响应面法优化芋泥坚果代餐棒工艺的研究

张莉 高琪 时佳 张雅慧 李红萧 石磊

摘要：以莱阳孤芋为主要原料，加入坚果、山药粉、木糖醇制备口感和风味俱佳的芋泥坚果代餐棒。该研究采用单因素试验确定加工工艺的初始条件，再运用响应面试验对产品的配方占比以及具体的烘烤参数进一步优化，从而确定最佳的工艺条件。试验结果表明，代餐棒中各成分的最佳添加量为芋泥49%、山药粉20%、木糖醇10%、坚果21%（核桃仁、花生仁、南瓜仁、葡萄干比例为3∶3∶3∶1），代餐棒挤压成型后在124 ℃、100 min的条件下进行烘烤，此时所得产品具有表面无裂痕、色泽均匀、富有坚果的独特香气、口感酥脆等优良性状。

关键词：莱阳孤芋；坚果；山药粉；代餐棒；响应面法

中图分类号：TS201.1      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）07-0123-05

Abstract： Laiyang taro is used as the main raw material， and nuts， yam powder and xylitol are added to prepare meal bars of taro puree and nuts with excellent taste and flavor. In this study， single factor test is used to determine the initial conditions of processing technology， and then response surface test is used to further optimize the formula proportion of the product and the specific baking parameters， so as to determine the optimal technology conditions. The test results show that the optimal addition amount of each ingredient in the meal bars is 49% taro puree， 20% yam powder， 10% xylitol and 21% nuts （the ratio of walnut kernels， peanut kernels， pumpkin kernels and raisins is 3∶3∶3∶1）. After extrusion molding， the meal bars are baked at 124 ℃ for 100 min. At this time， the obtained products have excellent properties such as no cracks on the surface， uniform color， unique aroma of nuts and crisp taste.

Key words： Laiyang taro; nut; yam powder; meal bar; response surface methodology

芋頭，又称毛芋、毛艿等，在我国栽培面积较广，资源丰富[1-2]，具有消瘰散结、益气健脾等功能，属于药食同源食物[3]。莱阳孤芋为国家地理标志产品，是莱阳市特产，其个大皮薄、营养丰富，具有降血压、降血脂等功效[4]。其所含的独特的黏液蛋白，经消化吸收后可产生抗体球蛋白，从而可以增强人体免疫力。莱阳孤芋目前以直接煮食为主，精深加工产品种类极少，将其加工成芋泥坚果代餐棒，可大大增加其附加值。

核桃仁、花生仁、南瓜仁等坚果价廉物美，营养价值较高，含有极为丰富的蛋白质，磷、锌、铁等多种微量元素和丰富的不饱和脂肪酸[5]。所用山药粉源自铁棍山药，富含多糖、氨基酸、卵磷脂等，具有补肺肾、健脾胃、提高记忆力等功效[6-7]。木糖醇作为一种天然甜味剂，甜度是蔗糖的1.2倍[8-9]。木糖醇在人体内的代谢不受胰岛素的调节，但可以代谢完全，糖尿病病人食用后不会引起血糖值的波动[10-11]。在芋泥坚果代餐棒中使用木糖醇代替蔗糖，在一定程度上可以满足减肥人士和糖尿病人群的需求。

目前市场上以芋头为主要原料的代餐棒仍是空白，本研究选取优质的莱阳孤芋制成芋泥，加入山药粉以及多种坚果和果干（核桃仁、花生仁、南瓜仁、葡萄干），添加木糖醇代替蔗糖作为甜味来源，采取更为健康的低温烘烤（120～130 ℃），加工制成营养较全面且食用后可以达到一定饱腹感的芋泥坚果代餐棒，不仅可以满足不同人群对食品健康的需求，而且可以拓展莱阳孤芋的加工利用途径，同时丰富代餐食品市场。

1 材料与方法

1.1 材料

莱阳孤芋：莱阳家家悦超市；山药粉（铁棍山药）：河南省温县起源生物科技有限公司；核桃仁、花生仁、南瓜仁：云南琪澳农业有限公司；葡萄干：陕西源疆食品有限责任公司；木糖醇（食品级）：山东省福田药业有限公司。

1.2 试验仪器与设备

101-3A 型电热鼓风干燥箱 龙口市先科仪器有限公司；TD3002C型电子天平 天津天马衡基仪器有限公司；C21-WK2102型多功能电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 孤芋预处理

选择成熟、无损伤、新鲜无腐烂的莱阳孤芋，洗净，于100 ℃蒸制20 min，去皮，搅拌成泥。

1.3.2.2 坚果预处理

将核桃仁、花生仁、南瓜仁、葡萄干切分为1～2 mm的颗粒，备用。

1.3.2.3 定型

将芋泥及各种辅料混合均匀，采用模具制成直径约1 cm、长度约11 cm的代餐棒[12]。

1.3.2.4 烘烤

将代餐棒置于鼓风干燥箱中（温度为120 ℃，时间为100 min），除去多余水分，烘烤至口感酥脆，且表面平整无裂纹，色泽均匀。

1.3.2.5 冷却

烘烤完毕的代餐棒，立刻在室温条件下进行冷却。

1.3.3 单因素试验设计

1.3.3.1 烘烤温度对代餐棒品質的影响

在坚果添加量为20%、山药粉添加量为20%、木糖醇添加量为10%、烘烤时间为100 min的条件下，控制温度分别为100，110，120，130，140 ℃，对代餐棒进行烘烤，冷却至室温后，对产品进行感官评定，考察温度对代餐棒品质的影响。

1.3.3.2 烘烤时间对代餐棒品质的影响

在坚果添加量为20%、山药粉添加量为20%、木糖醇添加量为10%、烘烤温度为120 ℃的条件下，控制烘烤时间分别为80，90，100，110，120 min，烘烤结束冷却至室温后，对产品进行感官评定，考察烘烤时间对代餐棒品质的影响。

1.3.3.3 坚果添加量对代餐棒品质的影响

在山药粉添加量为20%、木糖醇添加量为10%、烘烤温度为120 ℃、烘烤时间为100 min的条件下，控制坚果添加量分别为10%、15%、20%、25%、30%，对产品进行感官评定，考察坚果添加量对代餐棒品质的影响。

1.3.3.4 木糖醇添加量对代餐棒品质的影响

在坚果添加量为20%、山药粉添加量为20%、烘烤温度为120 ℃、烘烤时间为100 min的条件下，控制木糖醇添加量分别为6%、8%、10%、12%、14%，对产品进行感官评定，考察木糖醇添加量对代餐棒品质的影响。

1.3.4 响应面试验设计

根据响应面试验设计原理[13-15]，选择烘烤温度（A）、坚果添加量（B）、木糖醇添加量（C）3个因素，每个因素分别设3个水平，运用Design-Expert V8.0.6软件进行响应面设计，对芋泥坚果代餐棒的加工工艺参数进行优化。各因素水平与编码见表1。

1.3.5 感官评价标准

选择10名具有食品专业知识的人员，对芋泥坚果代餐棒进行感官评价，包括外形、口感、色泽、气味和味道5个方面（满分100分），感官评价标准见表2。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 烘烤温度对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响

由图1可知，当烘烤温度为120 ℃时，芋泥坚果代餐棒的感官得分最高，在此温度条件下烘烤的代餐棒表面平整无裂纹，无塌陷，口感香脆，色泽均匀，有浓郁的坚果香气。当烘烤温度偏低时，代餐棒表面泛白，口感偏软，未达到酥脆的质地，坚果的香气未充分散发。随着烘烤温度的升高，当烘烤温度高于120 ℃时，代餐棒有烤焦的现象，有焦糊味，品质有所降低，产品的感官得分呈下降趋势。综上所述，在120 ℃的烘烤温度下，芋泥坚果代餐棒具有最高的感官品质。

2.1.2 烘烤时间对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响

由图2可知，当烘烤时间较短时，芋泥坚果代餐棒的感官得分较低，此时代餐棒表面色泽不均匀，有泛白的现象，代餐棒质地较软，未达到酥脆的状态，这是由于烘烤时间不充分，代餐棒中的水分含量较高，美拉德反应不完全[16-17]。随着烘烤时间的延长，当时间达到100 min时，代餐棒的感官得分最高，此时烘烤代餐棒的外形、口感、色泽等均达到最佳的状态。当烘烤时间超过100 min时，感官得分呈下降趋势，这是由于烘烤时间过长，代餐棒稍有变形，产品产生焦糊现象，有异味，降低了产品的品质。由此可知，烘烤时间为100 min时，芋泥坚果代餐棒的感官品质最优。

2.1.3 坚果添加量对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响

由图3可知，随着坚果添加量的不断增加，芋泥坚果代餐棒的感官得分也随之升高。当坚果添加量逐渐增加至20%时，代餐棒的感官得分最高，此时的代餐棒表面坚果颗粒分布均匀，无裂纹，坚果比例适当，口感酥脆，香气充足。随着坚果添加量的继续增加，感官得分明显下降，这是由于坚果的占比不断升高，芋泥的黏结力下降，代餐棒易碎，影响了代餐棒的成形性及口感，同时掩盖了芋泥的清香，所以一定程度上降低了产品的品质。综上所述，坚果的添加量在20%时最适宜。

2.1.4 木糖醇添加量对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响

由图4可知，当木糖醇添加量逐渐增加至10%时，代餐棒的感官得分最高，此时的芋泥坚果代餐棒口感香脆，甜度适中。木糖醇添加量少于10%时，产品的感官得分较低，此时代餐棒甜味偏淡，风味不佳。木糖醇添加量大于10%时，代餐棒甜味过重，明显遮盖了芋泥和坚果的香气，风味较差，降低了产品的感官品质。综上所述，当代餐棒中木糖醇的添加量为10%时感官品质最优。

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 响应面试验设计结果

根据表3的试验结果，以感官得分（Y）作为因变量，以烘烤温度（A）、坚果添加量（B）、木糖醇添加量（C）作为自变量，运用Design-Expert V8.0.6软件对数据进行回归拟合，得到方程：Y=+93.06+3.18A+2.80B－0.74C－4.07AB－0.22AC－4.77BC－3.00A2－4.99B2－5.35C2。

对方程进行显著性检验，由表4可知，回归模型的P=0.001 4<0.01，说明该模型极显著；失拟项的P=0.749 2>0.05，影响不显著，表明无失拟因素存在。回归方程的相关系数R2=0.943 2，表明该模型与实际情况拟合度较好，因此，该模型可用于进一步分析和预测代餐棒的感官得分。一次项A的P值<0.01、B的P值<0.05、C的P值>0.05，说明烘烤温度（A）和坚果添加量（B）对芋泥坚果代餐棒的感官品质影响显著，木糖醇添加量（C）的影响不显著，其中3个因素影响的主次顺序为烘烤温度（A）＞坚果添加量（B）＞木糖醇添加量（C）。

2.2.2 各因素交互作用结果及分析

运用Design-Expert V8.0.6软件对表3中的数据进行响应面分析，进一步明确3个因素之间的交互作用对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响情况。因素之间交互作用的强弱可根据等高线图的形状来分析，等高线图越接近于椭圆，说明交互作用越强烈[13-15]。

2.2.2.1 烘烤温度和坚果添加量对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响

由图5可知，随着烘烤温度的升高和坚果添加量的增加，代餐棒的感官得分呈现先升高后降低的趋势，根据三维曲面图的陡峭程度可以看出，响应面坡度较陡，说明二者对感官得分的影响较显著。由等高线呈椭圆状可知，烘烤温度和坚果添加量的交互作用十分显著。

2.2.2.2 烘烤温度和木糖醇添加量对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响

由图6可知，随着烘烤温度的升高以及木糖醇添加量的增加，代餐棒的感官得分呈现先升高后降低的趋势。根据三维曲面图的陡峭程度可以看出，响应面坡度较平缓，说明烘烤温度和木糖醇添加量对产品感官品质的影响较小；等高线近似圆形，说明二者的交互作用不显著。

2.2.2.3 坚果添加量和木糖醇添加量对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响

由图7可知，随着坚果添加量和木糖醇添加量的增加，代餐棒的感官得分呈现先升高后降低的趋势。根据三维曲面图的陡峭程度可以看出，响应面坡度较陡，因此坚果添加量和木糖醇添加量对代餐棒的感官品質影响较大。等高线形状呈椭圆形，说明坚果添加量和木糖醇添加量的交互作用极显著。

2.2.3 试验验证

根据模型预测得到芋泥坚果代餐棒的最优工艺参数为烘烤温度124.01 ℃、坚果添加量20.98%、木糖醇添加量9.67%，感官得分的预测值为94.04分。根据实际情况将上述条件调整为烘烤温度124 ℃、坚果添加量21%、木糖醇添加量10%，在此条件下做3次重复试验进行验证，所得产品感官得分的最高值为93.81，与理论预测值相近，表明响应面优化得到的芋泥坚果代餐棒的加工工艺参数具有一定的可参考性。

3 结论

本研究中，首先采用单因素试验确定了4个因素对芋泥坚果代餐棒感官品质的影响情况，确定了加工工艺的初始条件；再运用响应面分析得到芋泥坚果代餐棒的最佳工艺条件：芋泥49%、山药粉20%、坚果添加量21%、木糖醇添加量10%、烘烤温度124 ℃，经过100 min的烘烤后，将代餐棒冷却至室温，获得的产品表面平整无裂纹，呈棕黄色，色泽均匀，口感香脆，富有浓郁的芋泥和坚果的香气，甜度适宜，适合多数人群食用。

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