響應面優化紫薯生全粉掛面配方工藝

熊添，蔡芳，何建軍，王少華，施建斌，蔡沙，隋勇，陳學玲，范傳會，家志文，梅新

（湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所，湖北省農業科技創新中心農產品加工分中心，湖北 武漢 430064）

中國是世界面條消費大國，其中以掛面為代表的面條干制品占領了中國國內主流消費市場[1]。花色掛面是指以小麥粉為主要原料，添加品質改良劑和風味、營養強化劑，經手工或機器加工制成的掛面。目前常見的花色掛面類型包括南瓜掛面[2]、紫薯掛面[3]、薏米掛面[4]、猴頭菇掛面[5]、荷葉粉掛面[6]、鎖擲孢酵母菌掛面[7]、枸杞掛面[8]等。較普通掛面而言，花色掛面在外觀、色澤和營養價值等方面對消費者更具吸引力，但在生產過程中，隨著其他配料的加入，小麥粉所占比重減少，掛面的品質特性受到影響，易出現斷條、糊湯、適口性差等問題[9]。

紫薯生全粉掛面是花色掛面的典型代表，具有誘人的色澤、豐富的營養價值和一定的保健功效，其含有的功能成分花青素具有清除自由基、延緩衰老的作用[10-11]；含有的膳食纖維可促進腸胃蠕動，預防便秘、結腸癌、冠心病等[12-13]。目前有不少關于紫薯掛面改良的研究，如苑建偉等[3]通過正交試驗確定了生產紫薯掛面的最適紫薯粉、水添加量以及谷朊粉添加量，李升等[14]用谷朊粉、魔芋膠、硬脂酰乳酸鈉這3種改良劑提升了紫薯掛面的蒸煮品質和感官品質。但改良的重點往往是在掛面的口感、質構等方面[15-16]，在工藝優化時對紫薯生全粉掛面色澤、營養和功能成分保存等方面的考量較為欠缺。本研究以紫薯生全粉添加量、水添加量、檸檬酸添加量、魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM）添加量為自變量，紫薯生全粉掛面感官評分為因變量，在單因素試驗結果的基礎上，設計四因素三水平的響應面試驗優化紫薯生全粉掛面配方工藝，并對比優化后掛面與市售掛面在蛋白質、花青素、膳食纖維等營養成分和硬度、蒸煮損失等蒸煮性能方面的差異，為開發營養健康的紫薯生全粉掛面提供了理論依據和數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫薯生全粉：湖北根聚地農業發展股份有限公司；高筋小麥粉：河北五得利面粉集團有限公司；檸檬酸、KGM：河南萬邦實業有限公司。所用化學試劑均為國產分析純。

ASM-DA1000和面機：北美電器有限公司；BS-210分析天平：德國賽多利斯公司；FC1－220型單相雙值電容電動壓面切條機：臺州浪騰機電有限公司；C22-F2電磁爐：杭州九陽生活電器有限公司；TAXT plus型質構儀：英國Stable Micro Systems公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 紫薯生全粉掛面的制作

紫薯生全粉掛面的制作參照施建斌等[17]的方法略作修改，主要流程：混粉→拌粉→加水→和面→醒面→軋面→晾曬。

將紫薯生全粉、小麥粉及添加劑配料放入和面碗中攪拌均勻，取適量純凈水加入到盛有混粉樣品的和面碗中，邊加邊攪拌，使其充分接觸。然后使用和面機3檔和面至面團表面均勻光滑。將和好的面團放置醒發箱（25±2）℃醒面20 min，然后將醒發好的面團，置于軋面機上軋6次～7次，直至軋出的面片顏色、厚度均勻。用2.00 mm切刀對面條進行切割，切割后將面條梳理好，用鐵桿將其懸掛于陰涼通風處晾制48 h，得到成品掛面水分含量在15%以下，面長切割至200 mm，方便儲存。

1.2.2 單因素試驗設計

以100 g小麥粉為基準，選擇影響紫薯生全粉掛面工藝配方的4個主要因素[紫薯生全粉添加量（0%、2%、4%、6%、8%、10%）、水添加量（30%、32%、34%、36%、38%、40%）、檸檬酸添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）、KGM 添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）]進行單因素試驗，以感官評分為指標，確定最佳的單因素條件。

1.2.3 響應面試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，采用Box-Behnken試驗，以紫薯生全粉添加量、水添加量、檸檬酸添加量、KGM添加量為自變量，紫薯生全粉掛面感官評分為響應值，設計四因素三水平的響應面試驗，因素水平見表1。

表1 響應面試驗設計因素和水平Table 1 Factors and their levels used in response surface analysis

1.2.4 感官評價方法

參照梅新等[18]的方法略作修改，感官評定小組由10名經過感官評定培訓的專業人員組成，根據表2評判標準對煮后掛面進行綜合評分，總分為100分，所有測定試驗重復3次，取平均分為最終感官評分。

表2 紫薯生全粉掛面感官評價Table 2 Sensory evaluation of noodles made by raw purple sweet potato flour

續表2 紫薯生全粉掛面感官評價Continue table 2 Sensory evaluation of noodles made by raw purple sweet potato flour

1.2.5 基本成分的測定

水分、灰分、脂肪、淀粉、蛋白質、膳食纖維含量的測定分別參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》中的直接干燥法、GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》中的高溫灼燒法、GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》中的索氏抽提法、GB 5009.9—2016《食品安全國家標準食品中淀粉的測定》中的酶水解法、GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法、GB 5009.88—2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》中的方法。花青素含量參照秦燕[19]的方法測定，酸化乙醇提取后，利用雙波長pH示差法測定其含量。碳水化合物及能量的計算參照田洪蕓等[20]的方法，按照食品總質量為100進行，按如下公式計算。

1.2.6 面條蒸煮特性的測定

取一定量的面條記數量為M1，質量為M3，置于沸水中煮制6 min，撈出面條并瀝水5 min，記錄煮制瀝水后面條質量M4以及此時完整的面條數量M2，然后將面條干燥至恒重M5。面條的斷條率、吸水率和蒸煮損失率參照以下公式計算。

參照施建斌等[21]的方法，采用質構儀測定煮熟后紫薯生全粉掛面的硬度、切割力和拉伸力。

1.3 數據處理

所有試驗均重復3次以上，試驗數據經Microsoft Excel 2013處理后，用Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 紫薯生全粉掛面配方工藝優化單因素試驗結果與分析

單因素試驗結果見圖1。

圖1 單因素試驗結果Fig.1 Results of single factor experiment

檸檬酸具有降低掛面組織體系的pH值、與金屬離子鰲合、延緩和抑制酶促褐變的作用，是常用的綠色無硫護色劑，同時也是食品調味劑[22]。由圖1可知，檸檬酸的適宜添加量為0.6%，此條件下掛面的感官評分為76.20±1.32，較未添加檸檬酸的掛面色澤更加鮮艷動人，其感官評分提升了13.56%。檸檬酸添加量一旦超過0.8%，掛面酸味明顯，食味等感官評分指標得分顯著下降。

KGM是從魔芋塊莖里提取的一種高分子量、非離子型水溶性多糖，也是已知植物多糖中黏度最大的天然高分子多糖[23]。KGM由于其水溶液具有較高的黏度，因此在食品工業中廣泛用作增稠劑、乳化劑、穩定劑等，適度添加有助于增進掛面的韌性、光滑度，過度添加則會導致掛面過黏、感官評分降低。由圖1可知，KGM的適宜添加量為0.6%，此條件下掛面的感官評分為75.10±0.99，較未添加KGM的掛面感官評分提升了11.92%。

面粉中的麥醇溶蛋白和麥谷蛋白與水結合可形成面筋結構，具有較強的黏彈性和延展能力。一旦加水量過多，面條過黏，難以成型；而當加水量過少，則會影響面筋的形成，掛面口感過硬、結構粗糙、彈性差[24]。由圖1可知，水的適宜添加量為32%，此條件下掛面的感官評分為68.40±0.84。

2.2 紫薯生全粉掛面配方工藝優化響應面試驗結果與分析

2.2.1 響應面優化試驗結果

應用Desin-Expert軟件設計四因素三水平響應面試驗，共29個試驗，其中5個中心試驗，24個析因試驗，結果如表3所示。

我的病，耽誤了父親和母親許多田間地頭的活計，一服接一服的中藥也花光了家里節衣縮食省下來的那點毛票。父親不得不叫我的姐姐們去山上割回更多的蓑草，利用晚上的時間打草鞋，再拿到集市上去賣。

表3 響應面試驗設計與結果Table 3 Box-Behnken test design and results

經回歸擬合，得到預測方程為Y=85.48+1.11A-1.26B-1.30C+0.97D-0.18AB-1.50AC+0.52AD-1.75BC-0.29BD-0.39CD-2.22A2-1.98B2-5.14C2-2.65D2。試驗設計經量綱編碼信息處理，回歸系數絕對值大小可反映該因素對響應值的影響情況[25]。

2.2.2 回歸模型和方程系數顯著性檢驗分析

響應面回歸模型方差分析見表4。

表4 響應面回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of response surface regression model

如表4所示，模型回歸方程達到極顯著水平（P＜0.000 1），模型的決定系數R2=0.930 7，表明此模型實測值與預測值之間具有高度的相關性；失擬項P=0.153 6＞0.05，表明失擬因素不顯著，具有可信度。綜上分析，該模型與實際情況擬合較好，能較好反映各個因素和響應值之間的真實關系，能夠用于預測紫薯生全粉掛面的最佳配方工藝。其中A、B、C對感官評分影響極顯著，D對感官評分影響顯著，BC和AC交互作用顯著，各因素影響程度排序為 C＞B＞A＞D，D 和 A、B、C間不存在顯著交互作用。

各因素交互作用影響感官評分的響應面圖和等高線圖見圖2。

圖2 各因素交互作用影響感官評分的曲面圖和等高線圖Fig.2 The surface and contour plots of sensory evaluation were influenced by the interaction of various factors

響應面曲面的坡度直接反映各因素對掛面感官評分結果的影響程度，坡度越平緩代表研究因素對結果影響程度較小，越陡峭代表影響程度越大[26]。等高線每條曲線代表感官評分相同，呈橢圓形說明研究因素之間的交互作用顯著，呈圓形則說明交互作用不顯著，等高線中最小的橢圓中心點為響應面的最高點。圖2與表4方差分析結果具有一致性，水添加量和檸檬酸添加量以及紫薯生全粉添加量和檸檬酸添加量的交互作用對感官評分的影響顯著。

2.2.3 條件優化和驗證試驗

通過對二次多元回歸模型進行優化處理，得到最優試驗方案為紫薯生全粉添加量8.70%、水添加量31.40%、檸檬酸添加量0.57%、KGM添加量0.65%，感官評分的預測值為86.05。為驗證該條件下的合理性，在該最優條件下進行3次重復試驗，制得的紫薯生全粉掛面感官評分為85.17±0.23，與理論值的相對誤差為1.02%（＜5%），說明該模型與實際情況擬合較好，結果可靠，可以指導實際生產。

2.3 優化后紫薯生全粉掛面品質分析

2.3.1 掛面基本營養成分

掛面基本營養成分情況見表5。

紫薯生全粉和小麥粉的營養成分組成存在顯著差異，紫薯生全粉不含面筋蛋白，但具有豐富的花青素和膳食纖維[27-28]，因此加入紫薯生全粉制作的花色掛面在營養品質上和普通小麥粉掛面存在明顯區別。由表5可知，紫薯生全粉掛面的水分含量、碳水化合物含量以及可提供的能量分別為（12.78±0.02）、（71.35±0.20）g/100 g 和（1 427.63±6.53）kJ/100 g，與市售普通掛面基本持平；灰分、脂肪、蛋白質含量分別為（0.95±0.01）、（1.18±0.08）g/100 g 和（10.06±0.01）g/100 g，均略低于市售普通小麥粉掛面；膳食纖維和花青素含量分別為（3.68±0.08）g/100 g和（0.19±0.01）mg/g，與市售普通小麥粉掛面相比分別提升了25.60%和3.75倍。

2.3.2 掛面蒸煮特性

掛面蒸煮特性見表6。

表6 掛面蒸煮特性情況Table 6 Cooking characteristics of noodles

由表6可知，按優化配方制得的紫薯生全粉掛面煮后無斷條，吸水率和蒸煮損失率分別為（161.38±1.32）%和（15.43±0.53）%，較市售普通小麥粉掛面分別降低了5.70%和22.23%。煮后掛面的硬度、拉伸力和切割力分別為（4 540.72±348.11）、（68.76±5.75）g 和（117.07±12.46）g，較市售普通小麥粉掛面分別提升了92.62%、87.31%和3.40倍。綜上所述，依據最優配方制得的紫薯生全粉掛面蒸煮性能良好。

3 結論

本研究以感官評分為指標，設計四因素三水平響應面試驗優化了紫薯生全粉掛面配方工藝：紫薯生全粉添加量8.70%、水添加量31.40%、檸檬酸添加量0.57%、KGM添加量0.65%，此條件下制作的掛面感官評分的預測值為86.05，經3次重復試驗驗證得到的感官評分值為85.17，相對誤差為1.02%，模型擬合良好，可用于指導實際生產。對掛面進行品質評價，其色澤鮮亮、口感筋道、帶有紫薯的清香，水分含量為（12.78±0.02）g/100 g、脂肪含量為（1.18±0.08）g/100 g、蛋白質含量為（10.06±0.01）g/100 g、可供能量為（1 427.63±6.53）kJ/100 g，膳食纖維和花青素含量較普通掛面分別提升了25.60%和3.75倍，且蒸煮性能良好，無斷條情況發生。