响应面优化辣木核桃蛋白能量棒配方

刘俐彤，钟俊麟，赵存朝， ，顾凡， ，陶亮， *，田洋， *

1. 云南农业大学 食品科学技术学院（昆明 650201）；2. 国家辣木加工技术研发专业中心（昆明 650201）

辣木（Moringa oleifera）亦称油辣木或鼓槌树，系辣木科辣木属热带落叶乔木，原产于北印度亚喜马拉雅区域及非洲[1]。辣木叶是一种全营养素新资源食品[2]，有高蛋白、高钙、高纤维、低脂肪等健康特性[3]。辣木叶中蛋白含量高达 27.6%～35.4%，约是牛奶的10倍，氨基酸种类多达19种[4]，可媲美大豆，是一种优质的植物蛋白。核桃又称胡桃（Juglansregia），系胡桃科胡桃属植物，核桃在世界坚果市场中占比最高，具有广阔开发价值及市场前景。核桃富含的不饱和脂肪酸[5]、多酚[6]、维生素E等化合物，对人体健康具有重要作用。辣木与核桃同为云南特色植物资源，二者皆是众多营养活性成分的良好来源，且具有抗癌、降血糖等多种功效，是现代健康食品开发的良好原料。周艳等[7]以核桃仁、辣木叶为主要原料开发出风味浓郁、稳定性好、有机钙含量高的高钙乳，充分利用了其互补潜能，为复配型产品开发提供了新思路。

能量棒是一种营养全面、方便携带且食用简洁的棒状食品，其既能快速为人体提供所需能量、提高运动耐力[8]，又可均衡其他营养物质，口感也深受大众喜爱，而国内运动营养食品的发展较晚且不够全面，尚处在初步阶段。考虑到核桃粉和辣木叶粉的整体健康益处和消费者需求，此次试验拟以二者相复配，经配方、工艺优化，开发一种方便、营养、即食的能量棒产品，同时为云南特色生物资源的开发提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

巧克力、白砂糖（沃尔玛超市）；辣木叶粉（德宏天佑科技开发有限公司）；核桃（大理百里园生态食品发展有限公司）；低聚果糖（深圳安泰生物科技有限公司）；大豆蛋白粉、花生蛋白粉（上海源叶生物科技有限公司）。

1.2 仪器设备

JM-L100小钢磨（上海中成泵业制造有限公司）；K35FK602苏泊尔电烤箱（浙江苏泊尔家电制造有限公司）；SZM-50型食品搅拌机（广州旭众食品机械有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 辣木核桃蛋白能量棒的加工工艺流程

复配核桃粉（W核桃∶W大豆蛋白粉∶W花生蛋白粉= 2∶1∶1）打粉混合→制备复配低聚果糖（W低聚果糖∶W白砂糖∶W麦芽糖浆=2∶1∶1）→加入辣木叶粉→制备能量棒夹心→倒入模具→脱模→焙烤（10 min，100 ℃）→初次冷却→制备包衣（巧克力10 g）→敷外皮→包衣二次冷却→成品

1.3.2 试验方法

1.3.2.1 辣木核桃蛋白能量棒感官评分方法

由10名有一定品评经验的专业人员组成评定小组，分别从组织状态（30分）、色泽（20分）、口感（30分）、风味（20分）四项指标对辣木核桃蛋白能量棒采用百分制打分。其感官评分标准如表1所示。

表1 辣木核桃蛋白能量棒感官评定评分表

1.3.2.2 辣木核桃蛋白能量棒产品理化卫生指标测定

蛋白质，按GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》规定的方法测定；水分，按GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》的方法测定；粗脂肪，按GB 5009.6—2016 《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》规定的方法测定；能量、碳水化合物，按GB 28050—2011《食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则》规定的方法测定。

1.3.3 单因素试验设计

以感官评分为指标，考察复配核桃粉添加量（20，40，60，80和100 g）、辣木叶粉的添加量（6，8，10，12和14 g）、复配低聚果糖添加量（20，40，60，80和100 g）、夹心冷却时间（4，6，8，10，12和14 min）、包衣二次冷却时间（6，8，10，12，14和16 min）5 个因素对辣木核桃蛋白能量棒的影响，确定最佳工艺参数。

1.3.4 响应面试验优化

响应面试验因素的选取，各水平如表2所示。以感官评分为响应值，选取复配核桃粉添加量、辣木叶添加量、复配低聚果糖添加量3个因素，利用 Box- Behnken试验设计进行三因素三水平的试验设计，优化辣木核桃蛋白能量棒的工艺配方。

表2 响应面试验因素与水平设计表 单位：g

1.3.5 数据处理

采用 Excel 2013、SPSS 19.0统计软件对试验数据进行分析，利用 Design-Expert 8.0.6进行响应面分析，结果以均值±SD 表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 复配核桃粉添加量对辣木核桃蛋白能量棒感官品质的影响

关于复配核桃粉添加量对产品感官质量的影响如图1所示，随着复配核桃粉添加量不断增加，感官评分先增加后下降，在添加量为40 g时，获得最高感官评分，随后开始下降。原因可能是适宜的复配核桃粉添加量能同时体现其他原材料的风味，若其添加量太多，会影响最终产品的风味多样性，致使产品感官质量下降。故复配核桃粉添加量40 g为最佳添加量。

图1 复配核桃粉添加量对辣木蛋白能量棒的影响

2.1.2 辣木叶粉添加量对辣木核桃蛋白能量棒感官评分的影响

辣木叶粉添加量对于产品的口感和风味具有重要影响。如图2所示，随着辣木叶粉的添加量逐渐增加，呈稳定的上升趋势，在辣木叶粉添加量为10 g时，感官评分最高，产品风味和口感最佳，随后又呈现下降的趋势，这是由于辣木叶粉添加量过多，导致产品具有一定的辣木苦味[9]和辣味，影响感官品质，同时导致产品颜色偏褐绿色，色泽较差。故辣木核桃蛋白能量棒中辣木叶粉的最佳添加量为10 g。

图2 辣木叶粉添加量对辣木核桃蛋白能量棒的影响

2.1.3 复配低聚果糖中低聚果糖比例和添加量对辣木核桃蛋白能量棒感官评分的影响

如图3所示，当复配低聚果糖添加量从20 g到40 g时，感官评分呈上升趋势。这是因为复配低聚果糖中低聚果糖（fructo-oligosaccharides，FOS）能增加食品的香气和色泽，对于提升食品口感有积极的作用，且能有效调节肠道菌群失衡情况[10]，白砂糖甜度较高且甜味纯正，麦芽糖适合用于调和糖中，加热冷却后具有一定产品塑性作用。其综合了三种糖的特点，美拉德与焦糖化反应，使产品色泽均匀，甜度、黏度合适，充分发挥了复配低聚果糖的优势特点。但随着添加量的增加，感官评分开始降低，可能是因为复配低聚果糖的添加量的增大使产品的黏度过大，导致蛋白质间的排斥力变小，从而引起口感不适。故复配低聚果糖添加量为40 g时，为最优配比添加量。

图3 复配低聚果糖添加量对辣木核桃蛋白能量棒的感官影响

2.1.4 夹心初次冷却时间对辣木核桃蛋白能量棒感官评分的影响

冷却是为了能更好帮助产品成形，抑制产品中分子的运动，稳固辣木核桃蛋白能量棒中夹心的组织状态，冷却时间过短，会导致产品强度不够，组织状态松软。冷却时间过长，则会使产品凝固强度过高、过硬，影响口感和风味。如图4所示，冷却时间从4 min开始，感官评分出现上升趋势，在10 min时评分最高。之后随着冷却时间的逐渐增加，感官评分开始下降。这是因为冷却的时间越长，其产品的硬度会越来越高，组织状态越来越硬甚至皱缩，导致口感下降，风味丢失，评分降低，故夹心冷却的最优时间为10 min。

图4 夹心冷却时间对辣木核桃蛋白能量棒的影响

2.1.5 包衣二次冷却时间对辣木核桃蛋白能量棒感官评分的影响

二次冷却是为了让巧克力包衣能更好地起到增加色泽、改善外观、丰富口感的作用。如图5所示，二次冷却时间对巧克力包衣的影响很大，当二次冷却时间为12 min时，感官评分最高，这是因为此时内外部温度均匀，组织结构稳定。随着时间的增加，感官评分下降的趋势明显，因为二次冷却时间越长，成品的风味丢失得越多，包衣硬度增加，口感较差，感官质量下降。冷却过程的不断延长，也使得辣木核桃蛋白能量棒内外水分迁移，直接影响后续加工的均匀度及其货架期。故确定最佳巧克力包衣二次冷却时间为12 min。

图5 包衣二次冷却时间对辣木核桃蛋白能量棒的影响

2.2 响应面工艺优化

2.2.1 辣木核桃蛋白能量棒的响应面试验设计与结果

根据单因素试验设计结果，利用Box-Behnken Design中心组合设计试验模型，通过单因素试验设计得到的最优配方。以复配核桃粉添加量（X1）、辣木叶添加量（X2）、复配低聚果糖添加量（X3）为自变量，以辣木核桃蛋白能量棒的感官评分为响应值（Y），进行三因素三水平的响应面试验，结果见表3。

2.2.2 辣木核桃蛋白能量棒的模型建立及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6软件对表3进行多元回归拟合，得到辣木核桃蛋白能量棒感官评分（Y）的二次方程模型：Y1=84.67-0.59X1+0.77X2+1.36X3-3.03X1X2-0.63X1X3-0.99X2X3-5.77X12-2.68X22-3.96X32；其中Y1是感官评定综合得分，X1为复配核桃粉添加量，X2为辣木叶粉添加量，X3为复配低聚果糖添加量。回归模型方差分析的结果见表4。

表3 响应面分析方案及结果

由表4方差分析得知：辣木核桃蛋白能量棒感官评分的回归模型显著性检验p=0.008 2＜0.01，说明模型极显著，感官评分回归模型失拟性检验p=0.074 5＞0.05，说明二次回归模型与实际试验拟合性充分，模型失拟不显著，表明此模型可用于试验拟合。辣木核桃蛋白能量棒的回归诊断表明，当决定系数R2=0.902 4，信噪比Adeq precisior=6.779，表明模型的拟合度和可信度均较高。Y的变异系数C.V.值为2.81%，说明感官评分准确度和可信度较高。综上所述，此模型拟合程度良好，试验误差小，适合用来对辣木核桃蛋白能量棒进行分析和预测。由回归系数显著性表明，在所取因素水平范围内，各因素对感官评分的影响顺序为复配核桃粉添加量（X1）＜辣木叶添加量（X2）＜复配低聚果糖添加量（X3）。

表4 回归模型方差分析表

2.2.3 辣木核桃蛋白能量棒的响应面优化

如图6可知，两因素交互作用强弱和其交互作用对响应值的影响。结合表4可知，交互项X1X2的曲面倾斜度较大，坡度较陡，且等高线呈椭圆形，较密集，说明其影响显著（p＜0.05），反之，X1X3、X2X3影响不显著，各因素间交互作用对辣木核桃蛋白能量棒的感官评分的影响大小依次为X1X2＞X2X3＞X1X3。

图6 辣木核桃蛋白能量棒的响应面优化

2.2.4 辣木核桃蛋白能量棒的最佳条件的确定和验证试验

回归模型通过响应面法得到最优辣木核桃蛋白能量棒的工艺条件：复配核桃粉中核桃蛋白粉添加量38.6 g、辣木叶粉添加量11.04 g、复配低聚果糖39.2 g。考虑实际操作情况与设备参数状况，确定辣木核桃蛋白能量棒的工艺条件：复配核桃粉中核桃蛋白粉添加量39 g、辣木叶粉添加量11 g、复配低聚果糖40 g，此时辣木核桃蛋白能量棒的感官评分为86.02±0.12分，与预测值85.59分相近，具有一定的实际应用价值。

2.3 产品理化卫生指标测定

由表5可知，辣木核桃蛋白能量棒理化指标为蛋白质14.5±0.21 g/100 g，脂肪7.4±0.34 g/100 g，能量1 028±0.45 kJ/100 g，其蛋白质含量高于多数市售能量棒，而脂肪含量明显低于市售能量棒，是一种高蛋白低脂的营养健康能量棒，可能具有更好的市场前景。

表5 相关理化指标结果

3 结论

辣木核桃蛋白能量棒最佳工艺配方为复配低聚果糖添加量40 g、复配核桃粉添加量39 g、辣木叶粉添加量11 g、产品最佳熟化时间10 min、熟化温度100 ℃。制作的辣木核桃蛋白能量棒理化指标为蛋白质14.5±0.21 g/100 g、脂肪7.4±0.34 g/100 g、碳水化合物21.6±0.26 g/100 g、能量1 028±0.45 kJ/100 g、水分11.2±0.36 g/100 g。最佳工艺下制得的辣木核桃蛋白能量棒具有浓郁的巧克力和核桃香气，咀嚼性和组织状态均较好，安全健康，感官评分达到85.59±0.12分，是一款新颖的复配产品，可为云南特色植物资源的精深加工提供参考，同时为运动营养食品的发展提供一定的研究基础。