響應(yīng)面優(yōu)化辣木核桃蛋白能量棒配方

劉俐彤，鐘俊麟，趙存朝， ，顧凡， ，陶亮， *，田洋， *

1. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院（昆明 650201）；2. 國(guó)家辣木加工技術(shù)研發(fā)專(zhuān)業(yè)中心（昆明 650201）

辣木（Moringa oleifera）亦稱(chēng)油辣木或鼓槌樹(shù)，系辣木科辣木屬熱帶落葉喬木，原產(chǎn)于北印度亞喜馬拉雅區(qū)域及非洲[1]。辣木葉是一種全營(yíng)養(yǎng)素新資源食品[2]，有高蛋白、高鈣、高纖維、低脂肪等健康特性[3]。辣木葉中蛋白含量高達(dá) 27.6%～35.4%，約是牛奶的10倍，氨基酸種類(lèi)多達(dá)19種[4]，可媲美大豆，是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白。核桃又稱(chēng)胡桃（Juglansregia），系胡桃科胡桃屬植物，核桃在世界堅(jiān)果市場(chǎng)中占比最高，具有廣闊開(kāi)發(fā)價(jià)值及市場(chǎng)前景。核桃富含的不飽和脂肪酸[5]、多酚[6]、維生素E等化合物，對(duì)人體健康具有重要作用。辣木與核桃同為云南特色植物資源，二者皆是眾多營(yíng)養(yǎng)活性成分的良好來(lái)源，且具有抗癌、降血糖等多種功效，是現(xiàn)代健康食品開(kāi)發(fā)的良好原料。周艷等[7]以核桃仁、辣木葉為主要原料開(kāi)發(fā)出風(fēng)味濃郁、穩(wěn)定性好、有機(jī)鈣含量高的高鈣乳，充分利用了其互補(bǔ)潛能，為復(fù)配型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了新思路。

能量棒是一種營(yíng)養(yǎng)全面、方便攜帶且食用簡(jiǎn)潔的棒狀食品，其既能快速為人體提供所需能量、提高運(yùn)動(dòng)耐力[8]，又可均衡其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，口感也深受大眾喜愛(ài)，而國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品的發(fā)展較晚且不夠全面，尚處在初步階段?？紤]到核桃粉和辣木葉粉的整體健康益處和消費(fèi)者需求，此次試驗(yàn)擬以二者相復(fù)配，經(jīng)配方、工藝優(yōu)化，開(kāi)發(fā)一種方便、營(yíng)養(yǎng)、即食的能量棒產(chǎn)品，同時(shí)為云南特色生物資源的開(kāi)發(fā)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

巧克力、白砂糖（沃爾瑪超市）；辣木葉粉（德宏天佑科技開(kāi)發(fā)有限公司）；核桃（大理百里園生態(tài)食品發(fā)展有限公司）；低聚果糖（深圳安泰生物科技有限公司）；大豆蛋白粉、花生蛋白粉（上海源葉生物科技有限公司）。

1.2 儀器設(shè)備

JM-L100小鋼磨（上海中成泵業(yè)制造有限公司）；K35FK602蘇泊爾電烤箱（浙江蘇泊爾家電制造有限公司）；SZM-50型食品攪拌機(jī)（廣州旭眾食品機(jī)械有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 辣木核桃蛋白能量棒的加工工藝流程

復(fù)配核桃粉（W核桃∶W大豆蛋白粉∶W花生蛋白粉= 2∶1∶1）打粉混合→制備復(fù)配低聚果糖（W低聚果糖∶W白砂糖∶W麥芽糖漿=2∶1∶1）→加入辣木葉粉→制備能量棒夾心→倒入模具→脫?！嚎荆?0 min，100 ℃）→初次冷卻→制備包衣（巧克力10 g）→敷外皮→包衣二次冷卻→成品

1.3.2 試驗(yàn)方法

1.3.2.1 辣木核桃蛋白能量棒感官評(píng)分方法

由10名有一定品評(píng)經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人員組成評(píng)定小組，分別從組織狀態(tài)（30分）、色澤（20分）、口感（30分）、風(fēng)味（20分）四項(xiàng)指標(biāo)對(duì)辣木核桃蛋白能量棒采用百分制打分。其感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 辣木核桃蛋白能量棒感官評(píng)定評(píng)分表

1.3.2.2 辣木核桃蛋白能量棒產(chǎn)品理化衛(wèi)生指標(biāo)測(cè)定

蛋白質(zhì)，按GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》規(guī)定的方法測(cè)定；水分，按GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》的方法測(cè)定；粗脂肪，按GB 5009.6—2016 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》規(guī)定的方法測(cè)定；能量、碳水化合物，按GB 28050—2011《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝食品營(yíng)養(yǎng)標(biāo)簽通則》規(guī)定的方法測(cè)定。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以感官評(píng)分為指標(biāo)，考察復(fù)配核桃粉添加量（20，40，60，80和100 g）、辣木葉粉的添加量（6，8，10，12和14 g）、復(fù)配低聚果糖添加量（20，40，60，80和100 g）、夾心冷卻時(shí)間（4，6，8，10，12和14 min）、包衣二次冷卻時(shí)間（6，8，10，12，14和16 min）5 個(gè)因素對(duì)辣木核桃蛋白能量棒的影響，確定最佳工藝參數(shù)。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化

響應(yīng)面試驗(yàn)因素的選取，各水平如表2所示。以感官評(píng)分為響應(yīng)值，選取復(fù)配核桃粉添加量、辣木葉添加量、復(fù)配低聚果糖添加量3個(gè)因素，利用 Box- Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行三因素三水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化辣木核桃蛋白能量棒的工藝配方。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)表 單位：g

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2013、SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用 Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面分析，結(jié)果以均值±SD 表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 復(fù)配核桃粉添加量對(duì)辣木核桃蛋白能量棒感官品質(zhì)的影響

關(guān)于復(fù)配核桃粉添加量對(duì)產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響如圖1所示，隨著復(fù)配核桃粉添加量不斷增加，感官評(píng)分先增加后下降，在添加量為40 g時(shí)，獲得最高感官評(píng)分，隨后開(kāi)始下降。原因可能是適宜的復(fù)配核桃粉添加量能同時(shí)體現(xiàn)其他原材料的風(fēng)味，若其添加量太多，會(huì)影響最終產(chǎn)品的風(fēng)味多樣性，致使產(chǎn)品感官質(zhì)量下降。故復(fù)配核桃粉添加量40 g為最佳添加量。

圖1 復(fù)配核桃粉添加量對(duì)辣木蛋白能量棒的影響

2.1.2 辣木葉粉添加量對(duì)辣木核桃蛋白能量棒感官評(píng)分的影響

辣木葉粉添加量對(duì)于產(chǎn)品的口感和風(fēng)味具有重要影響。如圖2所示，隨著辣木葉粉的添加量逐漸增加，呈穩(wěn)定的上升趨勢(shì)，在辣木葉粉添加量為10 g時(shí)，感官評(píng)分最高，產(chǎn)品風(fēng)味和口感最佳，隨后又呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這是由于辣木葉粉添加量過(guò)多，導(dǎo)致產(chǎn)品具有一定的辣木苦味[9]和辣味，影響感官品質(zhì)，同時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品顏色偏褐綠色，色澤較差。故辣木核桃蛋白能量棒中辣木葉粉的最佳添加量為10 g。

圖2 辣木葉粉添加量對(duì)辣木核桃蛋白能量棒的影響

2.1.3 復(fù)配低聚果糖中低聚果糖比例和添加量對(duì)辣木核桃蛋白能量棒感官評(píng)分的影響

如圖3所示，當(dāng)復(fù)配低聚果糖添加量從20 g到40 g時(shí)，感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)。這是因?yàn)閺?fù)配低聚果糖中低聚果糖（fructo-oligosaccharides，F(xiàn)OS）能增加食品的香氣和色澤，對(duì)于提升食品口感有積極的作用，且能有效調(diào)節(jié)腸道菌群失衡情況[10]，白砂糖甜度較高且甜味純正，麥芽糖適合用于調(diào)和糖中，加熱冷卻后具有一定產(chǎn)品塑性作用。其綜合了三種糖的特點(diǎn)，美拉德與焦糖化反應(yīng)，使產(chǎn)品色澤均勻，甜度、黏度合適，充分發(fā)揮了復(fù)配低聚果糖的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。但隨著添加量的增加，感官評(píng)分開(kāi)始降低，可能是因?yàn)閺?fù)配低聚果糖的添加量的增大使產(chǎn)品的黏度過(guò)大，導(dǎo)致蛋白質(zhì)間的排斥力變小，從而引起口感不適。故復(fù)配低聚果糖添加量為40 g時(shí)，為最優(yōu)配比添加量。

圖3 復(fù)配低聚果糖添加量對(duì)辣木核桃蛋白能量棒的感官影響

2.1.4 夾心初次冷卻時(shí)間對(duì)辣木核桃蛋白能量棒感官評(píng)分的影響

冷卻是為了能更好幫助產(chǎn)品成形，抑制產(chǎn)品中分子的運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)固辣木核桃蛋白能量棒中夾心的組織狀態(tài)，冷卻時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度不夠，組織狀態(tài)松軟。冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)使產(chǎn)品凝固強(qiáng)度過(guò)高、過(guò)硬，影響口感和風(fēng)味。如圖4所示，冷卻時(shí)間從4 min開(kāi)始，感官評(píng)分出現(xiàn)上升趨勢(shì)，在10 min時(shí)評(píng)分最高。之后隨著冷卻時(shí)間的逐漸增加，感官評(píng)分開(kāi)始下降。這是因?yàn)槔鋮s的時(shí)間越長(zhǎng)，其產(chǎn)品的硬度會(huì)越來(lái)越高，組織狀態(tài)越來(lái)越硬甚至皺縮，導(dǎo)致口感下降，風(fēng)味丟失，評(píng)分降低，故夾心冷卻的最優(yōu)時(shí)間為10 min。

圖4 夾心冷卻時(shí)間對(duì)辣木核桃蛋白能量棒的影響

2.1.5 包衣二次冷卻時(shí)間對(duì)辣木核桃蛋白能量棒感官評(píng)分的影響

二次冷卻是為了讓巧克力包衣能更好地起到增加色澤、改善外觀(guān)、豐富口感的作用。如圖5所示，二次冷卻時(shí)間對(duì)巧克力包衣的影響很大，當(dāng)二次冷卻時(shí)間為12 min時(shí)，感官評(píng)分最高，這是因?yàn)榇藭r(shí)內(nèi)外部溫度均勻，組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。隨著時(shí)間的增加，感官評(píng)分下降的趨勢(shì)明顯，因?yàn)槎卫鋮s時(shí)間越長(zhǎng)，成品的風(fēng)味丟失得越多，包衣硬度增加，口感較差，感官質(zhì)量下降。冷卻過(guò)程的不斷延長(zhǎng)，也使得辣木核桃蛋白能量棒內(nèi)外水分遷移，直接影響后續(xù)加工的均勻度及其貨架期。故確定最佳巧克力包衣二次冷卻時(shí)間為12 min。

圖5 包衣二次冷卻時(shí)間對(duì)辣木核桃蛋白能量棒的影響

2.2 響應(yīng)面工藝優(yōu)化

2.2.1 辣木核桃蛋白能量棒的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，利用Box-Behnken Design中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄟ^(guò)單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到的最優(yōu)配方。以復(fù)配核桃粉添加量（X1）、辣木葉添加量（X2）、復(fù)配低聚果糖添加量（X3）為自變量，以辣木核桃蛋白能量棒的感官評(píng)分為響應(yīng)值（Y），進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

2.2.2 辣木核桃蛋白能量棒的模型建立及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表3進(jìn)行多元回歸擬合，得到辣木核桃蛋白能量棒感官評(píng)分（Y）的二次方程模型：Y1=84.67-0.59X1+0.77X2+1.36X3-3.03X1X2-0.63X1X3-0.99X2X3-5.77X12-2.68X22-3.96X32；其中Y1是感官評(píng)定綜合得分，X1為復(fù)配核桃粉添加量，X2為辣木葉粉添加量，X3為復(fù)配低聚果糖添加量?；貧w模型方差分析的結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 響應(yīng)面分析方案及結(jié)果

由表4方差分析得知：辣木核桃蛋白能量棒感官評(píng)分的回歸模型顯著性檢驗(yàn)p=0.008 2＜0.01，說(shuō)明模型極顯著，感官評(píng)分回歸模型失擬性檢驗(yàn)p=0.074 5＞0.05，說(shuō)明二次回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合性充分，模型失擬不顯著，表明此模型可用于試驗(yàn)擬合。辣木核桃蛋白能量棒的回歸診斷表明，當(dāng)決定系數(shù)R2=0.902 4，信噪比Adeq precisior=6.779，表明模型的擬合度和可信度均較高。Y的變異系數(shù)C.V.值為2.81%，說(shuō)明感官評(píng)分準(zhǔn)確度和可信度較高。綜上所述，此模型擬合程度良好，試驗(yàn)誤差小，適合用來(lái)對(duì)辣木核桃蛋白能量棒進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。由回歸系數(shù)顯著性表明，在所取因素水平范圍內(nèi)，各因素對(duì)感官評(píng)分的影響順序?yàn)閺?fù)配核桃粉添加量（X1）＜辣木葉添加量（X2）＜復(fù)配低聚果糖添加量（X3）。

表4 回歸模型方差分析表

2.2.3 辣木核桃蛋白能量棒的響應(yīng)面優(yōu)化

如圖6可知，兩因素交互作用強(qiáng)弱和其交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。結(jié)合表4可知，交互項(xiàng)X1X2的曲面傾斜度較大，坡度較陡，且等高線(xiàn)呈橢圓形，較密集，說(shuō)明其影響顯著（p＜0.05），反之，X1X3、X2X3影響不顯著，各因素間交互作用對(duì)辣木核桃蛋白能量棒的感官評(píng)分的影響大小依次為X1X2＞X2X3＞X1X3。

圖6 辣木核桃蛋白能量棒的響應(yīng)面優(yōu)化

2.2.4 辣木核桃蛋白能量棒的最佳條件的確定和驗(yàn)證試驗(yàn)

回歸模型通過(guò)響應(yīng)面法得到最優(yōu)辣木核桃蛋白能量棒的工藝條件：復(fù)配核桃粉中核桃蛋白粉添加量38.6 g、辣木葉粉添加量11.04 g、復(fù)配低聚果糖39.2 g?？紤]實(shí)際操作情況與設(shè)備參數(shù)狀況，確定辣木核桃蛋白能量棒的工藝條件：復(fù)配核桃粉中核桃蛋白粉添加量39 g、辣木葉粉添加量11 g、復(fù)配低聚果糖40 g，此時(shí)辣木核桃蛋白能量棒的感官評(píng)分為86.02±0.12分，與預(yù)測(cè)值85.59分相近，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.3 產(chǎn)品理化衛(wèi)生指標(biāo)測(cè)定

由表5可知，辣木核桃蛋白能量棒理化指標(biāo)為蛋白質(zhì)14.5±0.21 g/100 g，脂肪7.4±0.34 g/100 g，能量1 028±0.45 kJ/100 g，其蛋白質(zhì)含量高于多數(shù)市售能量棒，而脂肪含量明顯低于市售能量棒，是一種高蛋白低脂的營(yíng)養(yǎng)健康能量棒，可能具有更好的市場(chǎng)前景。

表5 相關(guān)理化指標(biāo)結(jié)果

3 結(jié)論

辣木核桃蛋白能量棒最佳工藝配方為復(fù)配低聚果糖添加量40 g、復(fù)配核桃粉添加量39 g、辣木葉粉添加量11 g、產(chǎn)品最佳熟化時(shí)間10 min、熟化溫度100 ℃。制作的辣木核桃蛋白能量棒理化指標(biāo)為蛋白質(zhì)14.5±0.21 g/100 g、脂肪7.4±0.34 g/100 g、碳水化合物21.6±0.26 g/100 g、能量1 028±0.45 kJ/100 g、水分11.2±0.36 g/100 g。最佳工藝下制得的辣木核桃蛋白能量棒具有濃郁的巧克力和核桃香氣，咀嚼性和組織狀態(tài)均較好，安全健康，感官評(píng)分達(dá)到85.59±0.12分，是一款新穎的復(fù)配產(chǎn)品，可為云南特色植物資源的精深加工提供參考，同時(shí)為運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品的發(fā)展提供一定的研究基礎(chǔ)。