响应面法优化软糯口感的粉圆制作配方

苏可珍　唐月登　王玉牛　胡聪　谢林梦　宋贤良

摘要：【目的】優化粉圆配方工艺条件，为软糯口感粉圆的加工生产提供技术支持。【方法】以木薯淀粉为原料，以感官评分和质构参数为评价指标，在单因素试验基础上，利用Design-Expert 8.0.6进行响应面分析，并建立二次多项式数学模型，依据回归分析确定粉圆最优工艺条件。【结果】建立了感官评分（Y）对羧甲基纤维素钠添加量（A）、黄原胶添加量（B）和瓜尔豆胶添加量（C）的二次回归方程：Y=89.9-0.18A-0.79B-0.22C+0.36AB+0.92AC+2.06BC-1.78A²-2.14B²-1.03C²。各因素对粉圆感官评价的影响排序为黄原胶添加量>瓜尔豆胶添加量>羧甲基纤维素钠添加量;黄原胶添加量与瓜尔豆胶添加量的交互作用对粉圆感官品质影响极显著（P<0.01），羧甲基纤维素钠添加量与瓜尔豆胶添加量的交互作用影响显著（P<0.05）。粉圆制作的最优配方为：预糊化淀粉添加量0.07%、羧甲基纤维素钠添加量0.08%、黄原胶添加量0.05%、瓜尔豆胶添加量0.05%，在此条件下，粉圆感官评分91.4分，与模型预测值（89.9分）接近，且弹性（0.671）、咀嚼性（426.5 gf）、硬度（807.2 gf）、粘结性（1644 gf·mm）和内聚性（0.788）等质构数据相对较好。【结论】通过响应面试验优化的粉圆制作配方可有效提高粉圆感官品质，表现出粉圆感官与质构特性的关系，建立的回归模型可靠，可为实际生产提供理论依据和预测。

关键词： 粉圆;感官品质;质构;响应面;工艺优化

中图分类号： S533.099                          文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2022）02-0516-10

Response surface methodology for the optimization of soft waxy taste from Fenyuan processing formula

SU Ke-zhen TANG Yue-deng WANG Yu-niuHU Cong XIE Lin-mengSONG Xian-liang

（1Pilot Food Co.，Ltd.，Guangzhou  510805， China; 2Food College， South China Agricultural University， Guangzhou  510640， China）

Abstract：【Objective】To obtain an optimized formula and process conditions in order to provide technical support for the processing and production of soft，waxy Fenyuan. 【Method】With cassava starch as the raw material and sensory score and texture parameters as indicators，on the basis of a single factor test，Design-Expert 8.0.6 was used for response surface analysisand a quadratic polynomial mathematical model was established to determine the optimal process conditions of Fenyuan according to regression analysis. 【Result】The quadratic regression equation of sensory score（Y） on the amounts added of sodium carboxymethyl cellulose（A），xanthan gum（B） and guar gum（C） was established：Y=89.9-0.18A-0.79B-0.22C+0.36AB+0.92AC+2.06BC-1.78A²-2.14B²-1.03C². The order of the effects of various factors on the sensory evaluation was xanthan gum>guar gum>sodium carboxymethyl cellulose. The interaction between xanthan gum and guar gum had extremely significant effect on the sensory quality（P<0.01）， and the interaction between sodium carboxymethyl cellulose and guar gum had significant effect（P<0.05）. The optimal formula for making Fenyuan was as follows：0.07% pregelatinized starch，0.08% sodium carboxymethyl cellulose，0.05% xanthan gum and 0.05% guar gum. Under these conditions，the sensory score of Fenyuan was 91.4， which was close to the predicted value of the model（89.9）. The texture data of elasticity（0.671），masticatory（426.5 gf），hardness（807.2 gf），adhesion（1644 gf·mm） and cohesiveness（0.788） are relatively good. 【Conclusion】The response surface method can effectively improve the sensory quality of Fenyuan，and reveal the relationship between its sensory and texture characteristics. The regression model is reliable and provides a theoretical basis and prediction for actual production.

Key words： Fenyuan; sensory quality; texture; response surface; process optimization

Foundation items：Guangdong Natural Science Foundation（2019A1515011977）;Guangdong Province Key Resear-ch and Development Plan Project（2020B020225006）

0 引言

【研究意义】木薯是世界三大薯类和六大粮食作物之一，也是一种热带植物（El-Sharkawy，2004;Staack et al.，2019），主要分布于华南地区，广东和广西的种植面积最大，2018年我国木薯淀粉年产量为26.27万t（王晨曦等，2017;黄海胜等，2021）。木薯块根种植8个月后可收获，可保存在地下直至需要时取用，故有“饥荒储粮库”的美称（黄洁等，2006）。鲜木薯中的碳水化合物含量25%～36%，其中主要是淀粉，78%～83%是支链淀粉，抗性淀粉高达75.38%（Rolland-Sabaté et al.，2011）。木薯维生素C和维生素B1～B3水平在三大薯类中均较高，其中维生素C含量达15～50 mg（钟永恒等，2019）。木薯矿物质如铁、钾、镁、铜、锌和锰含量与许多豆类相当，其中钙含量相对较高，其范围在15～35 mg/100 g可食用部分。木薯高支链淀粉和高抗性淀粉保水性及抗老化效果好，加工的食品在小肠内几乎不被消化，具有膳食纤维的功效，且低脂、低糖、饱腹感强，有利于控制体重、平衡血糖、改善肠胃微环境和调节心律等功效（Montagnac et al.，2009;Adenle et al.，2012）。木薯淀粉具有软糯的口感（林立铭等，2020），在加水遇热煮熟后呈透明状，贮藏过程中极易出现老化沉淀（李明娟等，2020），可通过加入安全的食品添加剂来延缓老化，增强口感。因此，优化木薯粉圆的加工工艺并对其感官品质与质构特性进行研究，对不同口感的粉圆开发利用具有重要意义。【前人研究进展】木薯淀粉在近些年来被广泛应用于食品、生物质、包装材料、医药和化工等领域（付海天等，2010;Bersaneti et al.，2016;Ma et al.，2017;陈雪华等，2021）。在食用方面，吃粗粮和杂粮反而流行成为一种健康的生活方式，木薯淀粉的工业化产品越来越丰富，如木薯粉丝、木薯糍粑等，也可与其他类型的淀粉混合使用，如应用在饼干类焙烤食品、面条、早餐谷物、珍珠奶茶中的粉圆等产品中（Kaur et al.，2016;段春芳等，2017;闵二虎等，2020）。丁兴华（2012）通过单因素试验和正交试验得到红豆包芯珍珠粉圆最佳配方，羧甲基纤维素钠和木薯淀粉均增加粉圆表皮的稳定性，不易破损;谷绒和董道顺（2014）用桂圆浓缩汁与醋酸酯淀粉、羟甲基纤维素钠通过正交试验优化得到组织状态良好、口感润滑的粉圆;王德萍等（2021）通过正交优化试验确定番茄红素珍珠粉圆的最佳工艺配方，并研发出番茄红素珍珠粉圆苏打水饮料产品，有利于粉圆的综合利用与开发。【本研究切入点】目前，粉圆的制作工艺多采用单因素或正交试验在口味上进行研究，缺少对因素间交互作用影响的研究;且根据市场调查，软糯口感的粉圆更受市场欢迎，因此通过添加变性淀粉和食品添加剂来提高粉圆的软糯特性，获得口感与质构较佳的工艺配方。【拟解决的关键问题】在单因素试验的基础上，采用响应面法优化粉圆制作工艺条件，为木薯淀粉粉圆制作的加工技术水平提高和高值化利用提供技术支持。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

木薯淀粉购自广州市果美味食品有限公司，预糊化淀粉购自滕州市香凝生物工程有限责任公司，羧甲基纤维素钠购自上海申光食用化学品有限公司，瓜尔豆胶购自北京瓜尔润科技股份有限公司，黄原胶购自新疆梅花氨基酸有限责任公司。主要仪器设备：JJ2000型电子天平（常熟市双杰测试仪器厂）、C21-RK210S型多功能电磁炉（广东美的生活电器制造有限公司）、DZ-942型三格锅（卢兴品牌工厂）和EZ-X型质构仪（日本岛津公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 粉圆制作 木薯淀粉和适量变性淀粉及稳定剂混匀（变性淀粉和稳定剂均按木薯淀粉质量百分比添加），将混匀后的木薯淀粉与水按质量比2∶1混匀并揉搓成团;之后压入小方格硅胶模具中，使其形成若干个体积为1 cm³的小团并搓成圆。将制作好的粉圆放入沸水中煮制25 min，焖25 min，捞出粉圆洗掉浓稠的汤液，放入冷水中用于品质分析。

1. 2. 2 单因素试验设计 分别设定预糊化淀粉添加量为0.03%、0.05%、0.07%、0.10%和0.15%;羧甲基纤维素钠添加量为0.05%、0.07%、0.10%、0.15%和0.20%;黄原胶添加量为0.03%、0.05%、0.07%、0.10%和0.15%;瓜尔豆胶添加量为0.03%、0.05%、0.07%、0.10%和0.15%。在固定其他3种稳定剂用量下，对剩余1个稳定剂的不同添加量进行比较，各因素的固定水平分别为煮制时间25 min、焖25 min、预糊化淀粉添加量0.07%、羧甲基纤维素钠添加量0.10%、黄原胶添加量0.10%、瓜尔豆胶添加量0.10%。考察预糊化淀粉、羧甲基纤维素钠、黄原胶和瓜尔豆胶的添加量對粉圆感官品质与质构性质的影响。

1. 2. 3 响应面试验 在单因素试验的基础上，通过SPSS 19.0进行方差分析，选择对粉圆感官品质与质构性质有显著影响的因素，利用Design-Expert 8.0.6中的Box-Behnken设计方法进行3因素3水平的响应面优化试验，以优化粉圆制作配方，再将最优配方制作的粉圆与市场产品进行比较。响应面试验因素水平设计如表1所示。

1. 2. 4 指标测定

1. 2. 4. 1 感官评价 选择10名经过专业感官培训的人员组成感官品评专家小组，根据感官评价标准（表2）进行评分。

1. 2. 4. 2 质构测定 选用P36R圆柱形探头全质构分析，测试程序为Compression，根据质构测定的预试验结果稳定性，对测定结果进行对比，最终确定粉圆质构测定的条件：压缩比50%、测试前速2 mm/s、测试中速5 mm/s、测试后速5 mm/s、停留时间2 s，平行测定3次，取平均值。

1. 3 统计分析

各试验数据均重复测定3次，所有试验数据经Excel 2012整理，IBM SPSS Statistics 26进行方差分析，Origin Pro 8.5制图，并以Design-Expert 8.0.6对响应面模型进行回归分析。

2 结果与分析

2. 1 单因素试验结果

2. 1. 1 预糊化淀粉添加量对粉圆感官品质与质构特性的影响 从图1可看出，随着预糊化淀粉添加量的增加，粉圆的感官评分先增大后减小，在添加量为0.07%时达最大值（82.2分）。预糊化淀粉添加量从0.03%到0.15%的感官评分无显著差异（P>0.05，下同）。从表3可看出，随着预糊化淀粉添加量的增加，粉圆的弹性、粘结性和内聚性呈减小趋势，而添加量为0.05%～0.07%时，咀嚼性和硬度相对较大。因为预糊化淀粉受热氢键断裂，水分进入微晶间隙，吸水膨胀，形成均匀的网络凝胶结构，从而对粉圆的感官品质和质构特性有良好的改善;当添加量过多时，会与木薯淀粉和其他稳定剂竞争水分，无法吸收足够的水导致预糊化淀粉不能完全膨胀，不利于網络凝胶结构形成，使粉圆硬度和咀嚼性下降。

2. 1. 2 羧甲基纤维素钠添加量对粉圆感官品质与质构特性的影响 从图2可看出，随着羧甲基纤维素钠添加量的增加，粉圆的感官评分呈先上升后下降的变化趋势，当添加量为0.10%时，感官评分最高（86.8分）;通过显著性分析可知，羧甲基纤维素钠添加量的变化对粉圆的感官品质影响显著（P<0.05，下同）。由表4的质构分析结果可知，随羧甲基纤维素钠添加量的增加，粉圆的咀嚼性、硬度和粘结性总体上呈增大趋势，弹性呈先增后减的变化趋势。因为羧甲基纤维素钠是纤维素衍生物，在分子链中有大量的亲水性基团如羟基和羧甲基钠，与淀粉混合形成分子间稳定的三维网状结构，提高粉圆的黏度，煮出来的粉圆表面光滑，不变形，口感爽滑;但继续增加羧甲基纤维素钠用量会使粉圆黏度增加，均匀性和弹性下降，从而影响粉圆的弹性和咀嚼性（蒋光阳等，2020）。

2. 1. 3 黄原胶添加量对粉圆感官品质与质构特性的影响 从图3可看出，随着黄原胶添加量的增加，粉圆的感官评分先缓慢上升，当添加量为0.05%时，感官评分最高（88.2分），显著高于除0.03%之外的其他添加量;继续增大添加量，感官评分显著下降，尤其是添加量达0.10%后，感官评分下降较快，总体上黄原胶添加量对粉圆感官品质影响显著。表5的质构分析结果表明，随着黄原胶添加量的增加，弹性和内聚性总体呈下降趋势，硬度有增大趋势，这是由于黄原胶是阴离子性亲水胶体，带负电荷;木薯淀粉也带负电荷，两者均能与水分子作用形成氢键，同时带负电荷的木薯淀粉与带负电的黄原胶侧链之间产生排斥作用，从而使粉圆的弹性下降，硬度增大（Lee et al.，2002;贺圣凌等，2018）。

2. 1. 4 瓜尔豆胶添加量对粉圆感官品质与质构特性的影响 由图4可知，瓜尔豆胶添加量从0.03%到0.05%递变时，粉圆的感官评分显著上升，在添加量为0.05%时达最大值（85.7分）;添加量从0.05%到0.15%递变时感官评分逐渐下降。瓜尔豆胶添加量0.05%、0.07%和0.10%的感官评分之间无显著差异。从表6可看出，随着瓜尔豆胶添加量的增加，粉圆的咀嚼性、硬度和粘结性呈先增大后减小的变化趋势，弹性则不断减小，内聚性相对稳定。由于瓜尔豆胶中半乳糖含量较高，淀粉与水易结合，胶体与淀粉之间协同增稠作用达最大值;但继续增加添加量时胶体阻碍直链淀粉的渗出，削弱直链淀粉重排，且瓜尔豆胶与淀粉竞争性吸水，影响淀粉糊化，使复配体系的硬度、咀嚼性和粘结性降低，整体感官评分也下降（Aravind et al.，2011;刘静等，2021）。

2. 2 响应面分析结果

2. 2. 1 二次多项回归方程的建立 在单因素试验的基础上，通过IBM SPSS Statistics 26方差分析，发现羧甲基纤维素钠添加量（A）、黄原胶添加量（B）和瓜尔豆胶添加量（C）3个因素对粉圆感官品质与质构特性的影响最显著，因此选择这3个因素为自变量，以粉圆感官评分（Y）为考察指标进行响应面试验，试验方案及感官评分和质构测定数据见表7。在3个因素交互作用的影响下，弹性、咀嚼性、硬度、粘结性和内聚性变化基本在单因素正常范围内。通过Design-Expert 8.0.6对感官评分试验结果进行拟合分析，得到二次回归方程：Y=89.9-0.18A-0.79B-0.22C+0.36AB+0.92AC+2.06BC-1.78A²-2.14B²-1.03C²。

2. 2. 2 响应面回归模型方差分析 回归模型方差分析结果见表8，模型P=0.0002<0.01，表明回归模型具有良好的显著水平;失拟项P=0.8201>0.05，不显著，说明回归方程和实际结果较吻合，试验误差小，可用建立的回归方程对试验结果进行分析（张柳婷等，2021）;决定系数R²=0.9668，调整系数RAdj2=0.9241，具有很高的线性关系，回归方程能准确反映各因素对粉圆感官评分的影响。各项方差分析结果表明，模型的一次项B、二次项A²、B²、C²和交互项BC对粉圆的感官评分影响极显著（P<0.01，下同）;交互项AC有显著影响。根据F值大小，各因素对粉圆感官评分影响的排序为B>C>A，即黄原胶添加量>瓜尔豆胶添加量>羧甲基纤维素钠添加量。

2. 2. 3 响应曲面三维图和等高线分析 在等高线分析图中，同一等高线上的所有点数值相同，等高线的形状和密集程度可反映各个因素之间交互作用的显著性，形状越呈椭圆则越显著，反之呈圆形不显著。在三维响应图中，曲面越陡峭，倾斜度越大则表明各个因素之间交互作用对响应值的影响越大，反之则较小（曹培杰等，2019;郭燕等，2021）。

各因素间的交互作用如图5～图7所示，AB等高线较稀疏，形状偏圆形，响应面坡度较平缓;AC和BC等高线较密集，形状呈椭圆形，响应面坡度较陡峭，说明羧甲基纤维素钠添加量与瓜尔豆胶添加量、黄原胶添加量与瓜尔豆胶添加量的交互作用对粉圆感官评分影响显著，而羧甲基纤维素钠添加量与黄原胶添加量对粉圆感官评分影响不显著。黄原胶响应面的陡峭程度大于瓜尔豆胶和羧甲基纤维素钠，瓜尔豆胶的陡峭程度大于羧甲基纤维素钠，说明黄原胶添加量对粉圆感官评分的影响最大，其次为瓜尔豆胶添加量，羧甲基纤维素钠添加量对粉圆感官评分的影响最小，与表8的方差分析结果一致，表明回归模型的可靠性与真实性。

2. 3 制备工艺优化及验证试验结果

Design-Expert 8.0.6对回归模型进行分析，获得最佳工艺参数为：羧甲基纤维素钠添加量0.08%、黄原胶添加量0.05%、瓜尔豆胶添加量0.05%，粉圆感官评分的预测值为89.9分。为验证模型预测理论值的准确性和真实性，在此条件下进行验证试验，做3次平行试验，获得综合评分为91.4分，与理论预测值误差1.5分，质构各方面数据相对较好，弹性0.671、咀嚼性426.5 gf、硬度807.2 gf、粘结性1644 gf·mm、内聚性0.788，在单因素范围内;且制得粉圆口感软糯，获得理想结果，延缓老化效果明显，说明响应面优化得到的工艺优化条件具有一定的可行性。

将优化粉圆配方与市场上4家不同奶茶店（哇哈哈、书亦烧仙草、喜茶和茶百道）的小料粉圆相比较，结果表明，本研究优化配方制作的粉圆感官评分最高（图8），弹性和内聚性与产品A和B相差不大，粘结性最高，而较低的咀嚼性和硬度可减少咬合，使软糯的口感俱佳，更受欢迎（表9）。

3 讨论

目前市场对软糯口感粉圆的需求量逐渐增大，粉圆的制作工艺存在对粉圆稳定性及各种变性淀粉或食品添加剂与木薯淀粉之间交互作用不明显等问题，因此根据粉圆感官评价及质构性质研发出一种受欢迎口感俱佳的工艺十分必要。研究表明，亲水胶体不仅能改变淀粉基食品的糊化特性、质构性质及流变性，还可延缓淀粉的老化回生。其中羧甲基纤维素钠作为聚阴离子线性高分子，具有良好的分散、增稠及保持水分等性能，延缓老化时间（贾春利等，2012），也能与其他各种稳定剂进行复配，具有增效作用。黄原胶对粉圆的影响最大，与淀粉竞争吸附水分，同时会与直链淀粉通过氢键结合，使粉圆口感更加柔和（刘敏等，2018）。瓜尔豆胶水溶性好，吸水性强，黏度高，老化时间短，与其他胶体有良好的协同增效作用，在马铃薯—小麦混合粉面团质构有很好的体现（陈前等，2020）。

本研究以预糊化淀粉、羧甲基纤维素钠、黄原胶和瓜尔豆胶添加量为考察因素，以感官评分及质构为评价指标，通过响应面试验优化粉圆制作工艺条件。结果表明，羧甲基纤维素钠、黄原胶及瓜尔豆胶添加剂胶体对粉圆弹性、咀嚼性、硬度、粘结性和内聚性有改善作用，对蒸煮及冷却稳定性、软糯口感、延缓老化有积极的显著性影响。丁兴华（2012）在单因素试验的基础上利用正交试验优化了红豆包芯珍珠粉圆的工艺配方，改善了粉圆口感粗糙、风味差、速冻加工后开裂等现象;谷绒和董道顺（2014）制作出大小均匀、表面光滑的桂圆珍珠粉圆，但对粉圆的质构特性未进行分析;王德萍等（2021）研制一种新型番茄红素珍珠粉圆苏打水，结果表明高酰基结冷胶添加量对番茄红素珍珠粉圆苏打水感官评分的影响显著，可以看出添加剂胶体对粉圆的品质具有明显改善效果。利用响应面的方法优化工艺条件，能明确找出各个因素之间的交互作用，将模型预测值與实际值作比较，确保了结果的可靠性。此外，将优化后的配方与市场上现有的产品进行比较，发现较低的弹性、咀嚼性及内聚性会影响咬合口感，硬度及粘结性也不宜过高。采用SPSS 19.0对各因素不同水平下的试验数据进行方差分析，结果表明羧甲基纤维素钠、黄原胶及瓜尔豆胶添加量对粉圆软糯口感影响显著，响应面结果表明黄原胶添加量是影响粉圆软糯口感的主要因素，羧甲基纤维素钠和瓜尔豆胶添加量的影响相对较小;黄原胶添加量与瓜尔豆胶添加量的交互作用影响极显著，羧甲基纤维素钠添加量与瓜尔豆胶添加量的交互作用影响显著，羧甲基纤维素钠添加量与黄原胶添加量的交互作用不显著。由此可见，黄原胶能有效改善淀粉之间的性质，提高粉圆的持水能力，各种胶体的混和使粉圆表面更加光滑，稳定性好，延缓老化，口感风味俱佳。本研究结果能为粉圆口感、理化性质及淀粉抗老化机理研究和实际应用提供更多参考信息。

4 结论

本研究在单因素试验的基础上，采用响应面分析法优化获得粉圆制作工艺配方为预糊化淀粉添加量0.07%、羧甲基纤维素钠添加量0.08%、黄原胶添加量0.05%和瓜尔豆胶添加量0.05%，在此条件下粉圆的感官评分为91.4分，与预测值89.9分接近。表明利用响应面法建立的回归模型对粉圆的感官品质具有良好的预测作用，且制得的粉圆口感软糯，不粘牙，不硬性、抗老化效果好，可为木薯粉高值化利用提供理论依据。

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（責任编辑 罗 丽）