响应面法优化藜麦多谷物代餐粉工艺

高婷婷，刘静雪，李凤林，谢天，姜丽冬，曾英男

1. 吉林农业科技学院食品工程学院（吉林 132101）；2. 吉林省酿造技术科技创新中心（吉林 132101）；3. 农业农村部国家糖料加工技术研发分中心（吉林 132101）

近年来，利用藜麦等多谷物制作成营养均衡的代餐粉，一方面可以取代高脂、高热量食物，改善营养摄入不均衡的现象，另一方面还可以调整饮食习惯、清理肠道，达到提供能量、补充营养、健康瘦身的目的[1]。莜麦、藜麦、山药等均是高蛋白、高膳食纤维、低热量的营养型粗粮，常食可以预防心血管疾病、结肠癌等，还可以降低血糖浓度、胆固醇以及类脂浓度，所以是糖尿患者、肥胖者和减肥人群的良好食物来源之一[2]。试验采用双螺杆挤出法对莜麦粉进行改性，得到的莜麦改性粉在蛋白质、碳水化合物、脂肪、膳食纤维等方面均有改变。以玉米改性粉为基准，将制得的莜麦改性粉与藜麦改性粉、山药改性粉、木糖醇等按一定比例进行混合，确定最佳工艺条件及调配配方，研制一种色泽、口感及风味都符合大多数人群食用的藜麦代餐粉，既可以达到健康减肥目的，又可以增强体质[3-4]。

1 材料与方法

1.1 材料

莜麦改性粉、玉米改性粉、藜麦改性粉、山药改性粉（实验室自制）；木糖醇（大连福益康商贸有限公司）。

1.2 仪器与设备

FA-2204C型分析天平（上海佑科仪器有限公司）；WF-30型粉碎机（江阴市优协机械制造有限公司）；筛子（上海如昂机电科技有限公司）；SLG-30型双螺杆挤出机（济南赛百诺科技开发有限公司）；BZF-50型真空干燥箱（上海鼎科科学仪器有限公司）；MB-45型快速水分测定仪（美国奥豪斯仪器有限公司）。

1.3 藜麦代餐粉单因素试验

1.3.1 莜麦改性粉添加量对藜麦代餐粉工艺的影响

以玉米改性粉为基准，在藜麦改性粉添加量为11%、山药改性粉添加量为10%、木糖醇添加量为2.0%的条件下，莜麦改性粉添加量分别为16%，18%，20%，22%和24%，依据感官评分为考核指标，考察莜麦改性粉添加量对藜麦代餐粉工艺的影响。

1.3.2 藜麦改性粉添加量对藜麦代餐粉工艺的影响

以玉米改性粉为基准，在莜麦改性粉添加量为20%、山药改性粉添加量为10%、木糖醇添加量为2.0%的条件下，藜麦改性粉添加量分别为7%，9%，11%，13%和15%，依据感官评分为考核指标，考察藜麦改性粉添加量对藜麦代餐粉工艺的影响。

1.3.3 山药改性粉添加量对藜麦代餐粉工艺的影响

以玉米改性粉为基准，在莜麦改性粉添加量为20%、藜麦改性粉添加量为11%、木糖醇添加量为2.0%的条件下，山药改性粉添加量分别为6%，8%，10%，12%和14%，依据感官评分为考核指标，考察山药改性粉添加量对藜麦代餐粉工艺的影响。

1.3.4 木糖醇添加量对藜麦代餐粉工艺的影响

以玉米改性粉为基准，在莜麦改性粉添加量为20%、藜麦改性粉添加量为11%、山药改性粉添加量为10%的条件下，木糖醇添加量分别为1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%，依据感官评分为考核指标，考察木糖醇添加量对藜麦代餐粉工艺的影响。

1.4 藜麦代餐粉响应面试验[5]

综合考察单因素试验结果，以莜麦改性粉添加量（A）、藜麦改性粉添加量（B）、山药改性粉添加量（C）、木糖醇添加量（D）作为因素，以藜麦代餐粉感官评分为考核指标，设计四因素三水平的响应面，确定藜麦代餐粉最佳工艺参数[6]。试验因素及水平见表1。

表1 响应面设计因素水平表

1.5 藜麦代餐粉感官评分标准表（参见表2）

表2 藜麦代餐粉感官评分标准表

2 结果与分析

2.1 藜麦代餐粉单因素试验

2.1.1 莜麦改性粉添加量对藜麦代餐粉感官评分的影响

莜麦改性粉添加量对藜麦代餐粉感官评分的影响结果见图1。

由图1可知，藜麦代餐粉的感官评分随着莜麦改性粉添加量增加而呈现先增加后下降趋势，莜麦改性粉添加量为16%时，产品的感官评分最低。莜麦改性粉添加量为20%时，产品的感官评分达到最高[7]。但是，莜麦改性粉添加量超过20%后，莜麦味过浓，流动性差，易结块，从而使藜麦代餐粉的感官评分降低，因此，适宜的莜麦改性粉添加量为20%。

图1 莜麦改性粉添加量对感官评分的影响

2.1.2 藜麦改性粉添加量对藜麦代餐粉感官评分的影响

藜麦改性粉添加量对藜麦代餐粉感官评分的影响结果见图2。

由图2可知，藜麦代餐粉的感官评分随着藜麦改性粉添加量增加而呈现先增加后下降趋势，藜麦改性粉添加量为7%时，产品的感官评分最低[8]。藜麦改性粉添加量为11%时，产品的感官评分达到最高。但是，藜麦改性粉添加量超过11%后，藜麦改性粉的苦味增强，滋味较差，从而使藜麦代餐粉的感官评分降低，因此，适宜的藜麦改性粉添加量为11%。

图2 藜麦改性粉添加量对感官评分的影响

2.1.3 山药改性粉添加量对藜麦代餐粉感官评分的影响

山药改性粉添加量对藜麦代餐粉感官评分的影响结果见图3。

由图3可知，藜麦代餐粉的感官评分随着山药改性粉添加量增加而呈现先增加后下降趋势，山药改性粉添加量为6%时，产品的感官评分最低。山药改性粉添加量为10%时，产品的感官评分达到最高。但是，山药改性粉添加量超过10%后，山药改性粉的黏度过高，气味过重，从而使藜麦代餐粉的感官评分降低，因此，适宜的山药改性粉添加量为10%[9]。

图3 山药改性粉添加量对感官评分的影响

2.1.4 木糖醇添加量对藜麦代餐粉感官评分的影响

木糖醇添加量对藜麦代餐粉感官评分的影响结果见图4。

结果表明，藜麦代餐粉的感官评分随着木糖醇添加量增加而呈现先增加后下降趋势，木糖醇添加量为1.0%时，产品的感官评分最低。木糖醇添加量为2.0%时，产品的感官评分达到最高[10]。但是，木糖醇添加量超过2.0%后，整体甜味变重，口感及滋味较差，从而使藜麦代餐粉的感官评分降低，因此，适宜的木糖醇添加量为2.0%。

图4 木糖醇添加量对感官评分的影响

2.2 藜麦代餐粉工艺参数的优化

2.2.1 数学模型的建立与显著性检验

依据单因素试验，运用Box-Behnken试验设计原理，以莜麦改性粉添加量（A）、藜麦改性粉添加量（B）、山药改性粉添加量（C）、木糖醇添加量（D）作为响应因素，以藜麦代餐粉感官评分（Y）为响应值设计试验，试验方案及其结果见表3[11]。

采用Design-Expert 8.0.6软件对表3进行多元回归拟合、方差分析及显著性检验，得到以藜麦代餐粉感官评分Y为目标函数，关于各条件编码值的二次回归方程为：Y=94.71-1.08A+0.60B+0.96C+0.84D+1.02AB-3.06AC+1.93AD+0.56BC+2.20BD-0.91CD-3.11A2-1.85B2-2.83C2-2.28D2。

表3 Box-Behnken中心组合试验设计及结果

对该模型进行显著性检验，可得到方差分析见表4，模型的可信度分析见表5。

表4 回归方程方差分析表

表5 回归模型的可信度分析

由表4和表5可知，模型的p＜0.000 1，远小于0.01，说明该模型极显著，回归模型与实际测定数值能够很好的拟合，试验误差较小，因此，可用回归方程代替试验真实值对试验结果进行分析，R2=94.65%，预测值与实测值之间具有高度的相关性，说明方程可靠性较高[12]。在回归模型中，A、C、D、AC、AD、BD、A2、B2、C2、D2均对响应值影响极显著，B对响应值影响显著，AB、BC、CD对响应值影响不显著。所以，影响产品感官评分因素由大到小依次为：莜麦改性粉添加量＞山药改性粉添加量＞木糖醇添加量＞藜麦改性粉添加量。

2.2.2 各因素的交互作用对藜麦代餐粉感官评分的影响

响应面图是可直观反应各因素的交互作用的三维空间曲面图。为考察各因素间的交互作用对响应值藜麦代餐粉感官评分的影响，使其中任意的2个因素不变的情况下，对模型进行降维分析[13]。由Design-Expert 8.0.6软件对其进行统计分析，所得响应面及其等高线见图5。

图5 各两因素交互作用响应面及等高线图

等高线能够直接观察出各个因素的交互作用和对响应值的影响情况[14]。等高线中的椭圆形表示两因素的交互作用比较明显，而圆形则表示两因素交互作用不太明显[15]。莜麦改性粉添加量（A）与山药改性粉添加量（C）、莜麦改性粉添加量（A）与木糖醇添加量（D）、藜麦改性粉添加量（B）与木糖醇添加量（D）之间的交互作用极显著，具体表现为等高线图呈明显的椭圆形。

2.2.3 优化莜麦改性粉工艺参数

为进一步确定最佳参数，对拟合的回归方程求分别一阶偏导数，并设其为0，得到三元一次方程如下：

求解得：A=-0.261、B=0.203、C=0.313、D=0.109。即最佳工艺参数为：莜麦改性粉添加量18.96%、藜麦改性粉添加量11.81%、山药改性粉添加量11.25%、木糖醇添加量2.11%，在此条件下藜麦代餐粉感官评分为96.53分。为了方便现实中的操作，将参数修正为莜麦改性粉添加量19%、藜麦改性粉添加量12%、山药改性粉添加量11%、木糖醇添加量2.0%。采用修正后的工艺参数进行3次验证试验，制得藜麦代餐粉感官评分为96.68分。

3 结论

试验以制得的莜麦改性粉、藜麦改性粉、山药改性粉、木糖醇为主要原料，按照一定比例确定藜麦代餐粉的最佳工艺参数。结果表明，以玉米改性粉为基准，莜麦改性粉添加量19%、藜麦改性粉添加量12%、山药改性粉添加量11%、木糖醇添加量2.0%时，藜麦代餐粉的感官评分达到最高分96.68分，此时制得的藜麦代餐粉口感及冲调性最好。影响藜麦代餐粉感官评分的因素由大到小依次为：莜麦改性粉添加量＞山药改性粉添加量＞木糖醇添加量＞藜麦改性粉添加量。