響應面法優(yōu)化芋泥堅果代餐棒工藝的研究

張莉 高琪 時佳 張雅慧 李紅蕭 石磊

摘要：以萊陽孤芋為主要原料，加入堅果、山藥粉、木糖醇制備口感和風味俱佳的芋泥堅果代餐棒。該研究采用單因素試驗確定加工工藝的初始條件，再運用響應面試驗對產(chǎn)品的配方占比以及具體的烘烤參數(shù)進一步優(yōu)化，從而確定最佳的工藝條件。試驗結果表明，代餐棒中各成分的最佳添加量為芋泥49%、山藥粉20%、木糖醇10%、堅果21%（核桃仁、花生仁、南瓜仁、葡萄干比例為3∶3∶3∶1），代餐棒擠壓成型后在124 ℃、100 min的條件下進行烘烤，此時所得產(chǎn)品具有表面無裂痕、色澤均勻、富有堅果的獨特香氣、口感酥脆等優(yōu)良性狀。

關鍵詞：萊陽孤芋；堅果；山藥粉；代餐棒；響應面法

中圖分類號：TS201.1? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）07-0123-05

Abstract： Laiyang taro is used as the main raw material， and nuts， yam powder and xylitol are added to prepare meal bars of taro puree and nuts with excellent taste and flavor. In this study， single factor test is used to determine the initial conditions of processing technology， and then response surface test is used to further optimize the formula proportion of the product and the specific baking parameters， so as to determine the optimal technology conditions. The test results show that the optimal addition amount of each ingredient in the meal bars is 49% taro puree， 20% yam powder， 10% xylitol and 21% nuts （the ratio of walnut kernels， peanut kernels， pumpkin kernels and raisins is 3∶3∶3∶1）. After extrusion molding， the meal bars are baked at 124 ℃ for 100 min. At this time， the obtained products have excellent properties such as no cracks on the surface， uniform color， unique aroma of nuts and crisp taste.

Key words： Laiyang taro; nut; yam powder; meal bar; response surface methodology

芋頭，又稱毛芋、毛艿等，在我國栽培面積較廣，資源豐富[1-2]，具有消瘰散結、益氣健脾等功能，屬于藥食同源食物[3]。萊陽孤芋為國家地理標志產(chǎn)品，是萊陽市特產(chǎn)，其個大皮薄、營養(yǎng)豐富，具有降血壓、降血脂等功效[4]。其所含的獨特的黏液蛋白，經(jīng)消化吸收后可產(chǎn)生抗體球蛋白，從而可以增強人體免疫力。萊陽孤芋目前以直接煮食為主，精深加工產(chǎn)品種類極少，將其加工成芋泥堅果代餐棒，可大大增加其附加值。

核桃仁、花生仁、南瓜仁等堅果價廉物美，營養(yǎng)價值較高，含有極為豐富的蛋白質(zhì)，磷、鋅、鐵等多種微量元素和豐富的不飽和脂肪酸[5]。所用山藥粉源自鐵棍山藥，富含多糖、氨基酸、卵磷脂等，具有補肺腎、健脾胃、提高記憶力等功效[6-7]。木糖醇作為一種天然甜味劑，甜度是蔗糖的1.2倍[8-9]。木糖醇在人體內(nèi)的代謝不受胰島素的調(diào)節(jié)，但可以代謝完全，糖尿病病人食用后不會引起血糖值的波動[10-11]。在芋泥堅果代餐棒中使用木糖醇代替蔗糖，在一定程度上可以滿足減肥人士和糖尿病人群的需求。

目前市場上以芋頭為主要原料的代餐棒仍是空白，本研究選取優(yōu)質(zhì)的萊陽孤芋制成芋泥，加入山藥粉以及多種堅果和果干（核桃仁、花生仁、南瓜仁、葡萄干），添加木糖醇代替蔗糖作為甜味來源，采取更為健康的低溫烘烤（120～130 ℃），加工制成營養(yǎng)較全面且食用后可以達到一定飽腹感的芋泥堅果代餐棒，不僅可以滿足不同人群對食品健康的需求，而且可以拓展萊陽孤芋的加工利用途徑，同時豐富代餐食品市場。

1 材料與方法

1.1 材料

萊陽孤芋：萊陽家家悅超市；山藥粉（鐵棍山藥）：河南省溫縣起源生物科技有限公司；核桃仁、花生仁、南瓜仁：云南琪澳農(nóng)業(yè)有限公司；葡萄干：陜西源疆食品有限責任公司；木糖醇（食品級）：山東省福田藥業(yè)有限公司。

1.2 試驗儀器與設備

101-3A 型電熱鼓風干燥箱 龍口市先科儀器有限公司；TD3002C型電子天平 天津天馬衡基儀器有限公司；C21-WK2102型多功能電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 孤芋預處理

選擇成熟、無損傷、新鮮無腐爛的萊陽孤芋，洗凈，于100 ℃蒸制20 min，去皮，攪拌成泥。

1.3.2.2 堅果預處理

將核桃仁、花生仁、南瓜仁、葡萄干切分為1～2 mm的顆粒，備用。

1.3.2.3 定型

將芋泥及各種輔料混合均勻，采用模具制成直徑約1 cm、長度約11 cm的代餐棒[12]。

1.3.2.4 烘烤

將代餐棒置于鼓風干燥箱中（溫度為120 ℃，時間為100 min），除去多余水分，烘烤至口感酥脆，且表面平整無裂紋，色澤均勻。

1.3.2.5 冷卻

烘烤完畢的代餐棒，立刻在室溫條件下進行冷卻。

1.3.3 單因素試驗設計

1.3.3.1 烘烤溫度對代餐棒品質(zhì)的影響

在堅果添加量為20%、山藥粉添加量為20%、木糖醇添加量為10%、烘烤時間為100 min的條件下，控制溫度分別為100，110，120，130，140 ℃，對代餐棒進行烘烤，冷卻至室溫后，對產(chǎn)品進行感官評定，考察溫度對代餐棒品質(zhì)的影響。

1.3.3.2 烘烤時間對代餐棒品質(zhì)的影響

在堅果添加量為20%、山藥粉添加量為20%、木糖醇添加量為10%、烘烤溫度為120 ℃的條件下，控制烘烤時間分別為80，90，100，110，120 min，烘烤結束冷卻至室溫后，對產(chǎn)品進行感官評定，考察烘烤時間對代餐棒品質(zhì)的影響。

1.3.3.3 堅果添加量對代餐棒品質(zhì)的影響

在山藥粉添加量為20%、木糖醇添加量為10%、烘烤溫度為120 ℃、烘烤時間為100 min的條件下，控制堅果添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%，對產(chǎn)品進行感官評定，考察堅果添加量對代餐棒品質(zhì)的影響。

1.3.3.4 木糖醇添加量對代餐棒品質(zhì)的影響

在堅果添加量為20%、山藥粉添加量為20%、烘烤溫度為120 ℃、烘烤時間為100 min的條件下，控制木糖醇添加量分別為6%、8%、10%、12%、14%，對產(chǎn)品進行感官評定，考察木糖醇添加量對代餐棒品質(zhì)的影響。

1.3.4 響應面試驗設計

根據(jù)響應面試驗設計原理[13-15]，選擇烘烤溫度（A）、堅果添加量（B）、木糖醇添加量（C）3個因素，每個因素分別設3個水平，運用Design-Expert V8.0.6軟件進行響應面設計，對芋泥堅果代餐棒的加工工藝參數(shù)進行優(yōu)化。各因素水平與編碼見表1。

1.3.5 感官評價標準

選擇10名具有食品專業(yè)知識的人員，對芋泥堅果代餐棒進行感官評價，包括外形、口感、色澤、氣味和味道5個方面（滿分100分），感官評價標準見表2。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 烘烤溫度對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，當烘烤溫度為120 ℃時，芋泥堅果代餐棒的感官得分最高，在此溫度條件下烘烤的代餐棒表面平整無裂紋，無塌陷，口感香脆，色澤均勻，有濃郁的堅果香氣。當烘烤溫度偏低時，代餐棒表面泛白，口感偏軟，未達到酥脆的質(zhì)地，堅果的香氣未充分散發(fā)。隨著烘烤溫度的升高，當烘烤溫度高于120 ℃時，代餐棒有烤焦的現(xiàn)象，有焦糊味，品質(zhì)有所降低，產(chǎn)品的感官得分呈下降趨勢。綜上所述，在120 ℃的烘烤溫度下，芋泥堅果代餐棒具有最高的感官品質(zhì)。

2.1.2 烘烤時間對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，當烘烤時間較短時，芋泥堅果代餐棒的感官得分較低，此時代餐棒表面色澤不均勻，有泛白的現(xiàn)象，代餐棒質(zhì)地較軟，未達到酥脆的狀態(tài)，這是由于烘烤時間不充分，代餐棒中的水分含量較高，美拉德反應不完全[16-17]。隨著烘烤時間的延長，當時間達到100 min時，代餐棒的感官得分最高，此時烘烤代餐棒的外形、口感、色澤等均達到最佳的狀態(tài)。當烘烤時間超過100 min時，感官得分呈下降趨勢，這是由于烘烤時間過長，代餐棒稍有變形，產(chǎn)品產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象，有異味，降低了產(chǎn)品的品質(zhì)。由此可知，烘烤時間為100 min時，芋泥堅果代餐棒的感官品質(zhì)最優(yōu)。

2.1.3 堅果添加量對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨著堅果添加量的不斷增加，芋泥堅果代餐棒的感官得分也隨之升高。當堅果添加量逐漸增加至20%時，代餐棒的感官得分最高，此時的代餐棒表面堅果顆粒分布均勻，無裂紋，堅果比例適當，口感酥脆，香氣充足。隨著堅果添加量的繼續(xù)增加，感官得分明顯下降，這是由于堅果的占比不斷升高，芋泥的黏結力下降，代餐棒易碎，影響了代餐棒的成形性及口感，同時掩蓋了芋泥的清香，所以一定程度上降低了產(chǎn)品的品質(zhì)。綜上所述，堅果的添加量在20%時最適宜。

2.1.4 木糖醇添加量對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響

由圖4可知，當木糖醇添加量逐漸增加至10%時，代餐棒的感官得分最高，此時的芋泥堅果代餐棒口感香脆，甜度適中。木糖醇添加量少于10%時，產(chǎn)品的感官得分較低，此時代餐棒甜味偏淡，風味不佳。木糖醇添加量大于10%時，代餐棒甜味過重，明顯遮蓋了芋泥和堅果的香氣，風味較差，降低了產(chǎn)品的感官品質(zhì)。綜上所述，當代餐棒中木糖醇的添加量為10%時感官品質(zhì)最優(yōu)。

2.2 響應面試驗結果分析

2.2.1 響應面試驗設計結果

根據(jù)表3的試驗結果，以感官得分（Y）作為因變量，以烘烤溫度（A）、堅果添加量（B）、木糖醇添加量（C）作為自變量，運用Design-Expert V8.0.6軟件對數(shù)據(jù)進行回歸擬合，得到方程：Y=+93.06+3.18A+2.80B－0.74C－4.07AB－0.22AC－4.77BC－3.00A2－4.99B2－5.35C2。

對方程進行顯著性檢驗，由表4可知，回歸模型的P=0.001 4<0.01，說明該模型極顯著；失擬項的P=0.749 2>0.05，影響不顯著，表明無失擬因素存在?；貧w方程的相關系數(shù)R2=0.943 2，表明該模型與實際情況擬合度較好，因此，該模型可用于進一步分析和預測代餐棒的感官得分。一次項A的P值<0.01、B的P值<0.05、C的P值>0.05，說明烘烤溫度（A）和堅果添加量（B）對芋泥堅果代餐棒的感官品質(zhì)影響顯著，木糖醇添加量（C）的影響不顯著，其中3個因素影響的主次順序為烘烤溫度（A）＞堅果添加量（B）＞木糖醇添加量（C）。

2.2.2 各因素交互作用結果及分析

運用Design-Expert V8.0.6軟件對表3中的數(shù)據(jù)進行響應面分析，進一步明確3個因素之間的交互作用對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響情況。因素之間交互作用的強弱可根據(jù)等高線圖的形狀來分析，等高線圖越接近于橢圓，說明交互作用越強烈[13-15]。

2.2.2.1 烘烤溫度和堅果添加量對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響

由圖5可知，隨著烘烤溫度的升高和堅果添加量的增加，代餐棒的感官得分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，根據(jù)三維曲面圖的陡峭程度可以看出，響應面坡度較陡，說明二者對感官得分的影響較顯著。由等高線呈橢圓狀可知，烘烤溫度和堅果添加量的交互作用十分顯著。

2.2.2.2 烘烤溫度和木糖醇添加量對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響

由圖6可知，隨著烘烤溫度的升高以及木糖醇添加量的增加，代餐棒的感官得分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。根據(jù)三維曲面圖的陡峭程度可以看出，響應面坡度較平緩，說明烘烤溫度和木糖醇添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響較??；等高線近似圓形，說明二者的交互作用不顯著。

2.2.2.3 堅果添加量和木糖醇添加量對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響

由圖7可知，隨著堅果添加量和木糖醇添加量的增加，代餐棒的感官得分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。根據(jù)三維曲面圖的陡峭程度可以看出，響應面坡度較陡，因此堅果添加量和木糖醇添加量對代餐棒的感官品質(zhì)影響較大。等高線形狀呈橢圓形，說明堅果添加量和木糖醇添加量的交互作用極顯著。

2.2.3 試驗驗證

根據(jù)模型預測得到芋泥堅果代餐棒的最優(yōu)工藝參數(shù)為烘烤溫度124.01 ℃、堅果添加量20.98%、木糖醇添加量9.67%，感官得分的預測值為94.04分。根據(jù)實際情況將上述條件調(diào)整為烘烤溫度124 ℃、堅果添加量21%、木糖醇添加量10%，在此條件下做3次重復試驗進行驗證，所得產(chǎn)品感官得分的最高值為93.81，與理論預測值相近，表明響應面優(yōu)化得到的芋泥堅果代餐棒的加工工藝參數(shù)具有一定的可參考性。

3 結論

本研究中，首先采用單因素試驗確定了4個因素對芋泥堅果代餐棒感官品質(zhì)的影響情況，確定了加工工藝的初始條件；再運用響應面分析得到芋泥堅果代餐棒的最佳工藝條件：芋泥49%、山藥粉20%、堅果添加量21%、木糖醇添加量10%、烘烤溫度124 ℃，經(jīng)過100 min的烘烤后，將代餐棒冷卻至室溫，獲得的產(chǎn)品表面平整無裂紋，呈棕黃色，色澤均勻，口感香脆，富有濃郁的芋泥和堅果的香氣，甜度適宜，適合多數(shù)人群食用。

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