响应面优化秋葵葛根复合营养粉的工艺研究

李双芳，吴博雄，周俊杰，张子阳，曹腾飞，刘生杰,2，季春艳

（1.阜阳师范大学信息工程学院，安徽 阜阳 236041；2.阜阳师范大学 生物与食品工程学院，安徽 阜阳 236037）

黄秋葵简称秋葵，是锦葵科、属一年生草本植物，有很高的营养价值和食用价值，素有“绿色人参”之称[1]。黄秋葵原产地非洲，近年来在世界范围内广泛种植，目前在我国的安徽、湖南、湖北、广东等省栽培面积也较为广泛[2]。黄秋葵嫩荚中包含多种氨基酸、微量元素、各种维生素等营养物质[3-4]，同时富含多种活性成分如多糖、黄酮、生物碱、果胶类物质[5]。

因此，可以用黄秋葵作为原料，开发具有糖尿病、恶性肿瘤、机体免疫力低下、失眠、延缓衰老等辅助治疗的功能性食品。Kahlon 等[6]发现黄秋葵具有较高的胆酸结合能力，长期服用具有降血脂功效。Yun-Jiao Z 等[7]发现黄秋葵中粗多糖、黄酮类化合物和总酚类化合物具有较强的抗氧化活性和抗疲劳的功效。同时有研究表明，黄秋葵嫩果荚中蕴含多种生物活性物质，具有促进消化和胃肠道蠕动、改善便秘、滋阴补阳等功能[8-9]。葛根在我国历史悠久，也是药食同源植物[10]。相关资料显示，葛根中所含葛根素、苷元以及大豆苷等多种异黄酮类化合物,在心血管系统和免疫系统疾病治疗中发挥着积极的作用[11]。王霜[12]等研究发现葛根异黄酮能明显降低大鼠血糖，改善血清中胆固醇的配比。同时，葛根中的膳食纤维含量也较高[13]，具有较好的降糖降脂作用[14]。

目前市场上，秋葵和葛根深加工产品较少，品种较单一，产品附加值低。因此，充分利用秋葵资源，开展深加工具有重要的现实和经济意义。营养代餐粉是由多种养生食材低温干制后获得的粉，未经膨化，在加工过程中也未添加任何速溶剂，因此能最完整地保留原料的营养成分，集均衡、食用方便等优点于一身[15-16]。试验结合喷雾干燥技术制备秋葵粉，再与葛根粉、脱脂乳粉、木糖醇进行调配制得复合营养粉，采用响应面优化法对配方进行探讨和优化，既可有效补充人体所需营养成分，具有饱腹感，又能避免体重上升，有效预防肥胖、降低血脂血糖含量，以期为黄秋葵、葛根的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜黄秋葵：阜阳市大润发超市采购；熟葛根块：安徽燕之坊食品有限公司；木糖醇、维生素C、柠檬酸均为食品级：河南万邦实业有限公司；果胶酶（酶活3 万U/g）：上海腾准生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

榨汁机（MJ-BL35D5）：美的集团有限公司；数显恒温水浴锅（HH-4）：荣华仪器有限公司；实验室高剪切分散乳化均质机（A25）：上海乔荣电子科技有限公司；实验型喷雾干燥机（RY-1500）：上海锐元机械设备有限公司；多功能粉碎机：永康市艾泽拉电器有限公司；电子天平（JA2003）:上海横平科学仪器有限公司；单目折光仪:上海卓光仪器科技有限公司；定氮仪（KDN103F）：上海纤检仪器有限公司；脂肪测定仪（SOX406）：济南海能仪器股份有限公司；原子吸收光度计（SP-3520AA），上海光谱仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 复合营养粉工艺流程

新鲜秋葵→清洗→漂烫→榨汁粗滤→果胶酶处理→过滤→添加助干剂→均质→喷雾干燥→过筛→秋葵粉→调配（葛根粉、脱脂乳粉、木糖醇）→成品。

1.3.2 操作要点

（1）原料挑选：选择新鲜且无腐烂、变质的秋葵作为原料；

（2）清洗：加水反复，轻柔清洗3 次；

（3）护 色：在鲜秋葵浆中加入0.4%的VC 和0.1%的柠檬酸进行护色；

（4）酶解：加入一定量的果胶酶对秋葵浆，放在恒温水浴锅中进行酶解；

（5）过滤：将酶解后的秋葵浆过100 目筛，弃去滤渣，浆液备用；

（6）均质：加入一定比例的助干剂后进行均质；

（7）喷雾干燥：将均质好的秋葵浆进行喷雾干燥，进口温度180 ℃，出口温度100 ℃，风机功率50 Hz，蠕动泵流量20 r/min[17]；

（8）将熟制葛根用粉碎机粉碎后过120 目筛，获得葛根粉。

1.3.3 秋葵浆酶解条件的确定

称取一定量的果胶酶加入到秋葵浆液中，置于恒温水浴锅中保持一段时间，对秋葵浆液进行酶解，以可溶性固形物含量作为评价指标，分别考察酶解温度（20、30、40、50、60、70 ℃）、酶解时间（30、40、50、60、70、80 min）、pH（2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5）、果胶酶添加量（0.01%、0.0 5%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%）对秋葵浆液的影响。

在单因素试验基础上，以可溶性固形物为评价指标，设计L9(34)正交试验（见表1），选择最佳酶解条件。

表1 正交试验因素水平表

1.3.4 复合营养粉配方的确定

（1）单因素试验

在预试验的基础上，以感官评分作为评价指标，考查秋葵粉添加量（2.0 g、3.0 g、4.0 g、5.0 g、6.0 g）、葛根粉添加量（2.0 g、2.5 g、3.0 g、3.5 g、4.0g）、脱脂乳粉添加量（2 g、2.5 g、3.0 g、3.5 g、4 .0g）、木糖醇添加量（1.5 g、2.0 g、2.5 g、3.0g、3.5g）对秋葵葛根复合营养粉的感官品质的影响。

（2）响应面优化试验

综合考虑单因素试验的结果，选取秋葵粉（A）、脱脂乳粉（B）、木糖醇（C）作为主要影响因素，以秋葵复合营养粉感官评分（Y）作为考察值，设计三因素三水平响应面优化试验，因素水平见表2。

表2 响应面试验因素和水平表

1.3.5 复合营养粉的感官评定

由10 名具有感官评定经验的人员成立感官评定小组，对秋葵复合营养粉的色泽、风味、口感和冲调性进行感官评定，评分标准参考标准见表3，最后根据四个项目权重计算营养粉的综合评分。

表3 复合营养粉感官评价标准

1.3.6 数据处理

采用Origin 8.5.1 对单因素实验数据进行处理和作图分析，采用Design-Expert V8.0.6 进行响应面优化设计及数据分析。

2 结果与分析

2.1 秋葵浆的酶解条件的确定

2.1.1 酶解条件对秋葵浆酶解效果的影响

秋葵浆液经果胶酶处理后，得到的主要产物是可溶于水的半乳糖醛酸[18]，可有效降低秋葵浆的黏度，因此采用可溶性固形物含量来评价果胶酶处理效果。由图1(a)可知，酶解温度在20-50℃时，秋葵浆液中可溶性固形物含量随着酶解温度的升高呈上升趋势，之后反而下降，可能是由于酶本身属于蛋白质，随着温度升高，果胶酶性质发生变化，温度过高导致酶活降低引起的[19]，故选择最佳酶解温度为50℃。分别测定不同酶解时间可溶性固形物含量，结果如图1(b)所示，当酶解60min后，可溶性固定物含量不再增加。这可能是由于最初随着酶解时间延长，底物与酶接触时间更充分，更容易获取目标物，但是随着时间的推移酶活性会降低引起的[20]，故最佳酶解时间为60min。用柠檬酸调节酶解液的pH，由图1(c)可知，随着pH的变化，秋葵酶解液中可溶性固形物含量呈先增加后减少的趋势，其中pH 为3.5 时，可溶性固形物含量最高，因此选择酶解液的最适pH 为3.5。由图1(d)可知，在酶添加量为0.01%-0.15%范围内时，可溶性固形物含量快速上升，之后不再增加，果胶酶最适添加量为0.15%。主要是由于加酶量较少时不能充分与底物结合，随着添加量增加，单位体积秋葵浆液中酶分子数量增加，使其与底物充分结合，酶解效果提高[20]。

图1 酶解条件单因素实验结果

2.1.2 正交试验结果与分析

为得到最佳的酶解效果，在单因素试验基础上设计正交试验，以可溶性固形物含量为评价指标。由表4 中R 值可知，四个因素影响酶解效果的主次顺序为C>D>A>B，即果胶酶添加量影响最大，其次是酶解pH、酶解温度和酶解时间。由K值可知，最佳酶解条件为A1B1C1D2，即酶解温度45 ℃、酶解时间50 min、果胶酶添加量0.10%、酶解pH 3.5。此条件下进行验证试验，测得秋葵浆酶解液可溶性固形物含量为9.3%。

表4 果胶酶正交试验结果

2.2 秋葵葛根复合营养粉配方试验结果与分析

2.2.1 单因素试验结果与分析

以感官评分表作为评价指标进行单因素试验，分别测验秋葵粉添加量、葛根粉添加量、脱脂乳粉添加量、木糖醇添加量对复合营养粉的感官评分的影响。结果如图2(a-d)所示，在4 个单因素实验结果中分别为秋葵粉添加量4.0 g，葛根粉添加量2.5 g，脱脂乳粉添加量3.0 g，木糖醇添加量2.5 g 时，秋葵复合营养粉感官评分最高，其色泽、风味、口感、溶解性相对较好。

图2 复合营养粉配方单因素实验结果

2.2.2 响应面法试验结果与分析

在单因素试验基础上，根据Box-Behnken 中心组合原理，选取秋葵粉、脱脂乳粉、木糖醇添加量为自变量，秋葵复合营养粉的感官评分为响应值（Y），建立三因素三水平的响应面中心组合试验设计，共17 组试验方案，其中12 组析因试验，5 组中心试验点，用以计算试验误差，结果见表5。

表5 响应面设计表及试验结果

利用Design-Expert.V8.0.6 软件对试验数据进行多元回归拟合，经回归拟合后，获得感官评分（Y）对秋葵粉添加量（A）、脱脂乳粉添加量（B）、木糖醇添加量（C）的多元回归方程为：

Y=91.43+0.98 A+1.57 B+0.82 C-0.12 A*B+0.53 A*C+1.04 B*C-5.31 A2-2.96 B2-4.79 C2

根据表6 回归模型方差分析表可知，总模型F=46.44，p 值＜0.0001，表明自变量与响应值之间线性关系极显著；模型失拟项p=0.2258＞0.05，说明模型拟合程度良好，可用于描述秋葵复合营养粉的感官评分值与各因素之间的关系。模型的决定系数R2=0.9972，表明秋葵复合营养粉的感官评分的实际值与预测值之间具有较好的拟合度，能较好的反应各因素与响应值之间的真实关系。R2（Adj）=0.9935，表明模型有99.35%感官评分值变异分布在所选的3 个变量中。因此，此模型可用于分析和预测秋葵复合营养粉的感官评分。

表6 回归模型方差分析表

各因素交互作用对复合营养粉的感官评分影响如图3 所示，其响应面坡度较陡峭，对复合营养粉感官指标影响较显著。对比可知，秋葵粉添加量与木糖醇添加量交互作用、脱脂乳粉添加量与木糖醇添加量交互作用对复合营养粉感官指标影响较显著，秋葵粉添加量与脱脂乳粉交互作用对感官指标影响最弱。

图3 各因素交互作用对营养粉感官评价的影响

2.2.3 响应面模型优化及验证试验

在因素水平范围内，对响应面模型进行优化，得出秋葵复合营养粉的最佳配方为：秋葵粉4.33g、脱脂乳粉3.14 g、木糖醇3.08g，此条件下感官评分预测值为90.08。考虑实际操作的方便，将秋葵复合营养粉的最佳配方修正为：秋葵粉4.3 g、脱脂乳粉3.1 g、木糖醇3.1 g，葛根粉2.5 g。换算成百分比为：秋葵粉添加量33.08%、葛根粉添加量19.2%、脱脂乳粉添加量23.85%、木糖醇添加量23.85 %。在此条件下，感官指标平均分为90.8，与预测值接近，说明采用响应面优化效果好。

3 结论

本研究以黄秋葵、葛根、脱脂乳粉为主要原料，制备秋葵葛根复合营养粉。首先通过喷雾干燥方式制备黄秋葵粉，采用单因素和正交试验法对影响秋葵浆酶解效果的果胶酶酶解温度、时间、酶添加量进行探究。结果表明，秋葵浆液酶解最佳条件为：酶解温度45℃，酶解时间50 min，果胶酶添加量0.10%，酶解pH 为3.5。采用响应面优化法确定秋葵复合营养粉的配方为秋葵粉添加量33.08%，葛根粉添加量19.2 %，脱脂乳粉添加量23.85%，木糖醇添加量23.85%。在此条件下，感官指标平均分为90.8，风味优良，冲调性最好。