響應面法優(yōu)化軟糯口感的粉圓制作配方

蘇可珍　唐月登　王玉?！『敗≈x林夢　宋賢良

摘要：【目的】優(yōu)化粉圓配方工藝條件，為軟糯口感粉圓的加工生產(chǎn)提供技術支持?！痉椒ā恳阅臼淼矸蹫樵?，以感官評分和質構參數(shù)為評價指標，在單因素試驗基礎上，利用Design-Expert 8.0.6進行響應面分析，并建立二次多項式數(shù)學模型，依據(jù)回歸分析確定粉圓最優(yōu)工藝條件?！窘Y果】建立了感官評分（Y）對羧甲基纖維素鈉添加量（A）、黃原膠添加量（B）和瓜爾豆膠添加量（C）的二次回歸方程：Y=89.9-0.18A-0.79B-0.22C+0.36AB+0.92AC+2.06BC-1.78A²-2.14B²-1.03C²。各因素對粉圓感官評價的影響排序為黃原膠添加量>瓜爾豆膠添加量>羧甲基纖維素鈉添加量;黃原膠添加量與瓜爾豆膠添加量的交互作用對粉圓感官品質影響極顯著（P<0.01），羧甲基纖維素鈉添加量與瓜爾豆膠添加量的交互作用影響顯著（P<0.05）。粉圓制作的最優(yōu)配方為：預糊化淀粉添加量0.07%、羧甲基纖維素鈉添加量0.08%、黃原膠添加量0.05%、瓜爾豆膠添加量0.05%，在此條件下，粉圓感官評分91.4分，與模型預測值（89.9分）接近，且彈性（0.671）、咀嚼性（426.5 gf）、硬度（807.2 gf）、粘結性（1644 gf·mm）和內聚性（0.788）等質構數(shù)據(jù)相對較好?！窘Y論】通過響應面試驗優(yōu)化的粉圓制作配方可有效提高粉圓感官品質，表現(xiàn)出粉圓感官與質構特性的關系，建立的回歸模型可靠，可為實際生產(chǎn)提供理論依據(jù)和預測。

關鍵詞： 粉圓;感官品質;質構;響應面;工藝優(yōu)化

中圖分類號： S533.099? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2022）02-0516-10

Response surface methodology for the optimization of soft waxy taste from Fenyuan processing formula

SU Ke-zhen TANG Yue-deng WANG Yu-niuHU Cong XIE Lin-mengSONG Xian-liang

（1Pilot Food Co.，Ltd.，Guangzhou? 510805， China; 2Food College， South China Agricultural University， Guangzhou? 510640， China）

Abstract：【Objective】To obtain an optimized formula and process conditions in order to provide technical support for the processing and production of soft，waxy Fenyuan. 【Method】With cassava starch as the raw material and sensory score and texture parameters as indicators，on the basis of a single factor test，Design-Expert 8.0.6 was used for response surface analysisand a quadratic polynomial mathematical model was established to determine the optimal process conditions of Fenyuan according to regression analysis. 【Result】The quadratic regression equation of sensory score（Y） on the amounts added of sodium carboxymethyl cellulose（A），xanthan gum（B） and guar gum（C） was established：Y=89.9-0.18A-0.79B-0.22C+0.36AB+0.92AC+2.06BC-1.78A²-2.14B²-1.03C². The order of the effects of various factors on the sensory evaluation was xanthan gum>guar gum>sodium carboxymethyl cellulose. The interaction between xanthan gum and guar gum had extremely significant effect on the sensory quality（P<0.01）， and the interaction between sodium carboxymethyl cellulose and guar gum had significant effect（P<0.05）. The optimal formula for making Fenyuan was as follows：0.07% pregelatinized starch，0.08% sodium carboxymethyl cellulose，0.05% xanthan gum and 0.05% guar gum. Under these conditions，the sensory score of Fenyuan was 91.4， which was close to the predicted value of the model（89.9）. The texture data of elasticity（0.671），masticatory（426.5 gf），hardness（807.2 gf），adhesion（1644 gf·mm） and cohesiveness（0.788） are relatively good. 【Conclusion】The response surface method can effectively improve the sensory quality of Fenyuan，and reveal the relationship between its sensory and texture characteristics. The regression model is reliable and provides a theoretical basis and prediction for actual production.

Key words： Fenyuan; sensory quality; texture; response surface; process optimization

Foundation items：Guangdong Natural Science Foundation（2019A1515011977）;Guangdong Province Key Resear-ch and Development Plan Project（2020B020225006）

0 引言

【研究意義】木薯是世界三大薯類和六大糧食作物之一，也是一種熱帶植物（El-Sharkawy，2004;Staack et al.，2019），主要分布于華南地區(qū)，廣東和廣西的種植面積最大，2018年我國木薯淀粉年產(chǎn)量為26.27萬t（王晨曦等，2017;黃海勝等，2021）。木薯塊根種植8個月后可收獲，可保存在地下直至需要時取用，故有“饑荒儲糧庫”的美稱（黃潔等，2006）。鮮木薯中的碳水化合物含量25%～36%，其中主要是淀粉，78%～83%是支鏈淀粉，抗性淀粉高達75.38%（Rolland-Sabaté et al.，2011）。木薯維生素C和維生素B1～B3水平在三大薯類中均較高，其中維生素C含量達15～50 mg（鐘永恒等，2019）。木薯礦物質如鐵、鉀、鎂、銅、鋅和錳含量與許多豆類相當，其中鈣含量相對較高，其范圍在15～35 mg/100 g可食用部分。木薯高支鏈淀粉和高抗性淀粉保水性及抗老化效果好，加工的食品在小腸內幾乎不被消化，具有膳食纖維的功效，且低脂、低糖、飽腹感強，有利于控制體重、平衡血糖、改善腸胃微環(huán)境和調節(jié)心律等功效（Montagnac et al.，2009;Adenle et al.，2012）。木薯淀粉具有軟糯的口感（林立銘等，2020），在加水遇熱煮熟后呈透明狀，貯藏過程中極易出現(xiàn)老化沉淀（李明娟等，2020），可通過加入安全的食品添加劑來延緩老化，增強口感。因此，優(yōu)化木薯粉圓的加工工藝并對其感官品質與質構特性進行研究，對不同口感的粉圓開發(fā)利用具有重要意義。【前人研究進展】木薯淀粉在近些年來被廣泛應用于食品、生物質、包裝材料、醫(yī)藥和化工等領域（付海天等，2010;Bersaneti et al.，2016;Ma et al.，2017;陳雪華等，2021）。在食用方面，吃粗糧和雜糧反而流行成為一種健康的生活方式，木薯淀粉的工業(yè)化產(chǎn)品越來越豐富，如木薯粉絲、木薯糍粑等，也可與其他類型的淀粉混合使用，如應用在餅干類焙烤食品、面條、早餐谷物、珍珠奶茶中的粉圓等產(chǎn)品中（Kaur et al.，2016;段春芳等，2017;閔二虎等，2020）。丁興華（2012）通過單因素試驗和正交試驗得到紅豆包芯珍珠粉圓最佳配方，羧甲基纖維素鈉和木薯淀粉均增加粉圓表皮的穩(wěn)定性，不易破損;谷絨和董道順（2014）用桂圓濃縮汁與醋酸酯淀粉、羥甲基纖維素鈉通過正交試驗優(yōu)化得到組織狀態(tài)良好、口感潤滑的粉圓;王德萍等（2021）通過正交優(yōu)化試驗確定番茄紅素珍珠粉圓的最佳工藝配方，并研發(fā)出番茄紅素珍珠粉圓蘇打水飲料產(chǎn)品，有利于粉圓的綜合利用與開發(fā)?！颈狙芯壳腥朦c】目前，粉圓的制作工藝多采用單因素或正交試驗在口味上進行研究，缺少對因素間交互作用影響的研究;且根據(jù)市場調查，軟糯口感的粉圓更受市場歡迎，因此通過添加變性淀粉和食品添加劑來提高粉圓的軟糯特性，獲得口感與質構較佳的工藝配方?！緮M解決的關鍵問題】在單因素試驗的基礎上，采用響應面法優(yōu)化粉圓制作工藝條件，為木薯淀粉粉圓制作的加工技術水平提高和高值化利用提供技術支持。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

木薯淀粉購自廣州市果美味食品有限公司，預糊化淀粉購自滕州市香凝生物工程有限責任公司，羧甲基纖維素鈉購自上海申光食用化學品有限公司，瓜爾豆膠購自北京瓜爾潤科技股份有限公司，黃原膠購自新疆梅花氨基酸有限責任公司。主要儀器設備：JJ2000型電子天平（常熟市雙杰測試儀器廠）、C21-RK210S型多功能電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）、DZ-942型三格鍋（盧興品牌工廠）和EZ-X型質構儀（日本島津公司）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 粉圓制作 木薯淀粉和適量變性淀粉及穩(wěn)定劑混勻（變性淀粉和穩(wěn)定劑均按木薯淀粉質量百分比添加），將混勻后的木薯淀粉與水按質量比2∶1混勻并揉搓成團;之后壓入小方格硅膠模具中，使其形成若干個體積為1 cm³的小團并搓成圓。將制作好的粉圓放入沸水中煮制25 min，燜25 min，撈出粉圓洗掉濃稠的湯液，放入冷水中用于品質分析。

1. 2. 2 單因素試驗設計 分別設定預糊化淀粉添加量為0.03%、0.05%、0.07%、0.10%和0.15%;羧甲基纖維素鈉添加量為0.05%、0.07%、0.10%、0.15%和0.20%;黃原膠添加量為0.03%、0.05%、0.07%、0.10%和0.15%;瓜爾豆膠添加量為0.03%、0.05%、0.07%、0.10%和0.15%。在固定其他3種穩(wěn)定劑用量下，對剩余1個穩(wěn)定劑的不同添加量進行比較，各因素的固定水平分別為煮制時間25 min、燜25 min、預糊化淀粉添加量0.07%、羧甲基纖維素鈉添加量0.10%、黃原膠添加量0.10%、瓜爾豆膠添加量0.10%?？疾祛A糊化淀粉、羧甲基纖維素鈉、黃原膠和瓜爾豆膠的添加量對粉圓感官品質與質構性質的影響。

1. 2. 3 響應面試驗 在單因素試驗的基礎上，通過SPSS 19.0進行方差分析，選擇對粉圓感官品質與質構性質有顯著影響的因素，利用Design-Expert 8.0.6中的Box-Behnken設計方法進行3因素3水平的響應面優(yōu)化試驗，以優(yōu)化粉圓制作配方，再將最優(yōu)配方制作的粉圓與市場產(chǎn)品進行比較。響應面試驗因素水平設計如表1所示。

1. 2. 4 指標測定

1. 2. 4. 1 感官評價 選擇10名經(jīng)過專業(yè)感官培訓的人員組成感官品評專家小組，根據(jù)感官評價標準（表2）進行評分。

1. 2. 4. 2 質構測定 選用P36R圓柱形探頭全質構分析，測試程序為Compression，根據(jù)質構測定的預試驗結果穩(wěn)定性，對測定結果進行對比，最終確定粉圓質構測定的條件：壓縮比50%、測試前速2 mm/s、測試中速5 mm/s、測試后速5 mm/s、停留時間2 s，平行測定3次，取平均值。

1. 3 統(tǒng)計分析

各試驗數(shù)據(jù)均重復測定3次，所有試驗數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2012整理，IBM SPSS Statistics 26進行方差分析，Origin Pro 8.5制圖，并以Design-Expert 8.0.6對響應面模型進行回歸分析。

2 結果與分析

2. 1 單因素試驗結果

2. 1. 1 預糊化淀粉添加量對粉圓感官品質與質構特性的影響 從圖1可看出，隨著預糊化淀粉添加量的增加，粉圓的感官評分先增大后減小，在添加量為0.07%時達最大值（82.2分）。預糊化淀粉添加量從0.03%到0.15%的感官評分無顯著差異（P>0.05，下同）。從表3可看出，隨著預糊化淀粉添加量的增加，粉圓的彈性、粘結性和內聚性呈減小趨勢，而添加量為0.05%～0.07%時，咀嚼性和硬度相對較大。因為預糊化淀粉受熱氫鍵斷裂，水分進入微晶間隙，吸水膨脹，形成均勻的網(wǎng)絡凝膠結構，從而對粉圓的感官品質和質構特性有良好的改善;當添加量過多時，會與木薯淀粉和其他穩(wěn)定劑競爭水分，無法吸收足夠的水導致預糊化淀粉不能完全膨脹，不利于網(wǎng)絡凝膠結構形成，使粉圓硬度和咀嚼性下降。

2. 1. 2 羧甲基纖維素鈉添加量對粉圓感官品質與質構特性的影響 從圖2可看出，隨著羧甲基纖維素鈉添加量的增加，粉圓的感官評分呈先上升后下降的變化趨勢，當添加量為0.10%時，感官評分最高（86.8分）;通過顯著性分析可知，羧甲基纖維素鈉添加量的變化對粉圓的感官品質影響顯著（P<0.05，下同）。由表4的質構分析結果可知，隨羧甲基纖維素鈉添加量的增加，粉圓的咀嚼性、硬度和粘結性總體上呈增大趨勢，彈性呈先增后減的變化趨勢。因為羧甲基纖維素鈉是纖維素衍生物，在分子鏈中有大量的親水性基團如羥基和羧甲基鈉，與淀粉混合形成分子間穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結構，提高粉圓的黏度，煮出來的粉圓表面光滑，不變形，口感爽滑;但繼續(xù)增加羧甲基纖維素鈉用量會使粉圓黏度增加，均勻性和彈性下降，從而影響粉圓的彈性和咀嚼性（蔣光陽等，2020）。

2. 1. 3 黃原膠添加量對粉圓感官品質與質構特性的影響 從圖3可看出，隨著黃原膠添加量的增加，粉圓的感官評分先緩慢上升，當添加量為0.05%時，感官評分最高（88.2分），顯著高于除0.03%之外的其他添加量;繼續(xù)增大添加量，感官評分顯著下降，尤其是添加量達0.10%后，感官評分下降較快，總體上黃原膠添加量對粉圓感官品質影響顯著。表5的質構分析結果表明，隨著黃原膠添加量的增加，彈性和內聚性總體呈下降趨勢，硬度有增大趨勢，這是由于黃原膠是陰離子性親水膠體，帶負電荷;木薯淀粉也帶負電荷，兩者均能與水分子作用形成氫鍵，同時帶負電荷的木薯淀粉與帶負電的黃原膠側鏈之間產(chǎn)生排斥作用，從而使粉圓的彈性下降，硬度增大（Lee et al.，2002;賀圣凌等，2018）。

2. 1. 4 瓜爾豆膠添加量對粉圓感官品質與質構特性的影響 由圖4可知，瓜爾豆膠添加量從0.03%到0.05%遞變時，粉圓的感官評分顯著上升，在添加量為0.05%時達最大值（85.7分）;添加量從0.05%到0.15%遞變時感官評分逐漸下降。瓜爾豆膠添加量0.05%、0.07%和0.10%的感官評分之間無顯著差異。從表6可看出，隨著瓜爾豆膠添加量的增加，粉圓的咀嚼性、硬度和粘結性呈先增大后減小的變化趨勢，彈性則不斷減小，內聚性相對穩(wěn)定。由于瓜爾豆膠中半乳糖含量較高，淀粉與水易結合，膠體與淀粉之間協(xié)同增稠作用達最大值;但繼續(xù)增加添加量時膠體阻礙直鏈淀粉的滲出，削弱直鏈淀粉重排，且瓜爾豆膠與淀粉競爭性吸水，影響淀粉糊化，使復配體系的硬度、咀嚼性和粘結性降低，整體感官評分也下降（Aravind et al.，2011;劉靜等，2021）。

2. 2 響應面分析結果

2. 2. 1 二次多項回歸方程的建立 在單因素試驗的基礎上，通過IBM SPSS Statistics 26方差分析，發(fā)現(xiàn)羧甲基纖維素鈉添加量（A）、黃原膠添加量（B）和瓜爾豆膠添加量（C）3個因素對粉圓感官品質與質構特性的影響最顯著，因此選擇這3個因素為自變量，以粉圓感官評分（Y）為考察指標進行響應面試驗，試驗方案及感官評分和質構測定數(shù)據(jù)見表7。在3個因素交互作用的影響下，彈性、咀嚼性、硬度、粘結性和內聚性變化基本在單因素正常范圍內。通過Design-Expert 8.0.6對感官評分試驗結果進行擬合分析，得到二次回歸方程：Y=89.9-0.18A-0.79B-0.22C+0.36AB+0.92AC+2.06BC-1.78A²-2.14B²-1.03C²。

2. 2. 2 響應面回歸模型方差分析 回歸模型方差分析結果見表8，模型P=0.0002<0.01，表明回歸模型具有良好的顯著水平;失擬項P=0.8201>0.05，不顯著，說明回歸方程和實際結果較吻合，試驗誤差小，可用建立的回歸方程對試驗結果進行分析（張柳婷等，2021）;決定系數(shù)R²=0.9668，調整系數(shù)RAdj2=0.9241，具有很高的線性關系，回歸方程能準確反映各因素對粉圓感官評分的影響。各項方差分析結果表明，模型的一次項B、二次項A²、B²、C²和交互項BC對粉圓的感官評分影響極顯著（P<0.01，下同）;交互項AC有顯著影響。根據(jù)F值大小，各因素對粉圓感官評分影響的排序為B>C>A，即黃原膠添加量>瓜爾豆膠添加量>羧甲基纖維素鈉添加量。

2. 2. 3 響應曲面三維圖和等高線分析 在等高線分析圖中，同一等高線上的所有點數(shù)值相同，等高線的形狀和密集程度可反映各個因素之間交互作用的顯著性，形狀越呈橢圓則越顯著，反之呈圓形不顯著。在三維響應圖中，曲面越陡峭，傾斜度越大則表明各個因素之間交互作用對響應值的影響越大，反之則較小（曹培杰等，2019;郭燕等，2021）。

各因素間的交互作用如圖5～圖7所示，AB等高線較稀疏，形狀偏圓形，響應面坡度較平緩;AC和BC等高線較密集，形狀呈橢圓形，響應面坡度較陡峭，說明羧甲基纖維素鈉添加量與瓜爾豆膠添加量、黃原膠添加量與瓜爾豆膠添加量的交互作用對粉圓感官評分影響顯著，而羧甲基纖維素鈉添加量與黃原膠添加量對粉圓感官評分影響不顯著。黃原膠響應面的陡峭程度大于瓜爾豆膠和羧甲基纖維素鈉，瓜爾豆膠的陡峭程度大于羧甲基纖維素鈉，說明黃原膠添加量對粉圓感官評分的影響最大，其次為瓜爾豆膠添加量，羧甲基纖維素鈉添加量對粉圓感官評分的影響最小，與表8的方差分析結果一致，表明回歸模型的可靠性與真實性。

2. 3 制備工藝優(yōu)化及驗證試驗結果

Design-Expert 8.0.6對回歸模型進行分析，獲得最佳工藝參數(shù)為：羧甲基纖維素鈉添加量0.08%、黃原膠添加量0.05%、瓜爾豆膠添加量0.05%，粉圓感官評分的預測值為89.9分。為驗證模型預測理論值的準確性和真實性，在此條件下進行驗證試驗，做3次平行試驗，獲得綜合評分為91.4分，與理論預測值誤差1.5分，質構各方面數(shù)據(jù)相對較好，彈性0.671、咀嚼性426.5 gf、硬度807.2 gf、粘結性1644 gf·mm、內聚性0.788，在單因素范圍內;且制得粉圓口感軟糯，獲得理想結果，延緩老化效果明顯，說明響應面優(yōu)化得到的工藝優(yōu)化條件具有一定的可行性。

將優(yōu)化粉圓配方與市場上4家不同奶茶店（哇哈哈、書亦燒仙草、喜茶和茶百道）的小料粉圓相比較，結果表明，本研究優(yōu)化配方制作的粉圓感官評分最高（圖8），彈性和內聚性與產(chǎn)品A和B相差不大，粘結性最高，而較低的咀嚼性和硬度可減少咬合，使軟糯的口感俱佳，更受歡迎（表9）。

3 討論

目前市場對軟糯口感粉圓的需求量逐漸增大，粉圓的制作工藝存在對粉圓穩(wěn)定性及各種變性淀粉或食品添加劑與木薯淀粉之間交互作用不明顯等問題，因此根據(jù)粉圓感官評價及質構性質研發(fā)出一種受歡迎口感俱佳的工藝十分必要。研究表明，親水膠體不僅能改變淀粉基食品的糊化特性、質構性質及流變性，還可延緩淀粉的老化回生。其中羧甲基纖維素鈉作為聚陰離子線性高分子，具有良好的分散、增稠及保持水分等性能，延緩老化時間（賈春利等，2012），也能與其他各種穩(wěn)定劑進行復配，具有增效作用。黃原膠對粉圓的影響最大，與淀粉競爭吸附水分，同時會與直鏈淀粉通過氫鍵結合，使粉圓口感更加柔和（劉敏等，2018）。瓜爾豆膠水溶性好，吸水性強，黏度高，老化時間短，與其他膠體有良好的協(xié)同增效作用，在馬鈴薯—小麥混合粉面團質構有很好的體現(xiàn)（陳前等，2020）。

本研究以預糊化淀粉、羧甲基纖維素鈉、黃原膠和瓜爾豆膠添加量為考察因素，以感官評分及質構為評價指標，通過響應面試驗優(yōu)化粉圓制作工藝條件。結果表明，羧甲基纖維素鈉、黃原膠及瓜爾豆膠添加劑膠體對粉圓彈性、咀嚼性、硬度、粘結性和內聚性有改善作用，對蒸煮及冷卻穩(wěn)定性、軟糯口感、延緩老化有積極的顯著性影響。丁興華（2012）在單因素試驗的基礎上利用正交試驗優(yōu)化了紅豆包芯珍珠粉圓的工藝配方，改善了粉圓口感粗糙、風味差、速凍加工后開裂等現(xiàn)象;谷絨和董道順（2014）制作出大小均勻、表面光滑的桂圓珍珠粉圓，但對粉圓的質構特性未進行分析;王德萍等（2021）研制一種新型番茄紅素珍珠粉圓蘇打水，結果表明高?；Y冷膠添加量對番茄紅素珍珠粉圓蘇打水感官評分的影響顯著，可以看出添加劑膠體對粉圓的品質具有明顯改善效果。利用響應面的方法優(yōu)化工藝條件，能明確找出各個因素之間的交互作用，將模型預測值與實際值作比較，確保了結果的可靠性。此外，將優(yōu)化后的配方與市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品進行比較，發(fā)現(xiàn)較低的彈性、咀嚼性及內聚性會影響咬合口感，硬度及粘結性也不宜過高。采用SPSS 19.0對各因素不同水平下的試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，結果表明羧甲基纖維素鈉、黃原膠及瓜爾豆膠添加量對粉圓軟糯口感影響顯著，響應面結果表明黃原膠添加量是影響粉圓軟糯口感的主要因素，羧甲基纖維素鈉和瓜爾豆膠添加量的影響相對較小;黃原膠添加量與瓜爾豆膠添加量的交互作用影響極顯著，羧甲基纖維素鈉添加量與瓜爾豆膠添加量的交互作用影響顯著，羧甲基纖維素鈉添加量與黃原膠添加量的交互作用不顯著。由此可見，黃原膠能有效改善淀粉之間的性質，提高粉圓的持水能力，各種膠體的混和使粉圓表面更加光滑，穩(wěn)定性好，延緩老化，口感風味俱佳。本研究結果能為粉圓口感、理化性質及淀粉抗老化機理研究和實際應用提供更多參考信息。

4 結論

本研究在單因素試驗的基礎上，采用響應面分析法優(yōu)化獲得粉圓制作工藝配方為預糊化淀粉添加量0.07%、羧甲基纖維素鈉添加量0.08%、黃原膠添加量0.05%和瓜爾豆膠添加量0.05%，在此條件下粉圓的感官評分為91.4分，與預測值89.9分接近。表明利用響應面法建立的回歸模型對粉圓的感官品質具有良好的預測作用，且制得的粉圓口感軟糯，不粘牙，不硬性、抗老化效果好，可為木薯粉高值化利用提供理論依據(jù)。

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（責任編輯 羅 麗）