響應面法優化藜麥多谷物代餐粉工藝

高婷婷，劉靜雪，李鳳林，謝天，姜麗冬，曾英男

1. 吉林農業科技學院食品工程學院（吉林 132101）；2. 吉林省釀造技術科技創新中心（吉林 132101）；3. 農業農村部國家糖料加工技術研發分中心（吉林 132101）

近年來，利用藜麥等多谷物制作成營養均衡的代餐粉，一方面可以取代高脂、高熱量食物，改善營養攝入不均衡的現象，另一方面還可以調整飲食習慣、清理腸道，達到提供能量、補充營養、健康瘦身的目的[1]。莜麥、藜麥、山藥等均是高蛋白、高膳食纖維、低熱量的營養型粗糧，常食可以預防心血管疾病、結腸癌等，還可以降低血糖濃度、膽固醇以及類脂濃度，所以是糖尿患者、肥胖者和減肥人群的良好食物來源之一[2]。試驗采用雙螺桿擠出法對莜麥粉進行改性，得到的莜麥改性粉在蛋白質、碳水化合物、脂肪、膳食纖維等方面均有改變。以玉米改性粉為基準，將制得的莜麥改性粉與藜麥改性粉、山藥改性粉、木糖醇等按一定比例進行混合，確定最佳工藝條件及調配配方，研制一種色澤、口感及風味都符合大多數人群食用的藜麥代餐粉，既可以達到健康減肥目的，又可以增強體質[3-4]。

1 材料與方法

1.1 材料

莜麥改性粉、玉米改性粉、藜麥改性粉、山藥改性粉（實驗室自制）；木糖醇（大連福益康商貿有限公司）。

1.2 儀器與設備

FA-2204C型分析天平（上海佑科儀器有限公司）；WF-30型粉碎機（江陰市優協機械制造有限公司）；篩子（上海如昂機電科技有限公司）；SLG-30型雙螺桿擠出機（濟南賽百諾科技開發有限公司）；BZF-50型真空干燥箱（上海鼎科科學儀器有限公司）；MB-45型快速水分測定儀（美國奧豪斯儀器有限公司）。

1.3 藜麥代餐粉單因素試驗

1.3.1 莜麥改性粉添加量對藜麥代餐粉工藝的影響

以玉米改性粉為基準，在藜麥改性粉添加量為11%、山藥改性粉添加量為10%、木糖醇添加量為2.0%的條件下，莜麥改性粉添加量分別為16%，18%，20%，22%和24%，依據感官評分為考核指標，考察莜麥改性粉添加量對藜麥代餐粉工藝的影響。

1.3.2 藜麥改性粉添加量對藜麥代餐粉工藝的影響

以玉米改性粉為基準，在莜麥改性粉添加量為20%、山藥改性粉添加量為10%、木糖醇添加量為2.0%的條件下，藜麥改性粉添加量分別為7%，9%，11%，13%和15%，依據感官評分為考核指標，考察藜麥改性粉添加量對藜麥代餐粉工藝的影響。

1.3.3 山藥改性粉添加量對藜麥代餐粉工藝的影響

以玉米改性粉為基準，在莜麥改性粉添加量為20%、藜麥改性粉添加量為11%、木糖醇添加量為2.0%的條件下，山藥改性粉添加量分別為6%，8%，10%，12%和14%，依據感官評分為考核指標，考察山藥改性粉添加量對藜麥代餐粉工藝的影響。

1.3.4 木糖醇添加量對藜麥代餐粉工藝的影響

以玉米改性粉為基準，在莜麥改性粉添加量為20%、藜麥改性粉添加量為11%、山藥改性粉添加量為10%的條件下，木糖醇添加量分別為1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%，依據感官評分為考核指標，考察木糖醇添加量對藜麥代餐粉工藝的影響。

1.4 藜麥代餐粉響應面試驗[5]

綜合考察單因素試驗結果，以莜麥改性粉添加量（A）、藜麥改性粉添加量（B）、山藥改性粉添加量（C）、木糖醇添加量（D）作為因素，以藜麥代餐粉感官評分為考核指標，設計四因素三水平的響應面，確定藜麥代餐粉最佳工藝參數[6]。試驗因素及水平見表1。

表1 響應面設計因素水平表

1.5 藜麥代餐粉感官評分標準表（參見表2）

表2 藜麥代餐粉感官評分標準表

2 結果與分析

2.1 藜麥代餐粉單因素試驗

2.1.1 莜麥改性粉添加量對藜麥代餐粉感官評分的影響

莜麥改性粉添加量對藜麥代餐粉感官評分的影響結果見圖1。

由圖1可知，藜麥代餐粉的感官評分隨著莜麥改性粉添加量增加而呈現先增加后下降趨勢，莜麥改性粉添加量為16%時，產品的感官評分最低。莜麥改性粉添加量為20%時，產品的感官評分達到最高[7]。但是，莜麥改性粉添加量超過20%后，莜麥味過濃，流動性差，易結塊，從而使藜麥代餐粉的感官評分降低，因此，適宜的莜麥改性粉添加量為20%。

圖1 莜麥改性粉添加量對感官評分的影響

2.1.2 藜麥改性粉添加量對藜麥代餐粉感官評分的影響

藜麥改性粉添加量對藜麥代餐粉感官評分的影響結果見圖2。

由圖2可知，藜麥代餐粉的感官評分隨著藜麥改性粉添加量增加而呈現先增加后下降趨勢，藜麥改性粉添加量為7%時，產品的感官評分最低[8]。藜麥改性粉添加量為11%時，產品的感官評分達到最高。但是，藜麥改性粉添加量超過11%后，藜麥改性粉的苦味增強，滋味較差，從而使藜麥代餐粉的感官評分降低，因此，適宜的藜麥改性粉添加量為11%。

圖2 藜麥改性粉添加量對感官評分的影響

2.1.3 山藥改性粉添加量對藜麥代餐粉感官評分的影響

山藥改性粉添加量對藜麥代餐粉感官評分的影響結果見圖3。

由圖3可知，藜麥代餐粉的感官評分隨著山藥改性粉添加量增加而呈現先增加后下降趨勢，山藥改性粉添加量為6%時，產品的感官評分最低。山藥改性粉添加量為10%時，產品的感官評分達到最高。但是，山藥改性粉添加量超過10%后，山藥改性粉的黏度過高，氣味過重，從而使藜麥代餐粉的感官評分降低，因此，適宜的山藥改性粉添加量為10%[9]。

圖3 山藥改性粉添加量對感官評分的影響

2.1.4 木糖醇添加量對藜麥代餐粉感官評分的影響

木糖醇添加量對藜麥代餐粉感官評分的影響結果見圖4。

結果表明，藜麥代餐粉的感官評分隨著木糖醇添加量增加而呈現先增加后下降趨勢，木糖醇添加量為1.0%時，產品的感官評分最低。木糖醇添加量為2.0%時，產品的感官評分達到最高[10]。但是，木糖醇添加量超過2.0%后，整體甜味變重，口感及滋味較差，從而使藜麥代餐粉的感官評分降低，因此，適宜的木糖醇添加量為2.0%。

圖4 木糖醇添加量對感官評分的影響

2.2 藜麥代餐粉工藝參數的優化

2.2.1 數學模型的建立與顯著性檢驗

依據單因素試驗，運用Box-Behnken試驗設計原理，以莜麥改性粉添加量（A）、藜麥改性粉添加量（B）、山藥改性粉添加量（C）、木糖醇添加量（D）作為響應因素，以藜麥代餐粉感官評分（Y）為響應值設計試驗，試驗方案及其結果見表3[11]。

采用Design-Expert 8.0.6軟件對表3進行多元回歸擬合、方差分析及顯著性檢驗，得到以藜麥代餐粉感官評分Y為目標函數，關于各條件編碼值的二次回歸方程為：Y=94.71-1.08A+0.60B+0.96C+0.84D+1.02AB-3.06AC+1.93AD+0.56BC+2.20BD-0.91CD-3.11A2-1.85B2-2.83C2-2.28D2。

表3 Box-Behnken中心組合試驗設計及結果

對該模型進行顯著性檢驗，可得到方差分析見表4，模型的可信度分析見表5。

表4 回歸方程方差分析表

表5 回歸模型的可信度分析

由表4和表5可知，模型的p＜0.000 1，遠小于0.01，說明該模型極顯著，回歸模型與實際測定數值能夠很好的擬合，試驗誤差較小，因此，可用回歸方程代替試驗真實值對試驗結果進行分析，R2=94.65%，預測值與實測值之間具有高度的相關性，說明方程可靠性較高[12]。在回歸模型中，A、C、D、AC、AD、BD、A2、B2、C2、D2均對響應值影響極顯著，B對響應值影響顯著，AB、BC、CD對響應值影響不顯著。所以，影響產品感官評分因素由大到小依次為：莜麥改性粉添加量＞山藥改性粉添加量＞木糖醇添加量＞藜麥改性粉添加量。

2.2.2 各因素的交互作用對藜麥代餐粉感官評分的影響

響應面圖是可直觀反應各因素的交互作用的三維空間曲面圖。為考察各因素間的交互作用對響應值藜麥代餐粉感官評分的影響，使其中任意的2個因素不變的情況下，對模型進行降維分析[13]。由Design-Expert 8.0.6軟件對其進行統計分析，所得響應面及其等高線見圖5。

圖5 各兩因素交互作用響應面及等高線圖

等高線能夠直接觀察出各個因素的交互作用和對響應值的影響情況[14]。等高線中的橢圓形表示兩因素的交互作用比較明顯，而圓形則表示兩因素交互作用不太明顯[15]。莜麥改性粉添加量（A）與山藥改性粉添加量（C）、莜麥改性粉添加量（A）與木糖醇添加量（D）、藜麥改性粉添加量（B）與木糖醇添加量（D）之間的交互作用極顯著，具體表現為等高線圖呈明顯的橢圓形。

2.2.3 優化莜麥改性粉工藝參數

為進一步確定最佳參數，對擬合的回歸方程求分別一階偏導數，并設其為0，得到三元一次方程如下：

求解得：A=-0.261、B=0.203、C=0.313、D=0.109。即最佳工藝參數為：莜麥改性粉添加量18.96%、藜麥改性粉添加量11.81%、山藥改性粉添加量11.25%、木糖醇添加量2.11%，在此條件下藜麥代餐粉感官評分為96.53分。為了方便現實中的操作，將參數修正為莜麥改性粉添加量19%、藜麥改性粉添加量12%、山藥改性粉添加量11%、木糖醇添加量2.0%。采用修正后的工藝參數進行3次驗證試驗，制得藜麥代餐粉感官評分為96.68分。

3 結論

試驗以制得的莜麥改性粉、藜麥改性粉、山藥改性粉、木糖醇為主要原料，按照一定比例確定藜麥代餐粉的最佳工藝參數。結果表明，以玉米改性粉為基準，莜麥改性粉添加量19%、藜麥改性粉添加量12%、山藥改性粉添加量11%、木糖醇添加量2.0%時，藜麥代餐粉的感官評分達到最高分96.68分，此時制得的藜麥代餐粉口感及沖調性最好。影響藜麥代餐粉感官評分的因素由大到小依次為：莜麥改性粉添加量＞山藥改性粉添加量＞木糖醇添加量＞藜麥改性粉添加量。