小米混合面团特性及馒头制作工艺研究

付丽红，刘璐婕，张茹，白凌曦，罗睿涵

（山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷030801）

小米（Setaria italica），又名粟、谷子等，一年生禾本科狗尾属草本作物，是我国北方杂粮作物之一[1]。小米除常规营养物质如淀粉、蛋白质和脂肪外，氨基酸模式与人体接近，膳食纤维是大米的2.5倍，富含脂溶性维生素和微量矿质元素，消化吸收率高，是人体易于摄取营养的食物来源之一[2-3]。Ji等[4]研究表明，小米谷蛋白肽能有效降低H2O2诱导的人角质形成细胞系HaCaT中活性氧和丙二醛含量，提高谷胱甘肽水平，提高细胞抗氧化能力，同时该多肽还能激活RAW264.7小鼠巨噬细胞内核转录因子及炎性细胞因子的表达，提高抗炎症能力。Lin等[5]发现小米及其制品对应激性胃黏膜损伤有缓解作用。近年来，研究发现小米富含多种微量功能活性物质，如羟基肉桂酸酰胺类、酚酸类[6]、多糖、蛋白肽[7]和黄色素[8]等。

馒头是我国北方人民的传统主食，主要由面粉、水和发酵剂等制作而成，因为不含美拉德反应产物丙烯酰胺和呋喃类化合物，被认为是一种健康的食品[9]。随着人们饮食理念的变化，对食品的要求不仅仅局限于充饥，而更加重视口感的满足和营养的补充。传统小麦粉在精细加工的过程中营养物质如膳食纤维流失，因而小麦粉馒头已不能满足大众的需求，杂粮馒头应运而生[10-11]。目前，小米开发产品有小米酒、小米发酵饮料、冲调粉和速食粥等[12-15]，关于小米馒头品质研究较少。本文采用粉质仪和面筋仪研究不同小米粉质量分数下小米粉与小麦粉混合面团特性，对其馒头产品开发提供理论指导。同时，采用单因素和响应面分析，确定小米馒头最佳工艺参数，满足人体对营养和健康的需求。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦粉：五得利面粉集团；小米：市售；无碘盐：孝感广盐华源制盐有限公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

JXFM110型锤式旋风磨：杭州大吉光电仪器有限公司；JJJM54型面筋洗涤仪、JJJM54S型面筋烘干仪、JLJM6000型面筋离心仪：上海嘉定粮油仪器有限公司；JFZD300型电子粉质仪：菏泽衡通实验仪器有限公司；SHP CH1015型超级恒温槽：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；HMJ-01型和面机：江雅乐思电器科技股份有限公司；YD-30C型雾化发酵箱：佛山市顺德区壹达电器有限公司；TMS-PRO型高精度专业食品物性分析仪：美国FTC公司；BWS618型电子秤：厦门佰伦斯电子科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 小米粉的制备

采用锤式旋风磨对小米颗粒进行粉碎，每次打粉15 s，重复3次，确保粉碎后的小米粉可以过80目筛。

1.3.2 混合粉面筋的测定

将小米粉和小麦粉按照不同比例进行混匀得到混合粉，称取10 g混合粉准确至0.1 g，选择80 μm金属筛网，将面粉放置洗涤室中，加入5 mL生理盐水，调节面筋洗涤仪和面20 s，洗涤5 min后用镊子取出湿面筋放入面筋离心仪中3 000 r/min离心3 min，得到湿面筋，称量精确至0.1 g。再将湿面筋放至面筋烘干仪的夹板中，夹紧烘干6 min，取出在干燥环境下冷却至室温25℃，称量精确至0.1 g。

1.3.3 混合面团粉质特性的测定

在预试验中发现，当小米粉质量分数达35%后无法形成面筋，不符合馒头制品对面粉面筋含量的要求，故小米粉质量分数分别选定为6%、12%、18%、24%和30%，以不添加小米粉的小麦粉作为对照。根据GB/T 14614-2006《小麦粉面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定粉质仪法》的方法使用粉质仪进行测定。

1.3.4 小米馒头的制作

工艺流程：原辅料的混合→面团调制→切分、整形→面团发酵→蒸制→冷却→整理→包装→成品。

操作要点：将一定比例的小米粉和小麦粉混匀，将适量的干酵母和食盐分别溶解，和面粉一起倒入和面机中，和面30 min至面团充分形成，和好后的面团切分成74 g的均匀小剂，放入发酵箱 [温度（40±0.5）℃，湿度（85±0.5）%]中醒发，馒头胚放入蒸锅，蒸制成熟后自然冷却，进行比容和质构特性的测定[16]。

1.3.5 单因素试验

本试验主要研究小米粉添加量、加水量、酵母添加量、发酵时间和蒸制时间对小米馒头感官品质、质构和比容的影响，以混合粉（小米粉+小麦粉）总量150 g为基准，进行单因素水平设计，详见表1。

表1 单因素试验设计Table 1 Single factor experimental design

1.3.6 响应面试验优化

根据单因素试验分析结果选取发酵时间、加水量、小米粉添加量3个因素进行响应面试验优化，以馒头感官评分为指标，确定最优制作工艺条件。试验因素水平见表2。

表2 响应面优化因素水平Table 2 The factors and levels of response surface

1.3.7 馒头比容的测定

称量冷却后的馒头，用小米颗粒排空法测量体积，计算比容，单位为mL/g[17]。

1.3.8 感官评定标准

馒头感官评分标准参照GB/T 21118—2007《小麦粉馒头》，并根据本试验的具体情况稍作修改，具体评分标准见表3。

表3 小米杂粮馒头的评分标准Table 3 The scoring standard of millet steamed bread

1.3.9 馒头质构特性的测定

取出蒸制好的馒头于室温25℃下冷却2 h后，置于工作台上测定馒头的质构。使用物性分析仪测定馒头的质构特性，测定程序为TPA32，探头型号为P25，测前速率1 mm/s，测中速率60 mm/min，每次循环目标位移20 mm，两次压缩之间的时间为15 s，起始力为0.5 N，进行多次平行试验。

1.4 数据处理

利用SAS软件进行数据分析，统计值用平均值±标准差表示。响应面采用Design-Expert 8.0.6.1统计分析软件。

2 结果与分析

2.1 混合粉面筋含量测定结果

混合粉面筋含量测定结果见表4。

表4 小米混合粉面筋含量测定结果Table 4 The gluten content of millet mixed powder

小麦粉加水和成面团后，在面团内部形成面筋网络结构，小米粉的加入对面筋结构形成产生影响。从表4可知，随着小米粉质量分数的增加，湿面筋含量整体上呈现下降趋势，超过18%后呈现显著性差异（P＜0.05）；干面筋含量变化波动不大，范围为10.50%～12.50%，在小米粉质量分数为12%时干面筋含量最高（P＜0.05）；面筋持水率呈逐渐下降趋势，彼此间差异显著（P＜0.05），小米粉质量分数为30%时，面筋持水率最低为162.50%。当小米粉质量分数过大时已经不能洗出面筋，这主要是由于小米粉中面筋蛋白含量低，较高质量分数的小米粉稀释了混合面粉的面筋蛋白，从而破坏了小麦粉的面筋结构[18]。面筋是馒头面团的骨架，面团的特性主要是水与面筋的结合，若面筋的网络结构越多，其结合水的能力越强，因此面团中较低的面筋含量会影响面团的流变特性，影响杂粮面制品品质。

2.2 混合粉粉质特性测定结果

小米粉质量分数对混合粉粉质特性检测结果见表5。

表5 小米混合粉粉质特性测定结果Table 5 The farinograph characteristics of millet mixed powder

由表5可知，随着小米粉质量分数的增加，混合粉的吸水率呈下降趋势，不同组间差异显著（P＜0.05）；形成时间是反映面筋质量和数量的重要指标，形成时间较长，表明其面筋含量较高，且面筋网络质量较好，具有适宜的弹性和延伸性。小米粉质量分数为6%时，形成时间达到最大值2.70min，之后形成时间逐渐降低，原因可能是小米中具有某些促进面筋形成或提高面筋结构的微量物质；在小米粉质量分数为24%时，稳定时间最大，说明在此质量分数下，搅拌耐力最好，韧性最强，面筋强度最大，面团的加工性质最好；质量指数在数值上为断裂时间的10倍，弱力粉的粉质曲线质量指数低，而强力粉具有较高的粉质曲线质量指数[19]。在小米粉质量分数24%时，混合粉的质量指数最大，说明此时的面粉筋力较强。

2.3 单因素试验结果

2.3.1 小米粉添加量对小米馒头品质特性的影响

小米粉添加量对小米馒头品质特性的影响见表6。

表6 小米粉添加量对小米馒头品质特性的影响Table 6 Effect of millet flour addition on quality characteristics of millet steamed bread

在全质构分析（texture profile analysis，TPA）中，弹性表示样品经过第一次压缩后能够再恢复的程度，内聚性表示样品内部各单元相互结合的紧密程度。据分析，由于随着小米粉添加量的增加，混合粉的面筋含量被稀释，颗粒更粗糙，导致样品内部单元结合松散，弹性逐渐降低。硬度表示第一次压缩时探头收到的最大阻力，咀嚼性则是由硬度指标计算出来的，变化规律与硬度基本一致。当小米粉添加量为45 g时，馒头硬度最大，当小米粉添加量为9 g时，咀嚼性最大。随着小米粉添加量增加，馒头比容整体上降低。馒头的质构评价中，一般硬度和咀嚼性指标与馒头的质量呈负相关，弹性和内聚性与质量呈正相关[20]。因此，综合馒头比容、质构和口感需求，选定36 g为合适的小米粉添加量。

2.3.2 酵母添加量对小米馒头品质特性的影响

酵母添加量对小米馒头品质特性的影响见表7。

表7 酵母添加量对小米馒头品质特性的影响Table 7 Effect of yeast addition on quality characteristics of millet steamed bread

酵母在馒头面团发酵过程中会产生二氧化碳，是重要的微生物发酵剂，在发酵的过程中会产生乙醇和低分子香味物质，从而提供给馒头特有的风味和组织。由表7可知，酵母添加量2.5 g时，小米馒头比容最高为2.90 mL/g，与其它组相比差异显著（P<0.05），此后，随着酵母添加量的增加，馒头的比容越来越小，馒头表面凹凸不平，气泡不均一。馒头的内聚性和弹性变化规律基本一致，在酵母添加量为3.5 g时达到最小值。可能由于酵母添加量过多，发酵过度，破坏了馒头本来的结构，导致了内部结构松散，弹性减弱。硬度随酵母添加量增加呈现先降低后增加的趋势，酵母添加量2.5 g时，硬度值最低为47.26 N（P<0.05）。综合分析，酵母添加量为2.5 g时，小米馒头比容最大，硬度最低，弹性适中，内聚性适中，馒头表面光滑，内部气孔大小均匀，因此，选酵母添加量为2.5 g为最适水平。

2.3.3 发酵时间对小米馒头品质特性的影响

发酵时间对小米馒头品质特性的影响见表8。

由表8可知，随着发酵时间的延长，馒头的硬度与咀嚼性均呈现上下波动的趋势，在发酵时间为30min时，馒头的咀嚼性和硬度最小。当发酵时间过短时，面团无法充分发酵，所蒸制的馒头无法达到应有的硬度，当发酵时间过长时，面团发酵过度，面筋蛋白含量有所提高，使得硬度上升；馒头的黏附性和内聚性除在发酵60 min时有较大变化外，在其余发酵时间的变化不大。随着发酵时间的延长，比容整体上呈先增大后降低的趋势，发酵时间在30 min时，馒头的比容最大为2.81 mL/g（P<0.05），发酵时间为40 min后的馒头表面气泡较多，馒头表面没有光泽且凹凸不平，故选取30 min为较合适的发酵时间。

表8 发酵时间对小米馒头品质特性的影响Table 8 Effect of fermentation time on the quality characteristics of millet steamed bread

2.3.4 加水量对小米馒头品质特性的影响加水量对小米馒头品质特性的影响见表9。

表9 加水量对小米馒头品质特性的影响Table 9 Effect of water addition on quality characteristics of millet steamed bread

表9结果表明，随着加水量的增加，馒头的硬度和咀嚼性均呈现先下降再上升的趋势，当加水量为75 g时，馒头的硬度和咀嚼性均为最低（P＜0.05），加水量小于75 g时，馒头的含水量较少，故而发硬，当加水量大于75 g时，随着加水量的增多，馒头的失水速度也随之加快，因此发硬。随着水分的添加，小米馒头比容和弹性指标呈现先增加后降低趋势，加水量75 g时，比容和弹性均最高，分别为2.88 mL/g和18.62 mm，与其它组间差异显著（P＜0.05）。在制作过程中发现，加水量大于75 g时，随着加水量增加，面团的黏度显著增加不易操作，且馒头的综合品质有所下降，故选取75 g为较适宜加水量。

2.3.5 蒸制时间对小米馒头品质特性的影响

蒸制时间对小米馒头品质特性的影响见表10。

表10 蒸制时间对小米馒头品质特性的影响Table 10 Effect of steaming time on quality characteristics of millet steamed bread

由表10可知，蒸制时间对馒头内聚性和弹性的影响不大，差异不显著。当蒸制15 min时，馒头的硬度最低，黏附性最高，比容达到最大值为2.72 mL/g，此时馒头品质最佳。当蒸制20 min时，小米馒头硬度和咀嚼性骤然升高，与其它组间存在显著差异（P＜0.05）。当蒸制到35 min时，馒头比容显著降低，硬度和咀嚼性有所降低，由于长时间的蒸制，馒头表面附着大量水汽，水汽渗透馒头内部，从而影响馒头的品质。综合分析，确定15 min为最适蒸制时间。

2.4 响应面优化试验结果

相应面试验结果见表11。

采用Design-Expert 8.0.6.1对表11试验数据进行回归分析，得二次多元回归模型为：Y=89.40-1.62A-0.12B-2.00C+0.00AB-0.75AC-1.25BC-2.20A2-0.70B2-2.95C2。

表11 设计方法与试验结果Table 11 The design method and test results

对该模型进行方差分析，结果见表12。

从表12可以看出，该回归模型P=0.003 2＜0.01，表明该模型极显著；失拟项P=0.950 6＞0.05，不显著，可以使用该模型确定馒头感官评分的最高值。模型的校正系数R2（adj）=0.832 6，说明该模型能解释83.26%响应值的变化，因而该模型拟合程度良好，试验误差小，该模型是合适的，可以用该模型对小米粉制作馒头的工艺进行分析和预测。回归方程系数显著性检验可知，模型一次项A极显著，C极显著；二次项A2和C2极显著；交互项均不显著。

表12 响应面模型方差分析Table 12 The analysis of variance of response surface model

应用Design-Expert 8.0.6.1软件对上述的试验结果进行响应面分析，可以得到该模型的响应面图和等高线图，结果如图1～图3所示。

图1 发酵时间与加水量的等高线及响应面图Fig.1 The contour and response surface of fermentation time and water addition

图2 发酵时间与小米粉添加量的等高线及响应面图Fig.2 The contour and response surface of fermentation time and millet flour addition

图3 小米粉添加量与加水量的等高线及响应面图Fig.3 The contour and response surface of millet flour addition and water addition

通过Design-Expert 8.0.6.1软件对本试验模型进行优化，以馒头的感官评分为指标，得到最佳工艺为小米粉添加量37.96g，加水量74.44g，发酵时间28.45min，此时小米馒头感官评分89.98，结合试验目的以及实际操作的方便性，对此进行调整，调整后的最佳参数为小米粉添加量38 g，加水量74 g，发酵时间28 min。按照优化的数据进行验证试验，得到的小米馒头风味口感和组织结构良好，感官评分为90，与预测结果相符。

3 结论

与小麦粉相比，添加小米粉后的混合粉其湿面筋含量以及面筋的持水率，在总体上均低于单纯的小麦粉。小米粉颗粒较粗糙，吸水性也低于小麦粉，对于馒头品质来说，主要改变馒头的颜色和口感，随着小米粉质量分数的增大，色泽加深，口感更为粗糙，这也是杂粮馒头在制作上普遍遇到的问题，根据粉质和面筋的测定，在加工过程中调整加水量和小米粉质量分数，以此改善混合粉的面团特性。本研究通过单因素和响应面分析，以150g混合粉为基准，小米粉添加量38g，加水量74 g，酵母添加量2.5 g，发酵时间为28 min，蒸制时间15 min，可得到表面光滑、内部孔隙均匀、有嚼劲、不粘牙、具有柔和黄色的馒头产品。