响应面法优化红豆杂粮面条工艺配方的研究

王宗晴 邓源喜 刘全成

（蚌埠学院食品与生物工程学院，安徽蚌埠 233030）

红豆属于杂豆类，蔬食可用[1]，被誉为粮食中的“红珍珠”[2]。红豆的蛋白质含量约为20%，其赖氨酸含量特别高，为1.8%左右。中医认为，红豆属于药食同源的食物[3]，在人体的生理和新陈代谢中扮演着非常重要的角色。对糖尿病病人来说，红豆可用于维持血糖稳定[4]。小米是一种营养丰富的全谷物食品[5]，其氨基酸模式适合人体氨基酸配比[6]。小米富含多种维生素和微量元素[7]。有学者发现，对小米粉进行挤压处理，有利于蛋白质聚集，使小米具有类似面筋蛋白的特性，利于小米挂面成型[8]。联合国粮农组织宣布2023年为“国际小米年”，以提升小米等杂粮的潜力，从而刺激小米产业的发展[9]。

面条是亚洲最普遍的一种食品，在小麦粉消费量中，有近三分之一用于加工面条。面条集食用方便、健康、耐储于一身，是我国主要食品之一。在面条原料中添加杂粮可使面条的营养更加全面，满足人们对高品质生活的需求。目前，在小麦粉中添加红豆粉和小米粉制作面条的研究比较少，为获得红豆杂粮面条的最佳工艺效果，本研究以感官评分和熟断条率为评价指标，通过单因素试验和响应面试验，并运用Design Expert 10.0软件进行数据处理，确定了红豆杂粮面条最佳工艺配方。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

小麦粉、红豆、小米、谷朊粉、食用盐、食用碱，均购于大润发超市。

1.2 仪器与设备

rz7892电子秤，安徽省宏远有限公司；N21面条机，九阳有限公司；BDC86-22W电磁炉，广东中山科技有限公司；SMF01粉碎机，苏泊尔股份有限公司。

1.3 杂粮面条制作方法

（1）工艺流程：

原料预处理→称量→和面→醒发→切条→烘干→切条→成品。

（2）操作要点：

①预处理。挑选新鲜、色泽明亮、无虫蛀的红豆和小米，清洗干净，然后进行自然风干。晾干后分别放入粉碎机中进行磨粉。

②称量。称取试验设计的面粉，红豆粉、小米粉、谷朊粉、食用盐用量。

③和面。将上一步称量的原料混合均匀，加入清水，使用和面机和面5min，搅拌至絮状。

④醒发。将上述面团静置20min进行醒发。

⑤压面。将醒好的面团放入压面机中擀开，制成的面皮表面光滑、厚度大致相同即可。

⑥烘干。采用室温烘干，烘干时间8h。

⑦成品。将烘干处理好的面条剪成22cm长，称量。采用食品等级的包装袋将其包装成最终成品。

1.4 杂粮面条单因素试验的设计

面条黏弹性、软硬度与工艺配方有很大关系。分别对红豆粉、小米粉、谷朊粉、食用盐4个因素的添加量进行控制，以感官评分和熟断条率为评分标准，研究各因素对杂粮面条品质的影响，确定其最佳添加量。

（1）红豆粉用量对杂粮面条品质的影响。以面粉数量为基准，加入10%小米粉、3%的谷朊粉、2%的食用盐，设计红豆粉添加量分别为3%、6%、9%、12%、15%。

（2）小米粉用量对杂粮面条品质的影响。以面粉数量为基准，加入上述实验得出的最佳添加量的红豆粉和3%的谷朊粉、2%的食用盐，设计小米粉添加量分别为7%、8 %、9%、10%、11%。

（3）谷朊粉用量对杂粮面条品质的影响。以面粉数量为基准，加入上述实验得出的最佳添加量的红豆粉和小米粉和2%的食用盐，设计谷朊粉添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%。

（4）食用盐用量对杂粮面条品质的影响。以面粉数量为基准，加入上述实验得出的最佳添加量的红豆粉、小米粉和谷朊粉，设计食用盐添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%。

1.5 杂粮面条响应面试验的设计

由以上试验获得各辅料最佳用量进行4因素3水平响应面试验，如表1所示。基于各种影响因子的响应面试验结果，确定最优用量。

表1 响应面试验因素水平表

1.6 杂粮面条品质评价方法

1.6.1 杂粮面条品质感官评分

参考张艳等[10]的评分方法制定面条感官评分标准（如表2）。挑选10名有面条感官评分经验的人员评分，扣除每项最高分和最低分后，以平均分作为最终得分。

表2 面条感官评分标准

续 表

1.6.2 熟断条率

参考申丽媛等[11]设计的方法，将30根同样长度的杂粮面条放入开水中煮2min，然后轻轻地将其捞出，记录断条数目，再计算熟断条率。

1.7 数据处理与分析

通过单因素试验研究红豆粉、小米粉、谷朊粉、食用盐4个因素的不同添加量对红豆杂粮面条品质的影响。用Box-Behnken模型进行进行4因素3水平响应面试验，评分标准是响应值（感官评分和熟断条率），采用Design Expert 10.0软件进行数据处理，得到二次多项式回归方程，从而得出红豆杂粮面条的最优配方。

2 结果与分析

2.1 红豆杂粮面条配方单因素试验结果

2.1.1 红豆粉最佳添加量的确定

添加红豆粉面条的感官评分和熟断条率见图1。

图1 红豆粉用量对面条质量的影响

随着红豆粉添加量的增加，面条颜色呈先逐渐明亮鲜艳后颜色不均的趋势，表面状态呈先细腻后粗糙的状态；红豆粉添加量过大，使面条味道呈现为更浓的红豆味，面条品质有所下降；加入红豆粉后，面条的韧性和弹性均有一定程度的变化，且可观察出一定的规律性。显然，红豆粉添加量9%时，感官评分最高，熟断条率最小。

2.1.2小米粉最佳添加量的确定

添加小米粉面条的感官评分和熟断条率见图2。

图2 面条品质和熟断条率与小米粉用量的影响

小米粉添加量10%时，面条韧性好，蒸煮后不黏牙，感官评分最高，熟断条率最低。小米粉添加过多时，由于小米粉本身缺乏面筋蛋白，不易形成面筋网络，因此煮制过程中混汤严重，面条品质下降，断条率有所上升。

2.1.3 谷朊粉最佳添加量的确定

添加谷朊粉面条的感官评分和熟断条率见图3。谷朊粉添加量为3%时，面条色泽较明亮、不黏牙、延伸性良好，感官评分最高，熟断条率最低；但谷朊粉添加过多时，面条硬度加大，降低了面条的适口性和咀嚼性，且蒸煮后断条数目增多，黏弹性差，感官品质下降。

图3 面条品质和熟断条率与谷朊粉用量之间的关系

2.1.4 食用盐最佳添加量的确定

在面粉中适量添加食用盐可以改良面条的质量，使得表面结构更加细腻，光泽度更好，并调整最佳蒸煮时间。添加食用盐后面条的感官评分和熟断条率见图4。

图4 面条品质和熟断条率与食用盐用量之间的关系

由图4可以看出，食用盐添加量2%时，杂粮面条的感官评分最高，熟断条率最低。在面粉中加入食用盐能使蛋白质结构得到稳定，改善面条的品质。但如果加入太多的盐，会让面条的味道变得偏咸。

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 Box-Behnken试验设计及结果

提取红豆杂粮面条感官评分和熟断条率相关数据，将二者作为响应值，利用响应面软件进行优化搭设模型。实验数据通过Design Expert 10.0软件处理，具体设计与试验结果分别见表3、4。

表3 响应面因素水平表

表4 响应面试验设计与结果

续 表

2.2.2 面条感官评分回归模型及显著性分析

采用Design-Expert 10.0软件对上表实验数据进行拟合，得到面条感官评分Y1对X1、X2、X3、X4的回归方程：

面条感官评分显著性分析见表5。

表5 感官评分响应面二次模型的方差分析

续 表

由表5方差计算结果可以判断：一次项X1、X2、X3、X4与二次项X12、X22、X32、X42为极显著，X2X3为显著；对感官评分影响程度最大的是X4，接下来依次为X1、X3、X2。用上述得到的公式对该模型进行计算，得模型P值小于0.000 1，说明模型具有很高的显著性，失拟项P值为0.791 3，大于0.05为不显著。该模型R2=0.993 7，R2（abj）=0.987 5，可以看出模型可靠性高。由此可以判断，所建立的模型对红豆杂粮面条的工艺配方进行了较为精确的分析，并得到了最接近于实际情况的结果。

2.2.3 红豆杂粮面条的感官评分响应面优化

图5、图6是利用软件分析4个因素（红豆粉、小米粉、谷朊粉以及食用盐）添加量的改变对红豆杂粮面条感官评分影响的曲面图和等高线图。

（1）图5是加入3%谷朊粉和2%食用盐（这2个因素添加量保持不变），改变红豆粉和小米粉添加量进行实验生成的曲面图和等高线图，以研究面条感官品质情况。

由图5可以清楚地看到三维曲线图的总体倾角很大，呈现出斜坡的形状，尤其是当加入9%红豆粉和10%小米粉时，在该条件下制作出的红豆杂粮面条蒸煮后口感细腻，具有红豆香味，感官评分最高。等高线变化趋势较为明显，总体呈椭圆形，说明加入红豆粉和小米粉后面条的黏弹性和顺滑性有所提升。

图5 红豆粉、小米粉添加量与面条质量感官评分的关系

（2）图6是加入10%小米粉和2%食用盐（这2个因素添加量保持不变），改变红豆粉与谷朊粉添加量进行实验生成的曲面图和等高线图，以研究面条感官品质情况。

图6 红豆粉、谷朊粉添加量与面条质量感官评分的关系

由图6可以看出，加入9%红豆粉和3%谷朊粉时，面条的质量等级较好，感官评分最高。3D曲面图有一定的倾斜度和坡度，等高线变化趋势较快，其形状趋近于椭圆形，说明红豆粉与谷朊粉添加量有所变化会影响面条的质量等级。

（3）加入10%小米粉和3%谷朊粉（这2个因素添加量保持不变），改变红豆粉与食用添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，加入9%红豆粉和2%食用盐时，制作的面条各方面表现状态良好，感官评分最高。3D曲面图的斜率非常大，外形趋近于山坡型，较为陡峭。等高线外形趋于椭圆。因此可以推断，制作面条时，红豆粉和食用盐之间不同的添加量会在一定程度上影响面条的品质。

（4）加入9%红豆粉和2%食用盐（这2个因素添加量保持不变），改变小米粉和谷朊粉添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，小米粉添加10%、谷朊粉3%时，制作的面条韧性好、黏弹性良好，感官评分最高。3D曲面图较为陡峭，形状趋近于山坡。等高线变化较快且外形呈椭圆形。由此说明改变小米粉与谷朊粉的添加量会对面条的口味、香气、韧性都有一定影响。

（5）加入9%红豆粉和3%谷朊粉（这2个因素添加量保持不变），改变小米粉和食用盐添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，加入10%小米粉和2%食用盐时，面条颜色均匀，表面光滑而且蒸煮后的面条软硬适中，感官评分最高。3D图倾角大，表现为较陡的斜坡，同时相应的等高线外形呈椭圆形，表明研究的该因素确实会对面条的感官指标产生影响。

（6）加入9%红豆粉和10%小米粉（这2个因素添加量保持不变），改变谷朊粉和食用盐添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，加入3%谷朊粉和2%食用盐时，面条蒸煮后表现状态较好，感官评分最高。3D曲面图呈现出较为陡的斜坡状，等高线变化大且快，同时其轮廓为椭圆。因此谷朊粉、食用盐之间添加量的变化会影响到面条的光滑性、软硬度以及蒸煮后状况。

2.2.4 面条熟断条率回归模型及显著性分析

由表6所列出的试验结果可知，通过二次多项式回归拟合模型，使用响应面软件对数据进行处理与分析，得出公式：

表6 断条率响应面方差分析表

熟断条率=2.20-0.75X1-3.92X2-2.00X3-1.33X4+2.25X1X2-2.00X1X3+2.00X1X4+0.25X2X3+2.75X2X4-1.75X3X4+3.28X12+7.53X22+9.15X32+11.15X42

通过运用Prob＞F检验，对回归模型中各原料用量的影响进行了研究。数据显示，一次项X1、X2、X3、X4与交 互 项X1X2、X1X3、X1X4、X2X4、X3X4和 二 次项X12、X22、X32、X42表现为极显著。在不同因素下，各因素添加量对蒸煮后面条断条率的影响依次为：小米粉＞谷朊粉＞食用盐＞红豆粉。表格中实验设计的模型P值＜0.01，极显著；失拟项P=0.220 2＞0.05，不显著。该模型R2=0.996 7，R2（adj）=0.993 4，说明得出的方程有价值，能充分反映实际情况。

2.2.5 面条熟断条率响应面优化

同样，利用软件分析4个因素（红豆粉、小米粉、谷朊粉以及食用盐）添加量的改变对红豆杂粮面条熟断条率影响的曲面图和等高线图，它清楚地显示了各因素交互作用对响应值的影响，体现了原料添加量与面条蒸煮后断条数目有密切的相关性，等高线变化快说明此因素影响大。

（1）加入3%谷朊粉和2%食用盐（这2个因素添加量保持不变），改变红豆粉和小米粉添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，加入9%红豆粉和10%小米粉时，面条的熟断条率最低，但等高线变化大且快，其轮廓为椭圆，说明该因素会对面条熟断条率有很大影响。

（2）加入10%小米粉和2%食用盐（这2个因素添加量保持不变），改变红豆粉与谷朊粉添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，加入9%红豆粉和3%谷朊粉时，面条熟断条率最低。3D曲面图的倾角大，等高线变化较快，形状趋于椭圆。说明改变红豆粉与谷朊粉之间的添加量，会影响到面条的熟断条率。

（3）加入10%小米粉和3%谷朊粉（这2个因素添加量保持不变），改变红豆粉和食用盐添加量进行实验生成的曲面图和等高线图，（图略）。由图可以看出，在面粉中加入9%红豆粉和2%食用盐时，面条熟断条率最低。3D曲面图具有较大的倾斜度并且外形似山谷，同时等高线形状为椭圆，说明研究的该因素确实会影响到面条熟断条率的大小。

（4）加入9%红豆粉和2%食用盐（这2个因素添加量保持不变），改变小米粉和谷朊粉添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，当小米粉添加量10%，谷朊粉添加量3%时，此配方下面条熟断条率最低。3D曲面图较为凹陷且倾斜，外形类似于山谷，等高线整体偏向于椭圆形，由此说明红豆杂粮面条的熟断条率与此因素关系密切。

（5）加入9%红豆粉和谷朊粉3%（这2个因素添加量保持不变），改变小米粉和食用盐添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，加入10%小米粉和2%食用盐时，此配方下面条熟断条率最低。3D曲面图凹陷程度较大，等高线变化大且快，其轮廓呈现为椭圆。

（6）加入9%红豆粉和10%小米粉（这2个因素添加量保持不变），改变谷朊粉与食用盐添加量进行实验生成的曲面图和等高线图（图略）。由图可以看出，加入3%谷朊粉和2%食用盐制作面条熟断条率最低。3D曲面图倾角大，斜率大；等高线变化快，外形轮廓呈椭圆形，表明研究的该因素会显著的影响面条熟断条率。

2.3 红豆杂粮面条配方的优化及验证验

通过响应面软件分析实验数据，得出红豆杂粮面条最佳工艺配方：红豆粉8.75%，食用盐1.97%，谷朊粉3.00%，小米粉10.14%。采用该软件建立的模型中感官评分预测值93.65分，熟断条率预测值为1.85%。为进一步检验该模型得出的配方是否合理，按照上述最佳配方进行3次平行试验。试验结果表明，红豆杂粮面条各项感官指标较好，为92.5分，熟断条率为2%。预测值与试验数据相差不大，说明响应面法得出的工艺配方各参数具有实际意义。此配方下制作的面条咀嚼性好，不黏牙，颜色也较为均匀，面条熟断条率低，具有红豆芳香气味。

3 结论

在单因素试验的基础上，通过响应面实验分析数据，选用Box-Behnken模型对红豆杂粮面条工艺配方进行优化。用软件分析的方法所建立的模型及回归方程是符合实际情况的。红豆杂粮面条最佳工艺配方为：以面粉用量最为基准，红豆粉8.76%，小米粉10.14%，谷朊粉3.00%，食用盐1.97%。经过验证试验证明响应面实验结论较为准确，此时制得的面条各项感官指标良好，蒸煮后不黏牙，软硬度适中，而且蒸煮后断条率较低，面条的质量等级好。