響應面法優化紅豆雜糧面條工藝配方的研究

王宗晴 鄧源喜 劉全成

（蚌埠學院食品與生物工程學院，安徽蚌埠 233030）

紅豆屬于雜豆類，蔬食可用[1]，被譽為糧食中的“紅珍珠”[2]。紅豆的蛋白質含量約為20%，其賴氨酸含量特別高，為1.8%左右。中醫認為，紅豆屬于藥食同源的食物[3]，在人體的生理和新陳代謝中扮演著非常重要的角色。對糖尿病病人來說，紅豆可用于維持血糖穩定[4]。小米是一種營養豐富的全谷物食品[5]，其氨基酸模式適合人體氨基酸配比[6]。小米富含多種維生素和微量元素[7]。有學者發現，對小米粉進行擠壓處理，有利于蛋白質聚集，使小米具有類似面筋蛋白的特性，利于小米掛面成型[8]。聯合國糧農組織宣布2023年為“國際小米年”，以提升小米等雜糧的潛力，從而刺激小米產業的發展[9]。

面條是亞洲最普遍的一種食品，在小麥粉消費量中，有近三分之一用于加工面條。面條集食用方便、健康、耐儲于一身，是我國主要食品之一。在面條原料中添加雜糧可使面條的營養更加全面，滿足人們對高品質生活的需求。目前，在小麥粉中添加紅豆粉和小米粉制作面條的研究比較少，為獲得紅豆雜糧面條的最佳工藝效果，本研究以感官評分和熟斷條率為評價指標，通過單因素試驗和響應面試驗，并運用Design Expert 10.0軟件進行數據處理，確定了紅豆雜糧面條最佳工藝配方。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

小麥粉、紅豆、小米、谷朊粉、食用鹽、食用堿，均購于大潤發超市。

1.2 儀器與設備

rz7892電子秤，安徽省宏遠有限公司；N21面條機，九陽有限公司；BDC86-22W電磁爐，廣東中山科技有限公司；SMF01粉碎機，蘇泊爾股份有限公司。

1.3 雜糧面條制作方法

（1）工藝流程：

原料預處理→稱量→和面→醒發→切條→烘干→切條→成品。

（2）操作要點：

①預處理。挑選新鮮、色澤明亮、無蟲蛀的紅豆和小米，清洗干凈，然后進行自然風干。晾干后分別放入粉碎機中進行磨粉。

②稱量。稱取試驗設計的面粉，紅豆粉、小米粉、谷朊粉、食用鹽用量。

③和面。將上一步稱量的原料混合均勻，加入清水，使用和面機和面5min，攪拌至絮狀。

④醒發。將上述面團靜置20min進行醒發。

⑤壓面。將醒好的面團放入壓面機中搟開，制成的面皮表面光滑、厚度大致相同即可。

⑥烘干。采用室溫烘干，烘干時間8h。

⑦成品。將烘干處理好的面條剪成22cm長，稱量。采用食品等級的包裝袋將其包裝成最終成品。

1.4 雜糧面條單因素試驗的設計

面條黏彈性、軟硬度與工藝配方有很大關系。分別對紅豆粉、小米粉、谷朊粉、食用鹽4個因素的添加量進行控制，以感官評分和熟斷條率為評分標準，研究各因素對雜糧面條品質的影響，確定其最佳添加量。

（1）紅豆粉用量對雜糧面條品質的影響。以面粉數量為基準，加入10%小米粉、3%的谷朊粉、2%的食用鹽，設計紅豆粉添加量分別為3%、6%、9%、12%、15%。

（2）小米粉用量對雜糧面條品質的影響。以面粉數量為基準，加入上述實驗得出的最佳添加量的紅豆粉和3%的谷朊粉、2%的食用鹽，設計小米粉添加量分別為7%、8 %、9%、10%、11%。

（3）谷朊粉用量對雜糧面條品質的影響。以面粉數量為基準，加入上述實驗得出的最佳添加量的紅豆粉和小米粉和2%的食用鹽，設計谷朊粉添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%。

（4）食用鹽用量對雜糧面條品質的影響。以面粉數量為基準，加入上述實驗得出的最佳添加量的紅豆粉、小米粉和谷朊粉，設計食用鹽添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%。

1.5 雜糧面條響應面試驗的設計

由以上試驗獲得各輔料最佳用量進行4因素3水平響應面試驗，如表1所示?；诟鞣N影響因子的響應面試驗結果，確定最優用量。

表1 響應面試驗因素水平表

1.6 雜糧面條品質評價方法

1.6.1 雜糧面條品質感官評分

參考張艷等[10]的評分方法制定面條感官評分標準（如表2）。挑選10名有面條感官評分經驗的人員評分，扣除每項最高分和最低分后，以平均分作為最終得分。

表2 面條感官評分標準

續 表

1.6.2 熟斷條率

參考申麗媛等[11]設計的方法，將30根同樣長度的雜糧面條放入開水中煮2min，然后輕輕地將其撈出，記錄斷條數目，再計算熟斷條率。

1.7 數據處理與分析

通過單因素試驗研究紅豆粉、小米粉、谷朊粉、食用鹽4個因素的不同添加量對紅豆雜糧面條品質的影響。用Box-Behnken模型進行進行4因素3水平響應面試驗，評分標準是響應值（感官評分和熟斷條率），采用Design Expert 10.0軟件進行數據處理，得到二次多項式回歸方程，從而得出紅豆雜糧面條的最優配方。

2 結果與分析

2.1 紅豆雜糧面條配方單因素試驗結果

2.1.1 紅豆粉最佳添加量的確定

添加紅豆粉面條的感官評分和熟斷條率見圖1。

圖1 紅豆粉用量對面條質量的影響

隨著紅豆粉添加量的增加，面條顏色呈先逐漸明亮鮮艷后顏色不均的趨勢，表面狀態呈先細膩后粗糙的狀態；紅豆粉添加量過大，使面條味道呈現為更濃的紅豆味，面條品質有所下降；加入紅豆粉后，面條的韌性和彈性均有一定程度的變化，且可觀察出一定的規律性。顯然，紅豆粉添加量9%時，感官評分最高，熟斷條率最小。

2.1.2小米粉最佳添加量的確定

添加小米粉面條的感官評分和熟斷條率見圖2。

圖2 面條品質和熟斷條率與小米粉用量的影響

小米粉添加量10%時，面條韌性好，蒸煮后不黏牙，感官評分最高，熟斷條率最低。小米粉添加過多時，由于小米粉本身缺乏面筋蛋白，不易形成面筋網絡，因此煮制過程中混湯嚴重，面條品質下降，斷條率有所上升。

2.1.3 谷朊粉最佳添加量的確定

添加谷朊粉面條的感官評分和熟斷條率見圖3。谷朊粉添加量為3%時，面條色澤較明亮、不黏牙、延伸性良好，感官評分最高，熟斷條率最低；但谷朊粉添加過多時，面條硬度加大，降低了面條的適口性和咀嚼性，且蒸煮后斷條數目增多，黏彈性差，感官品質下降。

圖3 面條品質和熟斷條率與谷朊粉用量之間的關系

2.1.4 食用鹽最佳添加量的確定

在面粉中適量添加食用鹽可以改良面條的質量，使得表面結構更加細膩，光澤度更好，并調整最佳蒸煮時間。添加食用鹽后面條的感官評分和熟斷條率見圖4。

圖4 面條品質和熟斷條率與食用鹽用量之間的關系

由圖4可以看出，食用鹽添加量2%時，雜糧面條的感官評分最高，熟斷條率最低。在面粉中加入食用鹽能使蛋白質結構得到穩定，改善面條的品質。但如果加入太多的鹽，會讓面條的味道變得偏咸。

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 Box-Behnken試驗設計及結果

提取紅豆雜糧面條感官評分和熟斷條率相關數據，將二者作為響應值，利用響應面軟件進行優化搭設模型。實驗數據通過Design Expert 10.0軟件處理，具體設計與試驗結果分別見表3、4。

表3 響應面因素水平表

表4 響應面試驗設計與結果

續 表

2.2.2 面條感官評分回歸模型及顯著性分析

采用Design-Expert 10.0軟件對上表實驗數據進行擬合，得到面條感官評分Y1對X1、X2、X3、X4的回歸方程：

面條感官評分顯著性分析見表5。

表5 感官評分響應面二次模型的方差分析

續 表

由表5方差計算結果可以判斷：一次項X1、X2、X3、X4與二次項X12、X22、X32、X42為極顯著，X2X3為顯著；對感官評分影響程度最大的是X4，接下來依次為X1、X3、X2。用上述得到的公式對該模型進行計算，得模型P值小于0.000 1，說明模型具有很高的顯著性，失擬項P值為0.791 3，大于0.05為不顯著。該模型R2=0.993 7，R2（abj）=0.987 5，可以看出模型可靠性高。由此可以判斷，所建立的模型對紅豆雜糧面條的工藝配方進行了較為精確的分析，并得到了最接近于實際情況的結果。

2.2.3 紅豆雜糧面條的感官評分響應面優化

圖5、圖6是利用軟件分析4個因素（紅豆粉、小米粉、谷朊粉以及食用鹽）添加量的改變對紅豆雜糧面條感官評分影響的曲面圖和等高線圖。

（1）圖5是加入3%谷朊粉和2%食用鹽（這2個因素添加量保持不變），改變紅豆粉和小米粉添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖，以研究面條感官品質情況。

由圖5可以清楚地看到三維曲線圖的總體傾角很大，呈現出斜坡的形狀，尤其是當加入9%紅豆粉和10%小米粉時，在該條件下制作出的紅豆雜糧面條蒸煮后口感細膩，具有紅豆香味，感官評分最高。等高線變化趨勢較為明顯，總體呈橢圓形，說明加入紅豆粉和小米粉后面條的黏彈性和順滑性有所提升。

圖5 紅豆粉、小米粉添加量與面條質量感官評分的關系

（2）圖6是加入10%小米粉和2%食用鹽（這2個因素添加量保持不變），改變紅豆粉與谷朊粉添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖，以研究面條感官品質情況。

圖6 紅豆粉、谷朊粉添加量與面條質量感官評分的關系

由圖6可以看出，加入9%紅豆粉和3%谷朊粉時，面條的質量等級較好，感官評分最高。3D曲面圖有一定的傾斜度和坡度，等高線變化趨勢較快，其形狀趨近于橢圓形，說明紅豆粉與谷朊粉添加量有所變化會影響面條的質量等級。

（3）加入10%小米粉和3%谷朊粉（這2個因素添加量保持不變），改變紅豆粉與食用添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，加入9%紅豆粉和2%食用鹽時，制作的面條各方面表現狀態良好，感官評分最高。3D曲面圖的斜率非常大，外形趨近于山坡型，較為陡峭。等高線外形趨于橢圓。因此可以推斷，制作面條時，紅豆粉和食用鹽之間不同的添加量會在一定程度上影響面條的品質。

（4）加入9%紅豆粉和2%食用鹽（這2個因素添加量保持不變），改變小米粉和谷朊粉添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，小米粉添加10%、谷朊粉3%時，制作的面條韌性好、黏彈性良好，感官評分最高。3D曲面圖較為陡峭，形狀趨近于山坡。等高線變化較快且外形呈橢圓形。由此說明改變小米粉與谷朊粉的添加量會對面條的口味、香氣、韌性都有一定影響。

（5）加入9%紅豆粉和3%谷朊粉（這2個因素添加量保持不變），改變小米粉和食用鹽添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，加入10%小米粉和2%食用鹽時，面條顏色均勻，表面光滑而且蒸煮后的面條軟硬適中，感官評分最高。3D圖傾角大，表現為較陡的斜坡，同時相應的等高線外形呈橢圓形，表明研究的該因素確實會對面條的感官指標產生影響。

（6）加入9%紅豆粉和10%小米粉（這2個因素添加量保持不變），改變谷朊粉和食用鹽添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，加入3%谷朊粉和2%食用鹽時，面條蒸煮后表現狀態較好，感官評分最高。3D曲面圖呈現出較為陡的斜坡狀，等高線變化大且快，同時其輪廓為橢圓。因此谷朊粉、食用鹽之間添加量的變化會影響到面條的光滑性、軟硬度以及蒸煮后狀況。

2.2.4 面條熟斷條率回歸模型及顯著性分析

由表6所列出的試驗結果可知，通過二次多項式回歸擬合模型，使用響應面軟件對數據進行處理與分析，得出公式：

表6 斷條率響應面方差分析表

熟斷條率=2.20-0.75X1-3.92X2-2.00X3-1.33X4+2.25X1X2-2.00X1X3+2.00X1X4+0.25X2X3+2.75X2X4-1.75X3X4+3.28X12+7.53X22+9.15X32+11.15X42

通過運用Prob＞F檢驗，對回歸模型中各原料用量的影響進行了研究。數據顯示，一次項X1、X2、X3、X4與交 互 項X1X2、X1X3、X1X4、X2X4、X3X4和 二 次項X12、X22、X32、X42表現為極顯著。在不同因素下，各因素添加量對蒸煮后面條斷條率的影響依次為：小米粉＞谷朊粉＞食用鹽＞紅豆粉。表格中實驗設計的模型P值＜0.01，極顯著；失擬項P=0.220 2＞0.05，不顯著。該模型R2=0.996 7，R2（adj）=0.993 4，說明得出的方程有價值，能充分反映實際情況。

2.2.5 面條熟斷條率響應面優化

同樣，利用軟件分析4個因素（紅豆粉、小米粉、谷朊粉以及食用鹽）添加量的改變對紅豆雜糧面條熟斷條率影響的曲面圖和等高線圖，它清楚地顯示了各因素交互作用對響應值的影響，體現了原料添加量與面條蒸煮后斷條數目有密切的相關性，等高線變化快說明此因素影響大。

（1）加入3%谷朊粉和2%食用鹽（這2個因素添加量保持不變），改變紅豆粉和小米粉添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，加入9%紅豆粉和10%小米粉時，面條的熟斷條率最低，但等高線變化大且快，其輪廓為橢圓，說明該因素會對面條熟斷條率有很大影響。

（2）加入10%小米粉和2%食用鹽（這2個因素添加量保持不變），改變紅豆粉與谷朊粉添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，加入9%紅豆粉和3%谷朊粉時，面條熟斷條率最低。3D曲面圖的傾角大，等高線變化較快，形狀趨于橢圓。說明改變紅豆粉與谷朊粉之間的添加量，會影響到面條的熟斷條率。

（3）加入10%小米粉和3%谷朊粉（這2個因素添加量保持不變），改變紅豆粉和食用鹽添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖，（圖略）。由圖可以看出，在面粉中加入9%紅豆粉和2%食用鹽時，面條熟斷條率最低。3D曲面圖具有較大的傾斜度并且外形似山谷，同時等高線形狀為橢圓，說明研究的該因素確實會影響到面條熟斷條率的大小。

（4）加入9%紅豆粉和2%食用鹽（這2個因素添加量保持不變），改變小米粉和谷朊粉添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，當小米粉添加量10%，谷朊粉添加量3%時，此配方下面條熟斷條率最低。3D曲面圖較為凹陷且傾斜，外形類似于山谷，等高線整體偏向于橢圓形，由此說明紅豆雜糧面條的熟斷條率與此因素關系密切。

（5）加入9%紅豆粉和谷朊粉3%（這2個因素添加量保持不變），改變小米粉和食用鹽添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，加入10%小米粉和2%食用鹽時，此配方下面條熟斷條率最低。3D曲面圖凹陷程度較大，等高線變化大且快，其輪廓呈現為橢圓。

（6）加入9%紅豆粉和10%小米粉（這2個因素添加量保持不變），改變谷朊粉與食用鹽添加量進行實驗生成的曲面圖和等高線圖（圖略）。由圖可以看出，加入3%谷朊粉和2%食用鹽制作面條熟斷條率最低。3D曲面圖傾角大，斜率大；等高線變化快，外形輪廓呈橢圓形，表明研究的該因素會顯著的影響面條熟斷條率。

2.3 紅豆雜糧面條配方的優化及驗證驗

通過響應面軟件分析實驗數據，得出紅豆雜糧面條最佳工藝配方：紅豆粉8.75%，食用鹽1.97%，谷朊粉3.00%，小米粉10.14%。采用該軟件建立的模型中感官評分預測值93.65分，熟斷條率預測值為1.85%。為進一步檢驗該模型得出的配方是否合理，按照上述最佳配方進行3次平行試驗。試驗結果表明，紅豆雜糧面條各項感官指標較好，為92.5分，熟斷條率為2%。預測值與試驗數據相差不大，說明響應面法得出的工藝配方各參數具有實際意義。此配方下制作的面條咀嚼性好，不黏牙，顏色也較為均勻，面條熟斷條率低，具有紅豆芳香氣味。

3 結論

在單因素試驗的基礎上，通過響應面實驗分析數據，選用Box-Behnken模型對紅豆雜糧面條工藝配方進行優化。用軟件分析的方法所建立的模型及回歸方程是符合實際情況的。紅豆雜糧面條最佳工藝配方為：以面粉用量最為基準，紅豆粉8.76%，小米粉10.14%，谷朊粉3.00%，食用鹽1.97%。經過驗證試驗證明響應面實驗結論較為準確，此時制得的面條各項感官指標良好，蒸煮后不黏牙，軟硬度適中，而且蒸煮后斷條率較低，面條的質量等級好。