響應面法優化預制調理湯圓加工工藝

劉 芮，吳澤宇，張文成

（合肥工業大學食品與生物工程學院，農產品生物化工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230601）

湯圓是我國傳統特色小吃，口感香甜軟糯，是元宵佳節的必備美食；隨著速凍技術的發展，湯圓已經發展成了日常食品[1-2]。預制調理食品又稱為方便預制食品，是指以農產品、畜禽、水產品等為主要原料，經前處理及配制加工后，采用速凍工藝，并在凍結狀態下（產品中心溫度在-18℃以下）儲存、運輸和銷售的包裝食品[3]。預制調理湯圓在工業化生產過程中，由于糯米粉團缺乏延展性，且吸水性和保水性較差，導致其水分分布不均，皮厚不均，若冷凍條件控制不佳，在生產和流通過程中易出現開裂現象，造成煮后湯圓塌陷、偏餡露餡、糊湯、脫粉等問題[4-10]。預制調理湯圓因其成分的含量比例以及煮制時間的不同，也會導致食用時口感不佳、黏度及其外觀較差甚至開裂的質量問題[11]。

本研究以高筋面粉添加量、熱水添加量、餡料添加量以及煮制時間作為自變量，以感官評定及利用單因素試驗在物性儀下測定的物質特性作為評價依據，篩選湯圓的最佳工藝，并進行驗證試驗，旨在改善預制調理湯圓的品質。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

黑芝麻和白砂糖，均為市售；水磨糯米粉，漯河市家友食品科技有限公司；速凍油，勃海佳里食品有限公司；高筋面粉，常州普金星面粉有限公司；豬板油，鄭州百家食品有限公司。

1.1.2 儀器與設備

C23-ST2206型電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；DHG-807A型電子天平，上海上蝶牌儀器制造有限公司；TA.XTPlus物性分析儀，英國BRABNDER公司；SPD-2000型螺旋速凍裝置，常州嘉定冷鏈裝備股份有限公司；KT360+DT209盧氏和面機，賽諾制造有限公司（杭州）。

1.2 方法

1.2.1 制作方法

制備湯圓的工藝流程主要分為3個環節，即餡料制作、湯圓面皮制作以及包制過程。

餡料制作：將黑芝麻篩選除雜晾曬，用文火將芝麻慢炒至九成熟后磨碎，再向其中加入豬油、白砂糖，三者比例約為2∶1∶2，調節餡心的軟硬度和黏度，搓成長條，切成小塊，放入冰箱冷藏2 h。

面皮制作：將糯米粉過篩后取約1/3投入一定量的沸水中，使其漂浮約3～5 min后制成熟芡。將其剩余2/3加冷水攪拌，再將制成的熟芡加入，并加入高筋面粉進行混制，再滴入少量植物油進行打透、打勻，直至粉質光潔、細膩、不粘手即可。

包制流程：取適量面團搓圓壓扁，放入餡心，包裹住后輕輕搓圓，將包制成形的湯圓放入-40℃速凍機中，20 min后移出，放入冰箱冷凍室儲藏3 h。鍋中燒水至沸，下湯圓煮至浮起后撈起。

1.2.2 單因素試驗設計

分別設置高筋面粉的添加量（占糯米粉質量，下同）：2%、4%、6%、8%；熱水添加量：70%、75%、80%、85%；餡料添加量：35%、40%、45%、50%；煮制時間：2、3、4、5 min。控制其他因素條件不變，測定湯圓的硬度、彈性、咀嚼性、內聚性及感官評分，考察最佳工藝條件。

1.2.3 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，以高筋面粉添加量、餡料添加量、煮制時間為主要影響因素，以湯圓的感官評分為響應值，設計響應面試驗，因素水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Factorsand levelsof response surface experiments

1.2.4 感官品質評價

選取5名有經驗的人員組成感官評價小組，根據湯圓的色澤、光澤、黏彈性、韌性、渾濁度、氣味等方面來進行感官評價（滿分100分），取平均值作為湯圓的感官評價結果。感官評價標準見表2。

表2 湯圓的感官評價標準Table 2 Sensory evaluation criteriaof sticky ricedumplings

1.2.5 物性測試

將煮制好的湯圓置于小碗中，冷卻約1 min后，采用TPA法對湯圓的硬度、彈性、咀嚼性、內聚性進行測定。測試參數：測前速率2.0 mm/s，測試速率1.0 mm/s，測后速率1.0 mm/s，測試探頭P50，測試壓縮比60%，觸發值5 g，間隔時間5 s。

1.2.6 數據處理

每項測試重復3次，結果取其平均值。利用SPSS 17.0和Design-Expert 8.06對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 高筋面粉添加量的確定

據報道，在湯圓的糯米粉中加入一定量的高筋面粉會提升湯圓皮的品質[12-13]，這主要是因為高筋面粉蛋白質含量高，筋度強，能增強湯圓的嚼勁，降低湯圓的破碎率。在預試驗的基礎上，確定不變量即加熱水添加量80%、餡料添加量40%和煮制時間4 min，改變糯米粉中高筋面粉添加量分別為2%、4%、6%、8%。通過物性測定以及感官評分，對各組湯圓進行評價。當高筋面粉添加比例過低時，湯圓皮筋度和彈性不夠，因此在煮制過程中出現易開裂的現象。湯圓的物性試驗結果如表3所示，當高筋面粉添加量為6%時，最容易包制，湯圓的彈性和咀嚼性較好，破碎湯圓少，且外觀口感最佳，感官評分值最高，為85分（圖1）。

表3 高筋面粉添加量對湯圓質構指標的影響Table 3 Effect of high gluten flour addition on texture indices of sticky rice dumplings

圖1 高筋面粉添加量對湯圓感官品質和彈性的影響Fig.1 Effect of high gluten flour addition on sensory quality sticky rice dumplings

2.1.2 熱水添加量的確定

經過預試驗以及文獻查閱，發現加入不同熱水量和面會對湯圓品質產生不同的影響[14]。熱水添加量過大時，面皮較硬不易包餡，容易漏餡導致破裂；熱水添加量過少，攪拌不易均勻，硬度達不到，則不易包制。因此，根據預試驗確定高筋面粉添加量6%、餡料添加量40%、煮制時間4 min，改變熱水添加量分別為70%、75%、80%、85%。經過感官評價以及物性測定，對各熱水添加量的湯圓進行評價。綜合評價結果如表4和圖2所示，當熱水添加量為80%時，湯圓最容易包制，破碎較少，感官評分較高。

表4 熱水添加量對湯圓質構指標的影響Table 4 Effect of hot water addition on texture indices of sticky rice dumplings

圖2 熱水添加量對湯圓感官品質和彈性的影響Fig.2 Effect of hot water addition on sensory quality and elasticity of sticky rice dumplings

2.1.3 餡料添加量的確定

湯圓的餡料對于湯圓的口感起著重要的作用，餡料比例會對湯圓品質產生影響[15]。根據預試驗，確定不變量高筋面粉添加量6%、熱水添加量80%、煮制時間4 min，改變餡料添加量分別為35%、40%、45%、50%。試驗結果如表5和圖3所示，當餡料添加量為35%時，餡料較少，口感較差。隨著湯圓餡料添加量的不斷增加，湯圓甜度逐漸增加，口感上升，當湯圓餡料添加量為40%時，湯圓口感適宜，感官評分值最高，破裂率較低；而餡料添加量繼續增加時，則出現過度甜膩，煮制過程中出現破裂的現象，內聚性、咀嚼性等湯圓的物性指標下降。

表5 餡料添加量對湯圓質構特性的影響Table 5 Effect of filling addition on texture indices of sticky rice dumplings

圖3 餡料添加量對湯圓感官品質和彈性的影響Fig.3 Effect of fillingaddition on sensory quality and elasticity of sticky rice dumplings

2.1.4 煮制時間的確定

湯圓的煮制時間也會影響湯圓的口感以及湯圓的破裂率。根據預試驗及查閱文獻，確定不變量為高筋粉添加量6%、熱水添加量80%、餡料添加量40%，改變煮制時間分別為2、3、4、5 min。試驗結果如表6和圖4所示，當煮制時間為2 min時，湯圓口感較硬，餡料融化度較低；當煮制時間為4 min時，餡料融化較好，面皮的嚼勁較好，湯水渾濁度較低，破裂湯圓較少，感官評分最高。隨著煮制時間的延長，湯圓逐漸出現塌陷、成型度較低、破碎較多的現象，湯圓的物性值下降，感官評分下降。

表6 煮制時間對湯圓質構指標的影響Table 6 Effect of cooking timeon texture indices of sticky rice dumplings

圖4 煮制時間對湯圓感官品質和彈性的影響Fig.4 Effect of cookingtimeon sensory quality and elasticity of sticky ricedumplings

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 響應面試驗結果

由單因素試驗結果可知，熱水添加量對湯圓的感官品質影響不顯著。因此，以感官評分值為因變量，選擇高筋面粉添加量（A）、餡料添加量（B）、煮制時間（C）3個因素為自變量進行響應面優化試驗，響應面試驗設計與結果見表7。

對表7中的數據進行二次多元回歸擬合，得到方程：

表7 響應面試驗設計與結果Table 7 Design and results of responsesurface experiments

Y=85-0.88A+0.50B+3.13C+3.00AB+0.25AC+2.00BC-6.37A2-4.62B2-11.38C2

由表8可知，此模型P值為0.000 1，表明響應面回歸方程十分顯著，失擬項不顯著（P=0.332 9＞0.05），模型穩定性良好。模型的R2=0.971 3，說明擬合程度量好，試驗誤差較小。模型的校正決定系數=0.934 3，說明模型準確性和重復性好；一次項C和交互項AB對感官評分的影響顯著（P＜0.05），二次項A2、B2、C2對感官評分的影響極顯著（P＜0.01），其他因素對感官評分的影響不顯著。

表8 響應面模型的方差分析Table 8 Variance analysis of response surface model

響應面圖可反映在試驗范圍內兩因素的交互作用，同時固定第3個因素在零水平。由圖5可見，高筋面粉添加量和餡料添加量的交互作用比較強，其對感官評分的影響顯著。高筋面粉添加量、餡料添加量、煮制時間的值不能過高和過低，只有取各自最適值時，才可使感官評分值達到最高。通過響應面試驗得到最佳工藝條件為：高筋面粉添加量5.9%，餡料添加量40.35%，煮制時間4.14 min。

圖5 各因素的交互作用對預制調理湯圓感官評分影響的響應面圖和等高線圖Fig.5 Responsesurfaceand contour plots of the effectsof interaction of factors on the sensory quality of pre-prepared sticky rice dumplings

2.2.2 驗證試驗

經回歸分析并結合實際操作便利性，調整湯圓工藝參數為：高筋面粉添加量6%，餡料添加量40%，煮制時間4 min；由單因素試驗確定了熱水最佳添加量為80%。在此水平上進行3次平行驗證試驗，得到湯圓感官評分約為85.27分，與模型預測值85.262 2分較吻合。在此條件下測定了湯圓的質構指標（表9），結果表明，優化后湯圓的內聚性和硬度值適中，彈性及咀嚼性較好，有較好的口感，且此時的湯圓破裂情況和外觀都有明顯的改善。

表9 最佳工藝條件下的湯圓品質指標Table9 Quality indexes of sticky ricedumplingsunder optimal techniqueconditions

3 結論

針對市售預制調理湯圓煮制后易破裂塌陷、口感較差等問題，本研究選取了湯圓加工工藝中高筋面粉添加量、熱水添加量、餡料添加量和煮制時間4個關鍵因素來探究其對速凍湯圓品質的影響。通過單因素試驗分析考察不同因素對速凍湯圓感官品質的影響，再利用響應面法對預制調理湯圓加工工藝進行優化。結果表明，煮制時間對湯圓感官品質有顯著影響，高筋面粉添加量和餡料添加量的交互作用顯著。最終的優化條件為：以糯米粉質量為100%計，高筋面粉添加量6%，熱水添加量80%，餡料添加量40%，煮制時間4 min，在此條件下湯圓的品質及口感最佳。