响应面法优化清凉降火型胡辣汤粉的加工工艺

段秋虹,张杰,郭楠楠,周甜甜

(郑州科技学院，郑州 450064)

1 概述

胡辣汤作为河南特色小吃、老牌产业，距今已有800多年历史[1-2]。当前，传统的胡辣汤都是大锅熬制，不适合携带与快速制作，一定程度上限制了胡辣汤在全国范围内的流通[3-4]。随着人们对食品营养及保健特性的不断追求，传统的胡辣汤已经不能完全满足人们的需求，研制出一款清凉降火型即食胡辣汤粉，成为喜食胡辣汤人群的迫切诉求。

绿豆性凉、味甘、耐寒，其种子不仅在生活中供人们食用，也是药食同源的重要原料之一[5]。张海生等对绿豆蛋白的酶解产物进行了分离纯化，得到了具有抗氧化作用的活性肽，表现出较强的体外抗氧化能力。怀菊花气味芬芳，去火降热效果明显，还能够提高身体免疫力[6-8]。金银花具有甘寒去热却不伤人体脾胃的特点，对于很多的热疾具有十分明显的预防和治疗作用。在胡辣汤中添加这些清热去火的物质，一定程度上能够中和胡辣汤的热性特点[9-11]。

2 材料与方法

2.1 材料与设备

试验所需的原料及设备见表1和表2。

表1 试验原料表Table 1 The raw materials used in the test

表2 试验仪器设备表Table 2 The instruments and equipment used in the test

2.2 方法

2.2.1 工艺流程

汤粉的制作流程见图1[12-15]。

图1 汤粉的制作流程Fig.1 The production process of soup powder

2.2.2 生产工艺的操作要点

2.2.2.1 原料混合

先将绿豆粉、金银花粉、菊花粉三者混匀，再与传统胡辣汤粉的配方(淀粉、盐、白糖、味精、胡椒、花椒、十三香)相混合，待用[16]。

2.2.2.2 熬制

将2.2.2.1中的粉料加100 mL调成糊状，另备锅加入900 mL水，水沸后加入糊状汤粉，按一定时间煮制，煮制过程中不断搅拌以防止糊锅。

2.2.2.3 评测

胡辣汤要趁热评测，煮制完成后应于8 min之内完成品评。

2.2.3 试验设计

2.2.3.1 基础胡辣汤粉原料配方单因素试验设计

非变量考察时的基础配方：面粉15.00 g、盐12.50 g、白砂糖6.25 g、淀粉20.00 g、味精6.50 g、胡椒2.25 g、花椒1.75 g、十三香1.50 g。

分别添加5.75，6.00，6.25，6.50，6.75 g的白糖，其余配料为基础配方，探究不同的白砂糖添加量对基础胡辣汤粉品质的影响。

分别添加11.50，12.00，12.50，13.00，13.50 g的盐，其余配料为基础配方，探究不同的盐添加量对基础胡辣汤粉品质的影响。

分别添加15.00，17.50，20.00，22.50，25.00 g的玉米淀粉，其余配料为基础配方，探究不同的玉米淀粉添加量对基础胡辣汤粉品质的影响。

分别添加6.00，6.25，6.50，6.75，7.00 g的味精，其余配料为基础配方，探究不同的味精添加量对基础胡辣汤粉品质的影响。

分别添加1.75，2.00，2.25，2.50，2.75 g的胡椒粉进行试验，其余配料为基础配方，探究不同的胡椒粉添加量对基础胡辣汤粉品质的影响。

分别添加1.25，1.50，1.75，2.00，2.25 g的花椒粉进行试验，其余配料为基础配方，探究不同的花椒粉添加量对基础胡辣汤粉品质的影响。

分别添加1.00，1.25，1.50，1.75，2.00 g的十三香粉进行试验，其余配料为基础配方，探究不同的十三香粉添加量对基础胡辣汤粉品质的影响。

2.2.3.2 基础胡辣汤粉原料配方的响应面试验设计

根据以上试验得出各配料添加量对基础胡辣汤粉品质的影响，在此基础上，选择对口感影响最大的4个因素，进行4因素3水平的响应面试验，得到基础胡辣汤粉的最优配方。

2.2.3.3 清凉降火型胡辣汤粉配方单因素设计

清凉降火型胡辣汤非变量考察时的基础配方：最优基础胡辣汤粉50.00 g、金银花粉7.00 g、绿豆粉20.00 g、菊花粉11.00 g。

分别添加3.00，5.00，7.00，9.00，11.00 g的金银花粉，探究不同的金银花粉添加量对产品品质的影响。

分别添加10.00，13.00，16.00，19.00，22.00 g的绿豆粉，探究不同的绿豆粉添加量对产品品质的影响。

分别添加5.00，8.00，11.00，14.00，17.00 g的怀菊花粉，探究不同的怀菊花粉添加量对产品品质的影响。

分别添加40.00，45.00，50.00，55.00，60.00 g的最优基础胡辣汤粉，探究其添加量对产品品质的影响。

向锅内添加纯净水，水沸腾后在不同时长情况下(2，3，4，5，6 min)熬制汤粉，比较不同熬制时间对产品品质的影响。

2.2.3.4 清凉降火型胡辣汤粉配方的响应面试验设计

根据单因素试验得出对产品品质影响较大的4个因素，进行4因素3水平的响应面试验，得出清凉降火型胡辣汤粉研制的最优配方及工艺。

2.2.4 产品评价指标

2.2.4.1 产品感官评价

将煮制完成的降火型胡辣汤冷却2～3 min，将产品盛入10个品尝杯中，标上序号，分别请20位食品专业教师及学生参与品尝，并根据评分标准依次打分。胡辣汤评分项目、分数及评分标准，参考标准DBS 41/006-2015《食品安全地方标准 方便胡辣汤》中感官要求的评分标准进行感官评分，见表3。

表3 基础胡辣汤粉的感官评价标准[17]Table 3 The sensory evaluation standard of basic spicy soup powder

参考表3，清凉降火型胡辣汤粉的感官评价标准见表4。

表4 清凉降火型胡辣汤粉的感官评价标准Table 4 The sensory evaluation standard of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

续 表

2.2.4.2 产品理化检测

水分的检测参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[18]；灰分的检测参照GB 5009.4-2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》[19]。

2.2.4.3 产品微生物检测

产品菌落总数的检测参照GB 4789.2-2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[20]；大肠菌群的检测参照GB 4789.3-2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》中MPN计数法[21]；霉菌的检测参照GB 4789.15-2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》[22]。

2.2.5 数据分析方法

本文数据采用Excel 2007和Design Expert V8.0.6数据处理系统进行分析[23-24]。

3 结果与分析

3.1 基础胡辣汤粉

3.1.1 基础胡辣汤粉的研制的单因素试验结果

3.1.1.1 白糖的添加量对基础胡辣汤品质的影响

图2 白砂糖的添加量对基础胡辣汤粉品质的影响Fig.2 Effect of sugar additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由图2可知，当白糖的添加量在5.75～6.25 g之间时，甜味的逐渐增加提升了鲜味和整体协调感，口感更加圆润丰富，产品的感官评分呈增长的趋势；当白糖的添加量在6.25～6.75 g之间时，甜味逐渐突出，开始突兀，产品的感官评分下降。当白糖的添加量在6.25 g时，产品的品质最好。

3.1.1.2 盐的添加量对基础胡辣汤品质的影响

图3 盐的添加量对基础胡辣汤粉品质的影响Fig.3 Effect of salt additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由图3可知，随着盐添加量的不断上升，基础胡辣汤的品质先升后降，合适的咸味能够很好衬托辛辣的特色，过咸则会降低特色风味。盐的添加量为12.50 g最好。

3.1.1.3 淀粉的添加量对基础胡辣汤品质的影响

图4 淀粉的添加量对基础胡辣汤粉品质的影响Fig.4 Effect of starch additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由图4可知，淀粉的添加对基础胡辣汤品质的影响较大。当淀粉含量较少时，胡辣汤过于稀薄，口感醇厚度不足，辛辣感突兀；当淀粉添加量在20.00 g时，产品的口感黏稠度适中，又不至于凝结太快。淀粉量继续上升，汤体过于黏稠，放置过程中由于温度的降低黏稠度进一步上升，严重影响流动性，降低食用品质。

3.1.1.4 味精的添加量对基础胡辣汤品质的影响

图5 味精的添加量对基础胡辣汤粉品质的影响Fig.5 Effect of monosodium glutamate additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由图5可知，当味精的添加量在5.75～6.25 g之间时，味精含量越来越高，产品的感官评分呈持续增长的趋势，整体滋味向好；当味精添加量进一步上升，产品过鲜，口味突兀，产生口干感，感官评分逐渐下降。当味精添加量为6.25 g时胡辣汤的口感最优。

3.1.1.5 胡椒粉的添加量对基础胡辣汤品质的影响

图6 胡椒粉的添加量对基础胡辣汤粉品质的影响Fig.6 Effect of pepper additive amount on the quality of basic spicy soup

由图6可知，当胡椒粉添加量在1.75～2.25 g之间时，产品的感官评分呈持续增长的趋势，品评时感觉胡辣汤特征风味逐渐出现；当胡椒粉添加量进一步上升，辛辣感越来越高，逐渐出现不适，产品的感官评分下降。当胡椒添加量为2.25 g时胡辣汤的品质最好。

3.1.1.6 花椒的添加量对基础胡辣汤品质的影响

图7 花椒的添加量对基础胡辣汤粉品质的影响Fig.7 Effect of Chinese prickly ash additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由图7可知，当花椒添加量在1.25～1.75 g之间时，样品的口感逐渐上升；当花椒在1.75～2.25 g之间时，样品的品质下降。当花椒添加量在1.75 g时评分达到最高。

3.1.1.7 十三香的添加量对基础胡辣汤品质的影响

图8 十三香的添加量对基础胡辣汤粉品质的影响Fig.8 Effect of thirteen-spices additive amount on the quality of basic spicy soup powder

由图8可知，当十三香添加量在1.00～1.50 g之间时，产品的滋味丰富，口感醇厚不寡淡；当十三香添加量继续上升，香辛料味过重，产品的感官评分下降。根据此数据确定十三香的添加量为1.50 g时胡辣汤的品质最好。

3.1.2 基础胡辣汤粉研制的响应面试验结果

根据单因素试验结果，选取对基础胡辣汤粉口感影响最大的4个因素及相应水平进行响应面试验，其因素水平表见表5。

表5 基础胡辣汤粉响应面试验水平因素表Table 5 The factors and levels of response surface test for basic spicy soup powder

以基础胡辣汤粉感官评价分数为响应值，根据以上设定进行Box-Behnken响应面试验，进一步优化基础胡辣汤粉的配方工艺，试验方案及具体结果分析见表6。

表6 基础胡辣汤粉的响应面试验方案及结果Table 6 Response surface test scheme and results of basic spicy soup powder

续 表

采用Design Expert V8.0.6软件对表6中的结果进行回归拟合和方差分析，得到模型的二次多项回归方程为：Y=87.40+3.50A+3.75B+2.33C+4.58D+2.50AB-0.25AC+1.75AD+1.00BC+0.25BD+2.25CD-6.20A2-4.82B2-5.70C2-6.07D2。其中Y是感官评定的综合得分，A为盐添加量，B为淀粉添加量，C为花椒添加量，D为胡椒添加量，回归方程方差分析见表7。

表7 基础胡辣汤粉响应面试验结果分析Table 7 Analysis of response surface test results of basic spicy soup powder

由表7可知，其模型的P<0.0001，该模型极显著，说明通过本次基础胡辣汤粉优化试验可以很好地优化结果。A，B，C，D 4个因素的P<0.01，说明这4个因素对试验结果的影响均极显著。失拟项的P=0.2651>0.05，不显著，表明理论和实际值偏差很小，拟合度较高。复相关系数R2=0.9319，确定因素RAdj2=0.8638，可知此模型中的93.19%基础胡辣汤粉的感官评分变化来自于自变量A，B，C，D。通过F值和显著水平得到各因素影响感官评分的顺序为D>B>A>C。

各因素间的交互作用对基础胡辣汤粉感官评价影响的三维空间曲线图见图9。

图9 各因素交互影响基础胡辣汤粉感官评分的响应曲面图Fig.9 The response surface diagrams of the interaction influence of various factors on the sensory score of basic spicy soup powder

由图9可知，当盐添加量(A)、淀粉添加量(B)、花椒添加量(C)和胡椒添加量(D)两两交互作用时，对基础胡辣汤粉的感官评价均有影响，各响应曲面的陡峭程度存在一定差异，其中AB坡面最为陡峭，其交互作用影响最大。基础胡辣汤粉的感官评分随着A，B，C，D的增加均呈现先快速升高后缓慢降低的趋势，说明存在感官评分的最大值点。

由Design Expert V8.0.6软件预测得出基础胡辣汤粉的最佳配方为：盐添加量13.00 g、淀粉添加量20.56 g、花椒添加量1.81 g、胡椒添加量2.38 g，此时感官评分最高，为89.0075分。以此配方进行验证试验，试验3次，感官评价平均得分为90分，与预测值相对误差为1.11%。

3.2 清凉降火型胡辣汤粉的试验结果

3.2.1 清凉降火型胡辣汤粉的研制的单因素试验结果

3.2.1.1 金银花粉添加量对降火型胡辣汤品质的影响

图10 金银花粉添加量对清凉降火型胡辣汤粉的影响Fig.10 Effect of Lonicera japonica powder additive amount on spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由图10可知，当金银花粉添加量在3～7 g之间时，样品评分略有下降，当金银花粉添加量持续上升，样品的中药味越来越重。因金银花有一定的特征味，少量添加影响不大，大量添加会对胡辣汤有一定的影响。故认为添加3 g的金银花为最佳水平。

3.2.1.2 绿豆粉添加量对降火型胡辣汤品质的影响

图11 绿豆粉添加量对清凉降火型胡辣汤粉的影响Fig.11 Effect of green bean power additive amount on spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由图11可知，当绿豆粉的添加量在10～16 g之间时，样品有绿豆的香气，但并没有掩盖基础胡辣汤粉的特征；当绿豆粉的添加量在16～22 g之间时，绿豆粉含量越来越高，样品的黏稠度上升，影响整体风味。当绿豆粉添加量在16 g时评分达到最高值。

3.2.1.3 怀菊花粉添加量对降火型胡辣汤品质的影响

图12 怀菊花粉添加量对清凉降火型胡辣汤粉的影响Fig.12 Effect of Huai chrysanthemum powder additive amount on spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由图12可知，当怀菊花粉的添加量在5～11 g之间时，产品的感官评分不断上升，样品的风味良好；当怀菊花粉的添加量在11～17 g之间时，样品出现淡淡的苦味，影响了产品的品质。当怀菊花粉添加量在11 g时，样品的感官评分最高。

3.2.1.4 基础胡辣汤粉添加量对降火型胡辣汤品质的影响

由图13可知，当基础胡辣汤粉添加量在40.00～50.00 g之间时，品评时样品的风味逐渐突出但不突兀，滋味越来越好；当基础胡辣汤粉添加量继续上升，样品的风味过于刺激，黏稠度增大，整体品质下降。当基础胡辣汤粉添加量为50.00 g时，清凉型胡辣汤的品质最好。

图13 基础胡辣汤粉添加量对清凉型胡辣汤粉品质的影响Fig.13 Effect of basic spicy soup power additive amount on spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

3.2.1.5 煮制时间对降火型胡辣汤品质的影响

图14 煮制时间对清凉降火型胡辣汤粉品质的影响Fig.14 Effect of cooking time on the quality of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由图14可知，当煮制时间为3～5 min之间时，时间越长，品质越好，香气浓郁；当煮制时间在5～7 min之间时，样品的品质差异不明显，香气稍有下降，故认为煮制时间在5 min时，清凉降火型胡辣汤品质最好。

3.2.2 清凉降火型胡辣汤粉研制的响应面实验结果

通过单因素试验结果，选择绿豆粉添加量、怀菊花粉添加量、基础胡辣汤粉添加量和煮制时间，做4因素3水平响应面试验。响应面试验因素水平表见表8。

表8 清凉降火型胡辣汤的响应面试验因素水平表Table 8 The factors and levels of response surface test for spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

以清凉降火型胡辣汤感官评价分数为响应值，根据以上设定进行Box-Behnken响应面试验，进一步优化清凉降火型胡辣汤的配方工艺，试验方案及具体结果分析见表9。

表9 清凉降火型胡辣汤的响应面试验结果Table 9 Response surface test scheme and results of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

采用Design Expert V8.0.6软件对表9中的结果进行回归拟合和方差分析，得到模型的二次多项回归方程为：Y=87.40+3.00A+1.25B+2.08C+2.00D+0.75AB-0.75AC+0.50AD+1.25BC-1.25BD+1.75CD-9.74A2-9.12B2-5.62C2-6.74D2。其中Y是感官评定的综合得分，A为基础胡辣汤粉添加量，B为绿豆粉添加量，C为怀菊花粉添加量，D为煮制时间，回归方程方差分析见表10。

表10 清凉降火型胡辣汤响应面试验结果分析Table 10 Analysis of response surface test results of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

续 表

由表10可知，其模型的P<0.0001，该模型极显著，说明通过本次试验清凉降火型胡辣汤加工工艺得到了很好的优化。A因素的P<0.01，C，D因素的P<0.05，说明A因素对试验结果的影响极显著，C，D因素对试验结果的影响显著。失拟项的P=0.2550>0.05，不显著，表明理论值和实际值偏差很小，拟合度较高。复相关系数R2=0.9194，确定因素RAdj2=0.8387，可知此模型中的91.94%清凉降火型胡辣汤粉的感官评分变化来自于自变量A，B，C，D。通过F值和显著水平得到各因素影响感官评分的顺序为A>C>D>B。

各因素间的交互作用对清凉降火型胡辣汤感官评价影响的三维空间曲线图见图15。

图15 各因素交互影响清凉降火型胡辣汤感官评分的响应曲面图Fig.15 The response surface diagrams of the interaction influence of various factors on the sensory score of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

由图15可知，当基础胡辣汤添加量(A)、绿豆粉添加量(B)、怀菊花粉添加量(C)和煮制时间(D)两两交互作用时，对清凉降火型胡辣汤的感官评价均有影响，各响应曲面陡峭程度存在一定差异，其中CD坡面最为陡峭，其交互作用影响最大。清凉降火型胡辣汤粉的感官评分随着A，B，C，D的增加均呈现先升高后降低的趋势，说明存在感官评分的最大值点。

由Design Expert V8.0.6软件预测得出清凉降火型胡辣汤最佳工艺为：基础胡辣汤添加量50.77 g、绿豆粉添加量16.23 g、怀菊花粉添加量11.63 g、煮制时间5.18 min，此时感官评分最高，为90.0723分。在此条件下研制出的清凉降火型即食胡辣汤汤体均匀，黏稠度适中，汤色柔和，口感细腻，辛辣适中，有传统胡辣汤风味，有清凉爽利感，香气浓郁，滋味绵长。对此配方进行验证试验，试验3次，感官评价平均得分为89分，与预测值相对误差为1.19%。

3.3 产品理化检验及微生物检验结果

以清凉降火型胡辣汤最佳工艺制作出成品，对其进行理化检验及微生物检验，结果见表11，均符合国标要求。

表11 清凉降火型胡辣汤粉理化检验及微生物检验结果Table 11 The results of physical and chemical test and microbiological test of spicy soup powder with the functions of cooling and decreasing internal heat

4 结论

通过单因素试验及响应面试验，确定了基础胡辣汤粉的配方：盐添加量13.00 g、淀粉添加量20.56 g、花椒添加量1.81 g、胡椒添加量2.38 g，此时感官评分最高，为89.0075分。在此基础上，研制出清凉降火型胡辣汤的最佳制作方法为：基础胡辣汤添加量50.77 g、绿豆粉添加量16.23 g、怀菊花粉添加量11.63 g、煮制时间5.18 min，此时感官评分最高，为90.0723分。此条件下制作出的清凉降火型即食胡辣汤，其汤体均匀，黏稠度适中，汤色柔和，口感细腻，辛辣适中，有传统胡辣汤风味。又因加入了绿豆粉和怀菊花粉，绿豆粉有清凉爽利感，香气浓郁，滋味绵长。

由于产品中加入绿豆、怀菊花和金银花，其中绿豆含有丰富的抗氧化蛋白质，能够起到很好的消炎抑菌作用，而其中的香豆素、皂苷和黄酮类物质也在此过程中起到了协同作用[25-26]。怀菊花含有约0.13%挥发油、菊甙、腺嘌呤、胆碱、水苏碱和刺槐素等，具有广谱抗菌作用，对链球菌痢疾杆菌、绿脓杆菌和流感病毒等具有较好的抑制作用[27-28]。金银花含有丰富的绿原酸、木犀草素苷等药理活性成分，对溶血性链球菌、金黄色葡萄球菌等多种致病菌及上呼吸道感染致病病毒等有较强的抑制力[29-30]。传统美食与功能性食物结合使用，可以丰富胡辣汤产品品种，减少上火食物进入人体后导致的炎性反应，满足爱喝胡辣汤又怕上火人群的期望。