响应面优化粽子抗老化工艺

王明明，董雪萌，孙艳洁，戴阳军*

（1.苏州大学后勤管理处，江苏 苏州 215001；2.常熟理工学院生物与食品工程学院，江苏 常熟 215500）

粽子，又称为“角黍”、“筒粽”，是具有中国特色的传统食品之一，其香气清雅、口感独特，被国内外消费者所喜爱[1-2]。粽子以糯米为主要原材料，现代医学研究表明，糯米中含有丰富的淀粉、蛋白质，以及多种维生素、矿物质[3]。中医认为糯米药性温和，能够调养脾胃，是很好的药食同源食材[4]。

目前从事粽子规模化生产的企业相对集中，产业化水平在整个食品行业中总体偏低，大部分生产企业仍采用传统人工进行生产，存在生产效率低下、产品质量难以控制等问题[5]，尤其是成品粽子在储存期间由于淀粉老化难以保持良好口感，而且消化吸收率也随之降低。如何克服淀粉老化已经成为粽子在运输、储存和销售过程中一大难题，淀粉老化引起的产品品质的下降会给企业造成巨大的经济损失，是制约行业发展的困难点之一[3]。因此有效延缓糯米淀粉老化，能促进糯米制品行业的进一步发展。鉴于此，本试验以粽子抗老化为切入点，根据单因素的试验结果，通过响应曲面试验设计，对粽子配方进行改善和优化，以提高粽子的抗老化性，以期对工业化品质改善提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

糯米、粽叶：市售；可溶性大豆多糖：福建省泉州市味博食品有限公司；海藻糖：溧阳维信生物科技有限公司；Rice IK米面改良剂（β-淀粉酶、转移葡萄糖苷酶）、LP-05DS糕点类防腐保鲜剂（聚赖氨酸、pH值调整剂）：上海承佑实业有限公司。

1.1.2 设备

AWH计重桌秤：上海实干实业有限公司；WK2012电磁炉：美的集团股份有限公司；BCD-230SDCY冰箱：青岛海尔股份有限公司；SS1-FY50反压高温蒸煮锅：北京法恩科贸有限公司；TA-XT Plus质构仪：英国Stable Micro System公司。

1.2 制作工艺

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

糯米清洗：清水洗净，去除糯米中的各种杂质。

浸泡：将洗净糯米按质量比1∶2加入水中浸泡4 h，使糯米充分吸水。

沥水：将糯米中多余的水分沥干。

拌料：按照配方加入添加剂，搅拌均匀，待用。

粽叶浸泡：去除粽叶中的杂质，使粽叶逐渐软化。

粽叶煮制：沸水煮制，使粽叶的香味恢复，进一步软化粽叶。

成型：取软化粽叶折成斗状，填入原料，包制成型，要求粽子无夹米和漏米现象。

熟制：将包裹好的粽子放入锅中，沸水煮45min，再闷制15 min。

冷却：将煮好的粽子冷却至25℃，防止包装后有热气，容易胀袋。

真空包装：将冷却好的粽子放入真空袋中，真空包装。

高压灭菌：将真空包装的粽子放入高压灭菌锅中，在121℃的条件下灭菌45 min。

冷却：将高压灭菌后的粽子取出，用流动水冷却，保证其口感，冷却至25℃后即为成品，方可用于检测和感官评价。

1.3 试验方法

1.3.1 单因素试验设计

通过预试验得到粽子基础工艺配方，分别对可溶性大豆多糖添加量、海藻糖添加量、米面改良剂添加量3个抗老化因素进行单因素试验。在储藏温度4℃条件下，淀粉晶体成核速率最大，即在此温度下，淀粉老化速度最快[6]。测定制熟并冷却后粽子的硬度以及在4℃下保藏3 d后粽子的硬度，用第2次硬度值减去第1次硬度值得到硬度差，由于淀粉老化后，硬度上升，老化越严重，硬度差则越大，在一定程度上，硬度差可以作为淀粉老化的一项客观指标。

1）可溶性大豆多糖添加量对粽子抗老化效果的影响：确定总糯米量不变，可溶性大豆多糖添加量分别选取0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，海藻糖添加量为5.0%，改良剂添加量为0.5%，制成粽子，熟制并冷却后，用质构仪测定其硬度，在4℃下保藏3 d后用质构仪再次测定硬度，得到硬度差，并进行感官评价。

2）海藻糖添加量对粽子抗老化效果的影响：确定总糯米量不变，海藻糖添加量分别选取2.0%、4.0%、6.0%、8.0%、10.0%，可溶性大豆多糖添加量为0.6%，改良剂添加量为0.5%，制成粽子，熟制并冷却后，用质构仪测定其硬度，在4℃下保藏3 d后用质构仪再次测定硬度，得到硬度差，并进行感官评价。

3）改良剂添加量对粽子抗老化效果的影响：确定总糯米量不变，改良剂添加量分别选取0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，可溶性大豆多糖添加量为0.6%，海藻糖添加量为5.0%，制成粽子，熟制并冷却后，用质构仪测定其硬度，在4℃下保藏3 d后用质构仪再次测定硬度，得到硬度差，并进行感官评价。

1.3.2 响应面优化试验设计

通过单因素试验可以得到各个因素在单独考虑的情况下，已选择水平的最佳工艺参数，无法对未选择水平进行比较，而响应面试验设计方法可以考虑各因素之间的交互作用关系，并且在多种因素之间寻求最佳参数，而不仅仅局限于已选择的参数水平。因此在单因素试验的基础上，通过响应面试验设计方法可以进一步优化粽子抗老化配方设计。

1.4 指标测定

1.4.1 感官评价

参照张丽芬等[7]的感官评价方法，将成品置于4℃环境冷藏3 d后邀请10名接受过训练的食品专业人员进行感官评价。样品随机编号，采用百分制，评价人员需独立、客观地对粽子的感官特性进行评分，从色泽、香气、组织状态、口感4个维度进行感官评价，设定权重比为1∶1∶1∶1（单项满分各25分）。感官评价细则如表1所示。

表1 粽子感官评价标准Table 1 Sensory evaluation indexes of rice dumpling

1.4.2 质构指标的测定

用模具将粽子压成直径2 cm，高1 cm等大圆柱形，用质构仪测量样品硬度，选用型号为TA35的柱形探头进行全质构（texture profile analysis，TPA）分析，测前速度为4 mm/s，测试速度为1 mm/s，测后速度为10 mm/s，测试类型为下压，目标模式为形变，目标值为50%，接触点力为10 gf，操作模式为单次测试。每个样品测定3次，结果取平均值。将粽子放置于4℃下冷藏3 d，再次进行硬度测量。第2次硬度值与第1次硬度值做差，即得到硬度差，此硬度差作为响应值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 可溶性大豆多糖添加量对粽子抗老化效果的影响

可溶性大豆多糖添加量对粽子抗老化效果的影响见图1。

图1 可溶性大豆多糖添加量对粽子抗老化效果的影响Fig.1 Effect of soluble soybean polysaccharides on anti-aging effect of rice dumpling

由图1可知，在其它条件不变的情况下，随着可溶性大豆多糖添加量的逐渐增加，粽子的硬度差先减小后增大，当可溶性大豆多糖添加量达到0.8%左右时，粽子的硬度差最小，此时感官评分达到最大值。可溶性大豆多糖属于亲水多糖，容易与水分子结合形成胶体，包被在淀粉分子外围，降低淀粉分子之间的有序性和结晶性，提高淀粉持水能力，延缓因为失水而导致的淀粉老化，同时增加糯米的舒展性，感官品质提升[8-9]。因此在一定范围内，可溶性大豆多糖的添加量与硬度差呈现出一定的负相关性，与感官评价呈正相关性。而添加量过多，会造成过多的水分保留，而影响粽子组织状态，使粽子软烂，失去弹牙口感，感官评分下降。从整体的可溶性大豆多糖添加量对粽子的硬度差和感官评分而言，5组试验评分差距浮动较大，所以可溶性大豆多糖添加量对粽子的硬度差和感官评分影响显著，综合考虑，确定粽子中可溶性大豆多糖添加量为0.6%～1.0%进行下一步试验。

2.1.2 海藻糖添加量对粽子抗老化效果的影响

海藻糖添加量对粽子抗老化效果的影响见图2。

图2 海藻糖添加量对粽子抗老化效果的影响Fig.2 Effect of trehalose addition on anti-aging effect of rice dumpling

由图2可知，随着海藻糖添加量的增加，粽子的硬度差先减小后增大，当海藻糖添加量超过6.0%后硬度差开始上升，感官评分与硬度差呈现出一定的反比关系。海藻糖同样具有较强的保水性，而且能随水分子进入淀粉分子内部，阻碍淀粉分子的黏结与重排，即阻碍淀粉老化过程。而且随着海藻糖分子进入大分子内部空隙，能使物料质地更加紧密，即提升了糯米的黏弹性[10-11]。当海藻糖添加量过小，保水作用不明显，抗老化效果不佳；海藻糖添加量过大，对物料结构会有反作用，影响粽子的感官品质。由于感官评分呈先增大后降低的趋势，在海藻糖添加量为6%时，感官评分最高。综合考虑，最终确定海藻糖添加量为4%～8%进行下一步试验。

2.1.3 改良剂添加量对粽子抗老化效果的影响

改良剂添加量对粽子抗老化效果的影响见图3。

图3 改良剂添加量对粽子抗老化效果的影响Fig.3 Effect of water retaining agent addition on anti-aging effect of rice dumpling

由图3可知，随着改良剂添加量的增加，粽子的硬度差逐渐降低，其感官评分逐渐增加。改良剂主要成分为β-淀粉酶和转移葡萄糖苷酶，β-淀粉酶可以使淀粉分子水解，游离出葡萄糖，而转移葡萄糖苷酶可以在游离葡萄糖分子与淀粉分子之间形成α-1，6糖苷键，即形成较多支叉状结构，促进淀粉支链生成，此结构不仅能抑制淀粉分子重结晶，而且能使糯米的黏弹性等性状有明显提升，所以出现硬度差减小，感官评分逐渐增加的现象。当改良剂添加量达到0.4%左右时，粽子的感官评分最高，之后开始下降。过多改良剂的加入会使淀粉支链含量比例明显增加，使淀粉后期老化速度加剧，粽子的硬度差上升，感官评分下降。综合试验结果，最终确定改良剂添加量为0.2%～0.6%进行下一步试验。

2.2 粽子抗老化工艺优化试验结果

2.2.1 响应面设计与结果

由单因素试验可知，硬度差与感官评分的趋势相关，当硬度差达到最小时，感官评价最高，且质构参数相对感官指标，更能客观准确地表达产品的变化情况，因此，采用硬度差（Y）作为响应值进行响应面优化试验设计，以可溶性大豆多糖添加量（A）、海藻糖添加量（B）、改良剂添加量（C）为试验因素，确定Box-Behnken三因素三水平试验方案。具体设计因素水平见表2，方差分析试验设计和结果见表3。

表2 响应面设计因素水平Table 2 Factors and levels of response surface design

表3 响应面设计方法与结果Table 3 Method and results of response surface

2.2.2 响应曲面回归方程与方差分析

通过Design-Expert.V8.0.6软件可得方差分析，见表4。

粽子抗老化工艺硬度差（Y）与可溶性大豆多糖添加量（A）、海藻糖添加量（B）、改良剂添加量（C）这 3个因素之间的多元二次回归方程为：Y=120.1-84.53A-51.17B-75.93C+36.98AB-30.66AC+89.37BC+201.26A2+29.42B2+176.30C2。

据表4可以看出，模型P＜0.01，为极显著，而失拟项表示该模型失去拟合的程度，失拟项P＞0.05为不显著，P值及失拟项都说明该模型有较好的拟合程度，即该回归方程可以很好地反映可溶性大豆多糖添加量（A）、海藻糖添加量（B）、改良剂添加量（C）和粽子硬度差的关系。由F值大小数量关系可知，3个因素对粽子硬度差的影响程度依次为：A＞C＞B，其中一次项A、B、C 均极显著（P＜0.01），交互项 BC 极显著（P＜0.01），评分项中A2、C2均极显著（P＜0.01）。模型调整系数Radj2=0.962 7，说明该模型96.27%的可变性在可以解释的范围之内，换言之，方程预测值与真实值之间存在的误差基本可以忽略[12]，可以用该方程来确定粽子的最佳抗老化工艺。

表4 回归方程显著性检验与方差分析Table 4 Significance test and variance analysis of regression equation

各因素对粽子硬度差影响的整体趋势可以由响应曲面图形很直观地反映出来，等高线图中，其密集程度则能反映两个因素变化对粽子硬度差的影响程度，响应面坡度越陡，等高线呈椭圆形，说明该因素对粽子硬度差影响越大；相反，坡度相对平缓，等高线呈圆形，说明该因素对粽子硬度差影响越小[13-14]。显著性交互项等高线图及响应曲面图如图4所示。

图4 海藻糖添加量和改良剂添加量交互作用对粽子硬度差影响的等高线和响应曲面Fig.4 Contours and response surfaces of the interaction between trehalose and improver on the hardness difference of rice dumpling

2.2.3 最佳工艺验证

对回归方程偏导求解，可得粽子抗老化的最佳工艺条件为：可溶性大豆多糖添加量0.83%、海藻糖添加量7.39%、改良剂添加量0.41%，根据实际生产情况将工艺修正为：可溶性大豆多糖添加量0.8%、海藻糖添加量7.0%、改良剂添加量0.4%。在此工艺条件下，进行3次验证试验，得到粽子硬度差95.56 gf，与预测值93.97 gf接近，相对误差1.66%，相比未添加抗老化剂的粽子硬度差值530.65 gf，抗老化效果显著。因此，该模型能较好地反映出可溶性大豆多糖添加量、海藻糖添加量、改良剂添加量与粽子抗老化效果之间的关系，可采用该模型对粽子的硬度差进行预测。并且在此工艺条件下，粽子感官评分97.35分，分值较高，效果理想。

3 结论

目前，方便包装的粽子产品已经融入百姓的生活中，本试验针对淀粉老化使粽子在储存期间无法长时间保持口感的缺陷进行了优化，使粽子在较长保存期内依旧保持新鲜粽子的风味与口感。试验以糯米为原料，以传统的粽子工艺为基础，以硬度差作为老化评价指标，结合感官评价进行单因素试验，得出粽子的最佳工艺参数，再以粽子的硬度差作为响应值，通过对可溶性大豆多糖添加量、海藻糖添加量、改良剂添加量对粽子硬度差和感官评价的影响进行研究，得到粽子抗老化效果中硬度差值与各因素的响应面模型效果极显著（P＜0.000 1），确定粽子最佳配方为：可溶性大豆多糖添加量0.8%、海藻糖添加量7.0%、改良剂添加量0.4%。由此配方制成的粽子形态饱满，细腻软糯，放置一段时间后依旧柔软，此加工工艺配方抗老化性良好，可见本试验所构模型显著优化了粽子抗老化工艺，对现代工业化生产具有一定的价值。