紫薯全粉面加工工艺的优化

范会平，陈月华，王娜，索标,3，潘治利,3，赵天学，艾志录*

1(河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州，450002)2(河南省薯类淀粉工程技术研究中心，河南 郸城，477150)3(河南省冷链食品工程技术研究中心，河南 郑州，450002)

紫薯全粉面加工工艺的优化

范会平1，2，陈月华1，王娜1，索标1,3，潘治利1,3，赵天学2，艾志录1*

1(河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州，450002)2(河南省薯类淀粉工程技术研究中心，河南 郸城，477150)3(河南省冷链食品工程技术研究中心，河南 郑州，450002)

为了考察并优选紫薯全粉面的最佳加工工艺条件，在单因素试验基础上，选定淀粉添加量、淀粉糊化温度、面片老化时间和面条冻藏时间为影响因子，根据Box-Behnken中心组合原理设计4因素3水平试验，以紫薯全粉面感官评分为响应值进行响应曲面分析。得到紫薯全粉面加工的最佳工艺条件为：淀粉添加量为32%，淀粉糊化温度为64 ℃，面片老化时间为4.5 h，面条冻藏时间为16.5 h，实测综合评分为92.0，与其预测值89.6基本符合。

紫薯全粉面；淀粉；响应曲面法

近年来，马铃薯主食化已成为保障国家粮食安全的战略要求。而甘薯作为我国粮食紧缺时期不可或缺的替代品，在口感和营养方面更优于马铃薯，因此研究甘薯主食化是我国甘薯主产区的未来发展趋势。紫薯又名黑甘薯，是甘薯中的特有品种，因薯皮呈紫黑色，薯肉为紫红色而得名。紫薯营养价值很高，除富含淀粉和可溶性糖、蛋白质、维生素、氨基酸及多种矿物质外，还富含纤维素，有助于加快消化道蠕动、预防痔疮和癌的发生; 特别含有硒元素和花青素等营养物质，具有抗氧化、抑癌、降血压等生物学功效[1-3]。作为紫薯精加工后的产物，紫薯全粉保留了紫薯除皮以外的全部物质，包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素及膳食纤维等，复水后的紫薯全粉色泽、香气、滋味、口感与新鲜紫薯蒸熟捣泥的状态相同[4]。

面条起源于中国，已有4 000多年的制作和食用历史[5]，作为主食在消费者需求中具有重要地位。随着人们消费水平的提高，人们对面条的消费需求也在不断发生变化，更加注重营养、健康和花色品种。已有学者开发出了许多具有营养保健功能的面条品种[6-9]。紫薯全粉面不仅可以最大限度地保留紫薯全粉的营养价值，其中较高的花青素含量还使其具有较高的保健作用。但是由于紫薯中蛋白质种类不同于小麦粉，紫薯全粉加水搅拌成团后，黏性很大、筋性弹性很小，导致紫薯全粉面断条率很高，且易糊汤。为了做出口感筋道、断条率较低的紫薯全粉面。本文根据甘薯自身的加工特性，将面条和粉条的加工工艺有机结合后进行紫薯全粉面的加工，并从影响面条品质的主要因素入手，对紫薯全粉面的加工工艺进行了探究和优化分析。

1 材料与方法

1.1 主要实验材料

紫薯全粉,河南天豫薯业股份有限公司；甘薯淀粉,河南天豫薯业股份有限公司。

1.2 主要仪器与设备

温控电冰箱，河南新飞电器有限公司；DHG-9245A鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；FA6102天平，上海精天电子仪器厂；MIC-TW2110J电磁炉，江苏松桥电器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 紫薯全粉面制作

称量→打芡→调粉→压延→老化→二次压延→切条→冻藏→冷藏→风干→ 成品[10-12]

分别按所需的甘薯淀粉添加量称取淀粉与紫薯全粉共50 g，向所称的甘薯淀粉中添加相同质量的水，搅和均匀，在水温为70～80 ℃的水浴锅中糊化(糊化混合物的温度控制在所需的范围内)，至轻挑起呈丝状为宜。将糊化好的淀粉迅速倒入紫薯全粉中并添加适量的水，将紫薯全粉与糊化好的甘薯淀粉混合均匀呈颗粒状且无白点；将调好的粉进行6～8次压延至片组织细密、表面光滑、厚度至3～5 mm为止，放入0 ℃左右的冷藏箱中按所需的时间进行老化；二次压延2～3次，至厚度为2～4 mm；切条摆放整齐，放入-18 ℃的冰箱中冻藏至所需时间；放入0～4 ℃的冰箱中冷藏2 h后取出，恢复至室温。置于晾晒杆上摆放整齐，放入鼓风干燥箱中干燥，干燥条件如表1所示。将紫薯全粉面从鼓风干燥箱取出后在自然条件下风干至室温(约0.5 h左右)，即得成品。

表1 鼓风干燥的温度与时间的控制

1.3.2 紫薯全粉面品质的判定指标

紫薯全粉面的评价标准见表2[13-14]。

表2 紫薯全粉面的感官评定标准

1.3.3 自然断条率

抽取样品10 g，将长度不足规定2/3的紫薯全粉面拣出称重，计算不整齐度[15]。

Z=(Mq/G)×100

(1)

式中:Z,自然断条率，%；Mq,拣出的断紫薯全粉面质量，g；G,样品质量,g。

1.3.4 弯曲断条率

抽取紫薯全粉面15根，截成180 mm，放在标有厘米刻度和角度的平板上，用左手固定零位端右手缓缓沿水平方向向左移动，使紫薯全粉面弯曲成孤形，未到规定的弯曲角度折断，即为弯曲折断条，测量标准见表3[15]。

表3 紫薯全粉面弯曲断条率测量标准

U=(N/15)×100

(2)

式中：U,弯曲折断率，%；N,弯曲折断的紫薯全粉面根数。

1.3.5 熟断条率

抽取紫薯全粉面15根，放入盛有沸水的500 mL烧杯(或铝锅)中，用可调式电炉加热，保持水的微沸状态，达到所测烹调时间后，用竹筷将紫薯全粉面轻轻挑出，计算熟断条率并检验烹调性[15]。

S=(Ns/15)×100

(3)

式中：S,熟断条率，%；Ns,断紫薯全粉面根数。

1.3.6 质构的测定

TPA测定：采用P50探头；测试速率为0.8 mm/s，形变量为70%，间隔时间为1 s[16]。

1.4 实验设计

1.4.1 工艺条件对紫薯全粉面品质的影响

1.4.1.1 淀粉糊化温度对紫薯全粉面品质的影响

设定淀粉添加量15%，面片老化时间3 h，冷冻时间18 h，分别设定淀粉糊化温度55、60、65、70、75 ℃，考察淀粉糊化温度对紫薯全粉面品质的变化。

1.4.1.2 淀粉添加量对紫薯全粉面品质的影响

设定淀粉糊化温度60 ℃，面片老化时间3 h，冷冻时间18 h，淀粉添加量分别采用15、25、35、45、50%，考察淀粉添加量对紫薯全粉面品质的影响。

1.4.1.3 面片老化时间对紫薯全粉面品质的影响

设定淀粉糊化温度65 ℃，淀粉添加量35%，面条的冷冻时间16 h，将面片老化时间分别设定2、3、4、5、6 h，考察面片老化时间对面条品质的影响。

1.4.1.4 面条冻藏时间对紫薯全粉面品质的影响

设定淀粉的糊化温度25%，淀粉添加量25%，面片老化时间3 h，将面条的冷冻时间分别设定为10、12、14、16、18 h，考察面条冻藏时间对面条品质的影响。

以上4个因素均以感官指标、自然断条率、弯曲断条率、熟断条率、质构为评价指标对其进行综合评价。

1.4.2 响应面试验设计

综合单因素试验结果，根据Box-Behnken中心组合设计原理，分别选取淀粉糊化温度、淀粉添加量、面片老化时间、紫薯全粉面条冻藏时间为自变量，以紫薯全粉面的综合评分为响应值，采用响应面分析法，通过回归得出自变量与响应函数之间的统计模型。

1.5 数据处理

试验数据全部采用Excel 2013数据处理软件和SPSS 13.0数据统计与分析软件以及Design-Expert 6.05数据处理软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 加工工艺条件对紫薯全粉面品质的影响

2.1.1 淀粉糊化温度对紫薯全粉面品质的影响

表4 淀粉糊化温度对紫薯全粉面品质的影响

注：同列中不同字母表示差异显著(P<0.05)，表5～表7，表10同。

由如表4可知，淀粉糊化温度对紫薯全粉面各个品质指标均有显著影响，紫薯全粉面的感官评分总体呈先显著上升后显著下降的趋势，自然断条率、弯曲断条率整体呈波浪形；且65 ℃时感官评分最高，综合断条率最低；弹性变化不大，硬度、咀嚼性都呈先上升后下降趋势。当糊化温度由70 ℃提高到75 ℃时，其硬度反而下降，原因可能是随着温度的升高淀粉分子内的化学键断裂，淀粉颗粒内的结晶区域吸水膨胀，淀粉的凝胶特性不断增强，但当淀粉颗粒体积膨胀到一定程度后颗粒破裂结晶束被破环，淀粉分子从淀粉颗粒中溶入到水中，淀粉凝胶特性开始不断减弱[17]。因此，选定淀粉糊化温度为65 ℃。

2.1.2 淀粉添加量对紫薯全粉面品质的影响

由表5可知，淀粉添加量对紫薯全粉面各个指标(弯曲断条率除外)均有显著影响。随着淀粉添加量的增加紫薯全粉面的感官评分呈先显著上升后显著下降趋势；弯曲断条率、熟断条率呈先显著下降后显著上升趋势，且无自然断条现象(添加量为15%除外)；淀粉添加量为35%时，紫薯全粉面的感官评分最高且综合断条率最低。硬度随着淀粉添加量的增加而显著上升，耐咀嚼性在25%时稍微下降但总体呈上升趋势。原因可能是紫薯全粉中的直链淀粉仅为7.8%而甘薯淀粉中的直链淀粉含量为26.70%[18]，而直链淀粉较支链淀粉更易形成糊化凝胶[17]。 因此，选定淀粉添加量为35%。

表5 淀粉添加量对紫薯全粉面品质的影响

2.1.3 面片老化时间对紫薯全粉面品质的影响

如表6可知，面片老化时间对紫薯全粉面各个指标(自然断条率除外)均有显著影响。随着面片老化时间的延长紫薯全粉面的感官评分总体呈先上升后下降趋势，弯曲断条率、熟断条率呈先显著下降后显著上升趋势，且无自然断条现象。在老化时间为4 h时，面条的感官评分最高，熟断条率最低，老化时间为3 h时，弯曲断条率最低；质构特性随着老化时间的增加总体呈上升趋势，老化时间越长，紫薯面条的硬度越强，耐咀嚼性也越强，但弹性变化不大。其原因可能是老化初始使面片内淀粉微晶束发生重排[19]，随着老化时间的延长微晶束逐渐增多，面条表面的凝胶网络由疏变密，由弱变强从而增强了淀粉的凝胶强度。因此，选定面片老化时间为4 h。

表6 老化时间对紫薯全粉面品质的影响

2.1.4 冻藏时间对紫薯全粉面品质的影响

如表7可知，冻藏时间对紫薯全粉面各个指标(自然断条率除外)均有显著影响。随着面条冻藏时间的延长紫薯全粉面的综合感官评分呈先上升后下降趋势，弯曲断条率、熟断条率呈先下降后上升趋势，且无自然断条现象。且冻藏时间为14 h时，面条的感官评分最高；冻藏时间为16 h时面条的熟断条率最低且弯曲断条率同样最低；这说明冻藏时间在16 h内可以改善紫薯全粉面的综合感官评分和综合断条率；质构特性随着冻藏时间的延长，总体呈上升趋势，但是弹性变化不大。原因可能是冻藏加速了淀粉的老化过程，使得面条表面的凝胶网络由疏变密，由弱变强从而增强了淀粉的凝胶强度。因此，冻藏时间为16h时，紫薯全粉面的硬度、弹性和咀嚼性较好，总体品质较好。

表7 冻藏时间对紫薯全粉面品质的影响

2.2 加工工艺优化试验

2.2.1 模型的建立与显著性分析

根据中心组合设计原理，在单因素试验基础上，进行响应曲面优化实验分析，得响应曲面的优化试验的因素水平表如表8。试验安排与结果见表9～表11。

表8 响应曲面优化实验的因素水平

通过Design-Expert6.05 Trial 软件进行二次响应面回归分析，得到如下(1)多元二次响应面回归模型，其中：A为淀粉糊化温度(℃)，B为淀粉添加量(%)，C为面片老化时间(h)，D为面条冻藏时间(h)。方差分析见表11。

感官评分 =-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 响应曲面优化实验安排

表10 响应曲面优化实验结果

表11 紫薯全粉面的感官响应曲面优化分析结果

注：失拟性的P=0.137 9>0.05，F=3.18；R2=0.863 7，调整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)图1 不同因子对感官评分的影响的响应曲面图Fig.1 Response surface plot of different factors on sense yield

根据实验结果输入数据进行显著分析，由AVOVA这一项可得该模型的P=0.000 7<0.05，则模型具有显著性，由分析结果可知因素B，C，A2，B2，C2，D2，AB，CD皆具有显著性，同时；又由失拟性的P=0.137 9>0.05，且F=3.18，可得模型的失拟性不显著，说明方程可用。回归模型决定系数R2=0.863 7>0.8，表明感官评分的实测值与预测值之间有很好的拟合度，可以较好地描述回归方程各因素与感官评分之间的真实关系。该模型的调整确定系数AdjR2=0.827 4，只有17.26%的变异，不能由该模型解释模型拟合效果较好，可以用来对于面条品质的分析。

2.2.2 最佳条件的确定和验证实验

由响应曲面分析得出紫薯全粉面条的最优工艺条件为：糊化温度63.86 ℃，淀粉添加量为31.68%老化时间4.45 h和冷冻时间16.40，在此条件下紫薯全粉面预测感官评分为89.6。为了验证回归模型的有效性，根据推断的最佳工艺参数和实际操作过程中的可行性，以淀粉添加量为32%，淀粉糊化温度为64 ℃，老化时间为4.5 h，冻藏时间为16.5 h的条件下进行验证试验。实测感官评分分别为93.0,92.0和91.0，测定结果稳定、偏差较小且数据重现性较好，平均值为92.0与预测值89.6较接近。这充分反映该模型是合理有效的，能够为实际操作提供良好的指导。

3 结论

在单因素试验基础上，将响应面法应用于优化紫薯全粉面的加工工艺条件，得到紫薯全粉面加工的最佳工艺参数为：淀粉糊化温度为64 ℃，淀粉添加量为32%，老化时间为4.5 h，冻藏时间为16.5 h。且此时紫薯全粉面实测综合评分为92.0与其预测值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(艾志录教授为通讯作者，E-mail: zhilafood@sina.com)。

科技部“十三五”国家重点研发计划重点专项(2016YFN010104)；河南省重大科技专项(161100110100)；河南省产学研合作计划项目(162107000054)

2016-05-08，改回日期：2016-07-25