基于降維分析優化南瓜籽多糖拉面面團制作工藝

薛 山, 肖 夏, 陳舒怡, 劉伯虎

（1.閩南師范大學生物科學與技術學院，福建 漳州 363000；2.菌物產業福建省高校工程研究中心，福建 漳州 363000；3.四川理工學院生物工程學院，四川 自貢 643000）

拉面又稱為甩面、抻面、扯面等，是深受我國人民喜愛的傳統面食，具有濃郁的地方特色。在我國手工拉面種類中，蘭州拉面憑借其獨特的制作及烹調方法被大眾所喜愛，在國內市場中占有較高的比例，已被國家貿易部批準為鼓勵發展的三大中式快餐食品之一[1-2]。我國對于面條制品的研究起步較晚，研究種類以掛面、鮮食面和速食面為主。目前，國內外關于拉面的報道多集中于小麥品質與面條品質相關性[3-5]以及一些拉面改良劑（如速溶蓬灰）的研究[6-8]。但是從拉面種類來看較為單一，有待進一步的創新。

研究顯示，南瓜籽味甘、性溫，營養豐富，含有優質油脂（亞油酸、α-亞麻酸、n-3 類多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids,PUFAs））[9]、植物蛋白質成分[10]、高活性多糖[11]，同時還含鋅、錳、銅、鐵、鈣、磷、鎂、鉀、鈉等礦物質元素，是一種理想的營養健康資源，具有較好的保健功效[12]。研究發現，南瓜籽的功效成分具有多種藥理活性，尤其是多糖能夠抑菌、抗衰老、抗腫瘤[11,13]。據報道，南瓜籽中含有一定量的非淀粉多糖，經熱水浸提和乙醇沉淀容易制得，受到了廣泛關注[11]。目前，秋葵多糖[14]、菊粉[15-17]、麥麩[18]、燕麥β-葡聚糖[19]等植物類多糖已廣泛應用于面類制品中，用于改善質構特性，提升產品品質。因此，本研究將南瓜籽多糖添加至拉面面團制作中，以期為拉面面團新品種的研發提供理論依據與創新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

新疆南瓜籽：由大閩集團提供；金沙河高筋小麥粉：邢臺金沙河面業有限責任公司產品；中鹽福晶鹽：中鹽福建鹽業有限公司產品；食用調和油：益海嘉里食品營銷有限公司（金龍魚）產品；精純拉面劑（速溶蓬灰）：甘肅力司食品科技有限公司產品；以上材料均為食品級。乙醚、乙醇、丙酮：均為分析純，西隴科學股份有限公司產品。

1.1.2 儀器與設備

FW100 型高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；AR124CN 型電子天平，奧豪斯儀器（上海）有限公司；DHG-9030A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；CT3-10K 型質構儀，美國Brookfield 博勒飛公司。

1.2 方法

1.2.1 南瓜籽多糖的提取

參考王麗波等[20]的方法，南瓜籽于60 ℃烘干24 h（含水量約為2.0%），粉碎后過80 目篩，乙醚50 ℃索氏抽提脫脂48 h 得到脫脂南瓜籽粉。在加水量45%，提取溫度60 ℃、提取時間2.5 h 條件下提取南瓜籽多糖，所得上清液于4 000 r/min 離心15 min，之后用4 倍體積的95%乙醇醇沉（80%醇沉），4 ℃靜置12 h，于4 000 r/min 離心10 min，所得沉淀用乙醇和丙酮各洗滌兩次，最后在-50 ℃，真空度＜15 Pa 的條件下真空冷凍干燥24 h，即得南瓜籽粗多糖。南瓜籽多糖的得率（粗多糖質量/脫脂南瓜籽質量）大約為3.5%。

1.2.2 南瓜籽多糖拉面面團的制作

稱取小麥粉約200 g（以此為基準），按加水量45%加入水、3%南瓜籽多糖、3%食鹽、0.6%蓬灰混勻后均力揉搓約6 min。和面時注意分3 次加水，攪拌使面團形成絮狀或者雪花片狀，拉面劑溶液分兩次加入，反復搓揉、壓實、折疊成面團，隨后靜置醒發25 min，溜條約2 min。之后出條輕搓成長度約30 cm粗細均勻的面棍進行質構測試[21]。具體工藝如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

1.2.3 單因素試驗設計

1.2.3.1 加水量對面團品質的影響

考察加水量分別為35%、40%、45%、50%、55%時對面團綜合得分的影響。其他條件為：南瓜籽多糖添加量3%，食鹽添加量3%，蓬灰添加量0.6%，靜置時間25 min。

1.2.3.2 南瓜籽多糖添加量對面團品質的影響

考察南瓜籽多糖添加量分別為1%、3%、5%、7%、9%時對面團綜合得分的影響。其他條件為：加水量45%，食鹽添加量3%，蓬灰添加量0.6%，靜置時間25 min。

1.2.3.3 食鹽添加量對面團品質的影響

考察食鹽添加劑量分別為1%、2%、3%、4%、5%時對面團綜合得分的影響。其他條件為：加水量45%，南瓜籽多糖添加量7%，蓬灰添加量0.6%，靜置時間25 min。

1.2.3.4 蓬灰添加量對面團品質的影響

考察蓬灰添加劑量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%時對面團綜合得分的影響。其他條件為：加水量45%，南瓜籽多糖添加量7%，食鹽添加量3%，靜置時間25 min。

1.2.3.5 靜置時間對面團品質的影響

考察靜置時間15、20、25、30、35 min 時對面團綜合得分的影響。其他條件為：加水量45%，南瓜籽多糖添加量7%，食鹽添加量3%，蓬灰添加量0.6%。

1.2.4 響應面試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，根據Box-Benhnken的試驗設計原理，綜合考慮單因素試驗的影響，選擇指標進行響應面優化試驗。

1.2.5 最優組合驗證試驗

根據多因素響應面試驗所得到最優的工藝條件進行驗證試驗。

1.2.6 面團硬度、咀嚼性及彈性指標的測定

將制好的面團置于CT3-10K 型質構儀，選用TA25/1000 探頭測定，參數設定如下：測試類型為TPA 質構分析目標；等待時間為0 s；觸發點負載為0.07 N；測試速度為1 mm/s；返回速度為1 mm/s；循環次數為2.0 同一觸發點；真預測試速度為2 mm/s；夾具為TA-RT-KIT；負載單元為10 000 g。

1.2.7 數據處理

運用SPSS 17.0 軟件建立模型，采用因子分析法提取主成份公因子，對面團進行綜合得分的評定。用SPSS 22.0 軟件對數據進行處理，各組數據均以平均值±標準偏差表示。

2 結果與分析

2.1 綜合得分評價模型的建立

2.1.1 質構指標降維模型的KMO 和巴特利球形檢驗由表1 可見，加水量對面團質構指標有顯著影響，故根據該結果構建綜合得分評價模型。KMO 檢驗和巴特利特球形檢驗用于判斷變量是否適用因子分析法。一般認為，KMO 統計量大于0.5 時就認為可以做因子分析，檢驗結果如表2 所示，模型建立合理。

表1 加水量對面團彈性、咀嚼性和硬度的影響Table 1 Effect of water addition on elasticity,chewiness and hardness of dough

表2 質構指標降維模型的KMO 和巴特利球形檢驗Table 2 KMO and Bartlett’s test of sphericity for dimensionality reduction models for texture index

2.1.2 解釋的總方差

根據SPSS 17.0 軟件運用主成分分析法提取特征值大于1 的因子，碎石圖輸出結果如圖2 所示。

由圖2 可以看出，該特征值曲線只有一個因子的特征值大于1。經過方差最大化正交旋轉后1 個因子的累計方差貢獻率達到84.036%，即所提取的1個因子反映原來3 個指標84.036%的信息，具體如表3 所示。

圖2 因子分析的碎石圖Fig.2 Scree plot of Factor analysis

表3 解釋的總方差Table 3 Total variance explained

2.1.3 提取公因子確立綜合得分計算

通過因子旋轉的方法，使每個變量僅在一個公共因子上有較大的載荷，而在其余的公共因子上的載荷比較小，這樣就突出了每個公共因子和其載荷較大的那些變量的關系，該公共因子的含義也就能通過這些載荷較大的變量作出合理的解釋，根據旋轉后的載荷矩陣得到綜合得分Y的計算公式如下：Y=0.375X1+0.351X2+0.364X3，其中：X1代表彈性值，X2代表咀嚼性值，X3代表硬度值。

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 加水量對面團綜合得分的影響

由圖3 可見，面團綜合得分呈現先升高后降低的趨勢，在加水量45%時綜合評分最高。趙丹丹等[22]優化拉面工藝得出加水量43%時，面團延伸距離和感官評分最優，與本試驗的加水量相差不大。

水作為面團中面筋形成的主要介質對面制品品質的影響十分顯著，隨著加水量的增加，面團的黏性和延伸性逐漸增大，同時硬度和抗拉伸力逐漸降低[23]。面粉中蛋白質和淀粉是吸水主體，加水量逐漸增多時，蛋白質和淀粉都會逐漸吸水、脹潤而形成網絡結構；但加水量過大時，自由水含量大大增加，面團表面過黏而不適于拉面的制作。故一般拉面的制作加水量通常控制在50%左右，且因面粉種類、含水量、季節等因素而有所差異[24]。

圖3 加水量對面團綜合得分的影響Fig.3 Effect of water addition on comprehensive score of dough

2.2.2 南瓜籽多糖添加量對面團綜合得分的影響

南瓜籽多糖添加量對面團質構指標的影響如表4所示。按照綜合得分計算公式，得到南瓜籽多糖添加量對綜合品質的影響如圖4 所示。

表4 南瓜籽多糖添加量對面團彈性、咀嚼性和硬度的影響Table 4 Effects of pumpkin seed polysaccharide addition on elasticity,chewiness and hardness of dough

圖4 南瓜籽多糖添加量對面團綜合得分的影響Fig.4 Effect of pumpkin seed polysaccharide addition on comprehensive score of dough

由圖4 可見，南瓜籽多糖添加量對面團綜合得分的影響較為顯著，當添加量為7%時，綜合得分最高。陳潔等[14]研究了秋葵多糖對面團質構的影響，發現在試驗設計范圍內，隨秋葵多糖濃度的增加，面團彈性下降而黏性增加，且秋葵多糖能顯著降低冷凍面團的硬度，增強其彈性和內聚性。張令文等[16]研究認為，天然多糖能夠改善面粉的粉質特性及面團的拉伸特性，如添加天然菊粉能使面團吸水率和弱化度降低，從而使面團的形成時間、穩定時間和粉質質量指數增加；在試驗范圍內，隨天然菊粉添加量的增加，面團的拉伸阻力和拉伸比例逐漸增大，而拉伸曲線面積和延伸度呈先增大后減小的趨勢。由此可見，多糖的添加對面團硬度、彈性、內聚性等指標有著顯著影響，進而也影響著面團的綜合得分。

此外，諸多研究顯示面粉中以小麥面筋蛋白為主的成分構成對拉面面團的延伸有顯著影響[2,25]。其中，高分子量麥谷蛋白亞基和低分子量麥谷蛋白亞基通過分子內和分子間的二硫鍵交聯，構成了面團的面筋網絡，主要影響面團的彈性和強度[26]，且麥谷蛋白主要賦予了面團的彈性，而麥膠蛋白賦予了面團的延伸性[27-28]。因此，推測南瓜籽多糖對面團彈性、咀嚼性、硬度及質構綜合得分的影響可能是由于南瓜籽多糖的添加改變了面團中麥谷蛋白及麥膠蛋白的交聯結構，進而影響面團面筋網絡構象所致。

2.2.3 食鹽添加量對面團綜合得分的影響

食鹽添加量對面團質構指標的影響如表5 所示，對面團綜合得分的影響如圖5 所示。由圖5 可見，當食鹽添加量為3%時，綜合得分達到最高，與4%的結果差異不顯著，故選擇3%的食鹽添加量。研究認為，食鹽的添加能夠改善拉面面團的韌性、筋力、耐揉性，同時使得蛋白質二級結構中有序結構含量增多，包埋淀粉顆粒的蛋白質網絡結構更加有序，從而改善拉面面團的延伸性[29-30]。但食鹽添加過多不僅影響口感，還會造成面團韌性過大影響揉制及拉伸效果。

表5 鹽添加量對面團彈性、咀嚼性和硬度的影響Table 5 Effect of salt addition on elasticity,chewiness and hardness of dough

表6 蓬灰添加量對面團彈性、咀嚼性和硬度的影響Table 6 Effect of instant soluble peng gray addition on elasticity,chewiness and hardness of dough

圖5 食鹽添加量對面團綜合得分的影響Fig.5 Effect of salt addition on comprehensive score of dough

圖6 蓬灰添加量對面團綜合得分的影響Fig.6 Effect of instant soluble peng gray addition on comprehensive score of dough

2.2.4 蓬灰添加量對面團綜合得分的影響

蓬灰添加量對面團質構指標的影響如表6 所示。據報道，蓬灰作為常用的拉面劑能夠起到弱化面團筋力的作用，并有效增強拉面的延伸性和風味，在添加量0.8～1.2%區間，面團的耐揉性與筋力綜合達到最優，此時面團內部的二硫鍵被打開還原，面筋蛋白二級結構中的β-折疊含量最高，綜上增大了面團的延伸性，推測其原理在于隨著拉面劑用量的增加，面團內部的游離巰基含量增加，同時二硫鍵含量減少，蓬灰能夠通過還原面筋中的二硫鍵，從而增大面團的延伸性[31]。蓬灰對面團綜合得分的影響如圖6 所示，蓬灰添加量在0.2%～0.8%時，對綜合評分的影響不顯著，繼續加大使用劑量反而評分有所下降，可能是因為蓬灰改變了面團的流變學特性，對形成面筋的蛋白質產生了影響。有研究者指出，蓬灰是由白莖鹽生草燒制成草灰，經過脫色純化后，添加食用堿等成分混合成的白色粉末，因此在食用上具有一定的安全風險，故不建議過量使用[6,24,31-32]，選擇蓬灰添加量0.6%。

2.2.5 面團靜置時間對面團綜合得分的影響

面團靜置時間對面團彈性、咀嚼性和硬度的影響如表7 所示，對面團綜合得分影響如圖7 所示。醒發時間也會影響面團品質，靜置醒發的主要目的是使面團內顆粒均勻吸水，面筋網絡逐漸延伸，從而消除內應力，使面團更加穩定[31]。由圖7 可見，隨著面團靜止時間的延長，面團綜合評分先升高后下降，在30 min時取得最大值。

表7 面團靜置時間對面團彈性、咀嚼性和硬度的影響Table 7 Effect of dough resting time on elasticity,chewiness and hardness of dough

圖7 面團靜置時間對面團綜合得分的影響Fig.7 Effect of dough resting time on comprehensive score of dough

2.3 響應面因素試驗結果

2.3.1 響應面優化設計與結果

在單因素試驗結果的基礎上，根據Box-Benhnken的中心組合試驗原理，選擇對試驗結果影響較大的加水量、南瓜籽多糖添加量和面團靜置時間3 個因素設計響應面優化試驗。因素編碼水平見表8，試驗結果見表9。

表8 響應面優化試驗因素水平表Table 8 Factors and levels of response surface optimization test

表9 響應面試驗設計及結果Table 9 Design and results of response surface methodology

2.3.2 回歸模型方差分析及顯著性檢驗

采用Design Expert V 8.0.6.1 軟件對表9 的數據進行回歸分析，得到A加水量、B南瓜籽多糖添加量及C面團靜置時間與綜合得分之間的二元多次回歸方程：Y=8.95-0.42A+0.22B+0.094C-0.018AB+0.078AC+0.000BC-1.64A2-0.93B2-0.60C2。

對該模型進行方差分析，結果如表10 所示。

由表10 可知，模型極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P＞0.05），說明所得二次回歸方程極顯著，綜合得分回歸方程的決定系數R2=0.982 8，說明響應值的變化有98.28%來源于所選的3 個變量。通過F值可以得出，各因素對綜合得分的影響顯著性大小分別為：A加水量＞B南瓜籽多糖添加量＞C面團靜置時間，其中面團靜置時間對結果的影響不顯著。變異系數是衡量每個測量平均值偏離真實情況的參數，其值越小，表明重復性越好，模型的變異系數為2.98，在可接受范圍內，說明該模型的重復性良好。

2.3.3 交互效應分析

加水量、南瓜籽多糖添加量、面團靜置時間交互作用的響應面及等高線圖直觀地反映了各因素交互作用對響應值的影響。在某一因素水平固定不變的情況下，考察作用顯著的交互項對綜合得分的影響，結果見圖8～10。

如圖8 所示，加水量和南瓜籽多糖添加量兩因素的交互不顯著，當南瓜籽多糖添加量一定時，隨著加水量的增加，面團綜合得分先升高后下降，但交互作用不顯著。當加水量一定時，隨著面團靜置時間的延長，面團內部面筋筋力不斷增強，面團綜合得分有所升高，但靜置時間過長時，評分反而下降（圖9）。當面團靜置時間一定時，隨著南瓜籽多糖用量的增加，面團綜合評分先小幅升高，這可能是由于南瓜籽多糖的加入雖然使得彈性有所下降，但增加了面團的咀嚼性，但繼續增加用量，之后綜合評分值又呈現小幅下降趨勢，推測可能的原因為彈性的下降幅度超過了咀嚼性的增幅（圖10）。

表10 響應面試驗方差分析Table 10 Variance analysis of response surface methodology

圖8 加水量和南瓜籽多糖添加量交互作用的響應面圖和等高線圖Fig.8 Response surface map and contour map of interaction of water and pumpkin seed polysaccharide additions

圖9 加水量和面團靜置時間交互作用的響應面圖和等高線圖Fig.9 The response surface map and contour map of water addition and dough rest time

圖10 南瓜籽多糖添加量和面團靜置時間交互作用的響應面圖和等高線圖Fig.10 Response surface map and contour map of interaction of pumpkin seed polysaccharide addition and dough resting time

2.3.4 最優的工藝條件的確定與驗證

利用Design Expert 8.0.6.1 軟件進行分析，得到面團綜合得分最高的工藝參數為：加水量44.62%，南瓜籽多糖添加量7.12%，面團靜置時間30.35 min，并預測面團綜合得分最高可達8.995 25。考慮到操作的可行性，將最優條件修正為：加水量44.6%，南瓜籽多糖添加量7.1%，面團靜置時間30 min。在此條件下進行重復的制作面團并測得指標后計算綜合得分，得到綜合評分為8.86±0.22，與預測值差異不顯著。

3 結論

將脫脂南瓜籽多糖添加至拉面面團中，以面團的綜合評分為指標優化其加工工藝。采用主成分因子降維法構建綜合評分模型，得到面團綜合評分（Y）的數學模型為：Y=0.375X1+0.351X2+0.364X3，其中X1代表彈性值，X2代表咀嚼性值，X3代表硬度值。基于此模型，優化得到拉面面團制作的最佳工藝參數為：加水量44.6%，南瓜籽多糖添加量7.1%，面團靜置時間30 min，與預測模型差異不顯著。適量的南瓜籽多糖添加至拉面面團中，能夠改善面團質構，為傳統拉面產品的創新提供了新的思路。