響應(yīng)面法優(yōu)化菠菜胡蘿卜掛面工藝研究

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系，山西呂梁033001）

菠菜里有十幾種重要氨基酸和多類礦物質(zhì)[1]，富含VA、VC、VE及各種B族維生素，它富含抗氧化生物活性物質(zhì)，如膳食纖維、植物固醇以及黃酮[2]。在藥用方面，除了輔助治療高血壓、慢性便秘、貧血、夜盲等疾病外，其在抗氧化、抗癌、消炎、降三高也有比較不錯(cuò)的藥理活性[3]。因此，菠菜在食品方面還有很大的開發(fā)和利用價(jià)值。

胡蘿卜內(nèi)的胡蘿卜素作為VA的前體物質(zhì)，進(jìn)入人體后可以大量補(bǔ)充機(jī)體對(duì)VA的需求。其具有保肝、清肝、利痰、增強(qiáng)抵抗力的功能[4]。胡蘿卜含有豐富的多糖物質(zhì)，在降低人體血糖、調(diào)節(jié)人體免疫力、維護(hù)人體腸道健康等方面有很好的保健作用[5]。因此，在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與保健方面，胡蘿卜已經(jīng)被深入的研究和應(yīng)用。

本研究在傳統(tǒng)的掛面中添加菠菜漿和胡蘿卜粉，研制出具有調(diào)節(jié)胃腸、色澤鮮麗、口感鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富的菠菜胡蘿卜掛面。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

菠菜、胡蘿卜、面粉、食鹽：呂梁市天益超市。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

電子分析天平（FA2104N）：天津精密儀器有限公司；植物微型粉粹機(jī)（FZ102）：上?？坪銓?shí)業(yè)發(fā)展有限公司；干燥箱（DHG-9000）：上海吉泰制造有限公司；榨汁機(jī)（SBL-1702DS）：慈溪市斯泊林電器有限公司；電磁爐（YP-H3）：廣東順德盈派電器科技有限公司。

1.3 原料的預(yù)處理

胡蘿卜粉：選取優(yōu)質(zhì)的胡蘿卜，切成10 mm×10 mm的胡蘿卜丁。經(jīng)電熱恒溫（55℃）干燥箱烘烤2 h、干燥至脫水。把脫水后的胡蘿卜干放入粉碎機(jī)內(nèi)粉碎，將粗制胡蘿卜粉過(guò)100目篩后，即成品胡蘿卜粉，備用

菠菜漿的制備：選擇綠油油的菠菜，用清水洗干凈，晾干。菠菜與水按不同料液比榨漿，然后過(guò)濾，得到菠菜漿，備用。

1.4 工藝流程

鮮胡蘿卜→預(yù)處理→切丁→漂燙→冷卻→脫水→粉碎→篩分→稱量→胡蘿卜粉+菠菜漿+面粉+食鹽→和面→熟化→壓面切條→干燥→成品[6]

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)探討菠菜與水的料液比、菠菜漿增添量、胡蘿卜粉增添量等主要成分對(duì)菠菜胡蘿卜掛面的作用，采取單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，以綜合感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)確定菠菜胡蘿卜掛面的最佳配方。

1.6 檢驗(yàn)方法

1.6.1 感官評(píng)價(jià)

將煮熟（500 mL水，100℃水溫，5 min）的菠菜胡蘿卜掛面，由10名專業(yè)人士品評(píng)打分。掛面評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[7]見表1。

表1 菠菜胡蘿卜掛面感官評(píng)分Table 1 Sensory scores of spinach and carrot noodles

續(xù)表1 菠菜胡蘿卜掛面感官評(píng)分Continue table 1 Sensory scores of spinach and carrot noodles

1.6.2 理化指標(biāo)

利用折光儀法、酸堿中和滴定法、斐林試劑比色法及食品重金屬檢測(cè)儀分別測(cè)出可溶性固形物、總酸、總糖及重金屬的含量[8]。

1.6.3 微生物指標(biāo)

細(xì)菌的總數(shù)和大腸菌群，通過(guò)平板計(jì)數(shù)方法測(cè)定；致病細(xì)菌，通過(guò)常規(guī)培養(yǎng)檢測(cè)法進(jìn)行測(cè)定。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后，采用Graphpad Prism8對(duì)單因素試驗(yàn)作圖，采用Design-Expert 8.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 菠菜與水的比例對(duì)菠菜胡蘿卜掛面感官品質(zhì)的影響

不同菠菜與水的料液比對(duì)掛面感官評(píng)價(jià)的影響見圖1。

圖1 不同菠菜與水的料液比對(duì)掛面感官評(píng)價(jià)的影響Fig.1 Effect of different proportions of spinach and water on sensory evaluation of dry noodles

由圖1可知，當(dāng)菠菜與水的料液比為0.20∶1、0.25 ∶1、0.30 ∶1（g/mL），菠菜胡蘿卜掛面質(zhì)量良好，且分值相對(duì)要高。當(dāng)菠菜與水的料液比為0.15∶1（g/mL），掛面的菠菜味味道很輕，菠菜的獨(dú)特顏色也不反映在面條上，這和沒有菠菜的掛面沒有太大的不同。伴著菠菜與水的比例逐漸變大，菠菜胡蘿卜掛面的分值呈現(xiàn)出鐘型的態(tài)勢(shì)。因?yàn)椴げ伺c水的料液比較小，雖然菠菜的顏色在該掛面上逐漸體現(xiàn)出來(lái)，開始加深，但掛面的菠菜味道還是較淡。所以較小的料液比對(duì)菠菜胡蘿卜掛面的影響并不顯著。當(dāng)菠菜與水的料液比增大至0.35∶1（g/mL）時(shí)，雖然掛面的菠菜顏色很深，但菠菜味道明顯蓋過(guò)了胡蘿卜的味道，而且掛面的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也不易形成，使面條的適口性和韌性降低，黏性加重，口感不好。因此，選取0.20∶1、0.25∶1、0.30∶1（g/mL）的菠菜與水的料液比作為響應(yīng)面法試驗(yàn)的最佳范圍。

2.2 菠菜漿增添量對(duì)菠菜胡蘿卜掛面感官品質(zhì)的影響

不同菠菜漿增添量對(duì)掛面感官評(píng)價(jià)的影響見圖2。

圖2 不同菠菜漿增添量對(duì)掛面感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effect of different amounts of spinach pulp on sensory evaluation of dry noodles

由圖2可知，菠菜漿增添量分別占面粉質(zhì)量的52%、56%、60%時(shí)，菠菜胡蘿卜掛面的品質(zhì)較好，感官得分越高。當(dāng)菠菜漿的加入量為48%時(shí)，面團(tuán)具有的水含量少，面團(tuán)不易形成，這是不容易被軋制成面片的。其次面片表面有很多不規(guī)則的小塊斑，使其顯得粗糙和不均勻。做成的掛面質(zhì)地偏硬，表面粗糙，易斷，口感粗糙，適口性和韌性也較差，并且菠菜顏色也沒有很好地體現(xiàn)出來(lái)。隨著菠菜漿增添量的逐漸增大，菠菜胡蘿卜掛面的感官評(píng)分開始升高，適口性與韌性有了較好的提高，質(zhì)地逐漸適中，表面開始變得均勻光滑，粗糙感消失，菠菜顏色也開始漸漸加深。但菠菜漿增添量過(guò)多，至64%時(shí)，菠菜胡蘿卜掛面的伸展力變差，黏性加重，嘗起來(lái)就會(huì)比較粘牙。所以，選取52%、56%、60%的菠菜漿增添量作為響應(yīng)面法試驗(yàn)的最佳范圍。

2.3 胡蘿卜粉增添量對(duì)菠菜胡蘿卜掛面感官品質(zhì)的影響

不同胡蘿卜粉增添量對(duì)掛面感官評(píng)價(jià)的影響見圖3。

圖3 不同胡蘿卜粉增添量對(duì)掛面感官評(píng)價(jià)的影響Fig.3 Effect of different amounts of carrot powder on sensory evaluation of dry noodles

由圖3可知，胡蘿卜粉增添量分別為15、20、25 g時(shí)，菠菜胡蘿卜面條的質(zhì)量較好，感官評(píng)分較高。當(dāng)胡蘿卜粉使用量為10克，菠菜胡蘿卜面條的適口性一般，沒有明顯的胡蘿卜風(fēng)味，其次胡蘿卜的顏色也不反映在面條上。隨著胡蘿卜粉增添量的逐漸增加，掛面的色澤，品味，組織結(jié)構(gòu)均有了良好的改善。但菠菜胡蘿卜掛面的分值呈現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。因?yàn)殡S著胡蘿卜粉增添量過(guò)多，雖然掛面的顏色和組織結(jié)構(gòu)均較好，但其胡蘿卜味濃重，以至于嚴(yán)重蓋過(guò)了菠菜的味道，使菠菜胡蘿卜掛面的感官品質(zhì)逐漸降低。所以，選取15、20、25 g的胡蘿卜粉增添量作為響應(yīng)面法試驗(yàn)的最佳范圍。

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)分析

2.4.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于單因素試驗(yàn)，采用Box-Behnken模型，以感官評(píng)分Y為響應(yīng)值，使用軟件Design-Expert V8.0.6做三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 2 Design factors and levels of response surface test

表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Experimental design and results of Box-Behnken

續(xù)表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Continue table 3 Experimental design and results of Box-Behnken

2.4.2 建立多元二次回歸方程與顯著性檢驗(yàn)表

通過(guò)Design-Expert軟件，對(duì)表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，擬合得出菠菜胡蘿卜掛面的感官評(píng)分（Y）關(guān)于菠菜與水的比例（A），菠菜漿增添量（B），胡蘿卜粉增添量（C）的多元二次回歸方程：

Y=-1 515.437 50+1 198.500 00A+4 738.875 00B+11.726 00C+587.500 00AB+0.700 00AC+3.125 00BC-3 039.000 00A2-4 404.687 50B2-0.335 90C2。

試驗(yàn)的方差分析見表4。

表4 Box-Behnken試驗(yàn)方差分析1Table 4 Test anova 1 of Box-Behnken

試驗(yàn)的模型相關(guān)性分析見表5。

表5 Box-Behnken試驗(yàn)方差分析2Table 5 Test anova 2 of Box-Behnken

由表4可知，模型是極顯著的（P≤0.01），失擬項(xiàng)是不顯著的（0.812 8＞0.05），這說(shuō)明該線性回歸方程的模型擬合試驗(yàn)情況良好，誤差小，能夠較好地預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。表4中表明，對(duì)菠菜胡蘿卜掛面的感官評(píng)分結(jié)果有極顯著影響（P≤0.01）的因素是主要項(xiàng)A、C與所有次要項(xiàng)A2、B2、C2。而對(duì)該款掛面分值有顯著影響（P≤0.05）的因素是主要項(xiàng)B與交互項(xiàng)AB。按對(duì)感官評(píng)分結(jié)果影響大小的順序?qū)⒏饕蛩嘏帕校翰げ伺c水的料液比A＞胡蘿卜粉增添量C＞菠菜漿增添量B。

由表5可知，模型相關(guān)性R2=0.995 9，校正系數(shù)R2Adj=0.990 6，說(shuō)明預(yù)測(cè)值非常靠近于測(cè)量值，該模型非常適合實(shí)際情況。變異系數(shù)CV=0.93%，這表明，該模型能很好反映真實(shí)測(cè)試值，并且可以保證測(cè)試的高可靠性。因此，該模型可被用于分析和預(yù)測(cè)菠菜胡蘿卜面條的加工技術(shù)。

2.4.3 多因素交互作用影響曲面分析

采用Design Expert軟件對(duì)各因素之間的交互作用做全面的模型分析，得到響應(yīng)面圖和等高線圖，結(jié)果見圖 4、圖 5、圖 6。

由圖4可知，影響系數(shù)A菠菜與水的料液比、影響系數(shù)B菠菜漿增添量及其交互作用對(duì)菠菜胡蘿卜掛面的感官品質(zhì)有顯著的影響。當(dāng)影響系數(shù)A菠菜和水的料液比為0.25∶1（g/mL），影響系數(shù)B菠菜漿增添量為56%，菠菜胡蘿卜面條的感官評(píng)分是最高的。當(dāng)菠菜與水的料液比固定不變時(shí)，隨著菠菜漿增添量的變化方向，其等高線密度較大。因此，可以從等高線分析中得出結(jié)論：相較于影響系數(shù)A菠菜與水的料液比而言，影響系數(shù)B菠菜漿增添量對(duì)菠菜胡蘿卜掛面感官質(zhì)量的影響效果并不明顯。影響系數(shù)A菠菜與水的料液比對(duì)該款掛面感官品質(zhì)的影響則更為顯著。

由圖5可知，當(dāng)影響系數(shù)A菠菜與水的料液比為0.25∶1（g/mL）、影響系數(shù)C 胡蘿卜粉增添量為20.33 g，菠菜胡蘿卜掛面的感官評(píng)分是最高的。當(dāng)菠菜與水的料液比固定不變時(shí)，隨著胡蘿卜粉增添量的變化方向，其等高線密度較大。因此，可以從等高線分析得出結(jié)論：與影響系數(shù)A菠菜與水的料液比相比，影響系數(shù)C胡蘿卜粉增添量對(duì)菠菜胡蘿卜掛面感官質(zhì)量的影響效果并不太明顯。因素A菠菜與水的料液比對(duì)該款掛面感官品質(zhì)的影響較為顯著。

圖4 因素A和B交互作用的響應(yīng)面和等高線Fig.4 Response surfaces and contour lines of the interaction between factors A and B

圖5 因素A和C交互作用的響應(yīng)面和等高線Fig.5 Response surfaces and contour lines of the interaction between factors A and C

圖6 因素B和C交互作用的響應(yīng)面和等高線Fig.6 Response surfaces and contour lines of the interaction between factors B and C

由圖6可知，當(dāng)影響系數(shù)B菠菜漿增添量為56%、影響系數(shù)C胡蘿卜粉增添量為20.33 g時(shí)，菠菜胡蘿卜掛面感官評(píng)分最高。當(dāng)菠菜漿增添量固定不變時(shí)，隨著胡蘿卜粉增添量的變化方向，其等高線密度較大。從等高線分析可以看出：與影響系數(shù)B菠菜漿增添量相比，影響系數(shù)C胡蘿卜粉增添量對(duì)菠菜胡蘿卜掛面感官質(zhì)量的影響效果與影響系數(shù)B菠菜漿增添量相比較差。影響系數(shù)B菠菜漿增添量對(duì)該款掛面感官質(zhì)量的影響則較為顯著。

2.5 模型驗(yàn)證

模型驗(yàn)證結(jié)果見表6。

通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)分析，得出菠菜胡蘿卜掛面的最佳工藝條件為：菠菜與水的料液比為0.25∶1（g/mL）、菠菜漿增添量為56%、胡蘿卜粉增添量為20.33 g。在此條件下的感官評(píng)分的預(yù)測(cè)值是87.713 9。對(duì)該模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，按照優(yōu)化后的最佳工藝配方，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正，得到實(shí)際工藝條件：菠菜與水的料液比為0.25∶1（g/mL）、菠菜漿增添量為56%、胡蘿卜粉增添量為20 g。在此條件下做3個(gè)平行試驗(yàn)，平均感官分值為88。這與該模型的感官評(píng)分預(yù)測(cè)值是非常相似的。這表明，該模型可以預(yù)測(cè)的實(shí)際情況良好，說(shuō)明菠菜胡蘿卜面條的最佳工藝條件是可靠和準(zhǔn)確的。

表6 最佳工藝驗(yàn)證結(jié)果Table 6 The best process validation results

2.6 理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

測(cè)定出可溶性固形物為24%，大于12%，符合國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)?？偹幔ㄒ匀樗嵊?jì)）0.62%～0.76%，符合國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)?？偺菫?4%，大于8%，符合國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。重金屬含量不超標(biāo)。

2.7 微生物指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

細(xì)菌總數(shù)≤100個(gè)/mL；大腸菌群≤3個(gè)/100 mL；致病菌未檢出。

2.8 最優(yōu)工藝感官評(píng)價(jià)結(jié)果

最優(yōu)工藝感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表7。

表7 最優(yōu)工藝感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 Sensory evaluation results of optimal process

續(xù)表7 最優(yōu)工藝感官評(píng)價(jià)結(jié)果Continue table 7 Sensory evaluation results of optimal process

3 結(jié)論

本研究以菠菜、胡蘿卜、面粉為主要原料，研究一款營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化型掛面，即菠菜胡蘿卜掛面的最佳工藝條件。把感官評(píng)分作為分析指標(biāo)，基于所述單因素試驗(yàn)上，使用響應(yīng)面法來(lái)優(yōu)化菠菜胡蘿卜掛面的加工條件。最佳工藝條件如下：水與菠菜料液比為0.25∶1（g/mL），菠菜漿增添量為56%，胡蘿卜粉加入量為20 g。在此條件下制作出的菠菜胡蘿卜掛面色澤漂亮，表面光滑無(wú)斑，爽口，不粘牙，咬力適中，有嚼勁，有豐富的菠菜胡蘿卜風(fēng)味，感官評(píng)分最高，為88分。