響應面法優化山藥芋頭食養面條的加工工藝研究

張小梅，樓燁，董艷梅，安艷霞，4，*

（1.鄭州工程技術學院化工食品學院，河南鄭州450053；2.河南省速凍食品工程技術研究中心，河南鄭州450053；3.河南農業大學食品科學技術學院，河南鄭州450002；4.農業部大宗糧食加工重點實驗室，河南鄭州450002）

山藥是薯蕷科中一種纏繞草質藤本而生的植物，山藥肉質潔白，含有淀粉、蛋白質、多種維生素、鈣、磷等人體必需的營養素，其中所含有的黏多糖能夠有效刺激和調節人體的免疫系統，具有抗衰老、抗病毒以及抗腫瘤的作用[1]。山藥粉是山藥經清洗、去皮、切片、干燥、細磨成粉末狀，是山藥食品開發的重要原料。芋頭又稱芋艿、毛芋頭、青芋，屬于天南星科草本植物[2]，含有豐富的B族維生素以及維生素C和胡蘿卜素，此外還含有鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等礦物質元素。芋頭中含有的黏液蛋白吸收進入人體后能夠產生免疫球蛋白，從而提高人體的免疫功能，因此常用作藥膳主食來防治疾病[3]。芋頭淀粉顆粒僅為馬鈴薯淀粉大小的十分之一，其消化率達98.8%，芋頭常被制成芋粉或芋泥用以長期保存，以延緩其保質期。

早在東漢時期的中國就有了面條[4]，面條不僅是我國北方的主食，也是我國作為糧食大國最主要的面制品之一。隨著科技的發展與技術的進步，單一的面條已經無法滿足人們對于營養與口感的需求，出現了花色面條如雜糧面條、果蔬面條等，即將五谷雜糧、果蔬、薯類等組分添加到普通面粉中制取面條不僅彌補了傳統面條的營養缺陷，還為面條補充了維生素、礦物質等營養物質[5]。市場上花色面條主要集中在雜糧面、雞蛋面和蔬菜面，但該類產品的開發與制作仍無法滿足消費者對功能性食品的需求。本文將山藥和芋頭這兩種藥食同源性物料添加于小麥粉中制作食養面條，研制出在口感、營養、健康等方面都優于傳統面條的食養類面條，該類面條的加工不僅豐富了我國市場上現有花色面條的種類，同時也為山藥和芋頭的精深加工與綜合利用開辟了新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉：鄭州金苑面業有限公司；山藥粉、芋頭粉、谷朊粉、復合磷酸鹽：亳州市連銳商務有限公司；食鹽：青海省鹽業股份有限公司。

1.2 儀器與設備

JHMZ200針式和面機：北京東方孚德技術有限公司；FKM200壓面機：永康市富康電器有限公司；C21-SK805電磁爐：杭州九陽小家電有限公司；CS-10色差儀：九聯科技有限公司；A231414烘箱：上海艾測電子科技有限公司；FL-2電爐：上海樹立儀器儀表有限公司；TA-36R質構儀：上海保圣實業發展有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 面條制作工藝流程

主要原輔料（小麥粉、山藥粉、芋頭粉、谷朊粉、復合磷酸鹽、食鹽、水）→計量→和面→熟化→壓延→二次熟化→切片→切條→成品

1.3.2 蒸煮損失的測定

采用LS/T 3212-2014《掛面》中的方法進行面條蒸煮損失的測定[6]。蒸煮損失的計算見公式（1）。

式中：P為蒸煮損失率，%；M為100 mL面湯中干物質的質量，g；W為鮮濕面的水分含量，%；G為樣品質量，g。

1.3.3 感官評價

將面條置于沸水中進行煮制，蒸煮5 min后撈出，由9位食品專業的學生，年齡在18歲～25歲之間，組成品嘗小組，參照LS/T 3212-2014《掛面》的方法進行感官評定[7]，總分為100分，面條感官評分表見表1。

表1 面條感官評價評分標準Table 1 Standard of evaluation for sensory quality of noodles

1.3.4 質構的測定

采用質構儀對煮后的面條進行測定[8]，測試時選用Code HDP/PFS探頭，取11根煮后的面條，緊密的擺放在載物臺上，模式選擇為Measure Force in Compression，前測速度為2.0 mm/s，測試速度為0.8 mm/s，壓縮比為70%，觸發模式為Auto-3g。兩次壓縮時間間隔為1 s，對每個試樣進行5次平行試驗。

1.4 單因素試驗

分別對山藥粉和芋頭粉（預混粉）添加質量分數比及添加量、谷朊粉和水添加量共4個因素進行單因素分析，研究各因素對面條品質的影響。

1.5 響應面試驗分析

根據響應面設計原理，綜合單因素試驗分析結果，以預混粉質量分數比（A）、谷朊粉量（B）、水添加量（C）作為因素，采用三因素三水平的Box-Behnken響應面設計方法，以感官評價和蒸煮損失為響應值進行優化試驗，試驗因素水平見表2。

表2 響應面因素水平表Table 2 Factors and levels of reponse surface experiment

1.6 數據處理

采用數理統計分析軟件SPSS 16.0和Excel進行數據分析，結果表示為平均值±標準差，Origin 8.6軟件制圖。單因素和響應面試驗數據采用Design Export8.0.6軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 預混粉添加質量分數比對面條蒸煮品質及感官品質的影響

預混粉的添加量為總原輔料的20%[9]，預混粉添加質量分數比對面條品質的影響如圖1所示。

圖1 預混粉添加質量分數比對面條的蒸煮品質和感官品質的影響Fig.1 Effects of additive proportion of premixed flour on cooking quality and sensory quality of noodles

該食養面條的感官品質隨山藥粉比例的減少總體呈上升趨勢，并在預混粉質量分數比為10∶10時感官評價最佳；而蒸煮損失隨山藥粉比例的減少則表現為先減少后增大的趨勢，分析其原因主要是原輔料中的淀粉與面粉中的面筋蛋白發生相互作用[10]，面筋網絡得到充分擴展，面條的蒸煮損失逐步減少；當山藥粉占比為10%時，蒸煮損失最小為2.40%，感官評分表現為最大值86.8。綜合以上分析指標，得出預混粉質量分數比為10∶10時較好。

2.1.2 預混粉質量分數比對面條質構品質的影響

預混粉添加質量分數比對面條質構品質的影響如表3所示。

隨著預混粉中山藥粉比例的減少，面條的硬度和咀嚼性呈先減少后增加又減少的趨勢，并且在山藥粉添加量為10%時，面條的硬度和咀嚼性達到最大值；就黏附性而言，隨著山藥粉添加量的減少，總體呈現下降趨勢；預混粉添加質量分數比的改變對于面條的彈性、凝聚性和回復性未產生顯著影響；根據上述面條的蒸煮損失、感官品質以及質構品質，分析得知預混粉質量分數比為10∶10時面條的整體品質最佳。

表3 預混粉添加質量分數比對面條質構品質的影響Table 3 Effect of additive proportion of premixed powder on texture quality of noodles

2.1.3 預混粉添加量對面條蒸煮品質及感官品質的影響

設置預混粉質量分數比為10∶10，研究其添加量對該食養面條蒸煮品質及感官品質的影響，結果如圖2所示。

由圖2可知，隨著預混粉添加量的增加面條的蒸煮損失與未添加預混粉相比總體表現為先降低后上升的趨勢，在添加量為20%時蒸煮損失最低為2.40%；感官評分則表現為先升高后降低的趨勢，添加量為20%時，面條的感官評分達到最大值為86.8。根據以上分析結果，在預混粉添加量為20%時，面條的蒸煮品質和感官品質均表現為最佳。

2.1.4 預混粉添加量對面條質構品質的影響

預混粉的添加量對面條質構品質的影響如表4所示。

圖2 預混粉添加量對面條蒸煮品質和感官品質的影響Fig.2 Effects of additive amount of premixed flour on cooking quality and sensory quality of noodles

由表4可知，隨添加量的增加，面條的硬度呈現出先降低后升高又降低的趨勢，添加量為20%時達到最大值；面條的黏附性整體呈現出增加趨勢；面條的凝聚性和彈性未出現明顯差異；與對照樣品相比，面條的咀嚼性呈現出先減少后增加又減少的趨勢，并在預混粉添加量為20%時達到最大值；面條的回復性也逐漸下降。綜合考慮面條蒸煮品質、感官評價以及質構分析結果表明，在預混粉添加量為20%時面條的品質最佳。

表4 預混粉添加量對面條質構品質的影響Table 4 Effect of additive amount of premixed powder on texture quality of noodles

2.1.5 谷朊粉添加量對面條蒸煮品質及感官品質的影響

在預混粉添加量為20%，其中二者質量分數比為10∶10時研究谷朊粉添加對面條品質的影響，結果如圖3所示。

由圖3可知，面條的蒸煮損失隨谷朊粉添加量的增加，呈現先減小后增加趨勢。可能是由于谷朊粉的添加使得面團形成更加致密的網絡結構，包裹住少量游離的芋頭和山藥淀粉顆粒，使得面條筋力增強[11]。而感官評分則隨著谷朊粉添加量的增加呈現出先增加后平穩的趨勢，且在添加量為1%時達到最大值為86.16分。

2.1.6 谷朊粉添加量對面條質構品質的影響

在預混粉質量分數比為10∶10、添加量為20%時研究谷朊粉添加量對面條質構品質的影響，其結果如表5所示。

圖3 谷朊粉添加量對面條蒸煮品質和感官品質的影響Fig.3 Effect of additive amount of gluten on cooking quality and sensory quality of noodles

由表5可知，隨著其添加量的增加，面條的硬度呈現出先增加后減少的趨勢，且添加量為1.5%時，面條的硬度達到最大值，這是因為谷朊粉具有很強的吸水性；面條的黏附性隨著谷朊粉添加量的增加呈現出增加趨勢；在谷朊粉添加量逐漸增加時，面條的彈性、凝聚性和回復性并未表現出明顯差異；面條的咀嚼性在谷朊粉添加量為1.5%時達到最大值，這可能是谷朊粉是從小麥粉中提取出來的面筋蛋白，因此在山藥芋頭面條中加入谷朊粉會對面條口感的筋道有明顯的改善，可提高面條的彈性和咀嚼型綜合考慮谷朊粉對面條的蒸煮損失[12]，以及感官評價和質構品質的影響，同時考慮到谷朊粉添加量的增加會提高面條加工的生產成本，因此，選擇1%的添加量作為谷朊粉的添加水平。

表5 谷朊粉添加量對面條質構品質的影響Table 5 Effect of additive amount of gluten on texture quality of noodles

2.1.7 水分添加量對面條蒸煮損失及感官評價的影響

在面條的制備過程中，水的添加是必不可少的，在預混粉質量分數比10∶10、添加量20%，谷朊粉為1%時研究水分對面條品質的影響，其結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著加水量的增加，面條的蒸煮損失先減少后增加，且在加水量為35%時，面條的蒸煮損失處于較低水平。面條的感官評分則隨著加水量的增加表現為先增加后降低。分析原因可能是當水分添加量太少了面粉中的蛋白無法充分與水作用形成網絡面筋，但當水分添加量太多時，此外芋頭、山藥粉中含有豐富的黏蛋白，使得面團過軟發黏，影響壓片成形[13]。因此該食養面條制備時加水量選取35%。

圖4 加水量對面條蒸煮品質和感官品質的影響Fig.4 Effect of additive amount of water on cooking quality and sensory quality of noodles

2.1.8 加水量對面條質構品質的影響

隨著加水量的增加，面條的各項質構特性并未發生顯著變化，如表6所示。

表6 加水量對于面條質構的影響Table 6 Effect of water addition on texture quality of noodles

在該類食養面條的制備過程中發現，加水量過低時面絮干硬難以形成面帶，無法按設定的壓延比進行壓延，且表面粗糙。加水量過高時則面帶較軟，切條后面條間極易粘連。綜合考慮加水量對于面條的蒸煮品質及企業的生產利潤，感官評價以及質構品質的影響，適當提高加水量有利于提高企業的經濟效益，結果表明在加水量為35%時面條的品質最好。

2.2 響應面試驗分析結果

山藥芋頭食養面條制備工藝分析結果見表7。

表7 響應面試驗設計分析結果Table 7 Results of response surface experiment design analysis

續表7 響應面試驗設計分析結果Continue table 7 Results of response surface experiment design analysis

2.3 感官評價的優化分析

感官評定（Y）對自變量A、B和C的二次多項回歸方程模型：Y=-1 463.47+0.88A+8.67B+87.20C-0.018AB-0.017AC+0.12BC-0.002 38A2-5.43B2-1.24C2。

感官評價響應面曲線優化分析結果見表8。

表8 感官評價響應面曲線優化分析結果Table 8 Optimization of sensory respose surface

從表8可以看出，該模型的P＜0.05，各因素對感官評定的影響大小為A＞B＞C，呈顯著性水平；失擬項P為0.083 6，表明該模型失擬不顯著，說明該回歸方程能較好地擬合真實的響應面；相關系數R2=0.932 3，校正決定系數R2Adj=0.845 3，表明擬合程度較好，試驗誤差較小。因此可以用該回歸方程預測山藥芋頭食養面條的感官評定，一次項A、B顯著，C不顯著，二次項A2、B2、C2顯著，交互項 AB、AC、BC 均不顯著。

原料添加量對感官評分的響應面分析見圖5。

圖5 原料添加量對感官評分的響應面分析Fig.5 Response surface analysis of raw material addition to sensory evaluation

響應面的曲面圖可直觀地反映出因素間的交互作用的影響程度及各因素對響應值的影響趨勢，圖5（a）和圖5（c）曲面較陡峭表明預混粉比例和谷朊粉添加量對感官評定影響顯著，而圖5（b）和圖5（c）曲面坡度較平緩表明水添加量對感官評價不顯著；圖5中等高線圖均趨于橢圓狀，表明三因素均無明顯的交互作用。

2.4 蒸煮損失的優化分析

蒸煮損失（Y）對自變量A、B和C的二次多項回歸方程Y=-357.76+0.19A-4.16B+19.83C-0.045AB-0.009 6AC+0.22BC+0.001 8A2-0.48B2-0.27C2。響應面試驗方差分析見表9。

表9 響應面試驗方差分析Table 9 Variance analysis of response surface experiment

從表9可以看出，該模型的P＜0.05，各因素對蒸煮損失的影響大小為C＞A＞B，呈顯著性水平；失擬項P為0.612 8，表明該模型失擬不顯著，說明該回歸方程能較好地擬合真實的響應面；相關系數R2=0.952 1，校正決定系數R2Adj=0.890 4，說明擬合程度較好，試驗誤差較小。因此可以用該回歸方程預測山藥芋頭食養面條的蒸煮損失，一次項A、C顯著，B不顯著，二次項A2顯著，交互項AB顯著，AC、BC均不顯著。

原料添加量對蒸煮損失的響應面圖見圖6。

原料添加量對蒸煮損失的響應面圖如圖6所示，其中圖6（a）中等高線相對密集，表明預混粉比例和谷朊粉添加量對蒸煮損失的交互作用較為顯著，而圖6（b）和圖6（c）等高線較為稀疏表明預混粉比例和谷朊粉添加量分別與水添加量對蒸煮損失無明顯交互作用。

圖6 原料添加量對蒸煮損失的響應面分析Fig.6 Response surface analysis of raw material addition to cooking loss

2.5 優化結果分析及驗證

據Design Expert 8.0.6軟件對Box-Behnken數據分析結果表明蒸煮損失越低，山藥芋頭面條感官評分越高，則面條品質越好。根據響應面優化配方：預混粉為20%（其中山藥∶芋頭質量分數比為13∶7）、谷朊粉1%，水分34%，制得面條的感官評分為88.16，蒸煮損失為3.71%。質構分析結果表明面條的硬度適中，黏度較響應面其他組別較低，黏附性、彈性、咀嚼性和回復性較高。經此配方獲得的山藥芋頭食養面條的品質較好，證明了該模型的可靠性。

3 結論

選用Box-Behnken模型對山藥芋頭食養面條的加工條件進行優化，得到最優工藝條件為預混粉20%（山藥粉13%+芋頭粉7%），谷朊粉1%，水34%。制得的面條色澤光潔，口感爽滑，勁道，感官評分為88.16，蒸煮損失3.71%，煮后幾乎無渾湯現象。山藥芋頭食養面條的研制，綜合了山藥和芋頭這兩種食材所特有的營養價值，提高了復配類面條的營養性能，同時也豐富了面條的種類。