響應面法優化芡實面條加工工藝

劉輝，熊波，趙若冰，劉洪澤，陳楷豐，聶小寶

1. 廣東產品質量監督檢驗研究院（佛山 528000）；2. 淮陰工學院生命科學與食品工程學院（淮安 223003）

面條作為一種傳統的主食，因其種類繁多、方便可口而在許多亞洲國家被廣泛食用[1]。然而，據報道，過量食用精制小麥面與慢性代謝疾病有關，如2型糖尿病、肥胖癥和結腸癌。因為精制面條作為快速消化的食物更容易受到餐后高血糖反應的影響[2]。因此，在面條配方中加入一些有助健康的營養成分，可以加強和豐富多樣性，有益于消費者的健康和營養狀況，獲得比傳統面條更低的血糖反應，同時對食品工業具有重要意義。

芡實是睡蓮科芡實屬植物，是著名的食用和藥用水生植物。這種植物的幼嫩莖和根莖是可食用的，其種子在中國被稱為“雞頭米”，可以藥用或作為食物食用[3-4]。它在傳統醫學中被用作對人體有價值的營養補品，而目前被認為是一種具有重要經濟意義和高營養價值的健康食品[5]。生物學研究表明，芡實具有抗氧化、抗疲勞、抗抑郁、抗糖尿病的活性[6]。近年來，對芡實不同部位（殼、葉柄、花梗、種子）對糖尿病的處理效果開展了研究。據報道，芡實殼富含三萜的提取物可以通過減輕胰島素抵抗來調節糖尿病小鼠的糖代謝[7]。此外，芡實種子的乙醇提取物可以改善糖尿病大鼠的血糖控制和脂質狀況。此外，芡實葉柄和花梗的多糖對四氧嘧啶誘導的高血糖小鼠具有降血糖和抗氧化活性[8]。這些研究表明芡實對糖尿病具有潛在治療作用。

試驗以芡實粉和小麥粉為主要原料，制備芡實面條，通過響應面優化，獲得最佳制作工藝，為芡實產品的開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋小麥粉（五得利集團新鄉面粉有限公司）；芡實（蘇州土生水長農業科技有限公司，粉碎后，過120目即0.125 mm網篩，備用）；面條改良劑（安琪酵母股份有限公司）。

1.2 儀器與設備

JYS-M01磨粉機（九陽股份有限公司）；面條機MJ-NS1802A（廣東美的生活電器制造有限公司）；752N紫外可見分光光度計（上海儀分科學儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

將面條改良劑加入水中溶解后，加入面粉中和面（添加量為面粉質量的0.5%～0.7%）。

面條改良劑、芡實粉和小麥粉混合→和面→熟化→壓片→切條→干燥→成品

1.3.2 單因素試驗

以高筋小麥粉質量的百分比計，選擇芡實添加量（10%，20%，30%，40%和50%）、面條改良劑添加量（0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%）和水添加量（25%，35%，45%，55%和65%）進行單因素分析試驗，制備的面條經過蒸煮后，考察芡實添加量、面條改良劑添加量和水添加量對產品的感官評分的影響。

1.3.3 響應面優化試驗

根據單因素試驗結果，采用Box-Behnken響應面設計方法，以芡實添加量、面條改良劑添加量和水添加量為響應因素，以感官評價和蒸煮損失為響應值進行優化試驗，確定芡實面條最佳配方，三因素三水平見表1。

表1 響應面試驗因素與水平 單位：%

1.4 感官評定

將面條煮好后，邀請10位經過專業感官品評訓練的人員，根據表2的評分標準進行感官品評。

表2 感官評分標準

2 結果與討論

2.1 芡實添加量對面條感官評價的影響

由圖1可知，隨著芡實添加量增加，面條感官評分先增大，達到最大值后開始下降。芡實添加量10%時，面條沒有芡實固有的顏色，光亮較差且顏色不均一，表面粗糙、不光滑，口感偏軟，粘牙，咬勁和彈性一般，且沒有芡實固有的氣味。隨著芡實添加量逐漸增加，面條的顏色、表觀狀態適口性、黏彈性和食味發生顯著提高。但是芡實添加量達到30%后，感官評分呈現下降趨勢。這可能是由于過量的芡實導致原料中面筋蛋白含量降低，從而使面團吸水能力和面筋形成能力下降，難以產生致密的網絡結構，使面條難以形成穩定的組織結構，因此感官品質逐漸降低。所以，選取芡實添加量20%，30%和40%作為響應因素的最佳范圍。

圖1 芡實添加量對面條感官評價的影響

2.2 面條改良劑添加量對面條感官評價的影響

由圖2可以看出，面條改良劑的添加量0.4%，0.5%和0.6%時，面條的感官評分較高。隨著面條改良劑的添加，面條的感官評分先增加后降低并趨于穩定。

圖2 面條改良劑添加量對面條感官評價的影響

改良劑的主要成分由黃原膠、谷朊粉、三聚磷酸鈉等物質組成。黃原膠通過主鏈間氫鍵等非共價鍵作用力形成具有一定黏彈性的連續三維凝膠網絡結構，與蛋白質相互結合形成大分子基團，增強面粉中蛋白質黏結力[9]，提升面條品質。谷朊粉的添加，增加面粉中的二硫鍵含量，使吸水后形成的面筋蛋白網絡結構更加穩定[10]。三聚磷酸鈉可以促進面筋蛋白與淀粉之間進行酯化反應及架橋結合而形成穩定的復合體，從而降低面制品在蒸煮時的淀粉的溶出[11]。改良劑添加量0.5%時，面條的成型性、膨脹率和筋力均得到提高；然而添加量繼續增加時，會導致面條在煮制時發生蛋白質變性而暴露疏水基、吸水率降低，最終導致面條的硬度、爽口性降低。因此，選取改良劑添加量0.4%，0.5%和0.6%作為響應因素試驗的范圍。

2.3 水添加量對面條感官評價的影響

由圖3所示，隨著水添加量增加，感官評分呈現上升趨勢，水添加量55%時感官評分達到最大值。繼續添加水會導致感官評分下降。這是由于過多的水分導致面團質構軟化，在進行壓片和切條時會發生黏連現象，在進行煮制時斷條現象增加。因此，選擇水添加量45%，55%和65%作為Box-Behnken響應面設計的水平。水添加量增加時，面團變軟，壓片與切條時黏連嚴重，煮面時易斷，導致面條斷條率增加。

圖3 水添加量對面條感官評價的影響

2.4 芡實面條加工工藝的響應面試驗結果

2.4.1 響應面多元回歸模型的建立與分析

根據單因素試驗結果，設計三因素三水平的響應面試驗（表3）。采用Design-Expert 8.0.5b軟件對試驗數據進行多元回歸擬合，得到芡實面條感官評分關于芡實添加量（A），面條改良劑添加量（B），水添加量（C）的二次回歸方程：Y=-302.459 38+3.656 25A+ 519.125 00B+6.793 75C+0.025 000AB-0.016 500AC-0.400 00BC-0.041 125 A2-476.250 00B2-0.051 875C2。

表3 響應面試驗設計及結果

從表4可以看出，回歸模型p＜0.000 1，達到極顯著水平，而失擬項的p值為0.129 8大于0.05，因此該回歸模型有效。相關系數R2=0.931 5，說明該方程對試驗擬合情況效果好；校正相關系數Radj2=0.987 0，說明該模型能夠在98.70%的程度上對試驗結果進行解釋說明；變異系數為0.79，說明試驗的精確度高，模型方程能夠較好地反映真實值。因此，可用該回歸方程對芡實面條的加工試驗結果進行分析和預測。芡實添加量（A）、面條改良劑添加量（B）、水添加量（C）的p值小于0.000 1，表明其對芡實面條感官評分的影響極顯著。各因素對芡實面條感官評分的影響大小順序是水添加量（C）＞芡實添加量（A）＞面條改良劑添加量（B）。

表4 回歸方程系數顯著性檢驗

2.4.2 各因素間交互作用響應面分析

圖4～圖6是通過上述多元二次回歸模型所得到的響應面圖，可用于評價當芡實添加量（A）、面條改良劑添加量（B）、水添加量（C）任意一個因素位于中心水平時，其余2個因素間的交互作用及對芡實面條感官評分的影響[12]。由圖5可以看出，芡實添加量（A）與水添加量（C）之間的交互作用的曲面陡峭，對芡實面條感官評分的影響較大；而圖4和圖6顯示，芡實添加量（A）與面條改良劑添加量（B），以及面條改良劑添加量（B）和水添加量（C）間交互作用的影響較小。同時由表4方差分析結果顯示，芡實添加量（A）與水添加量（C）之間的交互作用對芡實面條感官評分具有極顯著影響（p＜0.01），而其他各因素之間的交互作用的影響不顯著（p＞0.05）。各因素之間的交互作用對芡實面條感官評分的影響大小順序為AC＞BC＞AB。

圖4 芡實添加量和面條改良劑添加量交互作用響應面圖

圖5 芡實添加量和水添加量交互作用響應面圖

圖6 面條改良劑添加量和水添加量交互作用響應面圖

2.4.3 模型驗證

根據多元二次回歸模型，預測得到芡實面條的最佳工藝條件：芡實添加量32.35%，面條改良劑添加量0.516%，水添加量56.81%。在此條件下，加工獲得的芡實面條感官評分理論值為90.6分。在根據實際試驗操作基礎上，修改為芡實添加量32%、面條改良劑添加量0.5%、水添加量57%。在此條件下再次進行試驗，實際測得的芡實面條感官評分平均值為90.1分，與預測值基本相符。因此，優化獲得的工藝條件可靠。

3 結論

以芡實和面粉為主要原料，對芡實面條的最佳工藝條件進行研究。以感官評分作為分析指標，基于單因素試驗結果，使用Box-Behnken響應面設計對芡實面條的加工條件進行優化。最佳工藝條件為芡實添加量32%、面條改良劑添加量0.5%、水添加量57%。在此條件下加工獲得的芡實面條光亮色澤、顏色均一，表面細密、光滑，軟硬適中，有嚼勁，有芡實固有的氣味，感官評分為90.1分。此次研究可為工業化規模生產芡實面條提供理論依據和工藝參數，對開發芡實資源、提高其經濟價值有重要的實踐意義。