基于模糊數(shù)學(xué)優(yōu)化銀條小米雜糧饅頭工藝及體外消化特性分析

劉曉麗，趙世航，李 東，王彥平

（河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院食品工程學(xué)院，河南 鄭州 451450）

銀條，又名地靈、螺絲菜、草石蠶等，主要產(chǎn)自河南省洛陽市偃師區(qū)，是食用和藥用兼?zhèn)涞拿厥卟似贩N。銀條鮮嫩色白、質(zhì)地脆嫩、風(fēng)味獨特，有去膩、解酒、增進(jìn)食欲的功能。銀條含有多種活性成分，以水蘇糖為主，可以改善腸道中的菌群平衡，促進(jìn)一些益生菌的增殖，提高維生素的合成量，是一種綠色保健食品，也可以軟化血管、降低血脂和膽固醇的含量、改善血液循環(huán)，進(jìn)而提高人體的免疫力[1-2]。

小米是禾本科草本植物粟的種子去殼后的雜糧作物，又名粟、谷子等。小米營養(yǎng)豐富，含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素及鈣、磷、鐵、錳、鋅等微量元素，其蛋白質(zhì)和維生素的含量高于大米。小米維E含量較高，有益于促進(jìn)人體內(nèi)分泌活動；谷氨酸具有健腦作用。小米最主要的功效是補脾胃，特別適合脾胃虛弱的人食用[3-8]。

饅頭是以小麥面粉為主要原料的中國傳統(tǒng)發(fā)酵主食，是居民尤其是北方人膳食中不可或缺的部分。然而小麥粉加工過于精細(xì)，主要以碳水化合物為主，膳食纖維、蛋白質(zhì)及其他營養(yǎng)元素的含量偏少，長期食用易引發(fā)高血壓、高血脂、糖尿病和肥胖癥等[9-11]。目前，小米多以原糧形式供人們初級消費，深加工產(chǎn)品較少[12]；銀條在生活中主要作為涼菜食用，加工產(chǎn)品多為罐頭，因此結(jié)合銀條和小米研發(fā)一款品質(zhì)良好、低HI 和低GI 的銀條小米雜糧饅頭[13-15]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉、小米粉，購自鄭州市中牟縣潤萬家超市；鮮銀條，購自洛陽偃師區(qū)；干酵母，安琪酵母股份有限公司提供；乙醚、異丙醇、冰乙酸、氫氧化鈉、碘化鉀、硫代硫酸鈉（AR），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

L18-Y22 型高速破壁調(diào)理機(jī)，九陽公司產(chǎn)品；SHM02 型和面機(jī)、電蒸鍋，蘇泊爾股份有限公司產(chǎn)品；YP502 型電子天平、DC-36S 型凍藏醒發(fā)箱、TMS-Pro 型質(zhì)構(gòu)儀，美國FTC 公司產(chǎn)品；RE-3000A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 饅頭的制作

（1） 銀條預(yù)處理。將鮮銀條清洗干凈，切成3 cm左右小段，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的檸檬酸溶液浸泡30 min 護(hù)色，清洗后加入適量檸檬酸，使用高速破壁調(diào)理機(jī)在醬料模式下啟動5 min。

（2） 饅頭制作。①將小麥粉、小米粉倒入和面機(jī)攪拌均勻，銀條漿液和水混合后倒入，慢速攪拌至面團(tuán)表面光滑有彈性。②將面團(tuán)置于醒發(fā)箱中（溫度38 ℃、濕度80%） 發(fā)酵50 min，再將面團(tuán)排氣并整形搓圓。③將成型后的面團(tuán)置于28 ℃醒發(fā)箱中醒發(fā)15 min，然后用電蒸鍋蒸制30 min。④冷卻、成品。

1.3.2 運用模糊數(shù)學(xué)法建立銀條小米雜糧饅頭的感官評價體系

選10 名專業(yè)感官評價員對銀條小米雜糧饅頭的外形色澤、組織結(jié)構(gòu)、口感及風(fēng)味4 個感官指標(biāo)進(jìn)行評價，感官評價標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 21118—2007《小麥粉饅頭》。

感官品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 感官品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)

（1） 確定評價指標(biāo)集U。將銀條小米雜糧饅頭感官指標(biāo)作為評價因素，則U=｛U1，U2，U3，U4｝ =｛外形色澤，組織結(jié)構(gòu)，口感，風(fēng)味｝。

（2） 確定評價評語集V。評價員對每個因素的評價按優(yōu)、良、中、差4 個等級評定，分別對應(yīng)90，80，70，60 分這4 個分值，即V=｛V1，V2，V3，V4｝ =｛優(yōu)，良，中，差｝ =｛90，80，70，60｝。

（3） 確定評價指標(biāo)集權(quán)重系數(shù)X。隨機(jī)找10 位評委采用加權(quán)統(tǒng)計的方法[16]來確定銀條小米雜糧饅頭各評價指標(biāo)的權(quán)重，則X=｛X1，X2，X3，X4｝ =｛外形色澤，組織結(jié)構(gòu)，口感，風(fēng)味｝ =｛0.2，0.3，0.3，0.2｝。

（4） 計算最終感官分?jǐn)?shù)T。模糊矩陣S（樣品的等級評價人數(shù)/總?cè)藬?shù)）、綜合評價結(jié)果W，

式中：i——樣品編號；

n——評價指標(biāo)個數(shù)；

m——評級評語個數(shù)。

則Ti=Wi·V=（X·Si）·V=｛X1，X2，…，Xn｝

1.3.3 單因素試驗

在預(yù)試驗中確定了銀條小米雜糧饅頭的基礎(chǔ)配方為：以小麥粉和小米粉總量（100%） 為基準(zhǔn)，小米粉添加量30%，銀條添加量20%，水添加量40%，酵母添加量1%。在基礎(chǔ)配方的基礎(chǔ)上，考查小米粉添加量（10%，20%，30%，40%，50%）、銀條添加量（0%，10%，20%，30%，40%）、水添加量（20%，30%，40%，50%，60%）、酵母添加量（0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%） 對銀條小米雜糧饅頭感官品質(zhì)的影響，感官得分采用模糊數(shù)學(xué)法計算[16-18]，并測定其質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.4 正交試驗

為考查單因素條件對銀條小米雜糧饅頭品質(zhì)的影響，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)行L9（34）正交試驗，感官得分采用模糊數(shù)學(xué)法計算。

正交試驗因素與水平設(shè)計見表2。

表2 正交試驗因素與水平設(shè)計/%

1.3.5 饅頭質(zhì)構(gòu)的測定

取冷卻后的饅頭中心部位2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的塊狀為質(zhì)構(gòu)試樣，采用的測定程序為TPA，探頭為P35，測試前速度3 mm/s，測試中速度1 mm/s，測試后速度3 mm/s，壓縮程度50%，起始力為0.5 N。通過質(zhì)構(gòu)儀分析，獲得硬度（N）、彈性（mm）、咀嚼性（N） 參數(shù)，3 次平行試驗取后平均值。

1.3.6 饅頭體外消化特性的測定

采用體外模擬消化試驗，測定銀條小米雜糧饅頭與對照饅頭（不添加銀條和小米粉） 在30，60，90，120，150，180 min 的淀粉水解率，計算饅頭的HI 和GI，并對其體外消化特性進(jìn)行分析[19]。

1.3.7 饅頭理化及微生物指標(biāo)的測定

（1） 理化指標(biāo)。比容為饅頭體積與質(zhì)量的比值，其測定根據(jù)GB/T 21118—2007 規(guī)定的方法進(jìn)行，體積采用小米置換法。

（2） 微生物指標(biāo)。菌落總數(shù)檢測參照GB 4789.2—2016，大腸菌群檢測參照GB 4789.3—2016，霉菌檢測參照GB 4789.15—2016，致病菌中沙門氏菌檢測參照GB/T 4789.4—2008，志賀氏菌檢測參照按GB/T 4789.5—2012，金黃色葡萄球菌檢測參照GB/T 4789.10—2010。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

采用Excel 及SPSS 軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，通過Graphpad Prism 9 進(jìn)行單因素作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 小米粉添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

小米粉添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 小米粉添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

由圖1 可知，隨著小米粉添加量的增加，銀條小米雜糧饅頭色澤呈現(xiàn)黃色，小米香味逐漸增加，口感先上升后降低，因此感官評分先增高后降低。由于小米粉不含面筋，小米粉的添加稀釋了面筋濃度使饅頭硬度變大，顆粒更粗糙，導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部單元結(jié)合松散，彈性先稍有升高后逐漸降低。咀嚼性由硬度指標(biāo)計算得出，變化規(guī)律與硬度基本一致。隨著小米粉添加量增加，饅頭比容整體降低。對于饅頭的品質(zhì)而言，小米粉的添加量過多時，饅頭變硬、口感粗糙，但添加量過少又極大地降低產(chǎn)品的保健功效。因此，結(jié)合饅頭比容、質(zhì)構(gòu)、口感和保健功效的需求，選定30%為合適的小米粉添加量。

2.1.2 銀條添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

銀條添加量對銀條小米雜糧饅頭品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 銀條添加量對銀條小米雜糧饅頭品質(zhì)的影響

由圖2 可知，隨著銀條添加量的增加，當(dāng)達(dá)到一定量時銀條小米雜糧饅頭的風(fēng)味變差，感官評分先增高后降低，當(dāng)添加量為20%時銀條感官評分最高。銀條水分含量在95%左右，隨著銀條添加量的增加，會影響面團(tuán)后期的發(fā)酵，使饅頭的硬度升高、組織結(jié)構(gòu)強度和彈性下降、韌性降低，咀嚼性升高。

2.1.3 水添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

水添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 水添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

由圖3 可知，感官評分先增高后降低，在40%達(dá)到最高值。硬度和咀嚼性都隨著水量的增加先降低后升高。加水量過少時饅頭表皮干燥、亮度差，面筋蛋白吸水量少會使面筋生成率降低，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻、粗糙掉渣，且彈性差，硬度、咀嚼度較高；加水量過大時面團(tuán)黏度增大，面團(tuán)過軟成型差，表皮易出現(xiàn)斑點、癟皺，多余的水分使面筋負(fù)重大，出現(xiàn)塌陷。

2.1.4 酵母添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

酵母添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 酵母添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

由圖4 可知，感官評分先增高后降低，在酵母添加量為1.0%時達(dá)到最高值。酵母的添加在發(fā)酵時產(chǎn)氣使面筋網(wǎng)絡(luò)得到延展，故隨著酵母量的增大，饅頭的硬度和咀嚼性逐漸降低，彈性升高；當(dāng)酵母量升高到1.2%時，產(chǎn)氣過多，面團(tuán)內(nèi)部氣孔增多會造成饅頭塌陷，則硬度和咀嚼性又升高，彈性降低。

2.2 正交試驗結(jié)果分析

正交試驗結(jié)果見表3。

表3 正交試驗結(jié)果

由表3 可知，得出不同的影響因素對銀條小米雜糧饅頭感官評分的影響依次為銀條添加量＞小米添加量＞酵母添加量＞水添加量。其中，最佳工藝配方為A3B2C2D3，即銀條添加量20%，小米粉添加量35%，水添加量40%，酵母添加量1.1%。

2.3 銀條小米雜糧饅頭體外消化特性

銀條小米雜糧饅頭和對照饅頭淀粉水解率見圖5，水解指數(shù)和血糖指數(shù)見表4。

圖5 銀條小米雜糧饅頭和對照饅頭淀粉水解率

表4 水解指數(shù)和血糖指數(shù)

由圖5 可知，銀條小米雜糧饅頭和對照饅頭在在體外模擬消化時，在0～30 min 內(nèi)淀粉消化速率增長較快，但銀條小米雜糧饅頭的淀粉消化速率比對照饅頭低。對照饅頭在90 min 后，淀粉消化率趨于平穩(wěn)，而銀條小米雜糧饅頭淀粉消化率則在120 min后趨于平穩(wěn)，可能是小米粉中膳食纖維含量比小麥粉中高，可利用的碳水化合物比小麥粉要低。因此，使銀條小米雜糧饅頭消化率比對照組要小。

由表4 可知，銀條小米雜糧饅頭的HI、GI 都要比對照組低，因此饅頭中加入適量的銀條和小米粉可以有效降低饅頭的消化速率。

2.4 銀條小米雜糧饅頭理化及微生物指標(biāo)

在最優(yōu)條件下制得的銀條小米雜糧饅頭的理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)。經(jīng)測定，所有指標(biāo)都符合國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。

理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)見表5。

表5 理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)

3 結(jié)論

通過單因素試驗和正交試驗，得到銀條小米雜糧饅頭的最佳配方為小米粉添加量35%，銀條添加量20%，水添加量40%，酵母添加量1.1%，此條件下制得的饅頭形態(tài)完整，色澤微黃均一、組織結(jié)構(gòu)良好、口感適中，且血糖生成指數(shù)較低，通過理化和微生物指標(biāo)檢測分析，各項指標(biāo)都符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。該研究對進(jìn)一步開發(fā)和利用銀條小米雜糧饅頭也具有重要意義。