響應面優化辣木核桃蛋白能量棒配方

劉俐彤，鐘俊麟，趙存朝， ，顧凡， ，陶亮， *，田洋， *

1. 云南農業大學 食品科學技術學院（昆明 650201）；2. 國家辣木加工技術研發專業中心（昆明 650201）

辣木（Moringa oleifera）亦稱油辣木或鼓槌樹，系辣木科辣木屬熱帶落葉喬木，原產于北印度亞喜馬拉雅區域及非洲[1]。辣木葉是一種全營養素新資源食品[2]，有高蛋白、高鈣、高纖維、低脂肪等健康特性[3]。辣木葉中蛋白含量高達 27.6%～35.4%，約是牛奶的10倍，氨基酸種類多達19種[4]，可媲美大豆，是一種優質的植物蛋白。核桃又稱胡桃（Juglansregia），系胡桃科胡桃屬植物，核桃在世界堅果市場中占比最高，具有廣闊開發價值及市場前景。核桃富含的不飽和脂肪酸[5]、多酚[6]、維生素E等化合物，對人體健康具有重要作用。辣木與核桃同為云南特色植物資源，二者皆是眾多營養活性成分的良好來源，且具有抗癌、降血糖等多種功效，是現代健康食品開發的良好原料。周艷等[7]以核桃仁、辣木葉為主要原料開發出風味濃郁、穩定性好、有機鈣含量高的高鈣乳，充分利用了其互補潛能，為復配型產品開發提供了新思路。

能量棒是一種營養全面、方便攜帶且食用簡潔的棒狀食品，其既能快速為人體提供所需能量、提高運動耐力[8]，又可均衡其他營養物質，口感也深受大眾喜愛，而國內運動營養食品的發展較晚且不夠全面，尚處在初步階段。考慮到核桃粉和辣木葉粉的整體健康益處和消費者需求，此次試驗擬以二者相復配，經配方、工藝優化，開發一種方便、營養、即食的能量棒產品，同時為云南特色生物資源的開發提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

巧克力、白砂糖（沃爾瑪超市）；辣木葉粉（德宏天佑科技開發有限公司）；核桃（大理百里園生態食品發展有限公司）；低聚果糖（深圳安泰生物科技有限公司）；大豆蛋白粉、花生蛋白粉（上海源葉生物科技有限公司）。

1.2 儀器設備

JM-L100小鋼磨（上海中成泵業制造有限公司）；K35FK602蘇泊爾電烤箱（浙江蘇泊爾家電制造有限公司）；SZM-50型食品攪拌機（廣州旭眾食品機械有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 辣木核桃蛋白能量棒的加工工藝流程

復配核桃粉（W核桃∶W大豆蛋白粉∶W花生蛋白粉= 2∶1∶1）打粉混合→制備復配低聚果糖（W低聚果糖∶W白砂糖∶W麥芽糖漿=2∶1∶1）→加入辣木葉粉→制備能量棒夾心→倒入模具→脫模→焙烤（10 min，100 ℃）→初次冷卻→制備包衣（巧克力10 g）→敷外皮→包衣二次冷卻→成品

1.3.2 試驗方法

1.3.2.1 辣木核桃蛋白能量棒感官評分方法

由10名有一定品評經驗的專業人員組成評定小組，分別從組織狀態（30分）、色澤（20分）、口感（30分）、風味（20分）四項指標對辣木核桃蛋白能量棒采用百分制打分。其感官評分標準如表1所示。

表1 辣木核桃蛋白能量棒感官評定評分表

1.3.2.2 辣木核桃蛋白能量棒產品理化衛生指標測定

蛋白質，按GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》規定的方法測定；水分，按GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》的方法測定；粗脂肪，按GB 5009.6—2016 《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》規定的方法測定；能量、碳水化合物，按GB 28050—2011《食品安全國家標準 預包裝食品營養標簽通則》規定的方法測定。

1.3.3 單因素試驗設計

以感官評分為指標，考察復配核桃粉添加量（20，40，60，80和100 g）、辣木葉粉的添加量（6，8，10，12和14 g）、復配低聚果糖添加量（20，40，60，80和100 g）、夾心冷卻時間（4，6，8，10，12和14 min）、包衣二次冷卻時間（6，8，10，12，14和16 min）5 個因素對辣木核桃蛋白能量棒的影響，確定最佳工藝參數。

1.3.4 響應面試驗優化

響應面試驗因素的選取，各水平如表2所示。以感官評分為響應值，選取復配核桃粉添加量、辣木葉添加量、復配低聚果糖添加量3個因素，利用 Box- Behnken試驗設計進行三因素三水平的試驗設計，優化辣木核桃蛋白能量棒的工藝配方。

表2 響應面試驗因素與水平設計表 單位：g

1.3.5 數據處理

采用 Excel 2013、SPSS 19.0統計軟件對試驗數據進行分析，利用 Design-Expert 8.0.6進行響應面分析，結果以均值±SD 表示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 復配核桃粉添加量對辣木核桃蛋白能量棒感官品質的影響

關于復配核桃粉添加量對產品感官質量的影響如圖1所示，隨著復配核桃粉添加量不斷增加，感官評分先增加后下降，在添加量為40 g時，獲得最高感官評分，隨后開始下降。原因可能是適宜的復配核桃粉添加量能同時體現其他原材料的風味，若其添加量太多，會影響最終產品的風味多樣性，致使產品感官質量下降。故復配核桃粉添加量40 g為最佳添加量。

圖1 復配核桃粉添加量對辣木蛋白能量棒的影響

2.1.2 辣木葉粉添加量對辣木核桃蛋白能量棒感官評分的影響

辣木葉粉添加量對于產品的口感和風味具有重要影響。如圖2所示，隨著辣木葉粉的添加量逐漸增加，呈穩定的上升趨勢，在辣木葉粉添加量為10 g時，感官評分最高，產品風味和口感最佳，隨后又呈現下降的趨勢，這是由于辣木葉粉添加量過多，導致產品具有一定的辣木苦味[9]和辣味，影響感官品質，同時導致產品顏色偏褐綠色，色澤較差。故辣木核桃蛋白能量棒中辣木葉粉的最佳添加量為10 g。

圖2 辣木葉粉添加量對辣木核桃蛋白能量棒的影響

2.1.3 復配低聚果糖中低聚果糖比例和添加量對辣木核桃蛋白能量棒感官評分的影響

如圖3所示，當復配低聚果糖添加量從20 g到40 g時，感官評分呈上升趨勢。這是因為復配低聚果糖中低聚果糖（fructo-oligosaccharides，FOS）能增加食品的香氣和色澤，對于提升食品口感有積極的作用，且能有效調節腸道菌群失衡情況[10]，白砂糖甜度較高且甜味純正，麥芽糖適合用于調和糖中，加熱冷卻后具有一定產品塑性作用。其綜合了三種糖的特點，美拉德與焦糖化反應，使產品色澤均勻，甜度、黏度合適，充分發揮了復配低聚果糖的優勢特點。但隨著添加量的增加，感官評分開始降低，可能是因為復配低聚果糖的添加量的增大使產品的黏度過大，導致蛋白質間的排斥力變小，從而引起口感不適。故復配低聚果糖添加量為40 g時，為最優配比添加量。

圖3 復配低聚果糖添加量對辣木核桃蛋白能量棒的感官影響

2.1.4 夾心初次冷卻時間對辣木核桃蛋白能量棒感官評分的影響

冷卻是為了能更好幫助產品成形，抑制產品中分子的運動，穩固辣木核桃蛋白能量棒中夾心的組織狀態，冷卻時間過短，會導致產品強度不夠，組織狀態松軟。冷卻時間過長，則會使產品凝固強度過高、過硬，影響口感和風味。如圖4所示，冷卻時間從4 min開始，感官評分出現上升趨勢，在10 min時評分最高。之后隨著冷卻時間的逐漸增加，感官評分開始下降。這是因為冷卻的時間越長，其產品的硬度會越來越高，組織狀態越來越硬甚至皺縮，導致口感下降，風味丟失，評分降低，故夾心冷卻的最優時間為10 min。

圖4 夾心冷卻時間對辣木核桃蛋白能量棒的影響

2.1.5 包衣二次冷卻時間對辣木核桃蛋白能量棒感官評分的影響

二次冷卻是為了讓巧克力包衣能更好地起到增加色澤、改善外觀、豐富口感的作用。如圖5所示，二次冷卻時間對巧克力包衣的影響很大，當二次冷卻時間為12 min時，感官評分最高，這是因為此時內外部溫度均勻，組織結構穩定。隨著時間的增加，感官評分下降的趨勢明顯，因為二次冷卻時間越長，成品的風味丟失得越多，包衣硬度增加，口感較差，感官質量下降。冷卻過程的不斷延長，也使得辣木核桃蛋白能量棒內外水分遷移，直接影響后續加工的均勻度及其貨架期。故確定最佳巧克力包衣二次冷卻時間為12 min。

圖5 包衣二次冷卻時間對辣木核桃蛋白能量棒的影響

2.2 響應面工藝優化

2.2.1 辣木核桃蛋白能量棒的響應面試驗設計與結果

根據單因素試驗設計結果，利用Box-Behnken Design中心組合設計試驗模型，通過單因素試驗設計得到的最優配方。以復配核桃粉添加量（X1）、辣木葉添加量（X2）、復配低聚果糖添加量（X3）為自變量，以辣木核桃蛋白能量棒的感官評分為響應值（Y），進行三因素三水平的響應面試驗，結果見表3。

2.2.2 辣木核桃蛋白能量棒的模型建立及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對表3進行多元回歸擬合，得到辣木核桃蛋白能量棒感官評分（Y）的二次方程模型：Y1=84.67-0.59X1+0.77X2+1.36X3-3.03X1X2-0.63X1X3-0.99X2X3-5.77X12-2.68X22-3.96X32；其中Y1是感官評定綜合得分，X1為復配核桃粉添加量，X2為辣木葉粉添加量，X3為復配低聚果糖添加量。回歸模型方差分析的結果見表4。

表3 響應面分析方案及結果

由表4方差分析得知：辣木核桃蛋白能量棒感官評分的回歸模型顯著性檢驗p=0.008 2＜0.01，說明模型極顯著，感官評分回歸模型失擬性檢驗p=0.074 5＞0.05，說明二次回歸模型與實際試驗擬合性充分，模型失擬不顯著，表明此模型可用于試驗擬合。辣木核桃蛋白能量棒的回歸診斷表明，當決定系數R2=0.902 4，信噪比Adeq precisior=6.779，表明模型的擬合度和可信度均較高。Y的變異系數C.V.值為2.81%，說明感官評分準確度和可信度較高。綜上所述，此模型擬合程度良好，試驗誤差小，適合用來對辣木核桃蛋白能量棒進行分析和預測。由回歸系數顯著性表明，在所取因素水平范圍內，各因素對感官評分的影響順序為復配核桃粉添加量（X1）＜辣木葉添加量（X2）＜復配低聚果糖添加量（X3）。

表4 回歸模型方差分析表

2.2.3 辣木核桃蛋白能量棒的響應面優化

如圖6可知，兩因素交互作用強弱和其交互作用對響應值的影響。結合表4可知，交互項X1X2的曲面傾斜度較大，坡度較陡，且等高線呈橢圓形，較密集，說明其影響顯著（p＜0.05），反之，X1X3、X2X3影響不顯著，各因素間交互作用對辣木核桃蛋白能量棒的感官評分的影響大小依次為X1X2＞X2X3＞X1X3。

圖6 辣木核桃蛋白能量棒的響應面優化

2.2.4 辣木核桃蛋白能量棒的最佳條件的確定和驗證試驗

回歸模型通過響應面法得到最優辣木核桃蛋白能量棒的工藝條件：復配核桃粉中核桃蛋白粉添加量38.6 g、辣木葉粉添加量11.04 g、復配低聚果糖39.2 g。考慮實際操作情況與設備參數狀況，確定辣木核桃蛋白能量棒的工藝條件：復配核桃粉中核桃蛋白粉添加量39 g、辣木葉粉添加量11 g、復配低聚果糖40 g，此時辣木核桃蛋白能量棒的感官評分為86.02±0.12分，與預測值85.59分相近，具有一定的實際應用價值。

2.3 產品理化衛生指標測定

由表5可知，辣木核桃蛋白能量棒理化指標為蛋白質14.5±0.21 g/100 g，脂肪7.4±0.34 g/100 g，能量1 028±0.45 kJ/100 g，其蛋白質含量高于多數市售能量棒，而脂肪含量明顯低于市售能量棒，是一種高蛋白低脂的營養健康能量棒，可能具有更好的市場前景。

表5 相關理化指標結果

3 結論

辣木核桃蛋白能量棒最佳工藝配方為復配低聚果糖添加量40 g、復配核桃粉添加量39 g、辣木葉粉添加量11 g、產品最佳熟化時間10 min、熟化溫度100 ℃。制作的辣木核桃蛋白能量棒理化指標為蛋白質14.5±0.21 g/100 g、脂肪7.4±0.34 g/100 g、碳水化合物21.6±0.26 g/100 g、能量1 028±0.45 kJ/100 g、水分11.2±0.36 g/100 g。最佳工藝下制得的辣木核桃蛋白能量棒具有濃郁的巧克力和核桃香氣，咀嚼性和組織狀態均較好，安全健康，感官評分達到85.59±0.12分，是一款新穎的復配產品，可為云南特色植物資源的精深加工提供參考，同時為運動營養食品的發展提供一定的研究基礎。