响应面分析结合模糊数学评价在油塔子配方优化中的应用

陈舒唱 利 通 沈阿倩 冯作山 白羽嘉 买热合巴·阿布力孜 黄文书

(新疆农业大学食品科学与药学学院， 乌鲁木齐 830052)

油塔子是我国少数民族喜爱的一种面制品[1]，主要分布在新疆地区。油塔子主要以小麦粉、水、动物油、酵母粉、盐等为原材料，采用家庭作坊式制作[2,3]。油塔子在制作的过程中，原材料的添加量对油塔子的口感、外观、色泽、风味均会产生一定影响。

传统的感官评价方法易受到品评人员主观因素的影响，使品评结果不够准确[4,5]。模糊综合评判是利用模糊数学的一些概念，将一些边界不清、不易定量的因素定量化、综合评价的一种方法[6]。因此，利用模糊数学评价法建立综合评价体系，在很大程度上消除了感官评定结果的主观性和片面性，从而得到较科学、客观的评价结果[7,8]。已有不少的学者用模糊评定法评价了大米[9]、面包[10]、馒头[11]等的品质, 用响应面优化面条[12]、亚麻籽油[13]、百香果籽油[14]等配方工艺优化。同时，在响应面分析方法的研究中，多数学者用实验测得的数值性指标作为响应值[15,16]，而将模糊数学评价结合响应面法应用于蒸煮面制品评价的研究较少，尚未有学者将模糊数学评价结合响应面于油塔子配方的研究中。

本研究在单因素实验基础上，分析了各因素对油塔子品质的影响，同时确定实验因素的取值范围以及编码水平。根据模糊数学评价得分作为响应面指标，优化出油塔子的最佳配方，为油塔子工业化标准生产提供工艺参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦粉(含水量12.1%，湿面筋34%，蛋白质10.3%)、高筋粉(含水量13.6%，湿面筋含量37%，蛋白质含量12.1%)、蛋清粉、菜籽油、加碘日晒自然盐、酵母均为市售，羊尾巴油(新疆农业大学学院食府二楼餐厅提供)。

1.2 仪器与设备

ISQ-500H型陈列蒸包柜；85-2A型恒温磁力搅拌器；NH-A-1808型色差仪；FE28型PH计；TA-XT Plus型物性测试仪。

1.3 方法

1.3.1 油塔子制作

依据前期研究，称取复配粉100 g(40 g高筋粉和60 g小麦粉)，依次加入1.5%酵母、3%白沙糖、1.5%盐、63 %水。和面至面团均匀、表面光滑即可。

工艺流程：原料→加水混合→和面→静置10 min→擀薄→卷成长条→切割成小段→醒发10 min[温度(30±1) ℃，相对湿度70～80%]→扭成塔状→醒发10 min[温度(30±1) ℃，相对湿度70～80%]→蒸制25 min[17]。

表2 油塔子感官评定评分标准

1.3.2 油塔子单因素实验设计

单因素实验油塔子原材料每个配方中基本配料小麦粉中筋粉100 g为基础，考察不同比例(以下比例均以面粉总质量)，羊尾巴油：菜籽油(1∶2、2∶3、1∶1、3∶2、2∶1)、安琪酵母(0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)、蛋清粉(1%、2%、3%、4%、5%)、糖(2%、2.5%、3%、3.5%、4%)、盐(0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)来衡量影响油塔子产品品质的因素。

1.3.3 油塔子色泽的测定

采用NH-A-1808型色彩色差计测定冷却后的油塔子内部的色泽，使用色差计前需进行白板校正。其中L代表亮度，a代表红绿值，b代表黄蓝值[18]。

1.3.4 油塔子比容的测定

油塔子蒸制25 min，出锅后冷却1 h，称重，油塔子的体积采用菜籽替代法测定[17]。

1.3.5 油塔子pH测定

pH测定参照 GB/T 21118—2007。

1.3.6 油塔子质构特性的测定

根据前期实验研究，设置了适宜的参数[17]。

1.3.7 响应面实验

根据单因素实验分析结果，初步选取羊尾巴油与菜籽油比例(A)、酵母添加量(B)、食盐添加量(C)、蛋清粉添加量(D)为自变量，以感官评价为主要指标，选用响应面法4因素3水平对油塔子配方工艺进行优化，分析影响感官评价的显著因素。

1.3.8 油塔子感官评定

根据前期实验制定适宜标准，评价小组由学习过感官评定的10人品尝组成[17]。

1.3.9 模糊数学评价方法

1.3.9.1 确定产品评定论域U和评语论域V

油塔子品质由外观、风味、色泽、口感4个因素作为因素集，即U=(U1外观、U2风味、U3色泽、U4口感)；评语集为 V=(V1，V2，V3，…，Vi) (2

1.3.9.2 确立权重集

同一食品中，各项指标对感官评价的影响程度不同，因此需要考虑它们之间的权重[19]。选取强制法，建立权重A，分别为外观(0.2)、风味(0.2)、色泽(0.3)、口感(0.3)[20，21]。即A=(A1，A2，A3，A4)=(0.2，0.2，0.3，0.3)，其中A1+A2+A3+A4=1。

1.4 数据统计分析

每组实验重复3次，采用SPSS19.0、Design-Expert.V8.0等软件对所得数据进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 工艺参数单因素实验结果

表3为羊尾巴油与菜籽油的比例对油塔子感官品质与理化指标的影响，随着羊尾巴油的增加，L值呈现“高-低-高”的变化趋势，pH略升高，硬度显著升高(P<0.05)，弹性减小，说明适当比例的油脂提高油塔子品质。由于油塔子中羊尾巴油含量逐渐升高，使胆固醇含量提高，形成油脂黏度高的特点，使油塔子面团在发酵、产气、膨胀的过程中，易受黏度影响[22，23]，进而pH升高，同时使油塔子体积相对较小，比容逐渐下降。这与王然[24]研究相似。

表3 羊尾巴油与菜籽油比例对油塔子理化指标的影响

酵母的生存率以及其产气能力是关系到油塔子面团品质的重要因素。由表4可得，随着油塔子中酵母添加量的增加，油塔子的比容显著增加(P<0.05)，而pH值呈现整体下降趋势，L值显著增加(P<0.05)，说明油塔子亮度不断升高。随着酵母添加量的增加，油塔子的硬度显著下降(P<0.05)，弹性显著增加(P<0.05)，由于酵母的添加量过少，会导致面团发酵不充分, 内部质地密实，体积小，制作的油塔子发硬。酵母含量的增加提高面团中酵母活细胞数和产气能力，增强面团发酵能力，使面团启发性好，体积增大，同时也会提高酵母死细胞产生的谷胱甘肽的含量，谷胱甘肽易将面筋结构中的二硫键还原为巯基，从而破坏面筋蛋白的网络结构[25]。酵母过多时会使油塔子面团的产气量过快，与面筋网络的形成过程不能同步导致面团发酸，pH下降。

表4 酵母添加量对油塔子品质的影响

表5为食盐添加量对油塔子的色泽、pH值、比容影响。随着油塔子中食盐含量的增加，比容呈现“低-高-低”的变化趋势，pH值显著下降(P>0.05)，色泽无显著变化(P<0.05)。油塔子硬度整体升高，而弹性先增后减。由于食盐加入面团后能改善面团的筋力，提高面制品的品质和面团的渗透压，促进了面筋网络结构的形成，使油塔子面团面筋的持气能力增加，提高面筋蛋白质延伸性和弹性[26-27]，使油塔子的结构明显地得到改善。故在面粉中加入适当的食盐对于油塔子品质的改善是有利的，且所加食盐比例在1.0%～1.5%之间时，油塔子的品质较好。

表5 食盐添加量对油塔子品质的影响

由表6可得，随着蛋清粉添加量的增加，油塔子的比容略下降。蛋清粉添加量为1%、2%、3%和4%、5%的pH值呈现显著性差异(P<0.05)，适当添加蛋白质会提高油塔子色泽。由于在蛋清蛋白中含有大量自由巯基，在加热条件下, 自由巯基会与面筋蛋白交联，添加少量蛋清粉时，而两种蛋白质之间的交联，使面团内部结构更紧密，随着添加量的增大，蛋清蛋白嵌入面筋网络增多，反而破坏面筋网络结构，影响面团醒发[28]。随着蛋清粉添加量的增加，油塔子硬度显著升高(P<0.05)，弹性变化不显著(P>0.05)。由于蛋清蛋白具有较好的水结合性和凝胶特性，形成的网络结构减少了淀粉颗粒的膨胀，降低了直链淀粉的浸出，从而增大油塔子的硬度[29]。

表6 蛋清粉添加量对油塔子品质的影响

由表7可知，随着油塔子中糖的添加量增加，硬度呈现上升趋势，弹性下降，油塔子L值和感官评分变化并不显著(P>0.05)。由于适当的糖在面制品中可增加油塔子口感，改变表皮色泽。糖类作为酵母营养物质来源，促进酵母发酵产气，使pH下降。糖含量过高则抑制酵母发酵，延长发酵时间，会产生大量的酸类物质，降低面筋的强度[30]。

表7 糖添加量对油塔子品质的影响

图1为羊尾巴油与菜籽油比例、酵母添加量、食盐添加量、蛋清粉添加量、糖添加量对油塔子的影响。由于油塔子中羊尾巴油的增加，使油塔子的羊膻味加深，整体感官评分逐渐下降。油塔子中的羊尾巴油与菜籽油比例在2∶3与1∶1之间时，较符合人们的感官要求。随着酵母含量的增加，口感变差，感官评分下降。添加适当的酵母所制作出的油塔子内部组织和口感最佳。随着食盐添加量的增加，抑制了酵母菌的发酵，还可抑制酶的活性，降低了面团中产气速度，使口感过咸，降低了油塔子的感官评分。添加蛋清粉的油塔子感官得分在3%左右时达到最佳，当添加量较大时，得分偏低。

图1 各个因素含量对油塔子感官品质的影响

2.2 模糊数学评价

本实验10位感官评价员对响应面实验设计29组样品进行评价打分，将评价结果收集汇总并进行统计分析，得出29组油塔子感官综合评分(表8)。

根据10人对油塔子的评价结果，由表8可知，根据对样品1的评价得到R外观=(0，0，1，3，6)；同理，R风味=(0，0，3，2，5)；R色泽=(0，1，2，2，5 )；R口感=(0，1，1，0，8 )，得到矩阵R1为：

表8 油塔子感官评价结果

Y1=A×R1=(0.2,0.2,0.3,0.3)

Y1=(0.2×0+0.2×0+0.3×0+0.3×0,0.2×0+0.2×0+0.3×0.1+0.3×0.1,0.2×0.1+0.2×0.3+0.3×0.2+0.3×0.1,0.2×0.3+0.2×0.2+0.3×0.2+0.3×0,0.2×0.6+0.2×0.5+0.3×0.5+0.3×0.8,)=(0,0.06,0.17,0.16,0.61)

同理可得Y2，Y3，Y4，…，Y29。

H1=0×7+0.06×6+0.17×5+0.16×4+0.61×3=3.68

2.3 响应面结果分析

2.3.1 实验设计

根据 Design Expert.V8.0 软件对表9进行多元回归拟合，得到油塔子感官评分的回归方程：感官综合评分R=+6.62-0.55A+0.2B-0.43C+0.17D-0.36AB-0.32AC+0.19AD-0.2BC-0.61BD-0.13CD-0.64A2-0.41B2-0.93C2-1.16D2

表9 Box-Bchnken实验设计及结果

表1 响应面实验优化设计

表10 回归模型的方差分析

模型的回归方程中影响油塔子感官综合评价的顺序为：A(羊尾巴油：菜籽油)>C(盐添加量)>B(酵母添加量)>D(蛋清粉添加量)。对模型的分析以及计算得到油塔子配方的最优参数为：羊尾巴油与菜籽油比例为0.73，酵母为1.85%，盐为1.40%，蛋清粉为2.92%，此条件下，得到模型预测的感官综合得分为6.859分。

2.3.2 最佳工艺条件的预测与验证

为表明响应面模型的有效性，对其结果进行了验证实验。添加羊尾巴油与菜籽油比例为0.73，酵母为1.85%，盐为1.40%，蛋清粉为2.92%。在此条件下，进行3次验证实验，得到感官综合得分平均值为(6.846±0.1)分，与模型预测的感官综合得分相差0.013。

3 结论

通过对单因素分析，并采用响应面分析实验结合模糊数学评价法，建立了响应值和各因素之间的数学模型，依据模型确定油塔子的最佳配方: 本文对油塔子的配方进行了较为细致的研究，得到的相关配方如下：羊尾巴油与菜籽油比例为0.73，酵母为1.85%，盐为1.40%，蛋清粉为2.92%，此时的模型预测的综合评价分值为6.859分。模糊数学评价结合响应面分析表明，油塔子中羊尾巴油与菜籽油比例、酵母、盐、蛋清粉与模糊数学评价之间回归模型高度显著，对油塔子配方的优化有一定的参考价值。