響應面法優化菠菜胡蘿卜掛面工藝研究

（呂梁學院生命科學系，山西呂梁033001）

菠菜里有十幾種重要氨基酸和多類礦物質[1]，富含VA、VC、VE及各種B族維生素，它富含抗氧化生物活性物質，如膳食纖維、植物固醇以及黃酮[2]。在藥用方面，除了輔助治療高血壓、慢性便秘、貧血、夜盲等疾病外，其在抗氧化、抗癌、消炎、降三高也有比較不錯的藥理活性[3]。因此，菠菜在食品方面還有很大的開發和利用價值。

胡蘿卜內的胡蘿卜素作為VA的前體物質，進入人體后可以大量補充機體對VA的需求。其具有保肝、清肝、利痰、增強抵抗力的功能[4]。胡蘿卜含有豐富的多糖物質，在降低人體血糖、調節人體免疫力、維護人體腸道健康等方面有很好的保健作用[5]。因此，在營養價值與保健方面，胡蘿卜已經被深入的研究和應用。

本研究在傳統的掛面中添加菠菜漿和胡蘿卜粉，研制出具有調節胃腸、色澤鮮麗、口感鮮美、營養豐富的菠菜胡蘿卜掛面。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

菠菜、胡蘿卜、面粉、食鹽：呂梁市天益超市。

1.2 試驗設備

電子分析天平（FA2104N）：天津精密儀器有限公司；植物微型粉粹機（FZ102）：上海科恒實業發展有限公司；干燥箱（DHG-9000）：上海吉泰制造有限公司；榨汁機（SBL-1702DS）：慈溪市斯泊林電器有限公司；電磁爐（YP-H3）：廣東順德盈派電器科技有限公司。

1.3 原料的預處理

胡蘿卜粉：選取優質的胡蘿卜，切成10 mm×10 mm的胡蘿卜丁。經電熱恒溫（55℃）干燥箱烘烤2 h、干燥至脫水。把脫水后的胡蘿卜干放入粉碎機內粉碎，將粗制胡蘿卜粉過100目篩后，即成品胡蘿卜粉，備用

菠菜漿的制備：選擇綠油油的菠菜，用清水洗干凈，晾干。菠菜與水按不同料液比榨漿，然后過濾，得到菠菜漿，備用。

1.4 工藝流程

鮮胡蘿卜→預處理→切丁→漂燙→冷卻→脫水→粉碎→篩分→稱量→胡蘿卜粉+菠菜漿+面粉+食鹽→和面→熟化→壓面切條→干燥→成品[6]

1.5 試驗設計

通過探討菠菜與水的料液比、菠菜漿增添量、胡蘿卜粉增添量等主要成分對菠菜胡蘿卜掛面的作用，采取單因素試驗和響應面優化試驗，以綜合感官評分標準確定菠菜胡蘿卜掛面的最佳配方。

1.6 檢驗方法

1.6.1 感官評價

將煮熟（500 mL水，100℃水溫，5 min）的菠菜胡蘿卜掛面，由10名專業人士品評打分。掛面評定標準[7]見表1。

表1 菠菜胡蘿卜掛面感官評分Table 1 Sensory scores of spinach and carrot noodles

續表1 菠菜胡蘿卜掛面感官評分Continue table 1 Sensory scores of spinach and carrot noodles

1.6.2 理化指標

利用折光儀法、酸堿中和滴定法、斐林試劑比色法及食品重金屬檢測儀分別測出可溶性固形物、總酸、總糖及重金屬的含量[8]。

1.6.3 微生物指標

細菌的總數和大腸菌群，通過平板計數方法測定；致病細菌，通過常規培養檢測法進行測定。

1.7 數據處理

采用Excel 2010對試驗數據進行整理后，采用Graphpad Prism8對單因素試驗作圖，采用Design-Expert 8.0統計軟件進行響應面優化分析。

2 結果和分析

2.1 菠菜與水的比例對菠菜胡蘿卜掛面感官品質的影響

不同菠菜與水的料液比對掛面感官評價的影響見圖1。

圖1 不同菠菜與水的料液比對掛面感官評價的影響Fig.1 Effect of different proportions of spinach and water on sensory evaluation of dry noodles

由圖1可知，當菠菜與水的料液比為0.20∶1、0.25 ∶1、0.30 ∶1（g/mL），菠菜胡蘿卜掛面質量良好，且分值相對要高。當菠菜與水的料液比為0.15∶1（g/mL），掛面的菠菜味味道很輕，菠菜的獨特顏色也不反映在面條上，這和沒有菠菜的掛面沒有太大的不同。伴著菠菜與水的比例逐漸變大，菠菜胡蘿卜掛面的分值呈現出鐘型的態勢。因為菠菜與水的料液比較小，雖然菠菜的顏色在該掛面上逐漸體現出來，開始加深，但掛面的菠菜味道還是較淡。所以較小的料液比對菠菜胡蘿卜掛面的影響并不顯著。當菠菜與水的料液比增大至0.35∶1（g/mL）時，雖然掛面的菠菜顏色很深，但菠菜味道明顯蓋過了胡蘿卜的味道，而且掛面的面筋網絡結構也不易形成，使面條的適口性和韌性降低，黏性加重，口感不好。因此，選取0.20∶1、0.25∶1、0.30∶1（g/mL）的菠菜與水的料液比作為響應面法試驗的最佳范圍。

2.2 菠菜漿增添量對菠菜胡蘿卜掛面感官品質的影響

不同菠菜漿增添量對掛面感官評價的影響見圖2。

圖2 不同菠菜漿增添量對掛面感官評價的影響Fig.2 Effect of different amounts of spinach pulp on sensory evaluation of dry noodles

由圖2可知，菠菜漿增添量分別占面粉質量的52%、56%、60%時，菠菜胡蘿卜掛面的品質較好，感官得分越高。當菠菜漿的加入量為48%時，面團具有的水含量少，面團不易形成，這是不容易被軋制成面片的。其次面片表面有很多不規則的小塊斑，使其顯得粗糙和不均勻。做成的掛面質地偏硬，表面粗糙，易斷，口感粗糙，適口性和韌性也較差，并且菠菜顏色也沒有很好地體現出來。隨著菠菜漿增添量的逐漸增大，菠菜胡蘿卜掛面的感官評分開始升高，適口性與韌性有了較好的提高，質地逐漸適中，表面開始變得均勻光滑，粗糙感消失，菠菜顏色也開始漸漸加深。但菠菜漿增添量過多，至64%時，菠菜胡蘿卜掛面的伸展力變差，黏性加重，嘗起來就會比較粘牙。所以，選取52%、56%、60%的菠菜漿增添量作為響應面法試驗的最佳范圍。

2.3 胡蘿卜粉增添量對菠菜胡蘿卜掛面感官品質的影響

不同胡蘿卜粉增添量對掛面感官評價的影響見圖3。

圖3 不同胡蘿卜粉增添量對掛面感官評價的影響Fig.3 Effect of different amounts of carrot powder on sensory evaluation of dry noodles

由圖3可知，胡蘿卜粉增添量分別為15、20、25 g時，菠菜胡蘿卜面條的質量較好，感官評分較高。當胡蘿卜粉使用量為10克，菠菜胡蘿卜面條的適口性一般，沒有明顯的胡蘿卜風味，其次胡蘿卜的顏色也不反映在面條上。隨著胡蘿卜粉增添量的逐漸增加，掛面的色澤，品味，組織結構均有了良好的改善。但菠菜胡蘿卜掛面的分值呈現為先升高后降低的趨勢。因為隨著胡蘿卜粉增添量過多，雖然掛面的顏色和組織結構均較好，但其胡蘿卜味濃重，以至于嚴重蓋過了菠菜的味道，使菠菜胡蘿卜掛面的感官品質逐漸降低。所以，選取15、20、25 g的胡蘿卜粉增添量作為響應面法試驗的最佳范圍。

2.4 響應面優化試驗分析

2.4.1 響應面試驗設計

基于單因素試驗，采用Box-Behnken模型，以感官評分Y為響應值，使用軟件Design-Expert V8.0.6做三因素三水平的響應面優化試驗，試驗設計見表2，試驗結果見表3。

表2 響應面試驗設計因素與水平Table 2 Design factors and levels of response surface test

表3 Box-Behnken試驗設計及結果Table 3 Experimental design and results of Box-Behnken

續表3 Box-Behnken試驗設計及結果Continue table 3 Experimental design and results of Box-Behnken

2.4.2 建立多元二次回歸方程與顯著性檢驗表

通過Design-Expert軟件，對表3中的試驗數據進行分析，擬合得出菠菜胡蘿卜掛面的感官評分（Y）關于菠菜與水的比例（A），菠菜漿增添量（B），胡蘿卜粉增添量（C）的多元二次回歸方程：

Y=-1 515.437 50+1 198.500 00A+4 738.875 00B+11.726 00C+587.500 00AB+0.700 00AC+3.125 00BC-3 039.000 00A2-4 404.687 50B2-0.335 90C2。

試驗的方差分析見表4。

表4 Box-Behnken試驗方差分析1Table 4 Test anova 1 of Box-Behnken

試驗的模型相關性分析見表5。

表5 Box-Behnken試驗方差分析2Table 5 Test anova 2 of Box-Behnken

由表4可知，模型是極顯著的（P≤0.01），失擬項是不顯著的（0.812 8＞0.05），這說明該線性回歸方程的模型擬合試驗情況良好，誤差小，能夠較好地預測試驗結果。表4中表明，對菠菜胡蘿卜掛面的感官評分結果有極顯著影響（P≤0.01）的因素是主要項A、C與所有次要項A2、B2、C2。而對該款掛面分值有顯著影響（P≤0.05）的因素是主要項B與交互項AB。按對感官評分結果影響大小的順序將各因素排列：菠菜與水的料液比A＞胡蘿卜粉增添量C＞菠菜漿增添量B。

由表5可知，模型相關性R2=0.995 9，校正系數R2Adj=0.990 6，說明預測值非常靠近于測量值，該模型非常適合實際情況。變異系數CV=0.93%，這表明，該模型能很好反映真實測試值，并且可以保證測試的高可靠性。因此，該模型可被用于分析和預測菠菜胡蘿卜面條的加工技術。

2.4.3 多因素交互作用影響曲面分析

采用Design Expert軟件對各因素之間的交互作用做全面的模型分析，得到響應面圖和等高線圖，結果見圖 4、圖 5、圖 6。

由圖4可知，影響系數A菠菜與水的料液比、影響系數B菠菜漿增添量及其交互作用對菠菜胡蘿卜掛面的感官品質有顯著的影響。當影響系數A菠菜和水的料液比為0.25∶1（g/mL），影響系數B菠菜漿增添量為56%，菠菜胡蘿卜面條的感官評分是最高的。當菠菜與水的料液比固定不變時，隨著菠菜漿增添量的變化方向，其等高線密度較大。因此，可以從等高線分析中得出結論：相較于影響系數A菠菜與水的料液比而言，影響系數B菠菜漿增添量對菠菜胡蘿卜掛面感官質量的影響效果并不明顯。影響系數A菠菜與水的料液比對該款掛面感官品質的影響則更為顯著。

由圖5可知，當影響系數A菠菜與水的料液比為0.25∶1（g/mL）、影響系數C 胡蘿卜粉增添量為20.33 g，菠菜胡蘿卜掛面的感官評分是最高的。當菠菜與水的料液比固定不變時，隨著胡蘿卜粉增添量的變化方向，其等高線密度較大。因此，可以從等高線分析得出結論：與影響系數A菠菜與水的料液比相比，影響系數C胡蘿卜粉增添量對菠菜胡蘿卜掛面感官質量的影響效果并不太明顯。因素A菠菜與水的料液比對該款掛面感官品質的影響較為顯著。

圖4 因素A和B交互作用的響應面和等高線Fig.4 Response surfaces and contour lines of the interaction between factors A and B

圖5 因素A和C交互作用的響應面和等高線Fig.5 Response surfaces and contour lines of the interaction between factors A and C

圖6 因素B和C交互作用的響應面和等高線Fig.6 Response surfaces and contour lines of the interaction between factors B and C

由圖6可知，當影響系數B菠菜漿增添量為56%、影響系數C胡蘿卜粉增添量為20.33 g時，菠菜胡蘿卜掛面感官評分最高。當菠菜漿增添量固定不變時，隨著胡蘿卜粉增添量的變化方向，其等高線密度較大。從等高線分析可以看出：與影響系數B菠菜漿增添量相比，影響系數C胡蘿卜粉增添量對菠菜胡蘿卜掛面感官質量的影響效果與影響系數B菠菜漿增添量相比較差。影響系數B菠菜漿增添量對該款掛面感官質量的影響則較為顯著。

2.5 模型驗證

模型驗證結果見表6。

通過響應面試驗分析，得出菠菜胡蘿卜掛面的最佳工藝條件為：菠菜與水的料液比為0.25∶1（g/mL）、菠菜漿增添量為56%、胡蘿卜粉增添量為20.33 g。在此條件下的感官評分的預測值是87.713 9。對該模型預測的準確性和可靠性進行驗證，按照優化后的最佳工藝配方，再根據實際情況進行修正，得到實際工藝條件：菠菜與水的料液比為0.25∶1（g/mL）、菠菜漿增添量為56%、胡蘿卜粉增添量為20 g。在此條件下做3個平行試驗，平均感官分值為88。這與該模型的感官評分預測值是非常相似的。這表明，該模型可以預測的實際情況良好，說明菠菜胡蘿卜面條的最佳工藝條件是可靠和準確的。

表6 最佳工藝驗證結果Table 6 The best process validation results

2.6 理化指標測定結果

測定出可溶性固形物為24%，大于12%，符合國家規定標準。總酸（以乳酸計）0.62%～0.76%，符合國家規定標準。總糖為74%，大于8%，符合國家規定標準。重金屬含量不超標。

2.7 微生物指標測定結果

細菌總數≤100個/mL；大腸菌群≤3個/100 mL；致病菌未檢出。

2.8 最優工藝感官評價結果

最優工藝感官評價結果見表7。

表7 最優工藝感官評價結果Table 7 Sensory evaluation results of optimal process

續表7 最優工藝感官評價結果Continue table 7 Sensory evaluation results of optimal process

3 結論

本研究以菠菜、胡蘿卜、面粉為主要原料，研究一款營養強化型掛面，即菠菜胡蘿卜掛面的最佳工藝條件。把感官評分作為分析指標，基于所述單因素試驗上，使用響應面法來優化菠菜胡蘿卜掛面的加工條件。最佳工藝條件如下：水與菠菜料液比為0.25∶1（g/mL），菠菜漿增添量為56%，胡蘿卜粉加入量為20 g。在此條件下制作出的菠菜胡蘿卜掛面色澤漂亮，表面光滑無斑，爽口，不粘牙，咬力適中，有嚼勁，有豐富的菠菜胡蘿卜風味，感官評分最高，為88分。