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木薯全粉制作无面筋通心粉工艺配方优化
冯秀静，陆海勤，李冬梅，张昆华，古 碧，谢彩锋
（1. 广西大学轻工与食品工程学院，广西，南宁 530004；2. 广西大学淀粉化工研究所，南宁，530004）
文章已被粮食与油脂杂志社录用，粮食与油脂杂志投稿网址链接：http://www.zazhi114.cn/liangshiyuyouzhi
摘 要：在单因素实验的基础上采用Box-Behnken响应面试验设计研究以华南9号甜木薯全粉为原料制作无面筋通心粉的最优工艺配方，探讨了盐、热水（温度＞95℃）及花生油的添加量对通心粉最佳蒸煮时间及蒸煮损失率的影响。蒸煮过程中，通心粉中网状结构吸水膨胀，部分营养成分损失；结果表明，最优配方如下：每100g木薯全粉添加1.0g盐、65.0g热水、1.5g花生油。在此最优配方条件下，与普通小麦面粉制作的通心粉进行比较，木薯全粉通心粉的蒸煮损失率为7.08%，小麦面粉通心粉的蒸煮损失率为7.32%，小麦面粉通心粉在明度值 (L*)和红色值(a*)比木薯全粉通心粉高，但木薯全粉通心粉的黄度值(b*)较高，质构特性在弹性、粘性、硬度指标上无显差异。本研究表明木薯全粉可用于生产无面筋通心粉，丰富乳糜泻人群的食品市场。
关键词：木薯全粉；响应面优化；质构；无面筋；通心粉
Optimization of formula of cassava flour gluten-free pasta
LU Haiqin, FENG Xiujing, LI Dongmei, ZHANG Kunhua, GU Bi, XIE Caifeng, LI Kai
(1. Light Industry and Food Engineering College, Guangxi University, Nanning 530004；
2. Starch Chemical Institute， Guangxi University， Nanning 530004)
Abstract：The formula of cassava flour gluten-free pasta was optimized through the application of response surface methodology with a Box-Behnken design. The amount of salt, hot water(＞95℃) and peanut oil that add for per 100g of cassava flour has been studied. The optimum formula for cassava flour gluten-free pasta was as follow: salt 1.0g, hot water 65.0g, peanut oil 1.5g, per 100g cassava flour. During cooking, the network of cassava expands with water absorption, and some nutrients are lost. On the base of the optimal formula, compared with wheat flour pasta, the loss rate of cooking was 7.08% and 7.32% respectively. The color and texture characteristics of both kinds of pasta were studied. Cassava flour pasta was lower in L* value and a*value , but higher in b* value than wheat flour pasta. There were non-significant difference on texture attributes(hardness, springiness and cohesiveness) between these two samples. This study can provide a reference for industrializing the production of cassava flour gluten-free pasta, which can enrich the food market of people with Celiac disease.
Key words: cassava flour; response surface optimization; texture characteristic; gluten-free; pasta
中图分类号：TS219 文献标志码：A 文章编号：
木薯（Manihot esculenta Crantz）是大戟科植物的块根。主要分布于热带地区，分为甜木薯（氰化物含量≤10mg/kg）和苦木薯（氰化物含量＞10mg/kg），甜木薯去皮后可以直接食用，苦木薯需要脱除氰化物到安全水平才能食用[1]。木薯全粉是由木薯根块去除表皮后加工而成的一种非即食木薯粉，主要成分是碳水化合物。木薯全粉中干物质的主要成分是淀粉（80%左右），含有微量的蛋白质（＜1%）和脂肪，且富含氨基酸及各种矿物质，是一种很好的生产无面筋食品的原料。
目前以木薯全粉为原料生产食品的报导还很少，本研究者曾使用木薯全粉代替部分小麦面粉生产面包[2]与馒头[3]，在木薯全粉中添加谷朊粉生产面条[4]，在木薯全粉中添加玉米淀粉及变性淀粉生产粉丝[5]等。
传统通心粉是一种以小麦为基础的食品，其生产成本低、感官性状好及有较长的货架期等特点而被世界各地人们广泛接受[6]。本研究拟以木薯全粉为原料研究制作无面筋通心粉的工艺配方，采用Box-Behnken试验设计优化配方。将木薯全粉通心粉在质构、蒸煮特性及色度上与小麦面粉通心粉进行比较，为生产无面筋通心粉提供实验依据。
1. 材料和方法
1.1 实验材料
木薯全粉（品种：华南9号甜木薯）由广西武鸣科学技术局提供，木薯根块去除外皮后，切片，烘干，粉碎，过100目筛。主要成分用国家相关标准分析，淀粉含量81.23%（GB/T 5009.9-2003），蛋白质含量0.93% （GB/T 5009.5-2010）， 脂肪含量0.82（GB/T14772-2008），氰氢酸7.34mg/kg（GB 5009.36－2016）。
金龙鱼多用途麦芯小麦粉，市售，蛋白质11%，脂肪，1.6%。
1.2 实验设备
全能厨师机：英国KENWOOD公司。物性测定仪TA.XT.plus：英国StableMicro Systems公司。光谱色度计：柯尼卡美能达。飞纳台式扫描电子显微镜：荷兰Delmic公司。
1.3 实验方法
1.3.1 通心粉的制作工艺
将木薯全粉、盐、热水（温度大于95℃）、花生油置于厨师机中混合均匀，将此面团用圆柱形通心粉模具挤压成形，剪切成大概 3cm长，直径为0.7 mm的条状，干燥后即得成品[7]。
使用相同的制作方法，用小麦面粉代替木薯全粉制作小麦面粉通心粉，以进行比较研究。
1.3.2 最佳蒸煮时间与蒸煮损失率
最佳蒸煮时间与蒸煮损失率分别采用AACC 66-50.02(2011)进行测定[8]。
1.3.3 响应面实验设计优化工艺配方
在单因素实验结果的基础上，建立Box-Behnken三因素三水平（热水45~65g，木薯粉100g，盐0~3 g，花生油0~3 g）试验设计得到制作木薯通心粉的最优配方，实验设计由5个中心点的17次实验组成，允许估计纯误差和中间水平的响应值，每组试验都做两个平行，取平均蒸煮损失率作为响应值，综合考虑所有的线性项、平方项和交互项，根据“调整系数”和“预测系数”来选择一个最适二次响应模型。通过Design-Expert（8.0.6.1）软件多元回归和变异分析对实验数据模型拟合，分析方差确定模型的显著性关系，F-检验评估显著性大小，显著差异的计算方法(P＜0.05)按照F-检验最不显著的差异测试确定，研究3个独立变量对响应的影响，以及这些因素之间的相互作用，从而确定最优配方。用最优配方做三组平行试验，通过模型拟合验证拟合数学模型方程的准确性。将实验的平均值与拟合模型的预测值进行了比较，以验证拟合数学模型的准确性和适用性。
1.3.4 通心粉的质构特性与色度分析
质构仪压缩模式下安装1毫米hdp/bs-华纳的剪切探测器，测试速度：0.8 mm/s；校准力：1000 g；触发器类型：自动力；触发力：1 g；测试张力：100%，用来测定通心粉的弹性、粘性与硬度。每个样品分析至少重复5次，每次取三根通心粉测试取均值。
用柯尼卡美能达牌的光谱色度计的D65的光源8°的观测角对产品的色度进行测量，CM-3600d软件分析通心粉的美学效应。
1.3.5 扫描电镜测定通心粉的微观结构
采用最佳配方制作面团，取适量冻干12h后的样品粘在导电胶上，放在喷金载物台上使用溅射涂膜机喷涂一层约厚10nm的金层，然后用扫描电子显微镜于5000倍下观察微观结构并拍照。
2 结果与分析
2.1 响应面分析及结果
2.1.1 模型拟合与方差分析
高品质通心粉的特性包括较好的抵抗性和坚实度、较低的胶着性以及蒸煮时有限的有机物释放量。以蒸煮损失作为响应值，水、花生油及盐加入量的交互效应对蒸煮损失与最佳蒸煮时间影响的数据如表1所示，显著性回归系数通过其所对应的P值来评价，独立变量和相关变量拟合到二阶响应表面模型中，并在回归模型中测试拟合度。
二阶多项式方程如下：
CL = 9.78 − 3.76A + 1.76B − 0.31C − 1.65AB + 0.075AC − 0.34BC + 0.90A2 + 0.70B2 + 0.57C2
其中：CL木薯通心粉的蒸煮损失；A、B、C分别表示水的加入量、盐的加入量、花生油的加入量。
表1 Box–Behnken试验设计及结果
Table 1 Box–Behnken design arrangement and responses
|
试验号 |
热水 (w/w) |
盐 (w/w) |
花生油 (w/w) |
最佳蒸煮时间 (s) |
蒸煮损失率 (%) |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 |
0(55.00) 0(55.00) 1(65.00) −1(45.00) 1(65.00) −1(55.00) 1(65.00) −1(45.00) 0(55.00) −1(45.00) −1(45.00) 0(55.00) 1(65.00) 0(55.00) 0(55.00) 0(55.00) 0(55.00) |
0(1.5) 0(1.5) 1(3.0) 0(1.5) 0(1.5) 0(1.5) 0(1.5) 0(1.5) 1(3.0) 1(3.0) −1(0) 1(3.0) −1(0) −1(0) 0(1.5) −1(0) 0(1.5) |
0(1.5) 0(1.5) 0(1.5) 1(3.0) −1(0) 0(1.5) 1(3.0) −1(0) −1(0) 0(1.5) 0(1.5) 1(3.0) 0(1.5) 1(3.0) 0(1.5) −1(0) 0(1.5) |
100 s 100 s 80 s 120 s 80 s 100 s 80 s 120 s 100 s 120 s 120 s 100 s 80 s 100 s 100 s 100 s 100 s |
9.97 9.71 7.92 14.78 7.58 9.63 7.40 15.26 13.43 18.75 11.54 11.82 7.32 9.37 10.07 9.61 9.54 |
表1中显示最佳的蒸煮时间只与热水添加量有关，随着热水的增加，最佳的蒸煮时间会减少。蒸煮过程中因加入过量的水使通心粉中的淀粉颗粒迅速膨胀，淀粉颗粒被破坏，糊化形成凝胶，最终成熟形成透明凝胶。在制作过程中，在木薯全粉中加入热水(＞95℃)时，木薯全粉中的部分淀粉将被凝胶化，并能更好地与水分子结合，因此在蒸煮过程中很快就可以形成凝胶[9]。
表2为回归方程方差分析。模型F值为181.00，P＜0.0001，表明该模型具有很高的显著性。决定系数R2=0.9957，说明检测结果与模型预测结果有良好的一致性，校正系数Radj2=0.9902表明试验结果有99.02%受所选试验因素的影响。因此，该模型可以较好的进行分析和预测。失拟项差异不显著（P＝0.1529＞0.05），这表明模型无失拟因素存在，能较好的反映实际情况。回归方程中的各因素对蒸煮损失率影响的显著性可根据F值来判定，P值越小说明影响越显著。A, B, AB, 与A2高度显著，B2 和C2为极显著，C项为显著，但AC和 BC项不显著(P > 0.05)。
表2 回归方程方差
Table 2 ANOVA of the regression model for the prediction of cooking loss
|
方差来源 |
系数估计 |
平方和 |
自由度 |
标准误差 |
均方 |
F值 |
P值 |
显著性 |
|
模型 A水量 B盐量 C花生油量 AB AC BC A2 B2 C2 残差 失拟项 纯误差 总和 R2 R2Adj 精密度 |
9.78 −3.76 1.76 −0.31 −1.65 0.075 −0.34 0.90 0.70 0.57 |
157.92 113.33 24.78 0.79 10.92 0.023 0.47 3.40 2.07 1.38 0.68 0.47 0.21 158.60 0.9957 0.9902 47.346 |
9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 3 4 16 |
0.14 0.11 0.11 0.11 0.16 0.16 0.16 0.15 0.15 0.15 |
17.55 113.33 24.78 0.79 10.92 0.023 0.47 3.40 
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