基于響應面分析優化蕎麥面條制備工藝

侯惠花，劉瑞，孫元琳，于章龍，柴永峰，周素梅

（1.運城學院 生命科學系，特色農產品加工山西省重點實驗室，山西 運城 044000；2.山西農業大學 食品科學與工程學院，山西 太谷 030800；3.山西農業大學 棉花研究所，山西 運城 044000；4.中國農業科學院 農產品加工研究所，北京 100193）

蕎麥最早起源于中國，屬于蓼科植物，其栽培歷史非常悠久[1]，蕎麥的營養價值豐富，有“五谷之王”的美稱[2]。蕎麥粉是蕎麥脫去外殼后經過磨制而得到的，蕎麥中含有蛋白質、脂肪、各種維生素以及微量元素等人體所必需的營養物質，是一種保健食品資源[3]。有研究表明蕎麥具有降血脂、降血壓、降血糖、抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞和抗菌等多種功效[4-6]。傳統中醫認為，蕎麥性涼，味甘，具有健胃、消積、止汗之功效，而且對于常見的消化不良、食欲不振等癥狀有良好的輔助治療效果[7]。蕎麥中還含有較多的礦物質，特別是磷、鐵和鎂，這些物質可以維持人體心血管系統和造血系統的正常功能[8-9]。此外，蕎麥屬于粗糧，經常食用可以預防肥胖[10]。

面條是我國傳統主食之一，消費基數大，年產量達350萬噸[11]。傳統面條多是以小麥粉為主要原料加工而成。小麥粉面條營養成分單一，無法滿足現代人們對飲食健康的需求。而我國雜糧資源相對豐富[12]，雜糧中營養物質豐富，對人體健康有較大益處。小麥粉與雜糧結合，不僅大大提高了面條營養價值，還在一定程度上滿足人們對健康的需求[13]。蕎麥蛋白質主要由水溶性清蛋白和鹽溶性球蛋白以及谷蛋白組成，面筋含量極低，和面后面團的黏彈性、延伸性差，使得面條品質較差[14]。因此，在面條生產中通常需要添加改良劑，比如黃原膠、谷朊粉、磷酸酯淀粉及三聚磷酸鈉等來提高面條的蒸煮品質和感官品質。

本試驗研究蕎麥粉和小麥粉質量比、谷朊粉添加量、黃原膠添加量以及葡萄糖氧化酶添加量對蕎麥面條的蒸煮品質和感官品質的影響。在單因素試驗的基礎上，采用響應面分析法對蕎麥面條制備工藝進行優化，從而獲得高品質的蕎麥面條，同時也為運旱618小麥粉新產品開發提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

運旱618小麥粉：山西農業大學棉花研究所；蕎麥粉：山西雁門清高食業有限責任公司；谷朊粉（食品級）：安徽安特股份有限公司；黃原膠（食品級）、葡萄糖氧化酶（酶活100 000 U/g）：河南萬邦實業有限公司；叔丁醇、戊二醛、乙酸異戊酯（分析純）：阿拉丁試劑（上海）有限公司。

1.2 儀器與設備

YM1型面條機：九陽股份有限公司；101型電熱鼓風干燥箱：北京市永光明醫療儀器有限公司；Hitachi S-4800掃描電鏡：日本日立有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 混合粉制備

將一定量的小麥粉、蕎麥粉、谷朊粉、黃原膠、葡萄糖氧化酶混合，充分混勻，備用。

1.3.2 面條制備

稱取混合粉100 g，加水和面，靜置醒面，用面條機從一檔壓面至三擋，再進行切條，面條制備完成。

1.3.3 面條最佳蒸煮時間的確定

取5根長為15 cm的面條，先煮2 min，然后每隔5 s撈出1根，觀察面條中部白芯是否消失，消失即面條煮熟，此時間為面條最佳蒸煮時間。

1.3.4 面條蒸煮品質評價

參考華燕菲[15]的方法，并稍加修改。鍋中加入500mL蒸餾水煮沸，取15根長度為20 cm且外表均一的面條，稱量生面條質量（m1），蒸煮后，把余下的面湯全部轉移倒入500 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻，量取100 mL置于200 mL恒重燒杯（m0）中，加熱蒸發水分，放入105℃干燥箱中烘至恒重（m2）。蒸煮損失率計算公式如下。

1.3.5 面條感官評價

參考韓立宏[16]的方法，對面條的感官項目選擇適當的評分標準。選取10名食品專業學生組成感官評定小組，評價標準如表1所示，評定小組成員們按照表1進行評定，所有面條樣品去掉最高分與最低分，計算平均值和標準差。

表1 面條評分標準Table 1 Score criteria for noodles

1.3.6 單因素對蕎麥面條品質的影響

將面條的蒸煮品質和感官品質作為評價指標，分別對蕎麥粉和小麥粉質量比 （10∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50）、谷朊粉添加量（0%、1%、3%、5%、7%）、黃原膠添加量（0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）、葡萄糖氧化酶添加量（0、10、20、30、40 mg/kg）進行單因素試驗，研究各因素對蕎麥面條品質的影響，得到單因素的最佳水平。

1.3.7 響應面優化試驗

在單因素試驗的基礎上，以面條的感官評分為響應值，使用Box-Behnken設計方法進行四因素三水平響應面試驗，確定蕎麥面條的最佳制作工藝。因素水平見表2。

表2 響應面試驗因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface test

1.3.8 蕎麥面條電鏡分析

參考李嘉欣等[17]的方法，對面條樣品進行處理后于-80℃條件下進行真空冷凍干燥，噴金，于15 kV的工作電壓下，掃描放大倍數選取4 000倍、15 000倍和20 000倍，通過掃描電子顯微鏡進行微觀結構分析。

1.4 數據處理

用SPSS 25.0進行統計分析，結果用平均值±標準差表示，應用ANOVA分析各組結果間的顯著性差異（P＜0.05），單因素和響應面試驗數據采用Design-Export 8.0軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 蕎麥粉和小麥粉質量比對面條蒸煮品質和感官品質的影響

蕎麥粉和小麥粉質量比對面條蒸煮損失率和感官評分的影響見圖1。

圖1 蕎麥粉和小麥粉質量比對面條蒸煮損失率和感官評分的影響Fig.1 Influence of buckwheat-wheat flour ratio on cooking loss rate and sensory score of noodles

由圖1可以看出，蕎麥粉和小麥粉質量比為10∶90～30∶70的面條，感官評分隨蕎麥粉比例增大而逐漸增加。蕎麥粉和小麥粉質量比為30∶70時，面條的色澤亮麗程度最高，面條的表面光滑，不膨脹，結構緊密，面條軟硬程度最好，在咀嚼時，面條有彈性，有咬勁，面條不粘牙，吃起來爽口，表面光滑性好，品嘗時有清香的蕎麥味道。隨著蕎麥粉比例的提高，面條的感官評分開始下降，蕎麥粉面筋強度小，蕎麥粉與小麥粉混合，起到稀釋面筋蛋白的作用[18]，蕎麥粉含量越多，面條的韌性以及黏性都會隨之下降。蕎麥粉和小麥粉質量比為40∶60的蕎麥面條，口感有淡淡的苦味。蕎麥粉和小麥粉質量比為50∶50蕎麥面條中，蕎麥粉所占比例較大，支鏈淀粉增多，面條更易糊化，面條的黏性和韌性都會變差，苦味較明顯，面條的感官品質差。結果表明，蕎麥粉和小麥粉質量比為30∶70時，面條的整體感官品質和蒸煮品質較好。

2.2 谷朊粉添加量對面條蒸煮品質和感官品質的影響

谷朊粉添加量對面條蒸煮損失率和感官評分的影響見圖2。

圖2 谷朊粉添加量對面條蒸煮損失率和感官評分的影響Fig.2 Influence of gluten addition on cooking loss rate and sensory score of noodles

由圖2可知，面條的蒸煮損失率隨著谷朊粉的添加量增加先下降后升高，這說明，谷朊粉的添加有效減少了面條的蒸煮損失，谷朊粉添加量為5%時，面條蒸煮損失率最小，感官評分最高。谷朊粉可提高面條中含-SH的氨基酸含量，使得面筋蛋白網絡結構與面團韌性加強，能對淀粉物質有效包裹[19-20]，從而減小面條蒸煮損失率。綜上，添加5%谷朊粉的面條品質較好。

2.3 黃原膠添加量對面條蒸煮品質和感官品質的影響

黃原膠添加量對面條蒸煮損失率和感官評分的影響見圖3。

圖3 黃原膠添加量對面條蒸煮損失率和感官評分的影響Fig.3 Influence of xanthan gum addition on cooking loss rate and sensory score of noodles

由圖3可以看出，添加黃原膠的面條感官評分都高于未添加黃原膠的面條，且分值都在80分以上。口感爽滑筋道，這說明在一定程度上，添加黃原膠能提高面條的感官品質。黃原膠添加量為0.2%時面條蒸煮損失率最小，感官評分最高，這是因為黃原膠可以促進淀粉-膠體-蛋白質之間形成更強的網絡結構[21]，且黃原膠可以與蛋白質和淀粉上的功能基團發生靜電相互作用[22]，進而提高面條的硬度，從而降低面條的蒸煮損失率。當黃原膠加入過量時會抑制淀粉顆粒間的結合而弱化了淀粉網狀結構的緊密性[23]，使面條蒸煮損失率變大。因此，黃原膠添加量為0.2%的面條品質較好。

2.4 葡萄糖氧化酶添加量對面條蒸煮品質和感官品質的影響

葡萄糖氧化酶添加量對面條蒸煮損失率和感官評分的影響見圖4。

由圖4可知，葡萄糖氧化酶添加量在0～20 mg/kg之間增大時面條的感官評分逐漸增加，這是因為葡萄糖氧化酶通過將面粉中的硫氫鍵氧化成雙硫鍵，有效加強面筋蛋白質的三維空間網狀結構，增加面筋強度，使面條品質提高[24]。葡萄糖氧化酶添加量為20 mg/kg的面條感官評分最高，蒸煮損失率最低，品質較好。

圖4 葡萄糖氧化酶添加量對面條蒸煮損失率和感官評分的影響Fig.4 Influence of glucose oxidase addition on cooking loss rate and sensory score of noodles

2.5 響應面分析結果

2.5.1 多元二次模型方程的建立

蕎麥面條配方優化響應面試驗統計結果見表3，方差分析見表4。

表3 響應面分析結果Table 3 Results response surface analysis

表4 感官評分回歸方程的方差分析結果Table 4 Results of variance analysis of the regression equation of sensory score

由表4可知，通過Design-Expert 8.0軟件對統計結果進行方差分析，可以得出模型極顯著，P＜0.000 1，這表明響應值與各因素之間關系顯著，該模型具有統計學意義；R2=0.966 7，R2Adj=0.933 5，這表明模型可以解釋96.67%響應值的變化；失擬項P=0.622 9＞0.05，不顯著，對模型有利，表明可用該回歸方程分析；變異系數（C.V.%）為1.27，表明模型的精密度高，對模型的擬合情況較好。軟件分析結果顯示 A、B、C、D、BC、A2、B2、C2、D2項極顯著，AB 項顯著，AC、AD、BD、CD 項不顯著，說明蕎麥粉和小麥粉質量比、谷朊粉添加量、黃原膠添加量以及葡萄糖氧化酶添加量對于面條的感官評分有極顯著影響（P＜0.01）。各因素對于感官評分的影響程度A>B>C>D。運用Design-Expert 8.0軟件進行分析，得到二次多項回歸方程：Y=91.25+1.78A-1.54B+1.34C+1.22D+1.13AB-0.24AC+0.40AD-1.74BC-0.58BD-0.77CD-4.69A2-4.73B2-4.08C2-3.83D2。

2.5.2 三維響應曲面圖分析及優化驗證

應用Design-Expert 8.0軟件進行響應面分析，繪制響應面曲線圖，如圖5所示。

由圖5可以得出，蕎麥粉和小麥粉質量比與谷朊粉添加量交互作用、谷朊粉添加量與黃原膠添加量交互作用的響應曲面坡度較陡峭，等高線呈橢圓形，交互作用較顯著，與方差分析結果一致。經響應面軟件進一步優化，最終得到蕎麥面條最優配方：蕎麥粉和小麥粉質量比為31.69∶68.31，谷朊粉添加量為4.63%，黃原膠添加量為0.22%，葡萄糖氧化酶添加量為21.63 mg/kg，面條感官評分預測值可達91.76。為方便稱量，調整蕎麥粉和小麥粉質量比為32∶68，谷朊粉添加量為5%，黃原膠添加量為0.2%，葡萄糖氧化酶添加量為22 mg/kg，選擇最優工藝參數進行3次重復試驗，得最終面條感官評分91.43±0.45，與預測結果相近。

圖5 各因素交互作用的響應面圖Fig.5 Response surface diagram of interaction of various factors

2.6 面條電鏡掃描分析

圖6 為純小麥面條和蕎麥面條的微觀結構圖。

圖6 小麥面條和蕎麥面條微觀結構掃描電子顯微鏡圖Fig.6 Scanning electron microscopy of microstructures of wheat noodles and buckwheat noodles

從圖6可以看出，純小麥面條結構較蕎麥面條疏松，能看到較多的大顆粒。通過圖6b和圖6e（×15000），可以看到純小麥面條空隙較大，小顆粒眾多，而蕎麥面條的結構相對緊密。從圖6c中看出純小麥面條結構中明顯的不規則的空洞，結構不均一，相比之下，圖6f蕎麥面條的面筋網絡結構明顯，結構表面較光滑，面筋結構緊密，均一，結構空隙較小。從微觀結構圖中可以得出，優化后面條的結構得到了很大的改善，蕎麥面條中含有的添加劑，如黃原膠、谷朊粉等能對面條的網絡面筋結構起到很好的改善，也在一定程度上優化了面條的質地。

3 結論

通過單因素試驗和響應面分析確定蕎麥面條的最佳配方：蕎麥粉和小麥粉質量比為32∶68，谷朊粉添加量為5%，黃原膠添加量為0.2%，葡萄糖氧化酶添加量為22 mg/kg，此配方下面條感官評分為91.43，與預測結果相近。掃描電鏡圖像顯示制得的蕎麥面條比純小麥面條的面筋結構緊密，空隙小，表面較光滑。本試驗為蕎麥面條的研制提供了理論支持。