紫薯全粉面配方及制备工艺的优化

范会平，吴丹，王娜，索标，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(速冻面米及调制食品河南省工程实验室，河南 郑州,450002) 3(河南省薯类淀粉工程技术研究中心，河南 郸城,477150) 4(农业部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州,450002)

紫薯全粉面配方及制备工艺的优化

范会平1，2，吴丹1，王娜1，索标1，3，赵天学4，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(速冻面米及调制食品河南省工程实验室，河南 郑州,450002) 3(河南省薯类淀粉工程技术研究中心，河南 郸城,477150) 4(农业部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州,450002)

考察淀粉添加量20%、紫薯全粉添加量80%的紫薯全粉面的配方工艺并对生产工艺进行优化。在单因素实验的基础上，利用Box-Behnken中心组合原理设计3因素3水平实验，选定制芡淀粉量、蒸制时间和老化时间为自变量，感官评分和蒸煮损失率为响应值进行响应面分析，研究各自变量及其交互作用对感官评分和蒸煮损失率的影响规律，并通过二次多项式非线性回归方程的预测模型，确立了紫薯全粉面的最佳生产工艺条件为：制芡淀粉量10.30 g，蒸制时间5.30 min，老化时间3.70 h，在此条件下紫薯全粉面的感官评分为87，蒸煮损失率为14.96%。

紫薯全粉；制芡；老化；蒸制；挤压；响应面

紫色甘薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam.]，又叫黑薯或紫番薯，是一类集营养、色泽和风味于一体的甘薯品种，含花青素、硒元素、膳食纤维等营养物质，具有抗氧化、降血压、抗癌等生物学功效，在我国具有广泛的种植面积[1]。新鲜紫薯收获期短，随着保藏时间的延长，紫薯由于持续的呼吸作用及酶的作用，营养价值逐渐降低，生物学功效也下降，还容易出现霉变、腐烂等一系列问题[2]。紫薯全粉是新鲜紫薯通过清洗、去皮、切片、漂洗、蒸煮、干燥、粉粹过筛等工艺制备的粉末状产品，几乎保留了新鲜紫薯的全部营养成分，营养和风味保留较好，是一种极好的食品加工原料或辅料。既解决新鲜紫薯不易保存的难题，同时最大限度地保持了紫薯营养的完整性，且具备贮藏条件简单、运输方便等特点，使其在食品工业中具有广泛的应用前景[3]。

传统的紫薯面[4]生产多是添加一定比例的紫薯全粉于小麦粉中制备紫薯面，从而达到提高面条营养价值的目的。但不添加小麦粉直接使用紫薯全粉来实现面条的生产，目前国内外在这方面的研究较少，这主要是因为紫薯全粉中的化学组分不同于小麦面粉，不含有能够形成面筋网络结构的面筋蛋白，因此紫薯全粉加水搅拌成面团后黏性很大，没有筋性，紫薯面条易出现浑汤，断条率高等现象[5]。因此为了实现紫薯全粉面的生产，参考粉丝的生产工艺，在粉丝的制备过程中利用制芡工艺对部分淀粉进行糊化，依靠糊化淀粉的黏性和淀粉的老化作用来维持粉丝的定型以及其质构[6]。李晶通过对冷冻熟面的生产工艺中采用蒸制处理方法的研究表明，蒸制处理可以改善面制品的蒸煮特性和品质特性。本研究中的紫薯全粉面是指以紫薯全粉为主要原料生产的一种新型的紫薯面，为了解决其黏性大、易断条的问题，添加20%的甘薯淀粉并参考粉丝的制芡工艺、面条的蒸制工艺和挤压工艺。因此，在紫薯全粉面生产中，综合运用粉丝的老化机理、面条生产工艺中的蒸制技术以及挤压工艺来进行探究并对其进行优化。

1 材料、设备和方法

1.1主要原料

紫薯全粉：由河南天豫薯业股份有限公司提供；甘薯淀粉：由河南天豫薯业股份有限公司提供。

1.2主要仪器与设备

HDGDWJ-150高低温交变试验箱，上海恒鼎仪器设备厂；MT2-80亦盛大牌粉条机，天津市亦盛达机械厂；TA-XA PLUS质构仪，英国Stable Micro System公司；DHG-9245A鼓风干燥灶箱，上海一恒科学仪器有限公司；DW-YL270医用冷冻箱，中科美菱低温科技有限责任公司。

1.3紫薯全粉面制作

淀粉称量→制芡→调粉→蒸制→挤压成型→老化→冷藏→烘干→ 成品

准确称取一定量的淀粉及紫薯全粉共100 g，取已称量好的淀粉其中的一部分加入定量的水并于水浴锅中进行糊化制芡，制芡完成后将余下的淀粉和紫薯全粉充分混匀制成面团，置于蒸锅中蒸制一定时间，蒸制结束后用粉条机挤压成型后置于4 ℃冰箱中老化到所需时间，然后于-18 ℃冰箱冷冻20 h后拿出，自然解冻后放置于鼓风干燥箱中干燥得成品。

1.4紫薯面品质评价方法

1.4.1 质构测定

参考尹守伟[7]和王涛[8]的方法,称取20 g面条放入1 000 mL沸水中煮至最佳煮面时间后捞入500 mL蒸馏水(4 ℃左右)中冷却10 s，用漏勺捞出滤水1 min， 沥干后用质构仪测定。每个样品测定7次，取平均值。

TPA试验参数：探头：P50，测前速度：2.0 mm/s，测试速度：0.8 mm/s，测后速度：0.8 mm/s，压缩比：70%，触发力：0.05 N。

1.4.2 感官评定

将面条煮至最佳煮面时间后捞入蒸馏水(4 ℃左右)中冷却10 s，由漏勺捞出滤水后放入碗中，由10名食品专业人员对其进行评价，评分标准参考SB/T10137—1993和紫薯全粉面的品质特性[9-10]。评定标准见表1。

表1 面条品尝项目和评分标准

1.4.3 蒸煮损失率的测定

量取500 mL蒸馏水于锅中，在电磁炉上煮沸，称取10 g紫薯全粉面置于沸水中煮至最佳煮面时间，立即捞出紫薯全粉面，待面汤冷却至常温后转移至500 mL容量瓶中，混匀定容，取100 mL面汤倒入恒重的铝盒中，放入105 ℃烘箱中烘至恒重，测得固形物含量，则面汤中固形物总量与面条干基的比值即为烹煮损失[11]。计算公式：

(1)

式中：M，紫薯全粉面水分含量，%；m，固形物含量，g。

1.5紫薯全粉面加工工艺优化

1.5.1 紫薯粉与淀粉混合比例的确定

通过紫薯全粉递增法，结合粉丝的生产工艺和挂面的工艺确定了紫薯全粉的添加比例；即将紫薯全粉和淀粉按照0∶100、10∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40、70∶30、80∶20、90∶10、100∶0的比例混合均匀，制成紫薯全粉面，然后通过对不同比例的紫薯全粉-淀粉制作的紫薯全粉面的烹煮品质进行试验测定，并对面条进行感官评价，确定紫薯全粉的添加量。

1.5.2 加工工艺条件对紫薯全粉品质的影响

为了研究淀粉添加量20 g，紫薯全粉添加量80 g的紫薯全粉面的生产加工工艺，分别选取制芡淀粉量(20 g淀粉中部分淀粉)、老化时间和蒸制时间这3个因素作为考察因素。其中制芡淀粉量(4、6、8、10、12 g)、老化时间(2、4、6、8、10 h)和蒸制时间(3、5、7、9、11 min)。以紫薯全粉面的质构(硬度，咀嚼性，弹性)，蒸煮损失和感官评定为试验评价指标。

1.5.3 响应面设计

结合单因素实验结果，利用Box-Behnken响应面实验方法对紫薯全粉面的生产工艺进行响应面优化，选定制芡淀粉量、蒸制时间和老化时间为自变量，感官评分和蒸煮损失率为响应值，确立自变量与响应函数之间的统计模型[12]。

1.5.4 数据处理

实验数据采用Excel 2013数据处理软件、SPSS 16.0软件以及Design-ExpertV.8.0.6数据处理软件对数据进行处理并分析。

2 结果与分析

2.1淀粉与紫薯全粉不同质量比对紫薯全粉面品质的影响

由表2可知，混合粉的比例与蒸煮时间呈现一定的相关性，混合粉中淀粉的含量越高，最佳煮面时间也越长，混合粉的比例对紫薯全粉面的最佳煮面时间、感官和蒸煮损失率的影响也是非常显著的。

表2 不同比例混合粉分析结果

注：同列数据中不同字母代表显著性，p<0.05。表3～表5同。

随着紫薯全粉添加量的增加，紫薯全粉面的最佳煮面时间呈下降趋势，紫薯全粉与混合粉的质量比自0∶100到20∶80范围内，紫薯全粉面的感官评分呈下降趋势，自20∶80～80∶20内感官评分呈上升趋势，自80∶20～100∶0感官评分则呈下降趋势。紫薯全粉与淀粉的质量比自0∶100～60∶40内蒸煮损失率呈上升趋势，在60∶40～80∶20内蒸煮损失率呈下降趋势，而后在80∶20～100∶0内蒸煮损失率呈上升趋势。这可能是因为紫薯全粉的化学组分不同于淀粉，紫薯全粉除了富含淀粉外，还含有蛋白质、膳食纤维、多糖、维生素、矿物质等营养成分，因此在紫薯全粉面的形成过程中不仅受淀粉分子之间相互作用的影响，蛋白质、膳食纤维、矿物质等其他物质的存在也对紫薯全粉面的结构形成产生了影响，阻碍了直链淀粉分子相互作用形成双螺旋能力，因此随着紫薯全粉的添加量的增加，紫薯全粉面中由淀粉作用形成的凝胶结构逐渐弱化，紫薯全粉面的感官评分下降，蒸煮损失率上升[13-14]。但随着紫薯全粉用量的继续增加，紫薯全粉面的最佳煮面时间的缩短，蒸煮损失率呈下降趋势，感官评分呈上升趋势，随着紫薯全粉用量的进一步增加，淀粉含量的降低导致紫薯全粉面中凝胶结构弱化引起蒸煮损失率进一步上升和感官评分的下降。当紫薯粉与淀粉的质量比为80∶20时，感官评分最高，蒸煮损失率较低，因此选取紫薯全粉与淀粉的质量比为80∶20作为该实验的混合粉用料配比。

2.2加工工艺条件对紫薯全粉品质的影响

2.2.1 制芡淀粉量对紫薯全粉面品质的影响

紫薯全粉面的蒸制时间5 min，老化时间4 h，称取淀粉4、6、8、10、12 g制芡，分析制芡淀粉量对紫薯全粉面质构、蒸煮损失率和感官的影响。结果如表3所示。

表3 制芡淀粉量对紫薯全粉面品质的影响

由表3可知，制芡淀粉量对紫薯全粉面的感官、蒸煮损失率、硬度和咀嚼性影响显著，弹性变化规律不明显。在制芡淀粉量4～10 g，蒸煮损失率、硬度和咀嚼性呈下降趋势，感官评分呈现上升趋势，制芡淀粉量在10～12 g，感官评分呈下降趋势，蒸煮损失率、硬度、咀嚼性则呈上升趋势。这可能是因为在紫薯全粉面的品质成型过程中芡糊起着非常重要的作用，倚靠自身的黏性和凝胶性能，芡糊能够与紫薯全粉和淀粉能够相互作用并形成具有一定黏性和凝胶特性的结构的物质，随着制芡淀粉量的增加，芡糊与淀粉所形成的凝胶性结构能够显著提高紫薯全粉面品质，但随着制芡淀粉量的进一步增加，由于凝胶性能的继续增强破坏紫薯全粉面结构引起紫薯全粉面品质的降低[15]。在制芡淀粉量为10 g时，紫薯全粉面的感官评分最高，蒸煮损失率最低，因此，选取制芡淀粉量为10 g。

2.2.2 蒸制时间对紫薯全粉面品质的影响

紫薯全粉面制芡淀粉量10 g，老化时间4 h，分别选取蒸制时间3、5、7、9、11 min，分析蒸制时间对紫薯全粉面质构、蒸煮损失率和感官的影响，结果如表4所示。

表4 蒸制时间对紫薯全粉面品质的影响

蒸制时间对紫薯全粉面的感官、蒸煮损失率、硬度和咀嚼性影响显著，弹性变化规律不明显。当蒸制时间在3～5 min，蒸煮损失率、硬度和咀嚼性呈下降趋势，感官评分呈现上升趋势，蒸制时间在5～11 min，感官呈下降趋势，蒸煮损失率、硬度、咀嚼性则呈上升趋势。这可能是因为由于紫薯全粉面中成分仅为甘薯淀粉和紫薯全粉，不含有能够形成面筋网络状结构的面筋蛋白，淀粉的糊化和老化特性在紫薯全粉面的工艺生产过程中有着不可忽视的重要重用，而采用蒸制处理工艺能够改变淀粉的糊化特性，影响紫薯全粉面品质的形成[16]。随着蒸制时间的延长，紫薯全粉面表面淀粉开始部分糊化，膳食纤维部分吸水，淀粉经老化形成的凝胶特性结构能够提高紫薯全粉面的品质。但是随着蒸制时间的延长，紫薯全粉面淀粉充分糊化，膳食纤维吸水能力增强，弱化老化形成的晶体结构，引起面条品质的下降[17-18]。当蒸制时间为5 min时，紫薯全粉面的感官评分最高，蒸煮损失率最低，因此，选择蒸制时间为5 min。

2.2.3 老化时间对紫薯全粉面品质的影响

紫薯全粉面制芡淀粉量10 g，蒸制时间5 min，分别选取老化时间2、4、6、8、10 h，分析老化时间对紫薯全粉面质构、蒸煮损失率和感官的影响，结果如表5所示。

表5 老化时间对紫薯全粉面品质的影响

老化时间对紫薯全粉面的感官、蒸煮损失率、硬度和咀嚼性影响显著，弹性变化规律不明显。当老化时间在2～4 h，蒸煮损失率、硬度和咀嚼性呈下降趋势，感官评分呈现上升趋势，老化时间在4～10 h，感官呈下降趋势，蒸煮损失率、硬度、咀嚼性则呈上升趋势。这可能是因为老化初始阶段由于已经糊化的淀粉的微晶束结构重排，淀粉分子重新结晶形成有规则的晶体结构，改善了紫薯全粉面品质，但随着老化过程的进一步发生，由于老化发生的晶体重排的增多引起紫薯全粉面自身结构遭到破坏，紫薯全粉面品质的下降[19]。在老化时间为4 h时，紫薯全粉面的感官评分最高，蒸煮损失率最低。

2.3响应曲面优化实验结果与分析

2.3.1 Box-Behnken方案设计与结果

结合单因素实验结果，利用Box-Behnken响应面优化技术优化紫薯全粉面生产工艺，选定制芡淀粉量、蒸制时间和老化时间为自变量，以紫薯全粉面蒸煮损失率和感官评分为响应值，采用3因素3水平的响应面法进行试验，试验方案设计见表6[20]。

表6 响应曲面优化实验的因素水平

通过Design-Expert数据处理软件，输入数据设计响应曲面优化实验，分析结果见表7。

表7 Box-Behnken实验设计与结果

各因素经回归拟合后，解的回归方程为：

蒸煮损失=48.30-5.89A-0.83B-0.44C-0.12AB-0.078AC-0.05BC+0.33A2+0.22B2+0.20C2

(2)

感官评分=-171.97+47.78A+3.54B+0.12C+1.34AB+0.93AC+0.55BC-2.83A2-1.77B2-1.67C2

(3)

2.3.2 蒸煮损失率的优化分析

运用Design-Expert数据处理软件对数据进行处理，取蒸煮损失率指标进行响应曲面优化，分析结果见表8。

由表8可以看出，该模型的p<0.000 1呈极显著水平，失拟项p值为0.097 9>0.05表明该模型失

拟不显著,决定系数R2=0.963 7说明拟合程度较好，试验误差较小，本模型可以用来预测紫薯全粉面的蒸煮损失率。模型中一次项A、C显著，B不显著，二次项A2、B2和C2均显著，交互项AB、AC显著，BC不显著。

表8 紫薯全粉面的蒸煮损失率响应曲面优化分析结果

注：R2=0.984 1;R2Adj=0.963 7；信噪比=20.296。

根据分析结果做出响应面曲面图，结果如图1所示。图1-a～图1-c反映了各因素对响应值的影响和他们之间的交互作用，由图1可以看出，蒸煮损失率与制芡淀粉量，制芡淀粉量与老化时间交互作用显著，蒸制时间和老化时间交互不显著，随着制芡淀粉量增加和老化时间的延长，蒸煮损失率均呈现先下降后上升的趋势，但随着制芡淀粉量的增加蒸煮损失率变化的更为明显，可见相对于老化时间，制芡淀粉量对蒸煮损失率更为显著，因此得出影响紫薯全粉面蒸煮损失率的因素大小依次为：制芡淀粉量、老化时间、蒸制时间。

a： Y1=(A,B); b： Y1=(A,C); c： Y1=(B,C)图1 蒸煮损失率响应曲面图Fig.1 Response surface of Loss of cooking

2.3.3 感官评定的优化分析

运用Design-Expert数据处理软件对数据进行处理，取感官评分指标进行响应曲面优化，分析结果得表9。

表9 紫薯全粉面的感官评分响应曲面优化分析结果

根据分析结果做出响应面曲面图，结果如图2所示。图2-a～图2-c，e，f反映了各因素对响应值的影响和他们之间的交互作用。由图2可以看出，蒸制时间与制芡淀粉量之间、老化时间与制芡淀粉量、蒸制时间与老化时间交互作用均显著。随着制芡淀粉量增加和蒸制时间的延长，感官评分呈先上升后下降的趋势，但随着制芡淀粉量的增加感官评分变化的更为明显，可见相对于蒸制时间，制芡淀粉量对感官评分的影响更为显著。随着老化时间和蒸制时间的延长，感官评分呈先上升后下降的趋势，但是随着蒸制时间的延长感官变化得更加明显，可见相对于老化时间，蒸制时间对感官评分的影响更为显著，因此得出影响紫薯全粉感官评分的因素大小依次为：制芡淀粉量、蒸制时间、老化时间。

a： Y2=(A,B); b： Y2=(A,C); c： Y2=(B,C)图2 感官评分响应曲面图Fig.2 Response surface of sensory

2.3.4 响应面优化结果分析及验证试验

应用Design Expert 8.0软件优化程序对Box-Behnken 试验设计与结果数据进行优化处理。生产中紫薯全粉面类产品感官评分越高、蒸煮损失率越低，质量越好。但感官评分和蒸煮损失率的变化趋势不一，利用线性型功效系数法将感官评分和蒸煮损失率指标函数统一量纲，令：

(4)

(5)

4 结论

本研究基于单因素试验基础上，利用Box-Behnken响应面实验设计方法，以紫薯全粉面的感官和蒸煮损失率为响应值，以制芡淀粉量、蒸制时间和老化时间为考察因素，建立二次多项式数学模型。根据模型及相关验证实验，确定甘薯淀粉占20%，紫薯全粉占80%的紫薯全粉面最佳的生产工艺参数为：制芡淀粉量为10.30 mL，蒸制时间为5.30 min，老化时间为3.7 h。

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Studyontheoptimizationofpurplesweetpotatonoodles

FAN Hui-ping1，2, WU Dan1, WANG Na1, SUO Biao1，3, ZHAO Tian-xue4, AI Zhi-lu1*

1(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450002, China) 2(Quick-frozen Food Made of Wheat Flour and Rice and Frozen Prepared Food of Henan Province Engineering Laboratory, Zhengzhou 450002, China) 3(Henan Province Potato Starch Engineering Technology Research Center , Dancheng 477150,China) 4(Key Laboratory of Staple Grain Processing, Ministry of Agriculture, Zhengzhou 450002, China)

The optimization the processing technology of purple sweet potato noodles, which contains 20% starch and 80% purple sweet potato flour was studied. According to Box-Behnken central composite experiment design and single factor experiments the amount of gelatinized starch, steaming time and aging time were chosen as impact factors, the loss of cooking and sensory were response values. The interaction of respective variables and response surface on the sensory evaluation and cooking lost were studied. Simulated quadratic polynomial regression equation of a prediction model was set up. The results showed that the optimum processing conditions of purple sweet potato noodles were as follows: the gravy paste 10.30 g, the steaming time 5.30 min and aging time 3.70 h. Under the above conditions, the sensory score was 87 and the loss of cooking was 14.96%.

purple sweet potato flour;starch;gelatinization;aging;response surface methldology

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)；河南省科技厅重点科技攻关项目(162102110062)

2017-01-12，改回日期：2017-02-15

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013814