響應面法優化清涼降火型胡辣湯粉的加工工藝

段秋虹,張杰,郭楠楠,周甜甜

(鄭州科技學院，鄭州 450064)

1 概述

胡辣湯作為河南特色小吃、老牌產業，距今已有800多年歷史[1-2]。當前，傳統的胡辣湯都是大鍋熬制，不適合攜帶與快速制作，一定程度上限制了胡辣湯在全國范圍內的流通[3-4]。隨著人們對食品營養及保健特性的不斷追求，傳統的胡辣湯已經不能完全滿足人們的需求，研制出一款清涼降火型即食胡辣湯粉，成為喜食胡辣湯人群的迫切訴求。

綠豆性涼、味甘、耐寒，其種子不僅在生活中供人們食用，也是藥食同源的重要原料之一[5]。張海生等對綠豆蛋白的酶解產物進行了分離純化，得到了具有抗氧化作用的活性肽，表現出較強的體外抗氧化能力。懷菊花氣味芬芳，去火降熱效果明顯，還能夠提高身體免疫力[6-8]。金銀花具有甘寒去熱卻不傷人體脾胃的特點，對于很多的熱疾具有十分明顯的預防和治療作用。在胡辣湯中添加這些清熱去火的物質，一定程度上能夠中和胡辣湯的熱性特點[9-11]。

2 材料與方法

2.1 材料與設備

試驗所需的原料及設備見表1和表2。

表1 試驗原料表Table 1 The raw materials used in the test

表2 試驗儀器設備表Table 2 The instruments and equipment used in the test

2.2 方法

2.2.1 工藝流程

湯粉的制作流程見圖1[12-15]。

圖1 湯粉的制作流程Fig.1 The production process of soup powder

2.2.2 生產工藝的操作要點

2.2.2.1 原料混合

先將綠豆粉、金銀花粉、菊花粉三者混勻，再與傳統胡辣湯粉的配方(淀粉、鹽、白糖、味精、胡椒、花椒、十三香)相混合，待用[16]。

2.2.2.2 熬制

將2.2.2.1中的粉料加100 mL調成糊狀，另備鍋加入900 mL水，水沸后加入糊狀湯粉，按一定時間煮制，煮制過程中不斷攪拌以防止糊鍋。

2.2.2.3 評測

胡辣湯要趁熱評測，煮制完成后應于8 min之內完成品評。

2.2.3 試驗設計

2.2.3.1 基礎胡辣湯粉原料配方單因素試驗設計

非變量考察時的基礎配方：面粉15.00 g、鹽12.50 g、白砂糖6.25 g、淀粉20.00 g、味精6.50 g、胡椒2.25 g、花椒1.75 g、十三香1.50 g。

分別添加5.75，6.00，6.25，6.50，6.75 g的白糖，其余配料為基礎配方，探究不同的白砂糖添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響。

分別添加11.50，12.00，12.50，13.00，13.50 g的鹽，其余配料為基礎配方，探究不同的鹽添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響。

分別添加15.00，17.50，20.00，22.50，25.00 g的玉米淀粉，其余配料為基礎配方，探究不同的玉米淀粉添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響。

分別添加6.00，6.25，6.50，6.75，7.00 g的味精，其余配料為基礎配方，探究不同的味精添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響。

分別添加1.75，2.00，2.25，2.50，2.75 g的胡椒粉進行試驗，其余配料為基礎配方，探究不同的胡椒粉添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響。

分別添加1.25，1.50，1.75，2.00，2.25 g的花椒粉進行試驗，其余配料為基礎配方，探究不同的花椒粉添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響。

分別添加1.00，1.25，1.50，1.75，2.00 g的十三香粉進行試驗，其余配料為基礎配方，探究不同的十三香粉添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響。

2.2.3.2 基礎胡辣湯粉原料配方的響應面試驗設計

根據以上試驗得出各配料添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響，在此基礎上，選擇對口感影響最大的4個因素，進行4因素3水平的響應面試驗，得到基礎胡辣湯粉的最優配方。

2.2.3.3 清涼降火型胡辣湯粉配方單因素設計

清涼降火型胡辣湯非變量考察時的基礎配方：最優基礎胡辣湯粉50.00 g、金銀花粉7.00 g、綠豆粉20.00 g、菊花粉11.00 g。

分別添加3.00，5.00，7.00，9.00，11.00 g的金銀花粉，探究不同的金銀花粉添加量對產品品質的影響。

分別添加10.00，13.00，16.00，19.00，22.00 g的綠豆粉，探究不同的綠豆粉添加量對產品品質的影響。

分別添加5.00，8.00，11.00，14.00，17.00 g的懷菊花粉，探究不同的懷菊花粉添加量對產品品質的影響。

分別添加40.00，45.00，50.00，55.00，60.00 g的最優基礎胡辣湯粉，探究其添加量對產品品質的影響。

向鍋內添加純凈水，水沸騰后在不同時長情況下(2，3，4，5，6 min)熬制湯粉，比較不同熬制時間對產品品質的影響。

2.2.3.4 清涼降火型胡辣湯粉配方的響應面試驗設計

根據單因素試驗得出對產品品質影響較大的4個因素，進行4因素3水平的響應面試驗，得出清涼降火型胡辣湯粉研制的最優配方及工藝。

2.2.4 產品評價指標

2.2.4.1 產品感官評價

將煮制完成的降火型胡辣湯冷卻2～3 min，將產品盛入10個品嘗杯中，標上序號，分別請20位食品專業教師及學生參與品嘗，并根據評分標準依次打分。胡辣湯評分項目、分數及評分標準，參考標準DBS 41/006-2015《食品安全地方標準 方便胡辣湯》中感官要求的評分標準進行感官評分，見表3。

表3 基礎胡辣湯粉的感官評價標準[17]Table 3 The sensory evaluation standard of basic spicy soup powder

參考表3，清涼降火型胡辣湯粉的感官評價標準見表4。

表4 清涼降火型胡辣湯粉的感官評價標準Table 4 The sensory evaluation standard of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

續 表

2.2.4.2 產品理化檢測

水分的檢測參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[18]；灰分的檢測參照GB 5009.4-2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》[19]。

2.2.4.3 產品微生物檢測

產品菌落總數的檢測參照GB 4789.2-2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[20]；大腸菌群的檢測參照GB 4789.3-2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》中MPN計數法[21]；霉菌的檢測參照GB 4789.15-2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數》[22]。

2.2.5 數據分析方法

本文數據采用Excel 2007和Design Expert V8.0.6數據處理系統進行分析[23-24]。

3 結果與分析

3.1 基礎胡辣湯粉

3.1.1 基礎胡辣湯粉的研制的單因素試驗結果

3.1.1.1 白糖的添加量對基礎胡辣湯品質的影響

圖2 白砂糖的添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響Fig.2 Effect of sugar additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由圖2可知，當白糖的添加量在5.75～6.25 g之間時，甜味的逐漸增加提升了鮮味和整體協調感，口感更加圓潤豐富，產品的感官評分呈增長的趨勢；當白糖的添加量在6.25～6.75 g之間時，甜味逐漸突出，開始突兀，產品的感官評分下降。當白糖的添加量在6.25 g時，產品的品質最好。

3.1.1.2 鹽的添加量對基礎胡辣湯品質的影響

圖3 鹽的添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響Fig.3 Effect of salt additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由圖3可知，隨著鹽添加量的不斷上升，基礎胡辣湯的品質先升后降，合適的咸味能夠很好襯托辛辣的特色，過咸則會降低特色風味。鹽的添加量為12.50 g最好。

3.1.1.3 淀粉的添加量對基礎胡辣湯品質的影響

圖4 淀粉的添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響Fig.4 Effect of starch additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由圖4可知，淀粉的添加對基礎胡辣湯品質的影響較大。當淀粉含量較少時，胡辣湯過于稀薄，口感醇厚度不足，辛辣感突兀；當淀粉添加量在20.00 g時，產品的口感黏稠度適中，又不至于凝結太快。淀粉量繼續上升，湯體過于黏稠，放置過程中由于溫度的降低黏稠度進一步上升，嚴重影響流動性，降低食用品質。

3.1.1.4 味精的添加量對基礎胡辣湯品質的影響

圖5 味精的添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響Fig.5 Effect of monosodium glutamate additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由圖5可知，當味精的添加量在5.75～6.25 g之間時，味精含量越來越高，產品的感官評分呈持續增長的趨勢，整體滋味向好；當味精添加量進一步上升，產品過鮮，口味突兀，產生口干感，感官評分逐漸下降。當味精添加量為6.25 g時胡辣湯的口感最優。

3.1.1.5 胡椒粉的添加量對基礎胡辣湯品質的影響

圖6 胡椒粉的添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響Fig.6 Effect of pepper additive amount on the quality of basic spicy soup

由圖6可知，當胡椒粉添加量在1.75～2.25 g之間時，產品的感官評分呈持續增長的趨勢，品評時感覺胡辣湯特征風味逐漸出現；當胡椒粉添加量進一步上升，辛辣感越來越高，逐漸出現不適，產品的感官評分下降。當胡椒添加量為2.25 g時胡辣湯的品質最好。

3.1.1.6 花椒的添加量對基礎胡辣湯品質的影響

圖7 花椒的添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響Fig.7 Effect of Chinese prickly ash additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由圖7可知，當花椒添加量在1.25～1.75 g之間時，樣品的口感逐漸上升；當花椒在1.75～2.25 g之間時，樣品的品質下降。當花椒添加量在1.75 g時評分達到最高。

3.1.1.7 十三香的添加量對基礎胡辣湯品質的影響

圖8 十三香的添加量對基礎胡辣湯粉品質的影響Fig.8 Effect of thirteen-spices additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由圖8可知，當十三香添加量在1.00～1.50 g之間時，產品的滋味豐富，口感醇厚不寡淡；當十三香添加量繼續上升，香辛料味過重，產品的感官評分下降。根據此數據確定十三香的添加量為1.50 g時胡辣湯的品質最好。

3.1.2 基礎胡辣湯粉研制的響應面試驗結果

根據單因素試驗結果，選取對基礎胡辣湯粉口感影響最大的4個因素及相應水平進行響應面試驗，其因素水平表見表5。

表5 基礎胡辣湯粉響應面試驗水平因素表Table 5 The factors and levels of response surface test for basic spicy soup powder

以基礎胡辣湯粉感官評價分數為響應值，根據以上設定進行Box-Behnken響應面試驗，進一步優化基礎胡辣湯粉的配方工藝，試驗方案及具體結果分析見表6。

表6 基礎胡辣湯粉的響應面試驗方案及結果Table 6 Response surface test scheme and results of basic spicy soup powder

續 表

采用Design Expert V8.0.6軟件對表6中的結果進行回歸擬合和方差分析，得到模型的二次多項回歸方程為：Y=87.40+3.50A+3.75B+2.33C+4.58D+2.50AB-0.25AC+1.75AD+1.00BC+0.25BD+2.25CD-6.20A2-4.82B2-5.70C2-6.07D2。其中Y是感官評定的綜合得分，A為鹽添加量，B為淀粉添加量，C為花椒添加量，D為胡椒添加量，回歸方程方差分析見表7。

表7 基礎胡辣湯粉響應面試驗結果分析Table 7 Analysis of response surface test results of basic spicy soup powder

由表7可知，其模型的P<0.0001，該模型極顯著，說明通過本次基礎胡辣湯粉優化試驗可以很好地優化結果。A，B，C，D 4個因素的P<0.01，說明這4個因素對試驗結果的影響均極顯著。失擬項的P=0.2651>0.05，不顯著，表明理論和實際值偏差很小，擬合度較高。復相關系數R2=0.9319，確定因素RAdj2=0.8638，可知此模型中的93.19%基礎胡辣湯粉的感官評分變化來自于自變量A，B，C，D。通過F值和顯著水平得到各因素影響感官評分的順序為D>B>A>C。

各因素間的交互作用對基礎胡辣湯粉感官評價影響的三維空間曲線圖見圖9。

圖9 各因素交互影響基礎胡辣湯粉感官評分的響應曲面圖Fig.9 The response surface diagrams of the interaction influence of various factors on the sensory score of basic spicy soup powder

由圖9可知，當鹽添加量(A)、淀粉添加量(B)、花椒添加量(C)和胡椒添加量(D)兩兩交互作用時，對基礎胡辣湯粉的感官評價均有影響，各響應曲面的陡峭程度存在一定差異，其中AB坡面最為陡峭，其交互作用影響最大。基礎胡辣湯粉的感官評分隨著A，B，C，D的增加均呈現先快速升高后緩慢降低的趨勢，說明存在感官評分的最大值點。

由Design Expert V8.0.6軟件預測得出基礎胡辣湯粉的最佳配方為：鹽添加量13.00 g、淀粉添加量20.56 g、花椒添加量1.81 g、胡椒添加量2.38 g，此時感官評分最高，為89.0075分。以此配方進行驗證試驗，試驗3次，感官評價平均得分為90分，與預測值相對誤差為1.11%。

3.2 清涼降火型胡辣湯粉的試驗結果

3.2.1 清涼降火型胡辣湯粉的研制的單因素試驗結果

3.2.1.1 金銀花粉添加量對降火型胡辣湯品質的影響

圖10 金銀花粉添加量對清涼降火型胡辣湯粉的影響Fig.10 Effect of Lonicera japonica powder additive amount on spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由圖10可知，當金銀花粉添加量在3～7 g之間時，樣品評分略有下降，當金銀花粉添加量持續上升，樣品的中藥味越來越重。因金銀花有一定的特征味，少量添加影響不大，大量添加會對胡辣湯有一定的影響。故認為添加3 g的金銀花為最佳水平。

3.2.1.2 綠豆粉添加量對降火型胡辣湯品質的影響

圖11 綠豆粉添加量對清涼降火型胡辣湯粉的影響Fig.11 Effect of green bean power additive amount on spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由圖11可知，當綠豆粉的添加量在10～16 g之間時，樣品有綠豆的香氣，但并沒有掩蓋基礎胡辣湯粉的特征；當綠豆粉的添加量在16～22 g之間時，綠豆粉含量越來越高，樣品的黏稠度上升，影響整體風味。當綠豆粉添加量在16 g時評分達到最高值。

3.2.1.3 懷菊花粉添加量對降火型胡辣湯品質的影響

圖12 懷菊花粉添加量對清涼降火型胡辣湯粉的影響Fig.12 Effect of Huai chrysanthemum powder additive amount on spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由圖12可知，當懷菊花粉的添加量在5～11 g之間時，產品的感官評分不斷上升，樣品的風味良好；當懷菊花粉的添加量在11～17 g之間時，樣品出現淡淡的苦味，影響了產品的品質。當懷菊花粉添加量在11 g時，樣品的感官評分最高。

3.2.1.4 基礎胡辣湯粉添加量對降火型胡辣湯品質的影響

由圖13可知，當基礎胡辣湯粉添加量在40.00～50.00 g之間時，品評時樣品的風味逐漸突出但不突兀，滋味越來越好；當基礎胡辣湯粉添加量繼續上升，樣品的風味過于刺激，黏稠度增大，整體品質下降。當基礎胡辣湯粉添加量為50.00 g時，清涼型胡辣湯的品質最好。

圖13 基礎胡辣湯粉添加量對清涼型胡辣湯粉品質的影響Fig.13 Effect of basic spicy soup power additive amount on spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

3.2.1.5 煮制時間對降火型胡辣湯品質的影響

圖14 煮制時間對清涼降火型胡辣湯粉品質的影響Fig.14 Effect of cooking time on the quality of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由圖14可知，當煮制時間為3～5 min之間時，時間越長，品質越好，香氣濃郁；當煮制時間在5～7 min之間時，樣品的品質差異不明顯，香氣稍有下降，故認為煮制時間在5 min時，清涼降火型胡辣湯品質最好。

3.2.2 清涼降火型胡辣湯粉研制的響應面實驗結果

通過單因素試驗結果，選擇綠豆粉添加量、懷菊花粉添加量、基礎胡辣湯粉添加量和煮制時間，做4因素3水平響應面試驗。響應面試驗因素水平表見表8。

表8 清涼降火型胡辣湯的響應面試驗因素水平表Table 8 The factors and levels of response surface test for spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

以清涼降火型胡辣湯感官評價分數為響應值，根據以上設定進行Box-Behnken響應面試驗，進一步優化清涼降火型胡辣湯的配方工藝，試驗方案及具體結果分析見表9。

表9 清涼降火型胡辣湯的響應面試驗結果Table 9 Response surface test scheme and results of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

采用Design Expert V8.0.6軟件對表9中的結果進行回歸擬合和方差分析，得到模型的二次多項回歸方程為：Y=87.40+3.00A+1.25B+2.08C+2.00D+0.75AB-0.75AC+0.50AD+1.25BC-1.25BD+1.75CD-9.74A2-9.12B2-5.62C2-6.74D2。其中Y是感官評定的綜合得分，A為基礎胡辣湯粉添加量，B為綠豆粉添加量，C為懷菊花粉添加量，D為煮制時間，回歸方程方差分析見表10。

表10 清涼降火型胡辣湯響應面試驗結果分析Table 10 Analysis of response surface test results of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

續 表

由表10可知，其模型的P<0.0001，該模型極顯著，說明通過本次試驗清涼降火型胡辣湯加工工藝得到了很好的優化。A因素的P<0.01，C，D因素的P<0.05，說明A因素對試驗結果的影響極顯著，C，D因素對試驗結果的影響顯著。失擬項的P=0.2550>0.05，不顯著，表明理論值和實際值偏差很小，擬合度較高。復相關系數R2=0.9194，確定因素RAdj2=0.8387，可知此模型中的91.94%清涼降火型胡辣湯粉的感官評分變化來自于自變量A，B，C，D。通過F值和顯著水平得到各因素影響感官評分的順序為A>C>D>B。

各因素間的交互作用對清涼降火型胡辣湯感官評價影響的三維空間曲線圖見圖15。

圖15 各因素交互影響清涼降火型胡辣湯感官評分的響應曲面圖Fig.15 The response surface diagrams of the interaction influence of various factors on the sensory score of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由圖15可知，當基礎胡辣湯添加量(A)、綠豆粉添加量(B)、懷菊花粉添加量(C)和煮制時間(D)兩兩交互作用時，對清涼降火型胡辣湯的感官評價均有影響，各響應曲面陡峭程度存在一定差異，其中CD坡面最為陡峭，其交互作用影響最大。清涼降火型胡辣湯粉的感官評分隨著A，B，C，D的增加均呈現先升高后降低的趨勢，說明存在感官評分的最大值點。

由Design Expert V8.0.6軟件預測得出清涼降火型胡辣湯最佳工藝為：基礎胡辣湯添加量50.77 g、綠豆粉添加量16.23 g、懷菊花粉添加量11.63 g、煮制時間5.18 min，此時感官評分最高，為90.0723分。在此條件下研制出的清涼降火型即食胡辣湯湯體均勻，黏稠度適中，湯色柔和，口感細膩，辛辣適中，有傳統胡辣湯風味，有清涼爽利感，香氣濃郁，滋味綿長。對此配方進行驗證試驗，試驗3次，感官評價平均得分為89分，與預測值相對誤差為1.19%。

3.3 產品理化檢驗及微生物檢驗結果

以清涼降火型胡辣湯最佳工藝制作出成品，對其進行理化檢驗及微生物檢驗，結果見表11，均符合國標要求。

表11 清涼降火型胡辣湯粉理化檢驗及微生物檢驗結果Table 11 The results of physical and chemical test and microbiological test of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

4 結論

通過單因素試驗及響應面試驗，確定了基礎胡辣湯粉的配方：鹽添加量13.00 g、淀粉添加量20.56 g、花椒添加量1.81 g、胡椒添加量2.38 g，此時感官評分最高，為89.0075分。在此基礎上，研制出清涼降火型胡辣湯的最佳制作方法為：基礎胡辣湯添加量50.77 g、綠豆粉添加量16.23 g、懷菊花粉添加量11.63 g、煮制時間5.18 min，此時感官評分最高，為90.0723分。此條件下制作出的清涼降火型即食胡辣湯，其湯體均勻，黏稠度適中，湯色柔和，口感細膩，辛辣適中，有傳統胡辣湯風味。又因加入了綠豆粉和懷菊花粉，綠豆粉有清涼爽利感，香氣濃郁，滋味綿長。

由于產品中加入綠豆、懷菊花和金銀花，其中綠豆含有豐富的抗氧化蛋白質，能夠起到很好的消炎抑菌作用，而其中的香豆素、皂苷和黃酮類物質也在此過程中起到了協同作用[25-26]。懷菊花含有約0.13%揮發油、菊甙、腺嘌呤、膽堿、水蘇堿和刺槐素等，具有廣譜抗菌作用，對鏈球菌痢疾桿菌、綠膿桿菌和流感病毒等具有較好的抑制作用[27-28]。金銀花含有豐富的綠原酸、木犀草素苷等藥理活性成分，對溶血性鏈球菌、金黃色葡萄球菌等多種致病菌及上呼吸道感染致病病毒等有較強的抑制力[29-30]。傳統美食與功能性食物結合使用，可以豐富胡辣湯產品品種，減少上火食物進入人體后導致的炎性反應，滿足愛喝胡辣湯又怕上火人群的期望。