杂粮杂豆添加量对面团物性指标的影响

沈 彤，王丽英，林松毅

(吉林大学营养与功能食品研究室，吉林长春130062)

中国是杂粮杂豆的主产国之一，素有“小杂粮王国”之称。据不完全统计，2000年杂粮加工企业不到2000家，2007年全国杂粮加工企业已发展到4000多家，年产销量达700万t以上［1］。杂粮杂豆富含各种生理活性成分，充分利用这种资源开发各种功能性食品与保健品是杂粮开发的一个重要方向。传统的杂粮食品吃法繁杂，口感欠佳，导致大部分人望而却步。如何将杂粮进行深加工，制作出营养又美味的杂粮食品，是杂粮进行普及消费的关键［2-3］。常用的感官评价易受人为因素的影响，无法确保评价结果的准确性，采用质构分析仪，可对食品品质进行科学的品质评价，测定结果有较高的灵敏度和客观性，并可对结果进行准确的量化处理，从而避免人为因素对食品品质评价结果的主观影响，对面制品进行测试并给予客观全面的评价［4-5］。本文选用具有代表性的杂粮杂豆为原料，借助响应面设计Box-Behnken方法，以市售高筋粉辅以玉米、大豆、大麦、燕麦、荞麦、小米、黄米、黑米、高粱、绿豆、红小豆11种杂粮杂豆所组成的3个配方，重点分析了制备面团的硬度、回复性、胶着性、咀嚼性4个物性指标的变化情况，为解决杂粮杂豆食品的开发中面团制备共性关键技术奠定研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

玉米、大豆、大麦、燕麦、荞麦、小米、黄米、黑米、高粱、绿豆、红小豆、高筋粉 北显粮油公司，采购于欧亚超市。

CT3质构仪 Brookfield Engineering Labs;电子分析天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 物性指标检测方法 采用CT3质构仪对面团进行检测，将面团切成25mm厚的立方体，采用圆柱型探头TA5，样品表面和边缘应去除，确保表面和底面平整。其中质构仪的参数设定如下［6-11］:目标类型:距离，目标值:10mm，出发点负载:5g，测试速度:1mm/s，探头:TA5，夹具:TA-DSE。

1.2.2 三个基本配方设计 按照食品营养学的基本原理，以市售玉米、大豆、大麦、燕麦、荞麦、小米、黄米、黑米、高粱、绿豆、红小豆11种杂粮杂豆为主要原料，借助Excel软件线性规划方法，以营养素含量为设计衡量指标，设定能量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维、钙、铁和锌含量8个限制性条件设计得到3个杂粮杂豆营养配方如下所示［12］:配方1:玉米6.8%，小米 81.4%，绿豆 9.8%;配方 2:大豆13.7%，黄米 83.3%;配方 3:燕麦 22.6%，大麦72.2%，绿豆3.2%。

1.2.3 杂粮杂豆添加量对面团物性指标的影响 按照配方1、配方2、配方3要求，混合各种杂粮杂豆后，粉碎过筛至200目。然后限定实验条件为:加水量为40%(按照总物料的重量计算)，加水温度40℃，考察高筋粉与组合配方辅料的配比依次为 0∶1、0.5∶1、1∶1、1.5∶1不同情况制备面团，并分别测定三个杂粮杂豆配方的不同添加量对制备面团的硬度、回复性、胶着性、咀嚼性四个物性指标的影响情况进行汇总分析。

1.2.4 响应面(RSM)实验设计方案 根据预实验和单因素的实验结果，选取面粉配料比、加水量、加水温度三个因素为主要实验变量，以硬度、回复性、胶着性、咀嚼性4个物性指标的综合数据信息为衡量指标，借助响应面设计Box-Behnken方法［13］，将各因素按其水平及取值范围进行编码，如表1所示。

1.2.5 样品的综合评分法 为了综合硬度、回复性、胶着性、咀嚼性4个物性指标的数据信息［11-12］，确定加权系数均为0.25，并按照公式计算样品的综合指标。

综合指标 =(硬度/最高硬度)×0.25+(回复性/最高回复性)×0.25+(胶着性/最高胶着性)×0.25+(咀嚼性/最高咀嚼性)×0.25

1.2.6 数据分析方法 为了降低实验误差，采用3次重复实验，以±SD方式标注实验数据结果，并利用SPSS 13.0 软件(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)进行差异的显著性分析(α=0.05)。

表1 响应面实验设计因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface experiment

2 结果与分析

2.1 杂粮杂豆添加量对面团物性指标的影响

杂粮杂豆添加量对面团硬度的影响情况如图1所示，当面团完全由杂粮杂豆配料组成时，此时面团的硬度很大，根本无法被进一步加工成型，所以必须加入适当比例的面粉;但随着面粉添加比例的增加，面团硬度呈明显的下降趋势，且硬度随面粉添加比例的增加而呈现出比较均匀下降趋势。当面粉添加比例增加到1.5∶1时，3个配方的面团硬度达到最小。当面粉添加比例在0∶1～1.5∶1范围内，配方3的面团硬度高于其他2个配方。杂粮杂豆添加量对面团回复性的影响情况如图2所示，随着面粉添加比例的增加，面团的回复性在不断上升，但当配比增至0.5∶1后，随着面粉添加比率的增加，面团的回复性无明显地上升。面粉添加比例在0∶1～1.5∶1范围内，配方3的回复性高于配方2和配方1。杂粮杂豆添加量对面团胶着性的影响情况如图3所示，当面粉添加比例增加时，面团的胶着性总体呈现先增加后下降的趋势。当面粉配料比为0.5∶1时，配方1和配方2的胶着性达到最大值。面粉配料比为1∶1时，配方3的胶着性最大。所以，就胶着性考虑，配比为0.5∶1～1∶1为一个合适的比例范围。杂粮杂豆添加量对面团咀嚼性的影响情况如图4所示，随着面粉添加比例的增加，面团的咀嚼性先增加后下降。当面粉配料比为0.5∶1时，配方1和配方2的咀嚼性达到最大值。配方3的咀嚼性在面粉配料比为1∶1时达到最大。

图1 杂粮杂豆添加量对面团的硬度的影响Fig.1 Effect of the dose of grains and beans on the hardness of dough

图2 杂粮杂豆添加量对面团的回复性的影响Fig.2 Effect of the dose of grains and beans on the resilience of dough

图3 杂粮杂豆添加量对面团的胶着性的影响Fig.3 Effect of the dose of grains and beans on the gumminess of dough

图4 杂粮杂豆添加量对面团的咀嚼性的影响Fig.4 Effect of the dose of grains and beans on the gumminess of dough

2.2 响应面设计的结果与分析

2.2.1 回归模型的建立及显著性检验 利用Design Expert软件，对面粉配料比、加水量、加水温度进行了三因素三水平的响应面分析实验，实验设计与结果见表2。

表3 三个配方的回归模型方差分析Table 3 Results of variance of regression model

配方1的响应面分析回归方程为:

Y1=-11.02866+1.58408X1+0.40397X2+0.07845X3-0.03631X1X2+0.00447X1X3-0.00027X2X3-0.06829X12-0.00393X22-0.00089X32

配方2的响应面分析回归方程为:

Y2=1.01738-0.00203X1-0.04966X2+0.02851X3+0.00186X1X2+0.01000X1X3+0.00071X2X3-0.23528X12+0.00019X22-0.00091X32

配方3的响应面分析回归方程为:

Y3=-6.17619+0.80586X1+0.24236X2+0.05839X3-0.00497X1X2-0.00531X1X3+0.00020X2X3-0.17876X12-0.00287X22-0.00078X32

2.2.2 回归模型的显著性检验 响应面设计结果进行拟合的二次模型方差分析见表3所示:配方1的总回归方程F检验p＜0.01，达到极显著水平，且不失拟，说明该模型与实际实验拟合很好;各因素对综合指标的影响大小顺序为:加水量＞加水温度＞面粉配料比;回归模型的决定系数R2为0.97300，即该模型可以解释97.30%的变化。配方2的总回归方程F检验p＜0.05，达到显著水平，且不失拟，说明该模型与实际实验拟合较好;从回归方程中可以看出，各因素对综合指标的影响大小顺序为:加水温度＞加水量＞面粉配料比;回归模型的决定系数 R2为0.90551，即该模型可以解释90.55%的变化。配方3的总回归方程F检验p＜0.05，达到显著水平，但模型失拟;各因素对综合指标的影响大小顺序为:加水量＞加水温度＞面粉配料比;回归模型的决定系数R2为0.90768，即该模型可以解释90.76%的变化。

表2 响应面实验设计及结果Table 2 Results of response surface experiment

2.2.3 响应面图谱分析 根据回归分析结果，将建立的回归模型中的任一因素固定在零水平，得到另两个因素的交互影响结果，作出二次回归方程的响应面图以及它们相应的等高线图，如图5(A～I)所示。配方1的响应图谱如图5(A～C)所示:加水量对配方1综合指标值的影响最大，其次为加水温度，而面粉配料比的影响最小;配方2的响应图谱如图5(D～F)所示:加水温度对配方2综合指标值的影响最大，其次为加水量，而面粉配料比的影响最小;配方3的响应图谱如图5(G～I)所示:加水量对配方3综合指标值的影响最大，其次为加水温度，而面粉配料比的影响最小。

2.2.4 三个配方的优化与验证 对于配方1的综合指标Y1，优选出最佳参数为:面粉配料比为1.08∶1，加水量为42.58%，加水温度为38.92℃，预期值为0.556482;验证实验条件为面粉配料比为1.08∶1，加水量为42.6%，加水温度为39℃，验证实验平均响应值为0.469121，与预测值相符度为98.15%。

对于配方2的综合指标Y2，优选出最佳参数为:面粉配料比为0.92∶1，加水量为40%，加水温度为36.15℃，预期值为0.395671;验证实验条件为面粉配料比为0.92∶1，加水量为40%，加水温度为36℃，验证实验平均响应值为0.382640，与预测值相符度为96.71%。

对于配方3的综合指标Y3，优选出最佳参数为:面粉配料比为0.5∶1，加水量为48%，加水温度为37.77℃，预期值为0.477964;验证实验条件为面粉配料比为0.5∶1，加水量为48%，加水温度为38℃，验证实验平均响应值为 0.546933，与预测值相符度为98.28%。

图5 三个配方的响应面图谱Fig.5 Graphs of response surface of three formula

3 结论

本文是采用质构仪检测技术，对比分析了以市售高筋粉辅以玉米、大豆、大麦、燕麦、荞麦、小米、黄米、黑米、高粱、绿豆、红小豆11种杂粮杂豆所组成的3个配方中的杂粮杂豆添加量对面团的硬度、回复性、胶着性、咀嚼性4个物性指标的影响情况，并借助响应面设计Box-Behnken方法，优选出配方1最佳参数为面粉配料比为1.08∶1，加水量为42.58%，加水温度为38.92℃，预期值为0.556482;验证实验平均响应值为0.469121，与预测值相符度为98.15%;优选出配方2最佳参数为面粉配料比为0.92∶1，加水量为40%，加水温度为36.15℃，预期值为0.395671;验证实验平均响应值为0.382640，与预测值相符度为96.71%;优选出配方3最佳参数为面粉配料比为0.5∶1，加水量为48%，加水温度为37.77℃，预期值为0.477964;验证实验平均响应值为0.546933，与预测值相符度为98.28%。本研究结果可为后期杂粮杂豆食品开发奠定技术研究基础。

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