆添加量的影响

马铃薯生浆添加量对馒头感官品质的影响见图1。

图1 马铃薯生浆添加量对馒头感官品质的影响Fig.1 Effect of potato pulp addition on sensory quality of steamed bread

本试验选择马铃薯生浆分别为0%、10%、15%、20%、25%、30%，研究马铃薯生浆添加量对馒头感官品质的影响。从图1 中可以看出，随着马铃薯生浆的添加，馒头的品质呈现下降趋势，是因为马铃薯生浆中缺乏面筋蛋白，不利于面团的网络结构的形成，降低馒头的比容。考虑马铃薯生浆馒头感官评价及营养价值，提高马铃薯生浆添加量，选择20%的马铃薯添加量为宜。

2.1.2 加水量的影响

加水量对馒头感官品质的影响见图2。

图2 加水量对馒头感官品质的影响Fig.2 Effect of added water on sensory quality of steamed bread

本试验选择的加水量是根据马铃薯生浆及面粉混合物的粉质吸水率的56%、64%、72%、80%、88%来计算，研究加水量对馒头感官品质的影响。由图2可知，感官评分随着加水量的增加呈现出先增加后减少的趋势，加水量偏低时，不足以与面筋蛋白充分接触形成面筋网络结构，导致馒头的体积较小，当加水量过高时，使面团过软，馒头不易成型。因此，加水量在72%时感官评分达到最大值，故72%的加水量适宜。

2.1.3 酵母添加量的影响

酵母添加量对馒头感官品质的影响见图3。

图3 酵母添加量对馒头感官品质的影响Fig.3 Effect of added yeast on sensory quality of steamed bread

酵母添加量分别为0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%，研究酵母添加量对馒头感官品质的影响。由图3可知，酵母的添加量为0.6%和1.2%时，馒头的感官评分低，说明过多或过少都会使馒头的品质下降。酵母粉添加量过低时，产气量较小导致馒头挺立发硬，比容小，酵母添加量过多时，使面团发酵过度，致使面筋网络持气性变差，馒头塌陷，导致感官评分下降。因此，当添加量在0.8%时，馒头的感官评分最大，故选择酵母添加量为0.8%。

2.1.4 发酵时间的影响

发酵时间对馒头感官品质的影响见图4。

图4 发酵时间对馒头感官品质的影响Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of steamed bread

选择发酵时间分别为30、50、70、90、110 min，研究发酵时间对馒头感官品质的影响。从图4可知，发酵时间不足，馒头体积小且外观较差，质地偏硬，而面团发酵时间过长，面筋过度延伸，造成馒头塌陷且表面不平，同时会产生异味，内部孔洞粗大不均匀，所以发酵时间50 min 为宜。

2.1.5 发酵温度的影响

发酵温度对馒头感官品质的影响见图5。

图5 发酵温度对馒头感官品质的影响Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory quality of steamed bread

选择发酵温度分别为30、33、36、39、42 ℃，研究发酵温度对馒头感官品质的影响。由图5可知，馒头的感官品质随着发酵温度的升高呈现出先增加后减少的趋势，当发酵温度为36 ℃时，适宜酵母生长而产生大量的气体，使面团逐渐形成蜂窝状结构，导致馒头内部形成均匀多孔的结构，馒头的感官评分达到最大值，故选择适宜的发酵温度为36 ℃。

2.2 正交试验安排与结果

根据表2试验因素水平编码表，采用二次正交旋转组合试验设计来安排试验，对马铃薯生浆馒头的感官评分进行测定，试验安排与数据如表3所示。

表3 试验安排与结果Table 3 Experiment arrangement and results

2.3 马铃薯生浆馒头感官评分的响应面结果分析

将表3中马铃薯生浆馒头的试验结果运用SAS9.1 数据分析软件进行二次多元回归拟合获得回归方程，并对得到的回归方程系数显著性检验、回归模型方差分析及响应面，结果见表4、表5。

采用SAS9.1 软件对数据进行回归分析，5 个因素对马铃薯生浆馒头感官评分经过拟合得到回归方程：

表4 回归方程的系数显著性检验Table 4 Significance test of regression equation coefficient

表5 马铃薯生浆馒头感官评分的回归模型方差分析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，影响马铃薯生浆馒头感官评分的因素按照主次顺序为：加水量＞马铃薯生浆添加量＞发酵温度＞发酵时间＞酵母添加量。模型中因素X1、X2、X5对馒头的感官评分极显著，因素X4较显著；因素X12、X22、X32、X42对馒头的感官评分极显著，因素X52较显著；因素X5X3、X5X4交互作用显著，X2X1、X4X1交互作用较显著；其他不显著。

对回归模型进行方差分析，结果见表5。由表5可知：此模型的决定系数R2为0.967 5，线性、二次项、总回归均极显著，交互项显著；失拟不显著。说明该回归模型的拟合程度较好，5 个因素与马铃薯生浆馒头的感官评分是可行的。

运用SAS 9.1 软件分析数据得出各因素对马铃薯生浆馒头感官评分的响应曲面，根据响应曲面获得其变化规律。各因素交互作用对马铃薯生浆馒头感官评分的影响见图6。

图6（a）是馒头工艺参数加水量、发酵温度、发酵时间维持在零水平时，马铃薯生浆与酵母添加量交互作用与等高线。由图6（a）可知，当酵母添加量恒定时，馒头的感官评分随着马铃薯生浆添加量的增加呈现出抛物线趋势，这与孙维思等[13]研究馒头的感官评分随马铃薯添加量的增加出现先升高后下降的结论一致。这是因为馒头中添加马铃薯生浆会赋予其特殊的风味和色泽，但是添加量超过20%，由于马铃薯淀粉中不含有面筋蛋白，会降低面团中的面筋蛋白含量，面团的延伸性、拉伸面积减少，从而使面团的面筋结构和流变特性弱化，进一步导致马铃薯馒头在加工过程中出现塌陷，产品的可塑性差[14]。当马铃薯生浆添加量固定时，馒头的感官评分随着酵母添加量的增加呈现抛物型趋势，酵母添加量为0.9%时达到最高点，这种变化趋势与苏东民等[15]研究馒头的感官评分随酵母添加量增加先升高后下降的结论相一致。

图6 因素交互作用对马铃薯生浆馒头感官评分的影响Fig.6 Effect of factor interaction on sensory score of steamed bread with potato pulp

图6（b）是馒头工艺参数酵母添加量、发酵温度、发酵时间维持在零水平时，马铃薯生浆与加水量交互作用与等高线。由图6（b）可知，马铃薯生浆馒头的感官评分随着加水量的增加，缓慢上升，当加水量在70%左右时达到最大，超过75%时馒头的品质显著降低。分析可知，加水量低时不能与面筋蛋白充分接触形成面筋，而在和面过程中面团的蛋白质面筋网络结构是由水和蛋白质的水化作用形成的，从而影响馒头的内部结构，使馒头比容减少，没有饱满的外形；加水量过高时，酵母的增殖速度会随着面团含水量的增加而加快，面团发酵速度快，但形成的面筋网络不够牢固容易使CO2冲破而破裂，馒头表皮会出现气孔、颜色分布不均匀，从而会使馒头的品质下降[16]。当加水量保持不变时，馒头的感官评分随着马铃薯生浆添加量增加时先增高后下降。

图6（c）是馒头工艺参数马铃薯生浆添加量、发酵时间、发酵温度维持在零水平时，酵母添加量与加水量交互作用与等高线。当加水量恒定时，随着酵母添加量的增加，馒头的感官评分升高，达到一定程度后感官评分开始下降。分析可知，在面团发酵过程中酵母会产生CO2，生成乙醇及其他挥发性风味物质，赋予馒头特有的风味[17]。酵母添加量少时，在发酵过程中产生的气体不足会使面团气孔不均匀，馒头的弹韧性不好；当酵母用量过多时，酵母在面团发酵过程中产气过多过快，使馒头局部有塌陷，较粘牙，影响其综合评分[18]。当酵母添加量一定时，馒头的感官评分随着加水量增加先增高后下降。

图6（d）是馒头工艺参数马铃薯生浆添加量、加水量、酵母添加量维持在零水平时，发酵温度与发酵时间交互作用与等高线。当发酵温度保持不变时，马铃薯生浆馒头的感官评分随着发酵时间的延长先升高，但时间超过55min 后馒头的品质迅速下降。发酵时间影响馒头的品质是通过面团中酵母的产气量及引起的化学变化实现的[19]。发酵时间短时，馒头体积小且不够松软，内部组织不良；时间过度，面筋延伸过长使馒头塌陷、表面不光泽，同时发酵时间过长时，馒头就会产生酸性气味，品质下降[6]。当发酵时间不变时，随着发酵温度的升高，馒头的感官评分先增大后减少。分析可知，温度能够影响酵母菌的生长繁殖速率，影响面团释放CO2的速率，从而对馒头的发酵过程产生影响。温度过低时，面团中产生的CO2量因酵母菌生长缓慢而不足，致使面团不能形成疏松多孔结构，馒头表皮颜色不均、硬度过大；温度过高时就会抑制酵母菌的生长速度，产气量就会下降，从而使面团中面筋强度减弱，馒头容易塌陷[19]。

2.4 岭回归寻找最优工艺范围

以馒头感官评分为考察指标，运用岭回归寻优确定最优发酵工艺参数范围，结果见表6。

根据表6可以得出，经过岭回归选优得到最佳发酵工艺参数范围为：马铃薯添加量20%～21%，加水量68%～72%，酵母添加量0.8%～0.9%，发酵时间50 min～52 min，发酵温度33 ℃～36 ℃。

表6 马铃薯生浆馒头感官评分的岭回归寻优分析Table 6 Analysis of ridge regression for potato pulp steamed bread sensory score

2.5 验证试验安排及结果

发酵工艺参数的验证试验结果见表7。

表7 验证试验结果Table 7 The results of verification test

由表7的数据可以得出，在最优发酵工艺参数范围内，马铃薯生浆馒头的感官评分数据均在较好范围内，说明参数优化是可靠的。所以最终确定发酵工艺参数是：马铃薯生浆添加量为21%，加水量68%、酵母添加量0.9%、发酵时间52 min、发酵温度35 ℃。在此条件下的马铃薯生浆馒头的感官评分是89 分。

3 结论

以普通面粉和马铃薯生浆为原料，利用响应面法对马铃薯生浆添加量、加水量、酵母添加量、发酵时间、发酵温度5 个因素进行优化，可以得到最佳工艺条件组合：马铃薯生浆添加量为21%，加水量68%、酵母添加量0.9%、发酵时间52 min、发酵温度35 ℃，在此条件下的马铃薯生浆馒头的感官评分是89 分。通过对马铃薯生浆馒头的发酵工艺研究，探索各因工艺参数对发馒头感官品质的影响，为马铃薯粮食主粮化提供一定的数据参考。