響應面分析結合模糊數學評價在油塔子配方優化中的應用

陳舒唱 利 通 沈阿倩 馮作山 白羽嘉 買熱合巴·阿布力孜 黃文書

(新疆農業大學食品科學與藥學學院， 烏魯木齊 830052)

油塔子是我國少數民族喜愛的一種面制品[1]，主要分布在新疆地區。油塔子主要以小麥粉、水、動物油、酵母粉、鹽等為原材料，采用家庭作坊式制作[2,3]。油塔子在制作的過程中，原材料的添加量對油塔子的口感、外觀、色澤、風味均會產生一定影響。

傳統的感官評價方法易受到品評人員主觀因素的影響，使品評結果不夠準確[4,5]。模糊綜合評判是利用模糊數學的一些概念，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化、綜合評價的一種方法[6]。因此，利用模糊數學評價法建立綜合評價體系，在很大程度上消除了感官評定結果的主觀性和片面性，從而得到較科學、客觀的評價結果[7,8]。已有不少的學者用模糊評定法評價了大米[9]、面包[10]、饅頭[11]等的品質, 用響應面優化面條[12]、亞麻籽油[13]、百香果籽油[14]等配方工藝優化。同時，在響應面分析方法的研究中，多數學者用實驗測得的數值性指標作為響應值[15,16]，而將模糊數學評價結合響應面法應用于蒸煮面制品評價的研究較少，尚未有學者將模糊數學評價結合響應面于油塔子配方的研究中。

本研究在單因素實驗基礎上，分析了各因素對油塔子品質的影響，同時確定實驗因素的取值范圍以及編碼水平。根據模糊數學評價得分作為響應面指標，優化出油塔子的最佳配方，為油塔子工業化標準生產提供工藝參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉(含水量12.1%，濕面筋34%，蛋白質10.3%)、高筋粉(含水量13.6%，濕面筋含量37%，蛋白質含量12.1%)、蛋清粉、菜籽油、加碘日曬自然鹽、酵母均為市售，羊尾巴油(新疆農業大學學院食府二樓餐廳提供)。

1.2 儀器與設備

ISQ-500H型陳列蒸包柜；85-2A型恒溫磁力攪拌器；NH-A-1808型色差儀；FE28型PH計；TA-XT Plus型物性測試儀。

1.3 方法

1.3.1 油塔子制作

依據前期研究，稱取復配粉100 g(40 g高筋粉和60 g小麥粉)，依次加入1.5%酵母、3%白沙糖、1.5%鹽、63 %水。和面至面團均勻、表面光滑即可。

工藝流程：原料→加水混合→和面→靜置10 min→搟薄→卷成長條→切割成小段→醒發10 min[溫度(30±1) ℃，相對濕度70～80%]→扭成塔狀→醒發10 min[溫度(30±1) ℃，相對濕度70～80%]→蒸制25 min[17]。

表2 油塔子感官評定評分標準

1.3.2 油塔子單因素實驗設計

單因素實驗油塔子原材料每個配方中基本配料小麥粉中筋粉100 g為基礎，考察不同比例(以下比例均以面粉總質量)，羊尾巴油：菜籽油(1∶2、2∶3、1∶1、3∶2、2∶1)、安琪酵母(0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)、蛋清粉(1%、2%、3%、4%、5%)、糖(2%、2.5%、3%、3.5%、4%)、鹽(0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)來衡量影響油塔子產品品質的因素。

1.3.3 油塔子色澤的測定

采用NH-A-1808型色彩色差計測定冷卻后的油塔子內部的色澤，使用色差計前需進行白板校正。其中L代表亮度，a代表紅綠值，b代表黃藍值[18]。

1.3.4 油塔子比容的測定

油塔子蒸制25 min，出鍋后冷卻1 h，稱重，油塔子的體積采用菜籽替代法測定[17]。

1.3.5 油塔子pH測定

pH測定參照 GB/T 21118—2007。

1.3.6 油塔子質構特性的測定

根據前期實驗研究，設置了適宜的參數[17]。

1.3.7 響應面實驗

根據單因素實驗分析結果，初步選取羊尾巴油與菜籽油比例(A)、酵母添加量(B)、食鹽添加量(C)、蛋清粉添加量(D)為自變量，以感官評價為主要指標，選用響應面法4因素3水平對油塔子配方工藝進行優化，分析影響感官評價的顯著因素。

1.3.8 油塔子感官評定

根據前期實驗制定適宜標準，評價小組由學習過感官評定的10人品嘗組成[17]。

1.3.9 模糊數學評價方法

1.3.9.1 確定產品評定論域U和評語論域V

油塔子品質由外觀、風味、色澤、口感4個因素作為因素集，即U=(U1外觀、U2風味、U3色澤、U4口感)；評語集為 V=(V1，V2，V3，…，Vi) (2

1.3.9.2 確立權重集

同一食品中，各項指標對感官評價的影響程度不同，因此需要考慮它們之間的權重[19]。選取強制法，建立權重A，分別為外觀(0.2)、風味(0.2)、色澤(0.3)、口感(0.3)[20，21]。即A=(A1，A2，A3，A4)=(0.2，0.2，0.3，0.3)，其中A1+A2+A3+A4=1。

1.4 數據統計分析

每組實驗重復3次，采用SPSS19.0、Design-Expert.V8.0等軟件對所得數據進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1 工藝參數單因素實驗結果

表3為羊尾巴油與菜籽油的比例對油塔子感官品質與理化指標的影響，隨著羊尾巴油的增加，L值呈現“高-低-高”的變化趨勢，pH略升高，硬度顯著升高(P<0.05)，彈性減小，說明適當比例的油脂提高油塔子品質。由于油塔子中羊尾巴油含量逐漸升高，使膽固醇含量提高，形成油脂黏度高的特點，使油塔子面團在發酵、產氣、膨脹的過程中，易受黏度影響[22，23]，進而pH升高，同時使油塔子體積相對較小，比容逐漸下降。這與王然[24]研究相似。

表3 羊尾巴油與菜籽油比例對油塔子理化指標的影響

酵母的生存率以及其產氣能力是關系到油塔子面團品質的重要因素。由表4可得，隨著油塔子中酵母添加量的增加，油塔子的比容顯著增加(P<0.05)，而pH值呈現整體下降趨勢，L值顯著增加(P<0.05)，說明油塔子亮度不斷升高。隨著酵母添加量的增加，油塔子的硬度顯著下降(P<0.05)，彈性顯著增加(P<0.05)，由于酵母的添加量過少，會導致面團發酵不充分, 內部質地密實，體積小，制作的油塔子發硬。酵母含量的增加提高面團中酵母活細胞數和產氣能力，增強面團發酵能力，使面團啟發性好，體積增大，同時也會提高酵母死細胞產生的谷胱甘肽的含量，谷胱甘肽易將面筋結構中的二硫鍵還原為巰基，從而破壞面筋蛋白的網絡結構[25]。酵母過多時會使油塔子面團的產氣量過快，與面筋網絡的形成過程不能同步導致面團發酸，pH下降。

表4 酵母添加量對油塔子品質的影響

表5為食鹽添加量對油塔子的色澤、pH值、比容影響。隨著油塔子中食鹽含量的增加，比容呈現“低-高-低”的變化趨勢，pH值顯著下降(P>0.05)，色澤無顯著變化(P<0.05)。油塔子硬度整體升高，而彈性先增后減。由于食鹽加入面團后能改善面團的筋力，提高面制品的品質和面團的滲透壓，促進了面筋網絡結構的形成，使油塔子面團面筋的持氣能力增加，提高面筋蛋白質延伸性和彈性[26-27]，使油塔子的結構明顯地得到改善。故在面粉中加入適當的食鹽對于油塔子品質的改善是有利的，且所加食鹽比例在1.0%～1.5%之間時，油塔子的品質較好。

表5 食鹽添加量對油塔子品質的影響

由表6可得，隨著蛋清粉添加量的增加，油塔子的比容略下降。蛋清粉添加量為1%、2%、3%和4%、5%的pH值呈現顯著性差異(P<0.05)，適當添加蛋白質會提高油塔子色澤。由于在蛋清蛋白中含有大量自由巰基，在加熱條件下, 自由巰基會與面筋蛋白交聯，添加少量蛋清粉時，而兩種蛋白質之間的交聯，使面團內部結構更緊密，隨著添加量的增大，蛋清蛋白嵌入面筋網絡增多，反而破壞面筋網絡結構，影響面團醒發[28]。隨著蛋清粉添加量的增加，油塔子硬度顯著升高(P<0.05)，彈性變化不顯著(P>0.05)。由于蛋清蛋白具有較好的水結合性和凝膠特性，形成的網絡結構減少了淀粉顆粒的膨脹，降低了直鏈淀粉的浸出，從而增大油塔子的硬度[29]。

表6 蛋清粉添加量對油塔子品質的影響

由表7可知，隨著油塔子中糖的添加量增加，硬度呈現上升趨勢，彈性下降，油塔子L值和感官評分變化并不顯著(P>0.05)。由于適當的糖在面制品中可增加油塔子口感，改變表皮色澤。糖類作為酵母營養物質來源，促進酵母發酵產氣，使pH下降。糖含量過高則抑制酵母發酵，延長發酵時間，會產生大量的酸類物質，降低面筋的強度[30]。

表7 糖添加量對油塔子品質的影響

圖1為羊尾巴油與菜籽油比例、酵母添加量、食鹽添加量、蛋清粉添加量、糖添加量對油塔子的影響。由于油塔子中羊尾巴油的增加，使油塔子的羊膻味加深，整體感官評分逐漸下降。油塔子中的羊尾巴油與菜籽油比例在2∶3與1∶1之間時，較符合人們的感官要求。隨著酵母含量的增加，口感變差，感官評分下降。添加適當的酵母所制作出的油塔子內部組織和口感最佳。隨著食鹽添加量的增加，抑制了酵母菌的發酵，還可抑制酶的活性，降低了面團中產氣速度，使口感過咸，降低了油塔子的感官評分。添加蛋清粉的油塔子感官得分在3%左右時達到最佳，當添加量較大時，得分偏低。

圖1 各個因素含量對油塔子感官品質的影響

2.2 模糊數學評價

本實驗10位感官評價員對響應面實驗設計29組樣品進行評價打分，將評價結果收集匯總并進行統計分析，得出29組油塔子感官綜合評分(表8)。

根據10人對油塔子的評價結果，由表8可知，根據對樣品1的評價得到R外觀=(0，0，1，3，6)；同理，R風味=(0，0，3，2，5)；R色澤=(0，1，2，2，5 )；R口感=(0，1，1，0，8 )，得到矩陣R1為：

表8 油塔子感官評價結果

Y1=A×R1=(0.2,0.2,0.3,0.3)

Y1=(0.2×0+0.2×0+0.3×0+0.3×0,0.2×0+0.2×0+0.3×0.1+0.3×0.1,0.2×0.1+0.2×0.3+0.3×0.2+0.3×0.1,0.2×0.3+0.2×0.2+0.3×0.2+0.3×0,0.2×0.6+0.2×0.5+0.3×0.5+0.3×0.8,)=(0,0.06,0.17,0.16,0.61)

同理可得Y2，Y3，Y4，…，Y29。

H1=0×7+0.06×6+0.17×5+0.16×4+0.61×3=3.68

2.3 響應面結果分析

2.3.1 實驗設計

根據 Design Expert.V8.0 軟件對表9進行多元回歸擬合，得到油塔子感官評分的回歸方程：感官綜合評分R=+6.62-0.55A+0.2B-0.43C+0.17D-0.36AB-0.32AC+0.19AD-0.2BC-0.61BD-0.13CD-0.64A2-0.41B2-0.93C2-1.16D2

表9 Box-Bchnken實驗設計及結果

表1 響應面實驗優化設計

表10 回歸模型的方差分析

模型的回歸方程中影響油塔子感官綜合評價的順序為：A(羊尾巴油：菜籽油)>C(鹽添加量)>B(酵母添加量)>D(蛋清粉添加量)。對模型的分析以及計算得到油塔子配方的最優參數為：羊尾巴油與菜籽油比例為0.73，酵母為1.85%，鹽為1.40%，蛋清粉為2.92%，此條件下，得到模型預測的感官綜合得分為6.859分。

2.3.2 最佳工藝條件的預測與驗證

為表明響應面模型的有效性，對其結果進行了驗證實驗。添加羊尾巴油與菜籽油比例為0.73，酵母為1.85%，鹽為1.40%，蛋清粉為2.92%。在此條件下，進行3次驗證實驗，得到感官綜合得分平均值為(6.846±0.1)分，與模型預測的感官綜合得分相差0.013。

3 結論

通過對單因素分析，并采用響應面分析實驗結合模糊數學評價法，建立了響應值和各因素之間的數學模型，依據模型確定油塔子的最佳配方: 本文對油塔子的配方進行了較為細致的研究，得到的相關配方如下：羊尾巴油與菜籽油比例為0.73，酵母為1.85%，鹽為1.40%，蛋清粉為2.92%，此時的模型預測的綜合評價分值為6.859分。模糊數學評價結合響應面分析表明，油塔子中羊尾巴油與菜籽油比例、酵母、鹽、蛋清粉與模糊數學評價之間回歸模型高度顯著，對油塔子配方的優化有一定的參考價值。