我国是大豆的主要生产国和消费国[1]，豆渣是大豆的副产品，是生产豆浆或者豆腐的残渣。豆渣中富含膳食纤维、蛋白质和维生素等多种营养物质[2]，并且，豆渣具有抗糖尿病[3]、抗肥胖[4]、调节肠道[5]和抗氧化[6]等活性功能，但是由于豆渣含水率高、口感粗糙、易腐败等特点，限制了其在食品行业中的应用。我国对豆渣的综合利用率普遍偏低，只有少量豆渣得到精加工[7]。随着经济的发展，饮食的精细化程度不断提高，富含膳食纤维的食品越来越受到人们的喜爱[8]，消费者对馒头的品质也提出了更高、更新的要求[9-10]。添加高膳食纤维的成分已成为提高馒头营养价值的重要手段，开发具有功能性和营养性的馒头已成为研究热点[11]。
为提高大豆副产物豆渣的加工利用效率，本文以添加豆渣的馒头为研究对象，对不同接菌量、改性时间、复合酶添加量的豆渣馒头进行优化试验，并检验添加不同比例改性豆渣对馒头的质构特性、比容和预测血糖生成指数（predicted glycemic index，pGI）等品质参数的影响，以期为豆渣馒头的产业化研究与生产提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
豆渣（含水量83.24%、碳水化合物含量10.06%、蛋白质含量3.91%）：吉林省烧锅豆制品有限公司；小麦粉：五得利面粉集团有限公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）：北京北纳创联生物技术研究院，编号为BNCC187341；纤维素酶（1 万U/g）、木聚糖酶（10 万U/g）、脂肪酶（10 万U/g）：河南万邦化工科技有限公司；盐酸、氢氧化钠（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；胃蛋白酶（3 000 U/mg）、α-淀粉酶（35 U/mg）、淀粉葡萄糖苷酶（10 万U/mL）：上海麦克林生化科技有限公司。
1.2 仪器与设备
质构仪（TA.new plus）：美国ISENSO 公司；酶标仪（VICTOR Nivo）：美国PerkinElmer 公司；色差仪（CR-5）：柯尼卡美能达（中国）投资有限公司；高剪切分散乳化机（FA25）：上海弗鲁克科技发展有限公司；恒温振荡器（THZ-82）：江苏盛蓝仪器制造有限公司；电热恒温水浴锅（HW·SY11-K）：北京瑞邦兴业科技有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 馒头的制作流程
新鲜湿豆渣→改性→面粉、酵母和水等原料称量混匀→和面→整型→醒发（37 ℃，45 min）→蒸制（20 min，焖3 min）→冷却→成品。
1.3.2 复合酶的制备
将木聚糖酶、脂肪酶和纤维素酶混合为复合酶，质量比为1∶1∶2。
1.3.3 马克斯克鲁维酵母菌悬液的制备
将马克斯克鲁维酵母接种在酵母麦芽（yeast malt，YM）培养基（每100 mL 培养基含3.0 g 酵母浸粉、3.0 g麦芽提取物、10.0 g 葡萄糖、5.0 g 酪蛋白胨，pH 值为6.2±0.2）上，28 ℃活化培养三代后，以5 000 r/min 离心10 min，弃上清液，菌体用无菌生理盐水洗涤3 次后，稀释制成107 CFU/mL 的悬浮液。
1.3.4 馒头质构的测定
参考陈梦等[12]的方法并略作修改。将馒头冷却1 h后，切成25 mm 厚的薄片，采用质构仪所配备的TA-36R 标准探头测定。测试参数：测试前速度1 mm/s、测试中速度1 mm/s、测试后速度1 mm/s、下压距离10 mm、触发力5 g、重复压缩2 次。
1.3.5 馒头比容的测定
参照李心灵等[13]的方法，使用小米替代法测定馒头的体积。馒头的比容为体积与质量之比。
1.3.6 单因素试验
参照尹立晨等[14]和Wang 等[15]的方法，在预试验的基础上，设计单因素试验，以馒头的硬度和比容为指标，分别考察复合酶添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）、改性时间（2、4、6、8、10 h）、接菌量（2%、4%、6%、8%、10%）对改性豆渣馒头品质的影响。豆渣添加量为小麦粉质量的25%，面包酵母添加量为小麦粉质量的1%。
1.3.7 响应面优化试验
根据单因素试验的结果，以馒头硬度为指标，采用响应面法优化改性工艺的参数。选取复合酶添加量、改性时间和接菌量3 个因素进行三因素三水平的Box-Behnken 试验设计，预测最佳的改性条件并进行验证。Box-Behnken 试验设计见表1。
表1 Box-Behnken 试验设计
Table 1 Experimental design of Box-Behnken
水平-1因素B 改性时间/h C 接菌量/%0 1 A 复合酶添加量/%0.2 0.4 0.6 4 6 8 4 6 8
1.3.8 馒头色差的测定
通过色差仪检测空白组、改性组及对照组的色差，其中L*值、a*值和b*值分别代表明暗度、红度和黄度，样品的白值（W）按照公式（1）计算[16]。
1.3.9 改性豆渣馒头的感官评价
参照粟立丹等[17]的方法设计馒头感官评价标准，如表2 所示。评价小组由10 人组成，对各项感官性质进行分级评分，结果取平均值。
表2 馒头感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation criteria for steamed bread
项目表面色泽满分10外观形状20组织结构20弹韧性20评分标准白，乳白（9～10）浅黄，黄（6～＜9）灰暗（2～＜6）表面光滑无裂纹，饱满（15～20）表面有少量裂纹，皱缩（8～＜15）表面有气泡、大量裂纹、塌陷（1～＜8）气孔细小均匀（15～20）气孔过于细密但均匀（8～＜15）有大气孔，结构粗糙（1～＜8）手指按压回弹性好，咬劲强（15～20）手指按压回弹性弱，咬劲弱（8～＜15）手指按压困难，感觉较硬，切时掉渣（1～＜8）
续表2 馒头感官评价标准
Continue table 2 Sensory evaluation criteria for steamed bread
项目黏性满分15气味15评分标准爽口不粘牙（10～15）稍粘牙或粘牙（3～＜10）具有麦香，无异味（10～15）有少许异味（5～＜10）有异味（1～＜5）
1.3.10 馒头血糖生成指数的测定
参照Wang 等[18]的方法并略作修改。取4.0 g 馒头样品，用20 mL 0.1 mol/L、pH6.9 的磷酸盐缓冲液浸泡5 min 后用高剪切分散乳化机均质1 min，使馒头在磷酸盐缓冲液中分散均匀，无明显颗粒，将pH 值调至1.5 并加入5 mL 胃蛋白酶（120 U/mL），37 ℃水浴振荡30 min 后调节pH 值至7.0，并加入1 mL α-淀粉酶（110 U/mL），37 ℃水浴振荡，于20、40、60、90、120、150、180 min 时取1 mL 上清液，沸水浴5 min，待上清液冷却至室温后加入20µL 淀粉葡萄糖苷酶，于55 ℃水浴振荡45 min 后，用3，5-二硝基水杨酸法测定葡萄糖含量，乘以系数0.9 计算消化淀粉的含量。参照Liu等[19]的体外消化动力学方法，用一级反应方程（2）拟合淀粉体外消化曲线。
式中：C 为时间t min 淀粉的消化率，%；C∞为180 min 时淀粉消化率，%；k 为一级反应动力学常数；t为水解时间，min。
消化曲线下的面积（area under curve，AUC）按照公式（3）计算。
式中：A 为消化曲线下的面积；tf 为最终消化时间（180 min）；t0 为起始消化时间（0 min）。
水解指数（hydrolysis index，HI）按照公式（4）计算。
式中：H 为水解指数；A 样品、A 白面包分别为样品、白面包的消化曲线下的面积。
预测血糖生成指数按照公式（5）[20]计算。
式中：G 为预测血糖生成指数；H 为水解指数。
1.4 数据处理
试验结果表示为5 次重复试验的平均值±标准差。数据处理和图形制作采用Origin 2021，数据分析采用SPSS 17.0，响应面分析采用Design-Expert 8.0.6。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 复合酶添加量对豆渣馒头硬度和比容的影响
复合酶添加量对豆渣馒头硬度和比容的影响见图1。
图1 不同复合酶添加量对改性豆渣馒头硬度和比容的影响
Fig.1 Effect of different composite enzyme addition levels on the hardness and specific volume of modified soybean residue steamed bread
同一指标不同小写字母表示差异显著，P＜0.05。
由图1 可知，随着复合酶添加量的增加，改性豆渣馒头硬度整体呈先降低后增加的趋势，比容整体呈先增加后降低的趋势。当复合酶添加量为0.4%时，硬度达到最小值，比容达到最大值。这是由于复合酶添加量不足时，豆渣改性不充分，豆渣较为粗糙，破坏了面筋网络结构，添加复合酶过量时，小粒径的豆渣颗粒易充塞于网络状的面筋结构，影响面团的组织结构，使馒头的硬度增加，比容下降[21]。因此，选择复合酶添加量0.2%、0.4%、0.6%进行后续响应面试验。
2.1.2 改性时间对豆渣馒头硬度和比容的影响
改性时间对豆渣馒头硬度和比容的影响见图2。
图2 不同改性时间对豆渣馒头硬度和比容的影响
Fig.2 Effect of different modification time on the hardness and specific volume of soybean residue steamed bread
同一指标不同小写字母表示差异显著，P＜0.05。
由图2 可知，在豆渣改性时间为6 h 时，改性豆渣馒头的比容为最大值，硬度为最小值，在6 h 之后，随豆渣改性时间的延长，馒头的比容不断降低，硬度不断升高。这可能是由于随着改性时间的延长，复合酶制剂与马克斯克鲁维酵母的活力下降。同时，随着改性时间延长，豆渣的酸度逐渐降低，豆渣添加到面团中使面团的酸度下降，从而导致面筋网络结构弱化[22]。因此，选择改性时间4、6、8 h 进行后续响应面试验。
2.1.3 接菌量对豆渣馒头硬度和比容的影响
接菌量对改性豆渣馒头硬度和比容的影响如图3所示。
图3 不同接菌量对豆渣馒头硬度和比容的影响
Fig.3 Effect of different amounts of inoculum on the hardness and specific volume of soybean residue steamed bread
同一指标不同小写字母表示差异显著，P＜0.05。
由图3 可知，在接菌量为6%时，改性豆渣馒头的硬度最小，比容最大。马克斯克鲁维酵母的添加能增加豆渣的香气，降低豆腥味，并将豆渣中的部分不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）分解成可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF），使馒头的比容增加，硬度降低。当接菌量较低时，豆渣改性不充分，影响馒头的品质；当接菌量较高时，豆渣酸度过大，破坏面团结构，面筋品质下降，保气性下降[23]，从而影响馒头的硬度和比容。因此，选择接菌量4%、6%、8%进行后续响应面试验。
2.2 响应面设计与工艺条件的优化
基于Box-Behnken 中心组合试验设计原理，研究复合酶添加量、改性时间和接菌量对改性豆渣馒头硬度和比容的影响，响应面试验设计方案及结果见表3。
表3 响应面试验设计方案及结果
Table 3 Response surface methodology experimental design and results
组别改性时间/h 接菌量/%1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17复合酶添加量/%0.2 0.2 0.4 0.4 0.2 0.4 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.6 0.4 0.4 0.2 0.6 0.4 4 6 8 6 6 6 4 8 6 6 6 6 4 4 8 6 8 6 8 4 6 4 6 6 6 6 6 6 8 8 4 6 4 8硬度/gf 1 814.63 1 652.96 1 840.36 1 431.02 1 685.39 1 459.08 1 675.32 1 810.31 1 440.45 1 435.41 1 432.35 1 660.28 1 807.74 1 824.99 1 709.32 1 643.57 1 808.08比容/（mL/g）2.19 2.33 2.16 2.57 2.31 2.53 2.32 2.19 2.56 2.56 2.57 2.36 2.19 2.21 2.29 2.35 2.19
通过Design-Expert 8.0.6 软件，得到回归方程：改性豆渣馒头硬度=1439.66-9.10A+5.67B-8.16C+60.08AB+12.29AC-3.76BC+76.50A2+236.24B2+144.39C2；改 性 豆渣馒头比容=2.56+0.012A-0.01B+0.005C-0.057AB-0.002 5AC+0.012BC-0.080A2-0.23B2-0.14C2。
方差分析见表4。
表4 回归方程方差分析
Table 4 Analysis of variance for regression equation
响应值方差来源模型硬度比容自由度AC BC A2 B2 C2残差A B C AB平方和395 800 662.84 257.53 532.2 14 436.02 603.68 56.48 24 637.99 235 000 87 786.38 693.02均方43 972.56 662.84 257.53 532.2 14 436.02 603.68 56.48 24 637.99 235 000 87 786.38 99 F 值444.16 6.7 2.6 5.38 145.81 6.1 0.57 248.86 2 373.5 886.71 P 值＜0.000 1**0.036 1*0.150 8 0.053 5＜0.000 1**0.042 9*0.474 7＜0.000 1**＜0.000 1**＜0.000 1**平方和0.38 0.001 25 0.000 8 0.000 2 0.013 0.000 025 0.000 625 0.027 0.22 0.083 0.001 38自由度9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7均方0.042 0.001 25 0.000 8 0.000 2 0.013 0.000 025 0.000 625 0.027 0.22 0.083 0.000 197 F 值214.41 6.34 4.06 1.01 67.08 0.13 3.17 137.55 1 132.28 420.11 P 值＜0.000 1**0.039 9*0.083 8 0.347 4＜0.000 1**0.732 3 0.118 2＜0.000 1**＜0.000 1**＜0.000 1**
续表4 回归方程方差分析
Continue table 4 Analysis of variance for regression equation
注：*表示影响显著，P＜0.05；**表示影响极显著，P＜0.01。
响应值方差来源失拟项纯误差总离差R2 R2Adj硬度比容平方和169.11 523.91 396 400 0.998 3 0.996自由度自由度3 4 16均方56.37 130.98 F 值0.43 P 值0.742 8平方和0.000 3 0.001 08 0.38 0.996 4 0.991 7 3 4 16均方0.000 1 0.000 27 F 值0.37 P 值0.779 7
由表4 可知，模型均达到极显著水平（P＜0.000 1），失拟项不显著（P 硬度=0.742 8＞0.05，P 比容=0.779 7＞0.05），表明该模型拟合成功。
各因素交互作用的三维响应面见图4。
图4 各试验因素交互作用的响应面和等高线
Fig.4 Response surface and contour plots for the interaction of experimental factors
由图4 可知，响应面的曲面呈中间凹四周凸或中间凸四周凹的形状，说明曲面有最低点或最高点，即存在最优条件，这也表明3 个因素两两之间均有交互作用。响应面可以直观反映出各因素对馒头硬度和比容的影响，曲面越陡，影响越大。结合表4 中各条件因素交互作用的P 值分析可知，复合酶添加量与改性时间的交互作用对改性豆渣馒头硬度和比容影响极显著，复合酶添加量与接菌量的交互作用对改性豆渣馒头硬度影响显著。
2.3 验证试验
通过Design-Expert 8.0.6 软件对所建立的改性工艺模型进行分析，获得最佳改性工艺参数：复合酶添加量0.55%、改性时间5.77 h、接菌量6.00%，此时改性豆渣馒头的硬度和比容分别为1 474.99 gf 和2.52 mL/g。按照试验流程，对最佳工艺参数进行实际操作性调整，选用接菌量6%、改性时间6 h、复合酶添加量0.6%，进行3 次验证试验，所得改性豆渣馒头的比容和硬度分别为2.61 mL/g 和1 459.20 gf，实际结果与预测值相差较小，说明此模型可行。
2.4 改性豆渣添加量对馒头硬度的影响
改性豆渣添加量对馒头硬度的影响见图5。
图5 改性豆渣添加量对馒头硬度的影响
Fig.5 Effect of modified soyabean residue addition on the hardness of steamed bread
不同小写字母表示差异显著，P＜0.05。
由图5 可知，改性豆渣添加量对馒头的硬度有显著影响，随着改性豆渣添加量的增加，馒头的硬度也随之增加。当添加50%的改性豆渣时，馒头的硬度达到最大值，比改性豆渣添加量0% 的馒头硬度显著提高了326.21%。这可能是由于豆渣中含有大量的膳食纤维，膳食纤维坚硬的刚性属性提高了馒头的硬度[24]，导致馒头硬度增加。
2.5 改性豆渣添加量对馒头比容的影响
比容反映馒头的蓬松度，是馒头的体积与质量之比，比容越大说明馒头的体积越大[25]。改性豆渣添加量对馒头比容的影响见图6。
图6 改性豆渣添加量对馒头比容的影响
Fig.6 Effect of modified soyabean residue addition on specific volume of steamed bread
不同小写字母表示差异显著，P＜0.05。
由图6 可知，随着改性豆渣添加量的增加，馒头的比容明显降低。这可能是因为改性处理提高了豆渣中SDF 的含量，然而豆渣中依然含有大量IDF，IDF 不能被酵母利用，很难进行发酵或糊化，导致酵母的利用率降低；添加改性豆渣不利于面筋网络结构的形成，分子间作用力降低，结构松散，持气能力下降，导致馒头比容减小[26]。
2.6 改性豆渣添加量对馒头色差的影响
色差是评价馒头外观和色泽的重要指标，对消费者可接受度有着直接影响。改性豆渣添加量对馒头色差的影响见表5。
表5 改性豆渣添加量对馒头色差的影响
Table 5 Effect of modified soybean residue addition on the color difference of steamed bread
色差L*值改性豆渣添加量/%a*值b*值W 值0 81.17±2.06 0.48±0.05 20.77±0.24 71.96±4.06 10 80.48±1.10 0.90±0.05 20.62±0.23 71.59±3.05 20 78.37±3.44 1.19±0.04 21.31±0.54 69.62±4.34 30 77.75±1.30 1.36±0.08 21.62±0.43 68.95±2.05 40 75.28±2.20 1.69±0.01 22.08±0.67 66.81±3.10 50 72.64±2.60 1.94±0.01 21.66±0.55 64.42±3.81
由表5 可知，随着改性豆渣添加量的增加，馒头的L*值和W 值逐渐降低，a*值逐渐增加，即馒头的颜色逐渐变暗，红值逐渐增大，这是由于豆渣本身有颜色，所以随着改性豆渣添加量增加，馒头的颜色也逐渐发黄变暗[27-28]。
2.7 改性豆渣添加量对馒头感官评分的影响
感官评定是通过嗅觉、视觉和味觉等对产品品质作出的客观真实评价。改性豆渣添加量对馒头感官评分的影响结果如图7 所示。
图7 改性豆渣添加量对馒头感官评分的影响
Fig.7 Effect of modified soybean residue addition on sensory scores of steamed bread
不同小写字母表示差异显著，P＜0.05。
由表7 可知，随着改性豆渣添加量的增加，馒头的感官评分逐渐降低，这是由于豆渣带有豆腥味，随着改性豆渣添加量的增加，馒头的豆腥味逐渐增大，并且颜色逐渐变暗，硬度逐渐增加，口感逐渐粗糙[29]。当改性豆渣添加量大于30%时，改性豆渣馒头的感官评分低于80。
2.8 改性豆渣添加量对馒头血糖生成指数的影响
血糖生成指数（glycaemic index，GI）是衡量人在餐后血糖反应的一项有效指标。食物的GI 值大于75 是高血糖食物，GI 值为55～75 是中血糖食物，GI 值小于55 是低血糖食物。改性豆渣添加量对馒头血糖生成指数的影响如表6 所示。
表6 改性豆渣添加量对馒头血糖生成指数的影响
Table 6 Effect of modified soybean residue addition on concentration at equilibrium of glycemic index
改性豆渣添加量/%0 10 20 30 40 50 C∞/%84.97±1.43 76.32±2.03 69.11±1.51 60.17±2.39 55.49±1.85 48.54±1.90 k 0.098±0.001 0.080±0.002 0.064±0.002 0.064±0.003 0.062±0.001 0.057±0.002 HI 84.87±0.50 75.20±1.30 66.82±1.80 58.18±1.50 53.49±1.10 46.39±1.90 pGI 81.35±0.43 73.02±1.12 65.80±1.55 58.35±1.29 54.31±0.95 48.18±1.64
k 值反映淀粉的水解速率的快慢，由表6 可知，随着改性豆渣添加量的增加，k 值逐渐降低，表明随着改性豆渣添加量的增加，馒头的消化速率逐渐降低，这是因为膳食纤维可以阻碍葡萄糖的扩散，减慢葡萄糖的吸收[30]，降低血糖含量，说明改性豆渣会抑制馒头淀粉的消化[31]。并且当改性豆渣添加量为30%时，馒头的pGI 值为58.35，接近55，表明此时的馒头为中血糖食物。
3 结论
本研究通过单因素和响应面试验，对豆渣改性工艺进行优化，以接菌量、改性时间、复合酶添加量3 个因素对馒头的硬度和比容进行回归模型的拟合，并对最佳工艺参数进行实际操作性调整，选用接菌量6%、改性时间6 h、复合酶添加量0.6%为最佳工艺参数；并对不同改性豆渣添加量的馒头进行比容、感官评分和pGI 值等的测定，最后选择改性豆渣添加量30%为最优。添加30% 改性豆渣的馒头感官评分为80.1±1.8，pGI 值为58.35±1.29，此时馒头的外部圆润，淡黄有光泽，富有弹性，内部气孔紧密且均匀。结果表明，豆渣馒头具有较高的品质和食用价值，本研究拓展了豆渣的应用，为豆渣馒头的进一步研究和工业化生产提供理论基础。
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