馒头是中国的一种传统主食，已有1 700多年的历史，目前制作馒头消费的面粉量占总消费面粉量的40%左右[1-2]。受南北不同地域饮食习惯的影响，馒头在发展过程中已形成北方馒头和南方馒头两类品系[3]。南方馒头在原辅料上除北方馒头基本的面粉、酵母和水之外，还加入了起酥油、糖和泡打粉等其他辅料[4]；与体积较大、有嚼劲的北方馒头相比，南方馒头体积小且多呈方形、质构松软、不粘牙，甜味较明显[4-6]。
传统的“现做现卖”馒头生产和消费形式，在方便性、卫生性、流通性等方面都已不能完全满足城乡居民消费升级需要，实现馒头主食的工业化生产已成为当今食品产业的重要课题。20世纪中期起源于欧美国家应用于面包生产中的冷冻面团技术为馒头实现工业化生产带来了新的曙光[7]。将冷冻面团技术应用于馒头生产不仅利于馒头质量标准化生产，同时在保持馒头的色、香、味、形及营养品质方面具有明显的优势，可延长馒头的保质期[8]。
目前冷冻面团技术应用于馒头生产中一些关键技术问题（如酵母活力和面团结构保持、配方优化、发酵和冷冻、解冻技术参数的优化）有待突破。近几年，一些研究者在提高馒头冷冻面团生产技术方面也进行了大量工作：王晓曦等[9]对比了18种小麦粉制备的冷冻面团馒头品质，结果表明，高筋粉所制的冷冻面团综合品质优于中筋粉和低筋粉；WANG P等[10]研究了水溶性阿拉伯木聚糖（water ex tractable arabinoxylan，WEAX）对冷冻面团馒头品质影响发现，适当的WEAX能够增加馒头比容，改善内部结构；胡家勇等[11]研究冷冻面团馒头最佳冷冻工艺发现，冷冻温度为-30 ℃时馒头品质最好；郑金晶等[12-13]研究发现，酵母在冷冻面团中发酵情况会影响最终馒头口感、比容、硬度等关键指标。上述研究主要是以北方馒头为研究对象，针对馒头冷冻面团生产的一个环节（如原料选择、冷冻工序）进行的研究，但关于冷冻面团技术在南方馒头应用研究报道甚少。本试验以南方馒头为研究对象，重点探讨了加糖量、酵母添加量、发酵温度和发酵时间等因素对冷冻面团生产的南方馒头的感官评分、硬度、比容等品质指标的影响，并用单因素及响应面法进行发酵工艺参数优化，以期得到南方馒头冷冻面团生产的最佳工艺。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
小麦粉：凯雪粮油食品有限公司；泡打粉、高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司：金轮牌起酥油：汕头嘉怡食品有限公司；白砂糖：南京甘汁园糖业有限公司。试验所用试剂均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
HLSY-2试验用小型速冻机：郑州亨利制冷设备有限公司；HM730和面机：青岛汉尚电器有限公司；FX-15S面包发酵箱：广州赛思达机械设备有限公司；Farinograph粉质仪：德国Brabender有限公司；GFL-230电热鼓风干燥箱：天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司；BS201S电子天平：北京赛多利斯天平有限公司；TA-XT2I质构仪：英国StableSystem公司。
1.3 试验方法
1.3.1 面粉品质指标测定
水分含量按国标GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》中直接干燥法测定；蛋白含量按国标GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法测定；脂肪含量按国标GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》中索氏抽提法测定；湿面筋含量按国标GB/T 5506.1—2008《小麦粉湿面筋测定法》测定；粉质参数（面团形成时间、稳定时间、吸水率、弱化度）按国标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》用Brabender粉质仪测定。
1.3.2 南方馒头冷冻面团制备
（1）南方馒头冷冻面团制备基础配方
面粉100%、水48%、酵母1.0%、起酥油1%、泡打粉1%以及白砂糖8%。
（2）冷冻面团制备南方馒头工艺流程
原辅料称量→和面→压延→成型→速冻（-30 ℃，1 h）→冻藏（-18 ℃、7 d）→解冻（30 ℃，相对湿度75%，40 min）→醒发（35 ℃，相对湿度85%，40 min）→蒸制（25 min）→南方馒头
（3）操作要点
按基础配方称取面粉400 g为基数的所有原辅料，将称量好的面粉、泡打粉和起酥油倒入和面缸中混合均匀，同时用水将酵母和白砂糖全部溶解静置2 min后倒入和面缸中，开低档进行和面4 min，将和好的面团用压面机压片5次，将压好的面片卷起，搓成圆柱型（直径3 cm），用刀切成型，长度为6 cm。将其放入-30 ℃的冰箱里速冻1 h，取出后于自封袋里-18 ℃冻藏7 d。将冷冻面团在30 ℃、相对湿度（relative humidity，RH）75%条件下解冻40 min，然后在35 ℃、相对湿度（RH）85%条件下醒发40 min，置于蒸锅上蒸25 min可得南方馒头，室温下冷却40 min备用。
1.3.3 冷冻面团南方馒头品质测定
质构：采用TA.XT Plus 物性测试仪测定馒头内部的质构。用切片机沿竖直方向切成厚度为15 mm的均匀薄片，取中间两片，用P36R探头进行质构测试。具体的参数为：距离20 mm，测试前速率2.00 mm/s，测试速率1.00 mm/s，测试后速率1.00 mm/s，下压程度50.00%，测试力0.05 N，2次压缩时间间隔3 s。每个样品重复测定5次，剔除最大值和最小值，求平均值。
比容：采用小米代替法测量馒头体积V，天平测馒头质量M，馒头比容=V/M。
感官评价：参考南方馒头感官评分标准（满分100分）[6]，组织10个经过专业培训的品评人员进行感官评价，结果取10个人的平均值。
1.3.4 冷冻面团生产工艺优化单因素试验
按照南方馒头冷冻面团制备的基础配方和工艺条件，分别考察下列因素对冷冻面团生产的南方馒头的感官评分、硬度、比容等品质指标的影响。
（1）加糖量：分别设计为4%、6%、8%、10%、12%；（2）酵母添加量：分别设计为0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%；（3）发酵温度：分别设计为25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃；（4）发酵时间：分别设计为20 min、30 min、40 min、50 min、60 min。1.3.5 冷冻面团生产工艺优化响应面试验
根据单因素试验结果，选取加糖量（A）、发酵时间（B）、酵母添加量（C）为自变量，以冷冻面团南方馒头感官评分（Y1）、硬度（Y2）及比容（Y3）为响应值。根据Box-Behnken Design中心组合试验设计原理，运用Design Expert 8.0.6软件设计3因素3水平响应面试验，并对试验数据进行分析优化，得出制作南方馒头冷冻面团生产的最佳工艺，响应面试验因素与水平见表1。
表1 面团生产工艺优化响应面试验设计因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface experiments design for dough processing technology optimization
编码水平 A 加糖量/% B 发酵时间/min C 酵母添加量/%-1 0 1 6 8 1 0 30 40 50 0.8 1.0 1.2
1.3.6 数据统计分析
采用SPSS20、EXCEL软件进行数据处理分析，采用Origin软件进行制图。
2 结果与分析
2.1 试验用面粉特性分析
试验用面粉主要品质指标测定结果见表2。由表2可知，试验选用小麦粉属于中筋粉，蛋白质含量与湿面筋含量均在中筋粉范围中（中筋粉蛋白质含量在9%～12%，湿面筋含量在24%～30%）；面团形成时间＞3 min，稳定时间＞5 min，表示与低筋粉相比，所选用面粉面筋含量高、质量好。因南方馒头要求口感柔软，嚼劲小，筋力较弱的面粉适合制作南方馒头；同时冷冻面团技术生产南方馒头过程中，冷冻会对面团结构造成一定的破坏。因此，选用湿面筋含量为27.7%，面团形成时间为4.8 min，稳定时间为6.3 min的中筋粉进行试验。
表2 面粉理化指标及粉质特性
Table 2 Physical and chemical indexes and characteristics of flour
蛋白质/%弱化度/FU 11.00 1.60 13.18 27.70 4.8 6.3 58.9 133脂肪/%水分含量/%湿面筋含量/%形成时间/min稳定时间/min吸水率/%
2.2 冷冻面团生产工艺优化单因素试验结果与分析
2.2.1 酵母添加量对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质影响
酵母添加量对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质影响如图1所示。由图1可知，当酵母添加量为0.6%～1.0%时，随着酵母添加量的增加，南方冷冻面团馒头硬度逐渐降低，比容、感官评分呈上升趋势；当酵母添加量为1.0%时，馒头的硬度最低（842.58 g）、感官评分最高（79.3分），比容为2.96 mL/g；当酵母添加量＞1.0%之后，馒头硬度有小幅升高，比容升高后降低但并无显著性差异（P＞0.05），馒头感官评分不断降低。在发酵时间一定的情况下，酵母添加量过少时，面团发酵不充分，导致馒头蓬松度不够，比容小且硬度大，弹性、咀嚼性均比较差，香味也受到影响，最终馒头品质并不理想。但酵母添加量过高时，发酵力过大，产气量过多，易造成孔隙变大、面团塌陷等问题，酵母发酵味也越来越重，馒头感官评分不断降低；更多的酵母受冷冻解冻影响可能会细胞破裂且细胞液流出，导致谷胱甘肽的释放量增加，影响了面筋结构中二硫键[14]。适当的酵母添加量会使冷冻面团南方馒头变的柔软、蓬松，而且拥有发酵面制品应有的气味[15-16]。因此，选择最佳酵母添加量为1.0%。
图1 酵母添加量对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质影响
Fig. 1 Effect of yeast addition on the quality of southern steamed bread produced by frozen dough
2.2.2 加糖量对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质的影响
图2 加糖量对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质影响
Fig. 2 Effect of sugar addition on the quality of southern steamed bread produced by frozen dough
加糖量对冷冻面团技术生产的南方馒头品质影响如图2所示。由图2可知，随着加糖量在4%～8%范围内的增加，冷冻面团南方馒头的硬度逐渐降低，比容及感官总分呈上升趋势；在加糖量达到8%时，硬度达到最低值842.58 g，比容、感官评分分别达到最高值2.96 mL/g、79.3分；加糖量＞8%后，硬度会略有上升，比容有不显著下降（P＞0.05），感官评分逐渐降低。在低于最佳加糖量时，加糖量的增多会增加南方馒头的甜味，改善馒头口感；同时也会能为解冻后的酵母提供一定的营养物质，增加酵母活力，酵母发酵产生CO2能改善馒头质构，增加馒头比容[17]。冷冻冻藏过程中，过高的加糖量则会因冰晶的形成给酵母提供高渗透压环境，一定程度上降低酵母活力，抑制酵母繁殖，使发酵面制品发酵效果变差。选择适当的加糖量可以提高最终馒头成品的柔软度、气味及口感。因此，选择最佳加糖量为8%。
2.2.3 发酵温度对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质影响发酵温度对冷冻面团技术生产的南方馒头品质影响如图3所示。由图3可知，当发酵温度在25～45 ℃时，冷冻面团南方馒头的硬度呈先下降后升高趋势，比容和感官评分则呈先升高后降低趋势。发酵温度影响酵母的繁殖及产气性能，温度过高或过低将不利于酵母菌作用的发挥。过低使冷冻面团南方馒头不会形成足够的气泡，最终成品比容不够且硬度较大，口感品质不好；过高将会抑制酵母生长而不能发挥作用，不适酵母菌的温度也可能会增加其他杂菌的生长，导致馒头硬度、比容、口感和香气都会变差。当发酵温度为35 ℃时，硬度达到最低值842.58 g，比容、感官评分分别达到2.96 mL/g、79.3分；发酵温度为40 ℃时，硬度为904.14 g，比容、感官评分分别达到2.99 mL/g、75.1分。因此选择最佳发酵温度为35 ℃。本试验结果与冯志强等[18-19]研究结果一致。
图3 发酵温度对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质影响
Fig. 3 Effect of fermentation temperature on the quality of southern steamed bread produced by frozen dough
2.2.4 发酵时间对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质的影响
图4 发酵时间对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质的影响
Fig. 4 Effect of fermentation time on the quality of southern steamed bread produced by frozen dough
发酵时间对冷冻面团工艺生产的南方馒头品质影响如图4所示。由图4可知，随发酵时间在20～40 min范围内延长，冷冻面团南方馒头硬度逐渐降低，比容、感官评分呈上升趋势；当发酵时间为40 min时，硬度、比容和感官评分分别为842.58 g、2.96 mL/g、79.3分；当发酵时间＞40 min后，馒头硬度则无显著变化（P＜0.05），比容仍有小幅升高，感官评分反呈下降趋势。较短的醒发时间，酵母繁殖醒发不充分，不能产生足量的CO2，发酵时间为20 min时，产生CO2过少，面团膨胀度不够，硬度达到1 339.64 g，比容则仅为2.63 mL/g。过长的醒发时间会导致醒发过度，超过面团持气能力后会结构塌陷，表皮难看且内部结构粗糙[20]。因此，最佳发酵时间为40 min。
2.3 冷冻面团生产工艺优化响应面试验结果与分析
2.3.1 响应面试验结果
加糖量（A）、发酵时间（B）和酵母添加量（C）为自变量，感官评分（Y1）、硬度（Y2）及比容（Y3）为响应值设计试验，响应面试验设计与结果见表3。
表3 响应面试验设计与结果
Table 3 Design and results of Box-Behnken experiments
试验号 A B C Y1感官评分/分 Y2硬度/g Y3比容/（mL·g-1）1234567891 0 00-0 101010-01-1-1-1 0-1 0010-11 12 13 14 15 16 17 10-10101-10000100-111000-10 1001-1 101 79.8 72.2 68.8 65.8 75.8 78.9 76.8 79.5 72.1 70.8 75.2 79.0 69.3 79.2 74.2 73.1 69.4 842.37 856.23 1 183.63 1 102.35 896.36 865.26 902.36 842.58 1059.54 862.36 910.54 824.09 1 102.36 831.92 968.35 921.23 892.36 2.97 2.69 2.64 2.62 2.74 2.99 2.80 2.98 2.66 2.76 2.79 2.98 2.68 2.96 2.68 2.75 2.74
运用Design Expert 8.0.6软件对表3中的试验结果进行多元二次回归拟合，得到冷冻面团南方馒头感官评分（Y1）、硬度（Y2）及比容（Y3）与加糖量（A）、发酵时间（B）、酵母添加量（C）的回归方程分别为：Y1=79.28+0.86A+2.33B+0.99C+0.55AB-0.13AC-1.25BC-1.25A2-6.28B2-3.45C2，Y2=841.24-25.69A-93.06B-52.36C+14.1AB+20.75AC+54.03BC+108.26A2+76.39B2+10.69C2，Y3=2.98+0.007 5A+0.033B+0.055C-0.013AB-0.002 5AC-0.013BC-0.12A2-0.15B2-0.12C2
对表3响应面试验结果进行方差分析验证回归方程的有效性，结果如表4～表6所示。由表4～表6可知，3个响应值模型的P值均＜0.01，表示模型显著具有统计学意义。模型的失拟项P值分别0.050 6、0.051 9和0.145，差异不显著（P＞0.05），表明模型的拟合度较好，残差由随机误差造成。模型的决定系数R2分别0.989 5、0.971 4、0.993 8，表明各响应值实际值与预测值之间具有较好的拟合度；变异系数（coefficient of variation，CV）分别为0.98%、3.03%及0.57%，表明模型方程预测值与实际测量值离散程度小。因此，该模型可用于分析和预测冷冻面团南方馒头感官评分、硬度和比容。表4、表5可以看出交互项BC对响应值Y1、Y2影响均极显著（P＜0.01），AC、BC对响应值Y1、Y2则无显著影响（P＞0.05）。根据各因素F值的大小可以判断影响冷冻面团南方馒头感官评分、硬度的因素主次顺序一致为：发酵时间＞酵母添加量＞加糖量。由表6可以看出交互项AC、AC、BC对响应值Y3都没有显著影响（P＞0.05）。
表4 以感官评分为响应值的回归模型方差分析
Table 4 Variance analysis of regression model using sensory evaluation as response value
注：“**”表示差异极显著（P＜0.01）；“*”表示差异显著（P＜0.05）。下同。
方差来源 自由度 离均差平方和 均方 F 值 P 值 显著性模型ABCA B********AC BC A2 B2 C2残差失拟项净误差总误差91111111117341 6 304.4821 5.951 25 43.245 7.801 25 1.21 0.062 5 6.25 6.605 289 165.924 2 50.188 45 3.235 5 2.6875 0.548 307.717 6 33.831 35 5.951 25 43.245 7.801 25 1.21 0.062 5 6.25 6.605 289 165.924 2 50.188 45 0.462 214 0.895 833 0.137 73.19408 12.875 52 93.560 5 16.877 99 2.617 833 0.135 219 13.521 87 14.290 54 358.976 9 108.582 6 6.538 929＜0.0001 0.008 9＜0.000 1 0.004 5 0.149 7 0.723 9 0.007 9 0.006 9＜0.000 1＜0.000 1 0.050 6********不显著R2=0.989 5 R2Adj=0.976 0 CV=0.98%
表5 以硬度为响应值的回归模型方差分析
Table 5 Variance analysis of regression model using hardness as response value
方差来源 自由度 离均差平方和 均方 F 值 P 值 显著性模型ABCA B*******AC BC A2 B2 C2残差失拟项净误差总误差91111111117341 6 190 400 5 279.3 69 288.75 21 929.42 795.24 1 722.67 11 676.96 49 349.92 24 569.76 481.32 5 603.68 4 642.66 961.02 196 000 21 150.2 5 279.3 69 288.75 21 929.42 795.24 1 722.67 11 676.96 49 349.92 24 569.76 481.32 800.53 1547.55 240.25 26.42 6.59 86.55 27.39 0.99 2.15 14.59 61.65 30.69 0.60 6.44 0.000 1 0.037 1＜0.000 1 0.001 2 0.352 1 0.185 8 0.006 5 0.000 1 0.000 9 0.463 5 0.051 9******不显著R2=0.971 4 R2Adj=0.934 6 CV=3.03%
表6 以比容为响应值的回归模型方差分析
Table 6 Variance analysis of regression model using specific volume as response value
方差来源 自由度 离均差平方和 均方 F 值 P 值 显著性模型ABCA B******AC BC A2 B2 C2残差失拟项净误差总误差91111111117341 6 0.28 4.50E-04 8.45E-03 0.024 6.25E-04 2.50E-05 6.25E-04 0.062 0.097 0.062 1.77E-03 1.25E-03 5.20E-04 0.28 0.031 4.50E-04 8.45E-03 0.024 6.25E-04 2.50E-05 6.25E-04 0.062 0.097 0.062 2.53E-04 4.17E-04 1.30E-04 123.84 1.78 33.42 95.71 2.47 0.099 2.47 246.83 383.46 246.83 3.21＜0.000 1 0.224 0.000 7＜0.000 1 0.159 9 0.762 4 0.159 9＜0.000 1＜0.000 1＜0.000 1 0.145******不显著R2=0.993 8 R2Adj=0.985 7 CV=0.57%
2.3.2 响应面交互作用分析
通过软件绘制响应面曲线图来进行可视化分析，冷冻面团生产的南方馒头感官评分、硬度随发酵时间、酵母添加量变化规律的响应面及等高线结果见图5。响应面曲线越陡峭，证明该因素对结果影响越明显。发酵时间陡峭程度优于酵母添加量，与方差分析结果一致。
图5 发酵时间和酵母添加量交互作用对感官评分及硬度影响的响应面及等高线
Fig. 5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between fermentation time and yeast addition on sensory evaluation and hardness
由图5可知，等高线图呈椭圆形，表明发酵时间和酵母添加量对感官评分影响存在一定的交互作用；3D曲面图朝下，存在最高值。在固定加糖量的条件下，研究发酵时间和酵母添加量两者之间对馒头硬度的交互作用，固定发酵时间条件下，样品的硬度随酵母添加量的增长，呈降低趋势后略有升高；过多的酵母添加量会使成品馒头中孔隙变大，馒头品质变差，但在硬度测量时，因孔隙问题，尽管馒头品质不佳仍会获得较低的硬度值。通过方差分析，其余交互项对响应值均不明显，故不作分析。
2.3.3 最优工艺条件的确定与验证
在各因素选定范围内，为同时满足最高感官评分、比容以及最低的硬度，对回归模型进行分析优化，软件分析得到最佳工艺条件为：加糖量8.19%，发酵时间41.36 min，酵母添加量1.04%，在此优化条件下预测制得冷冻面团生产的南方馒头感官评分、硬度和比容分别为79.59分、821.52 g和2.98 mL/g。为验证此方法的结果，并考虑实际可操作性，将最佳工艺参数修正为：加糖量8.2%，发酵时间41 min，酵母添加量1.0%。按修正参数进行试验，测定实际馒头感官评分平均值为79.7分，与模型预测结果接近，说明该模型能够较好地预测冷冻面团南方馒头感官评分结果。馒头硬度为805.26 g，比容为2.98 mL/g，得到品质较优的馒头。
3 结论
冷冻面团技术在馒头中应用具有重要意义，应用于南方馒头研究甚少。本研究通过单因素试验及响应面优化南方馒头冷冻面团制作工艺，具有一定的现实研究意义。单因素试验表明，最佳发酵温度为35 ℃；通过响应面优化结果表明，加糖量8.2%，酵母添加量1.0%，发酵时间41 min制作出南方冷冻面团馒头感官评分达到79.7分，与预测值79.59分相近，硬度为805.26 g，比容为2.98 mL/g。研究结果为冷冻面团技术在南方馒头中应用提供一些数据支持，为后续实现工业化生产提供理论基础。
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