響應面法優(yōu)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(nóng)業(yè)科技學院食品工程學院（吉林 132101）；2. 吉林省釀造技術科技創(chuàng)新中心（吉林 132101）；3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家糖料加工技術研發(fā)分中心（吉林 132101）

近年來，利用藜麥等多谷物制作成營養(yǎng)均衡的代餐粉，一方面可以取代高脂、高熱量食物，改善營養(yǎng)攝入不均衡的現(xiàn)象，另一方面還可以調(diào)整飲食習慣、清理腸道，達到提供能量、補充營養(yǎng)、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(yǎng)型粗糧，常食可以預防心血管疾病、結(jié)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(zhì)、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(diào)配配方，研制一種色澤、口感及風味都符合大多數(shù)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(zhì)[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(mào)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(yōu)協(xié)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(fā)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(jié)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(shù)[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(jié)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(jié)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(xiàn)先增加后下降趨勢，莜麥改性粉添加量為16%時，產(chǎn)品的感官評分最低。莜麥改性粉添加量為20%時，產(chǎn)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(jié)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(jié)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(xiàn)先增加后下降趨勢，藜麥改性粉添加量為7%時，產(chǎn)品的感官評分最低[8]。藜麥改性粉添加量為11%時，產(chǎn)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(jié)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(xiàn)先增加后下降趨勢，山藥改性粉添加量為6%時，產(chǎn)品的感官評分最低。山藥改性粉添加量為10%時，產(chǎn)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(jié)果見圖4。

結(jié)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(xiàn)先增加后下降趨勢，木糖醇添加量為1.0%時，產(chǎn)品的感官評分最低。木糖醇添加量為2.0%時，產(chǎn)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(shù)的優(yōu)化

2.2.1 數(shù)學模型的建立與顯著性檢驗

依據(jù)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(jié)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(shù)，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(jié)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(shù)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(jié)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(chǎn)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(tǒng)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(xiàn)為等高線圖呈明顯的橢圓形。

2.2.3 優(yōu)化莜麥改性粉工藝參數(shù)

為進一步確定最佳參數(shù)，對擬合的回歸方程求分別一階偏導數(shù)，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(shù)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(xiàn)實中的操作，將參數(shù)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(shù)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(jié)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(shù)。結(jié)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(diào)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。