冷进松，孙国玉，王磊鑫，白春启（.吉林工商学院食品工程学院，吉林长春0507；2.吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点实验室，吉林长春0507；.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津0057；.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州5000）

M initab联用正交设计优化马铃薯粉蒸烤馒头工艺

冷进松1，2，孙国玉3，王磊鑫1，白春启4
（1.吉林工商学院食品工程学院，吉林长春130507；2.吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点实验室，吉林长春130507；3.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457；4.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州450001）

摘要：以高筋面粉和马铃薯全粉为主要原料，采用二次发酵工艺，研究马铃薯全粉蒸烤馒头加工工艺。以感官得分为指标，通过单因素试验，Plackett-Burman因素筛选、结合正交试验设计对生产工艺进行优化。评价了和面时间、压面次数、醒发时间、马铃薯全粉添加量、SSL添加量、GMS添加量、起酥油添加量、PGE添加量、谷朊粉添加量、黄原胶添加量10个因素对蒸烤馒头感官评分的影响。最终确定最优生产工艺为：和面时间11min、醒发时间45min、马铃薯全粉添加量24%、SSL添加量0.19%、GMS添加量2.7%、起酥油添加量3%、PGE添加量0.009%、谷朊粉添加量4.5%、黄原胶添加量1%。该产品具有良好的感官性状，是一种营养丰富，开发前景广阔的产品。

关键词：马铃薯粉；蒸烤馒头；Plackett-Burman设计；工艺

马铃薯是一种低脂肪、低糖分的粮食作物，富含多种维生素、矿物质以及人体必需的多种氨基酸，有“地下苹果”之称。马铃薯不但营养价值高，而且还有一定的药用价值，具有和胃、健脾、益气的疗效，可以预防治疗胃、十二指肠溃疡、体虚便秘的功效[1]。马铃薯全粉含有天然的磷酸基团，具有非常好的增稠、吸水和持水性，并能提供特殊的口感和香气，对面制食品品质的改良具有重要意义[2]。因为马铃薯的优越特性，我国对马铃薯的生产、加工、研究都很重视，即将启动“马铃薯主粮化”战略，推进把马铃薯加工成馒头、面条、米粉等主食，把马铃薯变成继稻米、小麦和玉米之后的第四大主粮。预计2020年50%以上的马铃薯将作为主粮消费[3]。世界上许多国家把土豆作为传统食品，不少以面食为主食的民族有将士豆泥（粉）掺入面粉共同制作各种面制主食的习惯。馒头不仅作为我国东北、华北地区及黄河流域人民的传统主食，中南部居民也大量食用，在我国的膳食结构中占有十分重要的地位[4]。

本研究采用MPO（多功能蒸烤箱）蒸烤食品加工技术，以马铃薯全粉和高筋面粉为主要原料，经面团成型、发酵、熟制等过程，确定适宜的加工工艺条件制备马铃薯全粉蒸烤馒头。不但可以满足我国人民不断提高的生活水平、快捷的生活节奏以及对食品种类的要求[5]，还能改善当前蒸制马铃薯馒头加工过程中面临的成型难、饧发难、易开裂、硬度大、易老化回生等技术障碍，其研制将为消费者提供面制食品更多的选择空间，也为马铃薯全粉的广范围综合应用提供一定的理论参考，具有良好的开发前景。

本试验将Plaeken-Burman设计、正交试验设计联用于马铃薯全粉蒸烤馒头加工中，并借助Minitab 16、SPSSStatistics17.0、origin 7.5软件对工艺参数进行分析优化，结果良好。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

马铃薯全粉：吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点实验室自制；高筋粉：中粮面业（秦皇岛）鹏泰有限公司；酵母：中国番禹梅山-马利酵母有限公司；硬脂酰乳酸钠（SSL）：郑州新泰食品添加剂公司；分子蒸馏单甘酯（GMS）：江苏张家港市中鼎添加剂有限公司；起酥油：天津南侨油脂有限公司；蔗糖脂肪酸酯（SE）：杭州瑞林化工有限公司；三聚甘油单硬脂酸酯（PGE）：郑州大河食品科技有限公司；食盐：中盐皓龙盐化有限责任公司；谷朊粉：濮阳市凯利粮业有限公司；黄原胶：郑州三荣化工产品有限公司。

1.2仪器与设备

蒸烤一体箱：巩义市英峪予华仪器厂；弹性测定仪：巩义市英峪予华仪器厂；OMJ-CV-5醒发箱：河北欧美佳食品机械有限公司；HH－2型恒温水浴锅：金坛市顺华仪器有限公司；500C快速药品食品粉碎机：上海高致精密仪器有限公司；AY120型岛津托盘电子分析天平：日本岛津制作所；SZ-110压面机：广州旭众食品机械有限公司；SZM-20型三功能搅拌机：广州旭众食品机械有限公司。

1.3方法

1.3.1马铃薯全粉制备工艺流程

马铃薯→清洗→去皮→切片→预煮→冷却→蒸煮→打浆制泥→滚筒干燥→粉碎→马铃薯雪花粉

1.3.2蒸烤馒头制作方法

高筋粉、马铃薯全粉、辅料→和面→发酵→二次和面→轧面→成型→醒发→蒸烤→成品

1.3.3操作要点

称取面粉440 g、马铃薯全粉130 g、酵母5 g、水330mL、蔗糖5 g在80 r/min的立式搅拌机中搅拌，待面粉成团5min后移入38℃相对湿度80%～85%的醒发室发酵40min后取出，加入面粉130 g、起酥油8 g、SSL 1 g、SE 1 g、PGE 0.05 g，食盐1 g、GMS 5 g（用65℃的水加热8min后到入面团中，总加水量为60mL）谷朊粉23 g，二次和面6min，经压面机揉压18次后手工成型，醒发45min，取出放入蒸烤箱内，20min～25min （170℃～180℃）同蒸同烤。

1.3.4蒸烤馒头的感官评分测定[6]

本研究选取8名参加过食品感官课程培训的评价员集体评分取平均值（具体每一项的满分从最好到最差均分为3个级别），参照美国烘焙学院所设计的面包评价标准及馒头实验室评价方法制定的实验室蒸烤馒头评价标准。方法采用百分制，低于75分为不合格产品，但也很难达到95分以上。评分包括馒头外观、结构和风味3部分，见表1。

表1　感官评分标准Table 1　Standard of sensory evaluation

续表1　感官评分标准Continue table1　Standard of sensory evaluation

1.3.4.1比体积的测定方法[7]

1.3.4.2弹性的测定[8]

用自制的切片器从中间将蒸烤馒头切成1.5 cm厚的2片，将馒头片置于弹性测定仪的探头端，并放置200 g（杆重为472 g）的砝码，记录所下降的距离。弹性的定义为：在一定的压力下，探头在30 s内压入馒头瓤中的深度（mm）来表示馒头的弹性。弹性＝变形量（mm），弹性测定仪结构图见图1。

1.3.4.3外观评价

取馒头，用面包刀切开，观察馒头表面色泽、表面结构、形状、内部气孔结构细密均匀程度，底部是否有死烫斑，并逐项打分。

1.3.4.4品尝评价

图1　弹性测定仪结构图Fig.1　Structure diagram ofelasticmeasuring instrument

取馒头，稍凉，用食指按压，评价弹柔性，掰一小块，观察是否易掉渣，放入口中，细嚼5 s～7 s，感觉有否咬劲，是否黏牙、干硬，咀嚼一会儿能否完全化开以及气味如何，并逐项打分[9]。

1.3.5单因素试验

以马铃薯全粉蒸烤馒头Y-感官评分为指标，研究x1-和面时间（min）、x2-压面次数（次）、x3-醒发时间（min）、x4-马铃薯全粉添加量（%）、x5-SSL添加量（%）、x6-GMS添加量（%）、x7-起酥油添加量（%）、x8-PGE添加量（%）、x9-谷朊粉添加量（%）、x10-黄原胶添加量（%）对感官评分的影响。采用单次单因素法，假定各因素不存在交互作用，当其它因素保持不变，只改变其中一个因素，然后逐个进行考察分析[10]。

1.3.6Plackett-Burman试验设计

在单因素试验基础上，对x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x1010个因素进行考察，每个因素取低水平“-1”和高水平“1”，设计试验次数N=12的Plackett-Burman试验，以感官评分Y为回应值，Plackett-Burman试验因素及水及结果见表2。

表2　Plackett-Burman试验设计表及试验结果Table 2　Plackett-Burm an design and experimental results

2　结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1和面时间对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

和面时间对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图2。

图2　和面时间对感官评分的影响Fig.2　Stir time effect on sensory evaluation

由图2可知，感官评分随和面时间的增加呈先上升后下降的趋势。其中和面时间在11min时，感官评分最高。和面能使原辅料混合均匀，加速面粉吸水、胀润形成面筋，缩短面团形成时间，也能扩展面筋，使面团具有良好的弹性和延展性。和面时间超过13min后，面团开始发粘，附着在搅拌头和和面容器内壁上。随着搅拌进行到29min时，面团已经呈半流体状了，造成面筋断裂，因而总评分呈下降趋势。

2.1.2压面次数对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

压面次数对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图3。

图3　压面次数对感官评分的影响Fig.3　Knead timeseffecton sensory evaluation

由图3可知，感官评分随压面次数增加呈先上升后下降趋势。其中压面次数在18次时，感官评分最高。压面过程有利于CO2气体在面团内均匀溢出，形成均匀的气孔，改善馒头的外观和结构，从而使总分数上升，但压面次数过多，面团受到的压力过大，产生的气体受到较大的阻力，不利于后续醒发形成膨大的体积，馒头内部结构过于紧致，失去较好的弹性和外观颜色逐渐变深，因而总评分呈下降趋势。

2.1.3醒发时间对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

醒发时间对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图4。

图4　醒发时间对感官评分的影响Fig.4　Ferment timeeffecton sensory evaluation

由图4可知，感官评分随醒发时间增加呈先上升后下降趋势。其中醒发时间在45min时，感官评分最高。醒发时间不足，蒸烤出来的馒头体积小且外观较差，内部组织不良，风味不足。醒发过度，馒头酸味大，内部孔洞粗大不均匀。同时，醒发时间过长，面筋过度延伸，造成跑气塌陷，缺乏光泽或表面不平。

2.1.4马铃薯粉添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

马铃薯粉添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图5。

图5　马铃薯粉添加量对感官评分的影响Fig.5　Potato flour effecton sensory evaluation

由图5可知，感官评分随马铃薯全粉添加量的增加呈先上升后下降的趋势。随着马铃薯全粉的添加量的增加，馒头具有特殊的风味和外观，当添加量超过24%，感官评分呈下降趋势，随着添加量的增加，面团的延伸性、抗拉伸力、拉伸面积、最大抗延伸性均呈下降趋势，面筋网络结构牢固性降低、筋力减小，面团易流变，加工性能减低，可塑性变差，产品结构容易发生塌陷[11]。

2.1.5SSL添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

SSL添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图6。

图6　SSL添加量对感官评分的影响Fig.6　SSL amountseffecton sensory evaluation

由图6可知，随着SSL添加量的增加感官评分呈不断上升的趋势。在允许添加范围内，SSL能增强面筋网络结构强度，增强面团的耐机械搅拌能力、耐发酵能力与持气能力提高。同时，SSL还能结合一部分直链淀粉形成不溶于水的复合物，阻止了淀粉糊化后由无序的非结晶状态转变成有序的重结晶状态而引起的老化、变硬，从而增加了馒头的柔软度[12]。

2.1.6GMS添加量对马铃薯全粉蒸烤馒头感官评分的影响

GMS添加量对马铃薯全粉蒸烤馒头感官评分的影响见图7。

图7　GM S添加量对感官评分的影响Fig.7　GMSamountseffecton sensory evaluation

由图7可知，随着GMS添加量的增加感官评分呈不断上升的趋势。单甘酯与面粉结合，亲水基进入直链淀粉的空间，形成单甘酯-淀粉复合体，阻止了α化淀粉分子的重新排列，延缓了馒头老化过程，增大了产品的柔软度，使制品长期保持良好的复水性。随着单甘酯添加量的增加，蒸烤馒头的感官评分几乎线性增加。

2.2.7起酥油添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

起酥油添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图8。

图8　起酥油添加量对感官评分的影响Fig.8　Shortening am ountseffecton sensory evaluation

由图8可知，随着起酥油添加量的增加感官评分呈不断上升后下降的趋势。在蒸烤馒头制作过程中加入起酥油[13]，因其具有疏水性，在面团调制时，可阻止蛋白质的吸水、抑制面筋的形成、降低面团的内聚力，使面团酥软、弹性降低、可塑性增强，从而对最终产品的质构有软化作用。同时，起酥油的添加也增加了产品风味。2.2.8PGE添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

PGE添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图9。

图9　PGE添加量对蒸烤馒头感官评分的影响Fig.9　PGE amountseffecton sensory evaluation

由图9可知，感官评分随着PGE添加量的增加呈显著上升趋势。PGE能使油脂在面团中分散得更均匀，产生稳定细小气泡，体积显著增大，使馒头松软体大，富于弹性，内部结构呈海绵体。PGE还可延缓淀粉乳粒的积聚和蒸烤内部水分的释出，外皮松脆时间也随之延长。同时也非常适用于延缓馒头碎屑的固结，从而有一定的保鲜作用。

2.2.9谷朊粉添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

谷朊粉添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图10。

图1　0　谷朊粉添加量对蒸烤馒头感官评分的影响Fig.10　W heatgluten amountseffecton sensory evaluation

由图10可知，随着谷朊粉添加量的增加，感官评分呈先上升后下降趋势，当添加量超过4.5%后，感官评分开始下降。适量的添加量，可改善面团的稳定时间、评价值、拉伸阻力等指标，能明显增强面筋的作用，增加面团的持气性、缩短发酵时间，改善口感[14]。但添加量过大，会使面团过度发酵而造成面团的持气性变劣，导致体积变小，柔软度变小[15]。

2.2.10黄原胶添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响

黄原胶添加量对马铃薯粉蒸烤馒头感官评分的影响见图11。

图1　1　黄原胶添加量对蒸烤馒头感官评分的影响Fig.11　Xanthan amountseffecton sensory evaluation

由图11可知，随着黄原胶添加量的增加，感官评分呈先上升后下降趋势，当添加量超过1.0%后，感官评分开始下降。适量的添加量，增大蒸烤馒头的体积，改善内部结构，使馒头的空隙大小均匀，富有弹性，并延迟衰老，延长货架寿命[16]。

2.2Plackett-Burman试验结果分析

利用Minitab对Plackett-Burman试验数据进行分析，结果如表3所示。

表3　偏回归系数及影响因子的显著性分析Table3　Analysisof partial regression coefficientand significance of factors

其预测误差平方和为99.73%，回归方程的系数R2为99.98%；调整后R2为99.78%。

从检验结果可以看出：主效应中，和面时间（x1）、醒发时间（x2）、马铃薯全粉添加量（x4）、SSL添加量（x5）、GMS添加量（x6）、起酥油添加量（x7）、PGE添加量（x8）、谷朊粉添加量（x9）、黄原胶添加量（x10）9个主要因素效应显著，其P分别为0.005、0.037、0.016、0.009、0.007、0.006、0.009、0.012和0.028，均小于0.050，可以作为进一步优化的因素。其他因素对结果影响不大，在进一步研究中，取中间水平，对影响效果不进行分析[17]。

2.3正交试验设计

2.3.1正交试验

根据Plackett-Burman试验设计结果，本试验选择A-和面时间（min）、B-醒发时间（min）、C-马铃薯全粉添加量（%）、D-SSL添加量（%）、E-GMS添加量（%）、F-起酥油添加量（%）、G-PGE添加量（%）、H-谷朊粉添加量（%）、I-黄原胶添加量（%），九因素二水平进行正交设计。选用L12（29）正交试验表进行试验。正交试验设计因素水平试验安排及方差分析结果分别见表4、表5。

2.3.2正交试验结果方差分析

由表4可知，各因素对马铃薯全粉蒸烤馒头感官评分影响的主次顺序为E＞A＞D＞I＞H＞F＞C＞G＞B，最佳方案为A1B2C2D2E1F1G1H2I2，即和面时间11min、醒发时间45min、马铃薯全粉添加量24%、SSL添加量0.19%、GMS添加量2.7%、起酥油添加量3%、PGE添加量0.009%、谷朊粉添加量4.5%、黄原胶添加量1%。由表5可知，和面时间、马铃薯全粉添加量、SSL添加量、GMS添加量、起酥油添加量、PGE添加量、谷朊粉添加量、黄原胶添加量对蒸烤馒头感官评分有显著影响。

表4　正交试验结果与极差分析Table4　O rthogonalexperim ent result

表5　方差分析结果Table5　Analysisofvariance for theexperiment resultsoforthogonalarray design

2.3.2验证试验分析

验证试验分析见表6。

表6　验证试验结果Table 6　Resultsof validation experiments

由表6可知，为进一步验证正交设计模型的有效性，对最佳试验结果进行验证试验，测得感官评分值为96.6，高于模型中1号试验结果，表明模型最佳方案结果可靠，结果准确。

3　结论

本研究通过单因素试验，并应用Plackett-Burman试验设计方法筛选了对马铃薯全粉蒸烤馒头感官效果有影响的各个因素，既省时也可同时比较分析各因素之间的交互作用，保证了实验的精确性[18]。和面时间、马铃薯全粉添加量、SSL添加量、GMS添加量、起酥油添加量、PGE添加量、谷朊粉添加量、黄原胶添加量是影响马铃薯全粉蒸烤馒头品质的主要因素，经过优化试验，测得最优工艺条件为：和面时间11min、醒发时间45min、马铃薯全粉添加量24%、SSL添加量0.19%、GMS添加量2.7%、起酥油添加量3%、PGE添加量0.009%、谷朊粉添加量4.5%、黄原胶添加量1%。马铃薯全粉馒头采用蒸烤加工方法，在一定程度上解决了高占比马铃薯馒头发酵难、成型难、整形难、易开裂、口感差等关键难题，同时可明显延缓馒头的回生、变质，丰富了广大消费者的品种要求。

参考文献：

[1]中国烹饪协会美食营养专业委员会.家庭营养全书[M].北京:北京出版社,2005:22-23

[2] 游新勇,莎娜,王国泽,等.马铃薯全粉面包的加工工艺研究[J].广东农业科学,2012(7):116-117

[3]李开周.一些国家把马铃薯全粉列为战略储备粮中国将启动[N/ OL].人民网,2015-01-25[2015-07-12].http://world.people.com.cn/ n/2015/0125/c157278-26445002.html

[4]冷进松.蒸烤馒头工艺研究及特性分析[D].郑州:河南工业大学, 2007:1-2

[5]冷进松,刘长虹,戴媛.蒸烤馒头生产工艺的研究[J].食品与机械, 2007,23(1):125-127

[6] 常雪妮,赵文,李新华.南瓜大豆保健面包的研制[J].食品科技, 2011,36(12):157-158

[7]张靖,蔺毅峰,周明.山药面包配方的研究[J].粮油加工,2010(4): 83-84

[8]刘长虹.一种用于测定面食柔软度的装置:中国,CN2811982Y[P]. 2006-08-30

[9]冷进松,戴媛,朱珠,等.乳清粉-玉米酵子馒头生产配方的优化设计[J].食品研究与开发,2014,35(2):57-59

[10]赵伟,陈晨,刘倩,等.利用Minitab优化耐高温淀粉酶发酵培养条件[J].中南大学学报(自然科学版),2010,41(5):1652-1656

[11]曹阳.红薯粉对面包面团流变学特性的影响[J].农产品加工(学刊),2013(1):28-29

[12]刘钟栋,孙智卿.以乳化剂SSL为主的复配型添加剂在馒头工程中的应用[J].中国食品添加剂,1999(4):54-56

[13]周素梅.油脂在焙烤制品中的功能及应用[J].粮油食品科技,1998 (6):1-4

[14]石雪晨,鲁茂林,顾瑞霞,等.谷朊粉对馒头面团工艺特性的影响[J].食品研究与开发,2014,35(10):55-57

[15]李昌文,李小平.谷朊粉对速冻馒头品质影响的研究[J].粮食加工,2009,34(6):49-50

[16]瞿玲玲,刘长虹,杨晓露,等.黄原胶对馒头品质影响研究[J].粮食加工,2014,39(3):37-38

[17]冷进松,朱珠,周跃勇.乳清粉-玉米酵子馒头生产配方的优化设计[J].食品研究与开发,2014,35(2):57-63

[18]陈合,李串娜,舒国伟.Plackett-Burman法筛选保加利亚乳杆菌发酵培养基氮源[J].陕西科技大学学报,2012,30(6):73-74

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.22.027

收稿日期：2015-08-31

作者简介：冷进松（1981—），男（汉），讲师，硕士研究生，研究方向：食品资源开发与利用。

ProcessOptim ization of Potato Flour Steamed and Baked Bread by M initab Com bined w ith Orthogonal Test

LENG Jin-song1，2，SUNGuo-yu3，WANG Lei-xin1，BAIChun-qi4
（1.Collegeof Food Engineering，Jilin Businessand Technology College，Changchun 130507，Jilin，China；2.Jilin Province Key LaboratoryofGrain and Oilprocessing，Jilin Businessand Technology College，Changchun 130507，Jilin，China；3.College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Scienceand Technology，Tianjin 300457，China；4.CollegeofCerealand Oils Food，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，Henan，China）

Abstract：The processing technology of the whole flour steamed bread was studied by using the two fermentation technologyofhigh gluten flourand potatoas themain rawmaterial.Taking the sensory scoreas the index，through the single factor experiment，Plackett-Burman factor screening，combined with orthogonal experimentaldesign to optimize theproduction process.Evaluation stir time，knead times，ferment time，potato powder additions，SSL additions，GMS additions，shortening additions，PGE additions，wheat gluten additions，xanthan gum additions of 10 factors on effect of steaming and baking bread sensory score.Finally to determine the optimal production process：stir time 11 min，ferment time 45 min，potato powder additions 24%，SSL additions0.19%，GMSadditions2.7%，shortening additions3%，PGE additions0.009%，wheat gluten additions 4.5%，xanthan gum additions 1%.This product has good sensory characteristics，is a kind of nutrition，thedevelopmentprospectsof theproduct.

Keywords：potato flour；steamed and baked bread；Plackett-Burman design；process