响应面法优化复合水果麦片加工工艺

摘 要：本文通过单因素以及响应面试验，分析了拌料时间、混合速度、干燥剂重量对复合水果麦片感官评分的影响。结果表明，复合水果麦片的最优工艺参数为拌料时间15.5 min，混合速度8.3 r/min，干燥剂重量3.3 g。在此条件下，复合水果麦片的感官评分为93.5分。

关键词：复合水果麦片;加工工艺;响应面分析

Optimization of Processing Technology of Compound Fruit Cereal by Response Surface Methodology

SHI Mingzhu1， JIANG Lihua1， ZHANG Huichun2

（1.School of Life Sciences and Food Engineering， Hebei University of Engineering， Handan 056000， China; 2.Nanjing Jiangning Higher Vocational and Technical School， Nanjing 211100， China）

Abstract： In this paper， the effects of mixing time， mixing speed and desiccant weight on the sensory score of composite fruit cereal were analyzed through single factor and response surface tests. The results showed that the optimal technological parameters of the composite fruit oatmeal were the mixing time of 15.5 min， the mixing speed of 8.3 r/min， and the weight of the desiccant of 3.3 g. Under this condition， the sensory score of compound fruit cereal was 93.5 points.

Keywords： compound fruit cereal; processing technology; response surface analysis

近年来，随着生活水平的提高，人们对燕麦的营养和健康知识都有所了解，燕麦食品也受到广大消费者的喜爱。而燕麦本身具有很多优质的营养素，包括蛋白质[1]、膳食纤维[2]、脂肪[3]，还富含酚类物质、甾醇、植酸、维生素E[4]和维生素B1等多种生物活性成分，对人体健康十分有益。燕麦是一种良好的食品加工原料，主要在面粉和面制品中应用较广泛。基于燕麦的营养特性，可以将其加工为日常主食、休闲食品、功能食品。同时，也可以用于生产皮肤护理日化用品，抗过敏药物等[5]。近两年，由于复合麦片对于传统燕麦片而言具有口感多样，营养多样等特点，得到广大消费者的喜爱，销量迅速上升。然而，生产复合水果麦片的企业大多数为中小型企业，其中部分企业是“小作坊式”加工企业，食品加工过程中，加工设备简单，加工工艺参数比较模糊，没有固定的工艺参数进行加工，生产出来的复合水果麦片口感差。因此，本研究针对以上问题，通过响应面法优化复合水果麦片的加工工艺参数，为复合水果麦片的研究和生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

燕麦片、酸奶粒、葡萄干、蔓越莓干、南瓜子仁、冻干草莓片、草莓丁、巴旦木、冻干黄桃丁、香蕉片、椰片和内包材，均购买自正规厂商。

分析天平BSM-220.4，上海卓精电子科技有限公司;BL-500型滚筒拌料机，诸城市旭源机械有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

复合水果麦片工艺流程为原料、内包材验收→消毒→配料→混合→灌装→封口→金属探测→装箱。

1.2.2 复合水果麦片不同加工工艺参数单因素试验设计

（1）不同拌料时间对复合水果麦片感官评分的影响。在混合速度为8 r/min、干燥剂重量为3 g加工工艺参数下，研究拌料时间（5 min、10 min、15 min、20 min和25 min）对复合水果麦片感官评定的影响。

（2）不同混合速度对复合水果麦片感官评分的影响。在拌料时间为15 min、干燥剂重量为3 g加工工艺参数下，研究拌料混合速度（6 r/min、7 r/min、8 r/min、9 r/min和10 r/min）对复合水果麦片感官评定的影响。

（3）不同干燥剂重量对复合水果麦片感官评分的影响。在拌料时间为15 min、混合速度为8 r/min的加工工艺参数下，复合水果麦片在常温环境下存放6个月后，与空白组进行对比，研究添加干燥剂重量（0 g、1 g、2 g、3 g、4 g和5 g）对复合水果麦片感官评定的影响。

1.2.3 复合水果麦片感官评定

选取20名专业的品尝人员，在干吃时和冲泡后对复合水果麦片进行感官评分，见表1、表2。采用百分制进行评分，干吃时感官评分为40分，冲泡后感官评分为60分。每组品尝3次，结果取3组平均值。

1.2.4 响应面优化试验设计

结合单因素试验结果，以A拌料时间、B混合速度和C干燥剂重量为考察因素，以复合水果麦片感官评分（Y）为响应值，利用Box-Behnken进行试验设计，并运用数据统计分析软件进行数据分析，进而得到复合水果麦片的最佳加工工艺条件。响应面试验设计见表3。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同拌料时间对复合水果麦片感官评分的影响

由图1可知，随着拌料时间的增加，复合水果麦片感官评分呈先增加后降低的趋势，不同拌料时间下，复合水果麦片感官评分具有统计学差异（P<0.05）。当拌料时间为15 min时，复合水果麦片感官评分达到最大值。因此，拌料时间的最优区间为10～20 min。

2.1.2 不同拌料的混合速度对复合水果麦片感官评分的影响

由图2可知，随着混合速度的增加，复合水果麦片感官评分呈先迅速增加后降低的趋势，不同混合速度下，复合水果麦片感官评分具有统计学差异（P<0.05）。当混合速度为8 r/min时，复合水果麦片感官评分达到最大值。因此，混合速度的最优区间为7～9 r/min。

2.1.3 不同干燥剂重量对复合水果麦片感官评分的影响

由图3可知，在常温存放6个月后，随着干燥剂重量的增加，复合水果麦片感官评分呈先迅速增加后降低的趋势。不同干燥剂重量下，复合水果麦片感官评分具有统计学差异（P<0.05）。当干燥剂重量为3 g时，复合水果麦片感官评分达到最大值，干燥剂重量的最优区间为2～4 g。

2.2 响应面试验结果与分析

响应面试验结果见表4。

2.2.1 复合水果麦片感官评分模型建立与分析

运用Design expert 10.0数据分析软件对试验数据进行多元回归拟合，感官评分模型及回归系数的回归分析结果见表5。由表5可知，二次多项回归模型为Y=92.8+1.06A+2.8B+2.03C-2.65AB+0.56AC+1.72BC-3.62A2-5.82B2-4.22C2。

进一步对该模型及回归系数进行回归分析，该回归模型P<0.000 1（极显著），其失拟项P=0.076 6>0.05（不显著），说明模型拟合程度良好，可以对回归方程相应回归值进行预测，同时模型回归系数R2=0.987 1，调节后的R2=0.970 5，表明97.05%的数据可用该模型解释，说明方程可靠性较高。

由表5可知，一次项B、C对复合水果麦片感官评分具有极显著影响（P<0.01），A对复合水果麦片感官评分具有显著影响（P<0.05）。各因素对复合水果麦片感官评分影响的大小顺序为B混合速度>C干燥剂重量>A拌料时间。二次项AB、BC对复合水果麦片感官评分的影响极显著（P<0.01）。

2.2.2 两因素间交互作用对复合水果麦片感官评分的影响

响应面图和等高线可以很好地反映自变量之间的相互作用。通过观察响应面图的坡度陡峭程度，确定两者对响应值的影响程度，响应面的曲面越陡峭，说明两者的交互作用对响应值的影响越明显。各因素对复合水果麦片感官评分影响的响应面图与等高线图见图4、图5和图6。

由图4可知，复合水果麦片的感官评分随混合速度的增加呈先增加后降低的趋势，当混合速度较小时，复合水果麦片感官评分随拌料时间的增加呈先增加后降低的趋势，当混合速度较大时，复合水果麦片感官评分随拌料时间的增加呈逐渐降低的趋势，在拌料时间为15 min，混合速度为8 r/min时，其复合水果麦片感官评分达到最大，说明拌料时间和混合速度之间存在显著的交互作用，且复合水果麦片感官评分随混合速度的变化陡峭程度大于拌料时间，说明混合速度对复合水果麦片感官评分的影响大于拌料时间的影响。其等高线呈椭圆形，也说明其相互间具有较明显的交互作用。

由图5可知，复合水果麦片的感官评分随拌料时间和干燥剂重量的增加呈先增加后减小的趋势，在拌料时间为15 min，干燥剂重量为3 g时，其复合水果麦片感官评分达到最大值，且复合水果麦片感官评分随混合速度的变化陡峭程度大于拌料时间，说明干燥剂重量对复合水果麦片感官评分的影响大于拌料时间的影响。其等高线呈圆形，也说明其相互间不具有较明显的交互作用。

由图6可知，复合水果麦片的感官评分随干燥剂重量的增加呈先上升后降低的趋势，当干燥剂重量较小时，随着混合速度的增加，复合水果麦片感官评先增加后降低，当干燥剂重量较大时，随着混合速度的增加，复合水果麦片的感官评分先增加后减小。当混合速度为8 r/min，干燥剂重量为3 g时，说明干燥剂重量和混合速度具有较强的交互作用，且复合水果麦片感官评分随混合速度的变化陡峭程度大于干燥剂重量，说明混合速度对复合水果麦片感官评分的影响大于干燥剂重量的影响。其等高线呈椭圆形，也说明其相互间具有较明显的交互作用。

2.2.3 验证试验

通过Design Expert 10.0软件对方程求极大值，得到复合水果麦片的最优工艺参数为拌料时间15.359 min，混合速度8.269 r/min，干燥剂重量3.3 g，此时复合水果麦片感官评分为93.517分，其与单因素试验结果较为相近，考虑到试验过程实际操作的可行性，将最佳工艺参数调整为拌料时间15.5 min，混合速度8.3 r/min，干燥剂重量3.3 g，进行3次重复验证试验，结果取平均值，得到复合水果麦片的感官评分为93.5分，验证值与预测值的误差在允许范围5%内，说明该模型合理可靠。

3 结论

本试验讨论了在原有加工工艺基础上，不同加工工艺参数条件对复合水果麦片感官评分的影响。通过单因素及响应面优化设计，得到了复合水果麦片加工最优工艺参数为拌料时间15.5 min，混合速度8.3 r/min，干燥剂重量3.3 g，复合水果麦片的感官评分达到了93.5分。在最优工艺参数下，不仅提升了复合水果麦片的口感以及生产效率，也为复合水果麦片的研究和生产提供了理论依据。

参考文献

[1]胡新中，任长忠.燕麦加工与功能[M].北京：科学出版社，2016.

[2]SHEWRY P R，PIIRONEN V，LAMPI A，et al. Phytochemical and fiber components in oat varieties in the healthgrain diversity Screen[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2008，56（21）：9777-9814.

[3]刘军海，裘爱泳，朱向菊.燕麦脂质及其应用[J].粮食与油脂，2003（5）：19-20.

[4]PETERSON DM.Oat Antioxidants[J].Journal of Cereal Science，2001，33（2）：115-129.

[5]申瑞玲，董吉林，张勇.燕麦粉面包的加工及烘焙品质研究[J].粮油加工，2008（3）：84-86.