基于智能蒸箱的馒头发酵和蒸制时间的优化

王科瑜，王凤丽，杨宏旭，陈东坡，李阿敏，王勇，周鹏，*

（1.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡214122；2.杭州老板电器股份有限公司，浙江杭州311100）

馒头（steamed bread）作为最具东方代表性的主食之一，也是中国民族饮食文化的象征。馒头是以小麦粉为原料，加入适量的发酵剂和水，揉制成面团后，经成型、发酵醒发和蒸制等步骤制作完成。随着人们生活水平的提高，大众对馒头品质的要求也越来越高[1]，优质的馒头应柔软而有筋力、弹性好而不发黏、内部有层次呈均匀的微孔结构[2-3]。

在发酵过程中，一方面酵母进行有氧呼吸产生CO2，使面团膨胀，在醒发后内部呈蓬松的海绵状，因此蒸制后有松软的口感；另一方面，在发酵过程中，面团内产生一系列的化学变化，比如，酵母无氧呼吸产生的乙醇与有机酸结合生成酯类，改善馒头风味[4-5]。在馒头蒸制过程中，随着蒸制时间的变化，馒头的pH值、微生物、还原糖含量等都会变化，影响馒头的质构和风味[6]。因此，馒头的发酵时间和蒸制时间对馒头的品质至关重要。

馒头的评价指标主要有比容和质构等物理评价指标，以及感官评价指标[7]。馒头的质构主要通过质构仪进行检测，质构仪测试指标主要为硬度、弹性、咀嚼性和回复性等，质构仪压缩张弛性可以较好地反映馒头的适口性，能对馒头品质进行客观量化评价[8]。当馒头外观形状较好、体积较大、感官评价品质较好时，质构仪测试的弹性和回复性越好，馒头品质越好[9]。

随着智能厨电行业的飞速发展，越来越多的智能厨电企业希望将模式菜单简单化、集成化，从而实现消费者在交互界面前端的简易操作，为消费者的家庭烹饪提供最大的便捷。智能蒸箱的出现，很好地将电煮锅功能和明火烹饪等功能整合为一体，实现了家庭烹饪的简约化和多样化。由于智能蒸箱与传统蒸煮锅等电器的加热环境不同，因此其相关烹饪工艺参数无法直接应用于智能蒸箱。目前，智能蒸箱行业亟待解决的主要问题是，各种食材加热程序的确定和优化，从而为实现一键式智能烹饪提供数据支持。

本研究旨在通过测定馒头的比容和质构等指标，同时结合感官评价指标，优化出馒头前发酵、后发酵和蒸制时间，从而为家用智能蒸箱一键化烹饪方式的实现提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料

家用小麦粉：河北金沙河集团；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；优质白砂糖：中粮集团有限公司；速冻刀切馒头：三全食品股份有限公司。

1.1.2 设备

ZQB400-S226型蒸汽炉：杭州老板电器股份有限公司；胜道SC236A和面机：佛山胜道电器；TA.XT Plus型质构仪：英国Stable Micro System；PL2002型电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；UT322型热电偶：优利德科技（中国）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 馒头蒸制

本试验中，馒头蒸制的发酵过程采用快速面团发酵法，参照GB/T 20571-2006《小麦储存品质判定规则》中馒头的制备方法，工艺流程为：原辅料混合→第一次和面→面团发酵→第二次和面→成型→醒发→蒸制[1]。

1.2.1.1 前发酵时间的确定

按照1.2.1步骤制作馒头，参照文献，将馒头的前发酵时间分别设为 40、50、60、70 min，观察馒头品质的变化情况[10]。

1.2.1.2 后发酵时间的确定

在前发酵时间优化的基础上，对馒头的后发酵时间进行优化，在0～30 min内每隔5 min取点，观察馒头品质的变化情况。

1.2.1.3 馒头蒸制时间的确定

在前、后发酵时间优化的基础上，设定馒头蒸制时间分别为 5、10、15、20 min，根据馒头比容、质构和感官品质的变化，确定馒头的最佳蒸制时间。

1.2.2 馒头品质测定1.2.2.1 馒头的比容

馒头比容可用于判定一定质量馒头的体积膨胀度，比容越大，表明馒头发酵越好，膨胀性越佳。试验中将蒸制完成的馒头冷却30 min，采用体积置换法进行测定，质量采用天平称量[11]。比容计算公式为：λ=V/m，式中：λ 为比容，mL/g；V 为馒头体积，mL；m 为馒头质量，g。

1.2.2.2 馒头升温曲线的监测

在馒头蒸制时，将热电偶探头插入馒头中心部位，测定不同条件下蒸箱和馒头中心升温曲线。

1.2.2.3 馒头质构的测定

馒头蒸制结束后，立即进行质构的测定，以防冷却后馒头质构变化。试验考察馒头的质构指标包括硬度、弹性、咀嚼性和回复性，具体质构参数如表1所示。

表1 质构测定参数汇总Table 1 Texture measurement parameters

1.2.2.4 馒头的感官评价

适口性是反映馒头品质的重要指标，可通过感官评价测定。采用评分法对馒头感官品质进行判定，具体评分标准如表2所示[12-13]。馒头不同时间蒸制完成后，100℃统一回温2 min，随后进行感官评价。

表2 馒头感官评分标准Table 2 Scores of sensory evaluation system for grains steamed bread

2 结果与分析

2.1 前发酵时间的优化

馒头发酵工艺对其品质的影响非常大。面团经过一定时间的前发酵，酵母在过程中大量繁殖，产生更多的二氧化碳气体，导致馒头坯的体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状结构，使其内部的面筋网络结构完全舒展，增加了面团的柔韧性[1，14]。另外，短时间的前发酵过程又不至于使面筋溶解或过度拉断，面团的组织结构很好，蒸制出的馒头光滑饱满圆润发亮。前发酵过程中，随着酵母发酵产生二氧化碳气体，馒头的比容、质构和外观会随之变化。

2.1.1 馒头比容随前发酵时间的变化

馒头不同前发酵时间下比容的变化见图1，对照组为蒸制10 min的速冻刀切馒头。

图1 前发酵时间对馒头比容的影响Fig.1 Effect of pre-fermentation time on the specific volume of steamed bread

随着发酵时间的延长，酵母细胞繁殖增多，产气量也不断增加，面团内部网络结构被气体挤压形成孔洞。随着孔洞的增多和变大，面团体积也逐渐增大，最终蒸制出的馒头体积也会相应变大，因此比容也逐渐增大[15]。当馒头发酵超过40 min后，不同前发酵时间下馒头的比容非常接近，基本在2.7 mL/g～2.8 mL/g，且与市售的刀切馒头相似，相互间不存在显著性差异（P＞0.05），表明自制馒头在一定质量下其膨胀度总体较好。当前发酵时间在50 min后，馒头的比容基本趋于一致，变化较小，因此前发酵时间在50 min即可达到较好的膨胀度。

2.1.2 馒头质构随前发酵时间的变化

前发酵时间对馒头质构的影响见图2。

从馒头硬度结果可以分析，对照组及40 min前发酵组的馒头硬度值较大，显著高于50 min～70 min前发酵组（P＜0.05）。50 min～70 min前发酵组的馒头硬度相对较小，可能是由于随着发酵时间的延长，面团体积不断地增大，内部面筋网络被气体充斥而呈蜂窝状态，所以在面团通过蒸制后蛋白质高温糊化而使馒头内部形成固定的孔状结构，馒头的硬度值随之减小。50 min～70 min前发酵时间其硬度值稍有波动，但相互之间无明显差异（P＞0.05），总体结构变得柔软疏松。

图2 前发酵时间对馒头质构的影响Fig.2 Effect of pre-fermentation time on the texture of steamed bread

各试验组在弹性方面总体较好，基本维持在0.98%左右，总体弹性较好，相互间无显著差别（P＞0.05）。咀嚼性的变化趋势与硬度相似，当发酵时间较短时，馒头内部结构紧密，不容易咀嚼，随着前发酵时间的增加，酵母充分发酵面团增加了二氧化碳含量，使得内部结构更加膨松多孔。从回复性结果分析，市售刀切馒头的回复性较好，数值达到0.38%。不同前发酵组馒头的回复性基本在0.32%～0.33%之间，相比回复性稍差。综合考虑前发酵时间对馒头比容和质构的影响，50 min为最佳前发酵时间。

2.2 后发酵时间的优化

面团后发酵为馒头制作过程的关键步骤，面团经一定时间的后发酵，成型的馒头坯逐渐恢复柔韧性，其硬度降低而延展性增加，面筋网络结构的扩展有利于蒸制过程中馒头的膨胀。同时，酵母发酵面团后可产生更多的风味物质，在馒头食用品质提高方面有明显作用[10]。因此，本试验对馒头的后发酵时间进行了优化，在0～30 min内每隔5 min取点，观察馒头品质的变化情况。

2.2.1 面团块硬度随后发酵时间的变化

一定大小的面团块经过蒸箱38℃后发酵不同时间后，立即采用质构仪测定其硬度的变化。硬度测定结果如图3所示。

图3 馒头不同后发酵时间对面团块硬度的变化Fig.3 Effect of secondary fermentation time on the hardness of dough pieces

随着后发酵时间的延长，酵母进一步发酵产生二氧化碳气体，使面团内部的结构变得越来越膨松，其硬度呈现逐渐降低趋势，总体差异显著（P＜0.05）。0～10 min下降幅度较大，而15 min～30 min时，硬度呈逐渐缓慢下降趋势。

2.2.2 馒头比容随后发酵时间的变化

一定大小白面团块经过蒸箱38℃后发酵不同时间后，馒头蒸制后冷却30 min测定其质量、体积和尺寸，经计算得到馒头的比容，图4为0～30 min不同后发酵时间馒头指标的变化。

图4 后发酵时间对馒头比容的影响Fig.4 Effect of secondary fermentation time on the specific volume of steamed bread

图4中馒头比容随着后发酵时间的延长呈现出先上升后下降的趋势，同时在15 min馒头比容达到最大值，其中 10 min～25 min比容值接近且差异小（P＞0.05），与市售刀切馒头的比容更接近，0、5min和30min在一定质量下馒头体积膨胀度较小。

2.2.3 馒头质构随后发酵时间的变化

馒头质构指标随后发酵时间的变化如图5所示。

图5 后发酵时间对馒头质构的影响Fig.5 Effect of secondary fermentation time on the texture of steamed bread

从馒头硬度的变化可以分析，随着后发酵时间的延长，其硬度呈现先下降后上升的趋势，相互间差异显著（P＜0.05），发酵时间为 10 min～25 min时馒头的硬度与市售刀切馒头相近。后发酵时间在0～5 min时馒头总体膨胀度较小；而当后发酵时间为30 min时，馒头整体结构塌陷严重，内部孔洞粗大且有些老化，下压一定距离所表现出的力更大。弹性方面，未醒发的馒头弹性稍差，而醒发后的馒头弹性好且与市售馒头接近，数值基本维持在0.97%～0.99%之间。咀嚼性的变化趋势与硬度相似，后发酵时间短的馒头由于内部较紧实，咀嚼时需要做的功更多，随着馒头体积的膨胀，其内部结构更为疏松。而后发酵时间过长易导致内部气孔过大且网状结构牢固，总体不易咀嚼。最后从回复性分析，馒头变化趋势为先上升后下降，内部网络结构过于紧密和牢固不利于样品外形的保持。因此，随着后发酵时间超过15 min，馒头的适口性降低。综合考虑后发酵时间对馒头比容和质构的影响，15 min为最佳后发酵时间。

2.3 蒸制时间的优化

根据前发酵时间和后发酵时间的优化结果，选取前发酵条件为38℃、50min，后发酵条件为38℃、15min，馒头分别蒸制5、10、15 min和20 min，根据馒头比容、质构和感官品质的变化，确定馒头的最佳蒸制时间。

2.3.1 馒头升温曲线随蒸制时间的变化

馒头后发酵完成后，将热电偶探头插入馒头中心部位，测定不同蒸制时间内箱体和馒头中心升温曲线的变化。试验结果如图6所示。

从升温曲线来看，前5 min为箱体的升温时间，该阶段馒头的温度基本维持不变。而5 min～10 min内馒头温度迅速升高，其升温速率平均可达9.4℃/min，为其主要的升温阶段。之后10 min～25 min范围内馒头温度基本维持在97℃～98℃。同时，每一时间段的后3 min箱体和馒头中心温度有所下降。总体而言，馒头升温较快，且不同时间其中心升温曲线的重合度较好。

2.3.2 馒头比容随蒸制时间的变化

不同蒸制时间对馒头比容的影响见图7。

馒头蒸制不同时间后冷却30 min，测定其质量、体积和尺寸，观察其比容的变化。由馒头的比容变化来看，随着蒸制时间的增加馒头比容呈先上升后下降趋势，当蒸制时间为5 min时，馒头总体积和质量均较小，说明馒头未完全膨化；随着蒸制时间延至10 min，样品体积和质量均有所增加，相对比容较大，但加热时间过长，馒头比容降低，其中10 min与20 min之间比容存在显著性差异（P＜0.05）。

2.3.3 馒头质构随蒸制时间的变化

不同蒸制时间馒头质构的变化如图8所示。

图6 馒头升温曲线随蒸制时间的变化Fig.6 Changes in temperature curve of steamed bread with steaming time

图7 蒸制时间对馒头比容的影响Fig.7 Effect of steaming time on the specific volume of steamed bread

图8 蒸制时间对馒头质构的影响Fig.8 Effect of steaming time on the texture of steamed bread

相关质构指标随蒸制时间的增加均有上升的趋势，蒸制时间为5 min时，馒头硬度和咀嚼性较小，样品未完全成型时总体较柔软，弹性和回复性相对较差。除弹性外，其硬度、咀嚼性和回复性与后三者均存在显著性差异（P＜0.05），可能是由于随着蒸制时间的延长，馒头的蛋白质高温糊化，使馒头硬度增加，咀嚼性较好。蒸制时间10 min和15 min得到的馒头样品的质构测定值较接近，15 min稍有升高但并无显著区别（P＞0.05）。而当蒸制时间达到20 min时，样品的硬度和咀嚼性明显增大，而弹性和回复性变化较小，此时馒头结构发生较大变化。

2.3.4 馒头感官品质随蒸制时间的变化

感官分析结果见表3。

表3 馒头感官评价分析结果Table 3 Sensory scores of steamed bread

从评分结果来看，馒头蒸制5 min时其弹性和韧性稍差，样品总体香味稍淡，内部组织结构有些紧实并且在咀嚼中稍许发黏，其相比于10 min在总分上差别显著（P＜0.05）。10 min～20 min总体感官品质较接近，蒸制20 min的馒头样品气味和食味上稍有增加，样品的弹性和韧性较好，但外观上稍有塌陷，咀嚼时有些黏牙，相比而言，蒸制时间为10 min时馒头样品的外观和口感适中，相对得分较高。

3 结论

通过对馒头前发酵、后发酵及蒸制条件的优化，本试验得出馒头蒸制的最佳条件为前发酵38℃、50 min，后发酵38℃、15 min，及蒸制100℃、10 min，得到的馒头样品比容大、外形饱满、气孔细小均匀、口感柔软有嚼劲。同时，对比不同条件下的试验结果来看，后发酵时间的长短对样品口感的影响较大，若发酵时间短，得到馒头虽外形饱满，但整体膨胀度小。若发酵时间过长，则馒头外形塌陷严重，内部气孔过大且结构粗糙。另外，后发酵时间需与蒸制时间相互配合，如若缩短后发酵时间，则可适当延长蒸制时间以得到品质较好的馒头，反之亦然。