响应面法优化荞麦莜麦复合谷物粉工艺

王严超，高婷婷, *，刘静雪, ，李凤林, ，史海慧，徐颖

1. 吉林农业科技学院食品工程学院（吉林 132101）；2. 吉林省酿造技术科技创新中心（吉林 132101）；3. 农业农村部国家糖料加工技术研发分中心（吉林 132101）

荞麦营养价值高，营养成分全面，易被人体吸收，其氨基酸比例与WHO/FAO标准模式十分接近[1]。荞麦中蕴含丰富的常量元素，如钾、钙、镁等。还有多种维生素及微量元素，为人体正常生命活动提供特殊营养的供给[2]。此外，荞麦中还含有丰富膳食纤维，其含量约占总成分的3%左右，是一种不易被人体内消化酶分解的一类高分子碳水化合物，有益于糖尿病病人得日常调节，起到维持、平衡、稳定的作用[3]。莜麦的营养价值很高，蛋白质含量较高，含糖量较少，必需氨基酸组成较均衡，适合于糖尿病人食用，还具有降血脂、预防动脉硬化等功效[4-5]。试验将荞麦改性粉、莜麦改性粉、木糖醇按比例混合，对其进行调配，研制出新型复合谷物粉，通过试验确定产品的最佳工艺配方。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

荞麦改性粉（实验室自制）；莜麦改性粉（实验室自制）；木糖醇（河南唐古生物科技有限公司）。

1.2 仪器与设备

SBH-50型三维运动混合机（广州市德工机械设备有限公司）；ZDF-6050AB型真空干燥箱（上海坤天实验室仪器设备有限公司）；GB-204型分析天平（广州仪通兴仪器仪表有限公司）；MB-45型快速水分测定仪（美国奥豪斯仪器（上海）有限公司）。

1.3 荞麦谷物营养制品工艺流程

取一定量荞麦改性粉、玉米改性粉、莜麦改性粉、木糖醇混合配置；得到谷物冲调营养制品。

1.4 荞麦莜麦复合谷物粉单因素试验

1.4.1 荞麦改性粉添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响

以玉米改性粉为基准，在木糖醇添加量5%，莜麦改性粉添加量20%条件下，荞麦改性粉添加量分别为5%，10%，15%，20%和25%时。以营养粉感官评分为指标，研究荞麦改性粉添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响。

1.4.2 麦改性粉添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分影响

以玉米改性粉为基准，在木糖醇添加量5%，荞麦改性粉添加量20%条件下，莜麦改性粉添加量分别为10%，15%，20%，25%和30%时。以营养粉感官评分为指标，研究莜麦改性粉添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响。

1.4.3 木糖醇添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分影响

以玉米改性粉为基准，在荞麦改性粉添加量20%，莜麦改性粉添加量20%条件下，木糖醇添加量分别为2%，4%，6%，8%和10%时。以营养粉感官评分为指标，研究木糖醇添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响。

1.5 荞麦莜麦复合谷物粉工艺的优化

综合考虑单因素试验的结果，以荞麦改性粉添加量（A）、莜麦改性粉添加量（B）、木糖醇添加量（C）作为影响因素，以荞麦莜麦复合谷物粉感官评分值（Y）为响应值，设计三因素三水平的响应面试验（表1），用Design-Expert 8.0.6软件及Box-Behnken设计原理，确定最佳荞麦莜麦复合谷物粉工艺参数。

表1 响应面试验因素与水平

1.6 荞麦莜麦复合谷物粉的感官评定[6-7]

荞麦莜麦复合谷物粉的感官评分标准见表2。

表2 产品感官评分标准

2 结果与分析

2.1 荞麦莜麦复合谷物粉单因素试验结果与分析

2.1.1 荞麦改性粉添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响

荞麦改性粉添加量对冲调荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响见图1。

由图1可知，荞麦改性粉添加量5%时，感官评分值较低，随着添加量逐渐增加，感官评分值也逐渐提高。荞麦改性粉添加量15%时，感官评分值达到最高。随之荞麦改性粉添加量再度升高，感官评分值逐渐下降。这可能是因为荞麦改性分添加量过少，荞麦香气不浓郁，气味口感不明显，所以分数较低；荞麦改性粉添加量过多，荞麦香气过于浓郁，掩盖其他原料的香气，所以评分较低。因此，荞麦改性粉添加量15%较适宜，且效果最佳。

图1 荞麦改性粉添加量对冲调荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响

2.1.2 莜麦改性粉添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响

莜麦改性粉添加量对冲调荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响见图2。

图2可知，莜麦改性粉添加量10%时，感官评分分值较低，随着添加量逐渐增加，感官评分值也逐渐升高。莜麦改性粉添加量20%时，感官评分值达到巅峰值，随着莜麦改性粉添加量再度升高，其感官评分值逐渐下降。这可能是因为莜麦改性分添加量过少，荞麦香气不浓郁，气味口感不明显，所以分数较低；莜麦改性粉添加量过多，莜麦香气过于浓郁，掩盖其他原料香气，所以评分较低。因此，莜麦改性粉添加量20%较适宜，且效果最佳。

图2 莜麦改性粉添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响

2.1.3 木糖醇添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响

木糖醇添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响见图3。

由图3可知，木糖醇添加量2%时，感官评分值较低，随着添加量逐渐升高，感官评分值逐渐提高。木糖醇添加量6%时，感官评分分值达到巅峰，随着其添加量再度增加，感官评分值逐渐下降。这可能是因为木糖醇添加量过少，甜味不明显，甜味较少，谷物味道过于浓郁，所以分数比较低；木糖醇添加量过多，口感过于甜腻，掩盖其他谷物原料香气，所以评分较低。因此，木糖醇添加量6%较适宜，且效果口感最佳。

图3 木糖醇添加量对荞麦莜麦复合谷物粉感官评分的影响

2.2 荞麦莜麦复合谷物粉工艺优化

2.2.1 数学模型的建立与显著性检验

利用单因素结果，根据响应面试验原理，选择荞麦改性粉添加量（A）、莜麦改性粉添加量（B）、木糖醇添加量（C）为因素，选择感官评分（Y）为评价指标，响应面结果见表3。

表3 Box-Behnken中心组合试验设计及结果

利用响应面软件将表3做出回归拟合、显著性检验及方差分析，得出二次方程为Y=91.80+1.50A+3.13B+3.38C+2.00AB-1.50AC-2.75BC-5.03A2-5.78B2-3.27C2。

对模型进行显著性检验，可得到方差分析见表4，模型的可信度分析见表5。

根据表4和表5得出，响应模型p＜0.000 1，因此，说明响应面极显著，理论值与实际数值之间相对误差极小，故应用此方程可对试验结果做出分析，R2=96.91%，说明理论值与实际数值能够很好拟合，相关性高，数据真实。根据方差分析结果可知，一次项A、B、C，交互项BC及二次项A2、B2、C2均对结果影响极显著，交互项AB、AC，对结果有显著影响。对荞麦莜麦复合谷物粉影响最大的是木糖醇添加量，其次为莜麦添加量，荞麦添加量。

表4 回归方程方差分析表

表5 回归模型的可信度分析

2.2.2 优化荞麦莜麦复合谷物粉工艺参数

根据响应面软件分析，最佳工艺参数为：荞麦改性粉添加量16.29%、莜麦改性粉添加量21.97%、木糖醇添加量7.62%。由此配比制得的荞麦莜麦复合谷物粉的感官评分达92.88分。在现实条件下，为了方便操作，将参数修正为：荞麦改性粉16%、莜麦改性粉添加量22%、木糖醇添加量8%。若用修正后的工艺参数进行3次验证试验，感官评分为92.88分。影响荞麦莜麦复合谷物粉感官评分因素由大到小依次为：木糖醇添加量＞莜麦改性粉添加量＞荞麦改性粉添加量。

3 结论

荞麦莜麦复合谷物粉的最佳工艺参数为：荞麦改性粉添加量16%、莜麦改性粉添加量22%、木糖醇添加量8%。在此条件下，荞麦莜麦复合谷物粉的感官评分为92.88分。影响产品糊化度因素由大到小依次为：木糖醇添加量＞莜麦改性粉添加量＞荞麦改性粉添加量。根据试验结果及数据分析表明，最佳工艺参数制得的荞麦莜麦复合谷物粉味道好，口感好。