基于变异系数法的马铃薯代餐棒响应面优化研究.pdf

第10 期（总第58 5期）2023年10 月文章编号：16 7 1-9 6 46（2 0 2 3）10 a-0019-05基于变异系数法的马铃薯代餐棒响应面优化研究农产品加工Farm Products ProcessingNo.10Oct.闫泽华1，张乐道2（1.河南质量工程职业学院食品与化工学院，河南平顶山46 7 0 0 0；2.内蒙古科技大学生命科学与技术学院，内蒙古包头0 140 10)摘要：以马铃薯雪花粉为主要原料，研制出马铃薯代餐棒，为马铃薯的开发利用提供一条新的途径。首先，通过单因素试验研究雪花粉添加量、烘烤时间和烘烤温度对马铃薯代餐棒品质的影响，以感官评分、质构检测和总色差为试验指标。各个指标的综合评分通过变异系数权重法得到，选出各个因素的最优水平；参考单因素试验结果，运用中心组合设计响应面方法，将响应面试验的因素确定为马铃薯雪花粉添加量、烘烤时间、烘烤温度，建立各因素与综合评分的二次回归数学模型，得出马铃薯代餐棒研制的最佳参数组合为马铃薯雪花粉添加量55.33%，烘烤时间12 min，烘烤温度为上火温度17 5，下火温度18 5。关键词：代餐棒；马铃薯雪花粉；响应面法；变异系数中图分类号：TS213.24Study on Response Surface Optimization of Potato Substitute Bar Based(1.School of Food and Chemical Engineering,Henan Quality Polytechnic,Pingdingshan,Henan 467000,China;2.School of Life Science and Technology,Inner Mongolia University of Science and Technology,Abstract:This paper took potato snow pollen as the main raw material.The potato substitute bar was developed to provide anew way for the development and utilization of potato and to meet the consumption needed of modern public.The effects ofsnowflake powder addition ratio,the proportion of egg yolk powder,baking time and baking temperature on the quality ofpotato substitute bar were studied by single-factor experiment,the test indexes include sensory score,test data of physicalproperties and color difference,and the weight method of coefficient of variation was used to calculate the comprehensive scoreof each index,and the optimum level of each factor was selected.Referring to the results of the single factor test,the responsesurface method was determined by the central combination design method,the factors of response surface test were determinedas the proportion of adding snow pollen,baking time and baking temperature,and the quadratic regression mathematicalmodel of each factor and comprehensive score was established to get the best parameter combination:potato flake powder ofadding proportion was 55.33%,curing time of 12 min,baking temperature for heat temperature 175,t h e t e mp e r a t u r e o f185.Key words:substitute bar;potato snow pollen;response surface method;coefficient of variation文献标志码：Aon Coefficient of Variation MethodYAN Zehua,ZHANG Ledao?Baotou,Inner Mongolia 014010,China)doi:10.16693/ki.1671-9646(x).2023.10.005现代生活方式导致的肥胖已经成为一种普遍现象，低能量食品成为肥胖者和减肥人群的首选 1-2 1,因此有关代餐食品的研究越来越多 3-4，人们在寻找一种既能提供人们所需的基本营养物质又不会造成人体肥胖的食品，如低能量饼干、代餐棒、代餐粉等 5-。马铃薯雪花粉，作为一种既富含各种营养物质又有多种保健功能的食品原料，可作为复合薯片、膨化薯条及其他食品的原料17-8，但只是作为添加剂或辅助原料使用，以马铃薯雪花粉作为主要原料的收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 3作者简介：闫泽华（19 8 3一），女，硕士，讲师，研究方向为农产品加工技术。开发目前还没有相关的研究9，使马铃薯的开发价值不能发挥到最大。变异系数法是一种适合于多指标评价的数学统计方法。根据各指标数据信息进行标准化处理，从而计算各指标的权重，比较客观公正，避免了人为赋值的主观性。由于每个指标单位不同，变异系数法需要进行量纲的消除，得出各指标在试验中的相对重要程度 10-1。变异系数法应用广泛 2 ，但在食品方面却不多见，采用变异系数法评定马铃薯代餐棒20的品质具有一定的研究价值。试验以马铃薯雪花粉为主要原料，且在不添加过多辅料的基础上，研制出一种马铃薯代餐棒，该产品不仅能丰富当前市场上代餐食品的种类，且促进了马铃薯的深加工，推动马铃薯主粮化战略。先进行单因素试验，指标评价采用变异系数权重法，然后根据单因素试验结果，选定3个因素进行三因素三水平的响应面试验，探究马铃薯代餐棒的最优工艺组合。1材料与方法1.1材料与设备马铃薯雪花粉，康莱纳（内蒙古）食品有限公司提供；高筋粉，滨州中裕食品有限公司提供；小苏打，安琪酵母股份有限公司提供；红日鸡蛋黄粉，盛源生物科技有限公司提供；糖粉，太古糖业食品有限公司提供；纯净水，试验室。SM-523型电烤炉，新麦机械有限公司产品；物性测试TA.XTEXPRESS，河南科技大学产品；DT802A型电子天平，常熟市佳衡天平仪器有限公司产品；Xritecolori6型色差仪，奥豪斯仪器有限公司产品；C21-SDHCB型电磁炉，浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司产品。试验过程中的其他用具有擀面杖、模具、盆、烧杯等。1.2试验方法1.2.1马铃薯代餐棒制作步骤工艺流程：原材料混合一加人适量温水揉至不粘手静置一成型一烘烤冷却一成品。用电子天平准确称取高筋粉、马铃薯雪花粉(共30 g)，按顺序加人蛋黄粉（9 g)、泡打粉（0.5g)、糖粉（5g），用筷子将上述原料快速搅拌均匀，然后加入适量温水揉至面团不粘手，置于常温下静置10min。然后制成长约8 cm，宽约1cm，厚度约1cm的代餐棒放人烤箱烘烤 3-14。1.2.2单因素试验单因素试验中考查的指标为感官评分、色差、产品质构指标。试验因素为马铃薯雪花粉添加量、烘烤时间、烘烤温度，其中马铃薯雪花粉添加量为高筋粉和马铃薯雪花粉总量的比例。试验中当其中一个影响因素变化时，保持其他2 个影响因素不变，测定每一水平下代餐棒的指标，根据变异系数权重法，计算出各项综合评分，确定每一试验因素的最佳范围。单因素试验设计见表1。1.2.3响应面试验根据单因素试验结果，选取较优的马铃薯雪花粉添加量、烘烤时间、烘烤温度，根据Box-behnken农产品加工A马铃薯雪花粉B烘烤时间水平添加量/%130,40,50,60,70250350试验设计原理 15-16，采用三因素三水平试验方法进行响应面试验，利用响应面软件得到回归模型方差分析表和各因素的三维图和等高线图。Box-behnken试验设计因素与水平设计见表2。表2 Box-behnken试验设计因素与水平设计A马铃薯雪花粉水平添加量/%-140050160Aj101.2.4试验指标的测定（1）色差值测定。依据参考文献的方法 7，对该产品进行色差测定。将样品摊平，用色差仪同时测定L值、值和b值，测定3个样品并计算平均值。AE=V(AL)2+(Aa)+(Ab)2.(1)式中：E一总色差；L 一一明亮值，大表示偏白，小表示偏黑；Aa一红绿值，大表示偏红，小表示偏绿；A6一黄蓝值，大表示偏黄，小表示偏蓝。(2）马铃薯代餐棒质构测定。依据参考文献的方法18，对该产品进行质构测定。质构指标包括酥性、脆性、表面硬度、咀嚼性、平均硬度、黏聚性、最大硬度。对马铃薯雪花粉代餐棒的质构检测所采用的探头类型为探头P/2，Pr e-T e s t Sp e e d 为1mm/sec,Test Speed 为 2 mm/sec,Post-Test Speed 为 2 mm/sec,Strain为7 0%，TriggerForce为2 0 g，设好各个参数后，进行马铃薯代餐棒的质构测定。（3）感官测定。刚做好的代餐棒用真空袋及时保存，随机选2 0 位食品相关专业的学生对其进行感官评价 19-2 0 。代餐棒评分项目及分数分配见表3。1.2.5综合评分的计算变异系数法是通过各个指标所包含的信息，计算出其权重，用来衡量指标变异程度的一种统计方法 2 1。利用变异系数权重法确定各个指标的权重系数并进行标准化处理，然后利用加权平均的方法计算各个指标的综合评分。指标的变异系数的计算公式如下：(2)X2023年第10 期表1单因素试验设计C烘烤温度t/min0./1318019011,12,13,14,1518019013170180,175185,180190,185195,190200B烘烤时间C烘烤温度t/min0/121751851318019014185195152023年第10 期表3代餐棒评分项目及分数分配项目评分标准色泽呈黄色或金黄色，色泽均匀（满分色泽不均匀，略有异色20分）色泽不均，有过焦或过白现象形态外形完整，不变形（满分外形基本完整，有部分变形30分）外形不完整，变形严重口感酥脆，无明显粗糙感，不黏牙（满分酥脆度不够，有粗糙感，略微黏牙30分）不酥脆，有明显粗糙感，黏牙风味马铃薯香味适宜，无异味（满分马铃薯香味略淡，有轻微异味20分）无马铃薯香味，异味严重式中：V;第i项指标的变异系数；第讠项指标的标准差；X一一第i项指标的算术平均值。各指标的权重的计算公式为：W2VV;采用Z-score标准化法将各项指标的数据进行标准化处理，如下公式所示：(4);式中：Z标准化后的变量值；X实际变量值；X一第i项指标的算数平均值；i一第i项指标的标准差。将各指标标准化后的数据分别与权重相乘后，计算总和，得到综合评分。1.2.6数据统计分析使用DPS 8.0 软件对试验数据进行方差分析 2 ,试验中显著水平定为p 烘烤温度（C）马铃薯雪花粉添加量（A），然后对这个模型进行方差分析得回归系数及其显著性检验。回归模型方差分析见表8。表8 回归模型方差分析方差来源平方和自由度均方F值P值显著性0.016模型3.140.386ABCABACBCA2B2C2残差2.43失拟项2.41纯误差0.020总和3.16由表8 可知，该模型p0.05，失拟不显著，说明模型与实际数据拟合良好，误差较小 2 8。该模型可以代替实际的试验点推测马铃薯饼干的最优参数组合。B、C、A B、BC、A、B2、C 对综合评分均有极显著影响，AC对综合评分有显著影响，因此各试验因素对响应值并非简单的线性关系，响应面效应显著。由响应面软件进行优化，制作马铃薯代餐棒的最佳工艺条件为马铃薯雪花粉添加量55.33%，烘烤时间12 min，上火烘烤温度17 5，下火烘烤温度185。然后固定其中1个因素在最佳水平，得到剩余2 个因素的交互效应图。马铃薯添加量和烘烤时间对综合评分的影响见图1，马铃薯添加量和烘烤温度对综合评分的影响见图2，烘烤温度和烘烤时间对综合评分的影响见图3。由图1图3可知，马铃薯雪花粉添加量与烘烤时间和烘烤温度2 个因素之间具有显著的交互作用 2 9-30 1，对马铃薯代餐棒的各指标综合评分有显著的影响。对综合评分影响显著、交互作用强的因素，表现为曲线较陡，对综合评分交互作用不太强的因素，等高线趋于圆形，响应曲面较为平滑。由图1图3可知，响应值变化最大的是图1，等高线呈扁椭圆，响应面非常陡峭，说明马铃薯雪花粉添加量和烤制时间的交互作用对马铃薯代餐棒各指标综合评分的影响显著，与方差分析结果一致。90.0211.0711.1010.1310.0511.2011.1811.3110.3217344.053 10-3160.290.021.071.100.130.051.201.181.310.320.190.3070.330.00015.570.064 8264.100.0001272.380.000 131.740.002 412.950.015 6295.930.0001291.180.000 1323.09BC，即发酵时间 白砂糖添加量 CMC添加量。因此，低糖玫瑰风味凝固型酸奶工艺参数最佳组合为A,B3C2，即为发酵时间5.5h，白砂糖添加量为5.5+0.5%，CMC添加量为0.1 0%。3结论以玫瑰干花和全脂牛乳粉为主要原料，辅以CMC、纤维素酶、白砂糖与赤藓糖醇混合物、发酵剂，经标准化、配料、预热、均质、杀菌、冷却、接种、灌装、发酵、冷却后熟，制作出具有淡淡玫瑰花香的低糖凝固型酸奶。通过试验优化其加工工艺，最终确定了低糖玫瑰风味凝固型酸奶的最佳工农产品加工艺参数中各组分添加量为玫瑰干花浸提液7 4%，奶粉1 6.4%，白砂糖5.5%+0.5%，赤藓糖醇0.6%，CMC添加量0.1 0%，纤维素酶0.5%，发酵剂0.45%，在（42 1）下发酵5.5h，在此工艺下所得酸奶乳香醇厚且带有玫瑰清香，色泽均匀，组织状态细腻BC5.0+0.60.085.5+0.50.103.5+0.90.125.0+0.60.105.5+0.50.123.5+0.90.085.0+0.60.125.5+0.50.083.5+0.90.108.58.88.89.59.78.71.20.82023年第1 0 期无杂质，口感酸甜适中，低糖，有一定营养价值，适合广大消费者品尝。参考文献：1林立冬，杨萍.黑甜玉米凝固型酸乳加工工艺的优化】，贵州农林科学，2 0 1 5，43（6)：1 8 7-1 90.2孙静.凝固型枸杞酸奶的研制 J.中国果茶，2 0 2 1，41(8):11-15.3 周辉，戴国伟，于瑶瑶，等.黑米风味酸奶发酵工艺的优化研究.中国食品工业，2 0 2 1（2 3：8 8-92，98.4 马井喜.玫瑰茄凝固型酸奶的加工工艺品质研究】农业与技术，2 0 1 5，35（1)：38-41.5 张静，王海波，杜王茜，等.玫瑰花酸奶加工工艺的研究】.农产品加工，2 0 2 2（1 2)：41-45.6付兴周，闵钰.凝固型香蕉酸奶的研制 J】，黑龙江畜牧兽医，2 0 1 8 1 7)：7 2-7 5.7周紫洁，杜传来，翟立公，等.模糊数学感官评价法优化等紫薯酸奶加工工艺】.保鲜与加工，2 0 2 1，2 1（1 0)：87-94.8杨浩，姚瑶，孙博瑞，等.模糊教数学法应用于玫瑰茄复合袋泡茶的工艺研究 J】.饮料工业，2 0 2 2，2 5（1）：45-50.9唐人杰，张瑞，黄静，等.基于模糊教学法优化川菜用番茄酱料配方及其风味分析 食品与发酵科技，2022,58(6):77-82.10 3王芮东，李楠，高文庚。基于模糊数学法的凝固型番茄酸奶研究.运城学院总报，2 0 1 6，34（6)：2 7-30.（上接第2 3页）.Food Hydrocolloids,2016(1):229-235.18任广跃，刘亚男，乔小全，等.基于变异系数权重法对怀山药干燥全粉品质的评价】食品科学，2 0 1 7（1)：53-59.19张仲欣，杜双奎.食品试验设计与数据处理 M.郑州：郑州大学出版社，2 0 1 1：1 96-1 98.20Crosbie G B.The relationship between starch swelling prop-erties,paste viscosity,and noodle quality in wheat flours.Journal of Cereal Science,2016,13(2):145-150.21 王莉，董欢，贺晓光，等马铃薯在面包加工工艺中的研究 食品研究与开发，2 0 1 8（4)：91-95.22沈存宽，王莉，王韧.不同干燥工艺对马铃薯全粉理化性质的影响 J食品与发酵工业，2 0 1 6（1 0)：1 1 7-121.23王海鸥，扶庆权，陈守江.不同干燥加工方法对马铃薯粉的品质影响：南京晓庄学院学报，2 0 1 7（6：6 6-69.24】李玉美，白洁，周宏亮.马铃薯全粉理化特性及其在酥性饼干中的应用】.食品科技，2 0 1 8（9)：2 2 2-2 2 6.25 张丹.马铃薯-小麦混合粉面团品质改良及其酥性饼干的研制 D，哈尔滨：哈尔滨商业大学，2 0 1 7.26姜松，贾瑜，石吉勇，等.韧性饼干脆性评价方法的研究 .食品科学，2 0 1 0（1 5)：6 0-6 3.27郭意明，丛爽，邓惠馨，等。鱼糜和马铃薯粉对饼干质构和风味的影响】.食品科学，2 0 1 7（2 0)：96-1 0 2.28李叶贝，任广跃，屈展平。基于变异系数法对不同干燥方法马铃薯全粉复合面条品质的评价 食品科学，2020(1):48-54.29 吴平，王成，王哲，等.响应面优化表面活性剂协同微波提取苦瓜黄酮工艺 ，中国食品添加剂，2 0 1 8（2)：98-104.30】任广跃，刘亚男，刘航，等。响应面试验优化酶解辅助喷雾干燥制备怀山药粉工艺，食品科学，2 0 1 6（6)：1-6.