响应面法优化预制调理汤圆加工工艺

刘 芮，吴泽宇，张文成

（合肥工业大学食品与生物工程学院，农产品生物化工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230601）

汤圆是我国传统特色小吃，口感香甜软糯，是元宵佳节的必备美食；随着速冻技术的发展，汤圆已经发展成了日常食品[1-2]。预制调理食品又称为方便预制食品，是指以农产品、畜禽、水产品等为主要原料，经前处理及配制加工后，采用速冻工艺，并在冻结状态下（产品中心温度在-18℃以下）储存、运输和销售的包装食品[3]。预制调理汤圆在工业化生产过程中，由于糯米粉团缺乏延展性，且吸水性和保水性较差，导致其水分分布不均，皮厚不均，若冷冻条件控制不佳，在生产和流通过程中易出现开裂现象，造成煮后汤圆塌陷、偏馅露馅、糊汤、脱粉等问题[4-10]。预制调理汤圆因其成分的含量比例以及煮制时间的不同，也会导致食用时口感不佳、黏度及其外观较差甚至开裂的质量问题[11]。

本研究以高筋面粉添加量、热水添加量、馅料添加量以及煮制时间作为自变量，以感官评定及利用单因素试验在物性仪下测定的物质特性作为评价依据，筛选汤圆的最佳工艺，并进行验证试验，旨在改善预制调理汤圆的品质。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

黑芝麻和白砂糖，均为市售；水磨糯米粉，漯河市家友食品科技有限公司；速冻油，勃海佳里食品有限公司；高筋面粉，常州普金星面粉有限公司；猪板油，郑州百家食品有限公司。

1.1.2 仪器与设备

C23-ST2206型电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；DHG-807A型电子天平，上海上蝶牌仪器制造有限公司；TA.XTPlus物性分析仪，英国BRABNDER公司；SPD-2000型螺旋速冻装置，常州嘉定冷链装备股份有限公司；KT360+DT209卢氏和面机，赛诺制造有限公司（杭州）。

1.2 方法

1.2.1 制作方法

制备汤圆的工艺流程主要分为3个环节，即馅料制作、汤圆面皮制作以及包制过程。

馅料制作：将黑芝麻筛选除杂晾晒，用文火将芝麻慢炒至九成熟后磨碎，再向其中加入猪油、白砂糖，三者比例约为2∶1∶2，调节馅心的软硬度和黏度，搓成长条，切成小块，放入冰箱冷藏2 h。

面皮制作：将糯米粉过筛后取约1/3投入一定量的沸水中，使其漂浮约3～5 min后制成熟芡。将其剩余2/3加冷水搅拌，再将制成的熟芡加入，并加入高筋面粉进行混制，再滴入少量植物油进行打透、打匀，直至粉质光洁、细腻、不粘手即可。

包制流程：取适量面团搓圆压扁，放入馅心，包裹住后轻轻搓圆，将包制成形的汤圆放入-40℃速冻机中，20 min后移出，放入冰箱冷冻室储藏3 h。锅中烧水至沸，下汤圆煮至浮起后捞起。

1.2.2 单因素试验设计

分别设置高筋面粉的添加量（占糯米粉质量，下同）：2%、4%、6%、8%；热水添加量：70%、75%、80%、85%；馅料添加量：35%、40%、45%、50%；煮制时间：2、3、4、5 min。控制其他因素条件不变，测定汤圆的硬度、弹性、咀嚼性、内聚性及感官评分，考察最佳工艺条件。

1.2.3 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，以高筋面粉添加量、馅料添加量、煮制时间为主要影响因素，以汤圆的感官评分为响应值，设计响应面试验，因素水平见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factorsand levelsof response surface experiments

1.2.4 感官品质评价

选取5名有经验的人员组成感官评价小组，根据汤圆的色泽、光泽、黏弹性、韧性、浑浊度、气味等方面来进行感官评价（满分100分），取平均值作为汤圆的感官评价结果。感官评价标准见表2。

表2 汤圆的感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteriaof sticky ricedumplings

1.2.5 物性测试

将煮制好的汤圆置于小碗中，冷却约1 min后，采用TPA法对汤圆的硬度、弹性、咀嚼性、内聚性进行测定。测试参数：测前速率2.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测后速率1.0 mm/s，测试探头P50，测试压缩比60%，触发值5 g，间隔时间5 s。

1.2.6 数据处理

每项测试重复3次，结果取其平均值。利用SPSS 17.0和Design-Expert 8.06对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 高筋面粉添加量的确定

据报道，在汤圆的糯米粉中加入一定量的高筋面粉会提升汤圆皮的品质[12-13]，这主要是因为高筋面粉蛋白质含量高，筋度强，能增强汤圆的嚼劲，降低汤圆的破碎率。在预试验的基础上，确定不变量即加热水添加量80%、馅料添加量40%和煮制时间4 min，改变糯米粉中高筋面粉添加量分别为2%、4%、6%、8%。通过物性测定以及感官评分，对各组汤圆进行评价。当高筋面粉添加比例过低时，汤圆皮筋度和弹性不够，因此在煮制过程中出现易开裂的现象。汤圆的物性试验结果如表3所示，当高筋面粉添加量为6%时，最容易包制，汤圆的弹性和咀嚼性较好，破碎汤圆少，且外观口感最佳，感官评分值最高，为85分（图1）。

表3 高筋面粉添加量对汤圆质构指标的影响Table 3 Effect of high gluten flour addition on texture indices of sticky rice dumplings

图1 高筋面粉添加量对汤圆感官品质和弹性的影响Fig.1 Effect of high gluten flour addition on sensory quality sticky rice dumplings

2.1.2 热水添加量的确定

经过预试验以及文献查阅，发现加入不同热水量和面会对汤圆品质产生不同的影响[14]。热水添加量过大时，面皮较硬不易包馅，容易漏馅导致破裂；热水添加量过少，搅拌不易均匀，硬度达不到，则不易包制。因此，根据预试验确定高筋面粉添加量6%、馅料添加量40%、煮制时间4 min，改变热水添加量分别为70%、75%、80%、85%。经过感官评价以及物性测定，对各热水添加量的汤圆进行评价。综合评价结果如表4和图2所示，当热水添加量为80%时，汤圆最容易包制，破碎较少，感官评分较高。

表4 热水添加量对汤圆质构指标的影响Table 4 Effect of hot water addition on texture indices of sticky rice dumplings

图2 热水添加量对汤圆感官品质和弹性的影响Fig.2 Effect of hot water addition on sensory quality and elasticity of sticky rice dumplings

2.1.3 馅料添加量的确定

汤圆的馅料对于汤圆的口感起着重要的作用，馅料比例会对汤圆品质产生影响[15]。根据预试验，确定不变量高筋面粉添加量6%、热水添加量80%、煮制时间4 min，改变馅料添加量分别为35%、40%、45%、50%。试验结果如表5和图3所示，当馅料添加量为35%时，馅料较少，口感较差。随着汤圆馅料添加量的不断增加，汤圆甜度逐渐增加，口感上升，当汤圆馅料添加量为40%时，汤圆口感适宜，感官评分值最高，破裂率较低；而馅料添加量继续增加时，则出现过度甜腻，煮制过程中出现破裂的现象，内聚性、咀嚼性等汤圆的物性指标下降。

表5 馅料添加量对汤圆质构特性的影响Table 5 Effect of filling addition on texture indices of sticky rice dumplings

图3 馅料添加量对汤圆感官品质和弹性的影响Fig.3 Effect of fillingaddition on sensory quality and elasticity of sticky rice dumplings

2.1.4 煮制时间的确定

汤圆的煮制时间也会影响汤圆的口感以及汤圆的破裂率。根据预试验及查阅文献，确定不变量为高筋粉添加量6%、热水添加量80%、馅料添加量40%，改变煮制时间分别为2、3、4、5 min。试验结果如表6和图4所示，当煮制时间为2 min时，汤圆口感较硬，馅料融化度较低；当煮制时间为4 min时，馅料融化较好，面皮的嚼劲较好，汤水浑浊度较低，破裂汤圆较少，感官评分最高。随着煮制时间的延长，汤圆逐渐出现塌陷、成型度较低、破碎较多的现象，汤圆的物性值下降，感官评分下降。

表6 煮制时间对汤圆质构指标的影响Table 6 Effect of cooking timeon texture indices of sticky rice dumplings

图4 煮制时间对汤圆感官品质和弹性的影响Fig.4 Effect of cookingtimeon sensory quality and elasticity of sticky ricedumplings

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 响应面试验结果

由单因素试验结果可知，热水添加量对汤圆的感官品质影响不显著。因此，以感官评分值为因变量，选择高筋面粉添加量（A）、馅料添加量（B）、煮制时间（C）3个因素为自变量进行响应面优化试验，响应面试验设计与结果见表7。

对表7中的数据进行二次多元回归拟合，得到方程：

表7 响应面试验设计与结果Table 7 Design and results of responsesurface experiments

Y=85-0.88A+0.50B+3.13C+3.00AB+0.25AC+2.00BC-6.37A2-4.62B2-11.38C2

由表8可知，此模型P值为0.000 1，表明响应面回归方程十分显著，失拟项不显著（P=0.332 9＞0.05），模型稳定性良好。模型的R2=0.971 3，说明拟合程度量好，试验误差较小。模型的校正决定系数=0.934 3，说明模型准确性和重复性好；一次项C和交互项AB对感官评分的影响显著（P＜0.05），二次项A2、B2、C2对感官评分的影响极显著（P＜0.01），其他因素对感官评分的影响不显著。

表8 响应面模型的方差分析Table 8 Variance analysis of response surface model

响应面图可反映在试验范围内两因素的交互作用，同时固定第3个因素在零水平。由图5可见，高筋面粉添加量和馅料添加量的交互作用比较强，其对感官评分的影响显著。高筋面粉添加量、馅料添加量、煮制时间的值不能过高和过低，只有取各自最适值时，才可使感官评分值达到最高。通过响应面试验得到最佳工艺条件为：高筋面粉添加量5.9%，馅料添加量40.35%，煮制时间4.14 min。

图5 各因素的交互作用对预制调理汤圆感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.5 Responsesurfaceand contour plots of the effectsof interaction of factors on the sensory quality of pre-prepared sticky rice dumplings

2.2.2 验证试验

经回归分析并结合实际操作便利性，调整汤圆工艺参数为：高筋面粉添加量6%，馅料添加量40%，煮制时间4 min；由单因素试验确定了热水最佳添加量为80%。在此水平上进行3次平行验证试验，得到汤圆感官评分约为85.27分，与模型预测值85.262 2分较吻合。在此条件下测定了汤圆的质构指标（表9），结果表明，优化后汤圆的内聚性和硬度值适中，弹性及咀嚼性较好，有较好的口感，且此时的汤圆破裂情况和外观都有明显的改善。

表9 最佳工艺条件下的汤圆品质指标Table9 Quality indexes of sticky ricedumplingsunder optimal techniqueconditions

3 结论

针对市售预制调理汤圆煮制后易破裂塌陷、口感较差等问题，本研究选取了汤圆加工工艺中高筋面粉添加量、热水添加量、馅料添加量和煮制时间4个关键因素来探究其对速冻汤圆品质的影响。通过单因素试验分析考察不同因素对速冻汤圆感官品质的影响，再利用响应面法对预制调理汤圆加工工艺进行优化。结果表明，煮制时间对汤圆感官品质有显著影响，高筋面粉添加量和馅料添加量的交互作用显著。最终的优化条件为：以糯米粉质量为100%计，高筋面粉添加量6%，热水添加量80%，馅料添加量40%，煮制时间4 min，在此条件下汤圆的品质及口感最佳。