基于降维分析优化南瓜籽多糖拉面面团制作工艺

薛 山, 肖 夏, 陈舒怡, 刘伯虎

（1.闽南师范大学生物科学与技术学院，福建 漳州 363000；2.菌物产业福建省高校工程研究中心，福建 漳州 363000；3.四川理工学院生物工程学院，四川 自贡 643000）

拉面又称为甩面、抻面、扯面等，是深受我国人民喜爱的传统面食，具有浓郁的地方特色。在我国手工拉面种类中，兰州拉面凭借其独特的制作及烹调方法被大众所喜爱，在国内市场中占有较高的比例，已被国家贸易部批准为鼓励发展的三大中式快餐食品之一[1-2]。我国对于面条制品的研究起步较晚，研究种类以挂面、鲜食面和速食面为主。目前，国内外关于拉面的报道多集中于小麦品质与面条品质相关性[3-5]以及一些拉面改良剂（如速溶蓬灰）的研究[6-8]。但是从拉面种类来看较为单一，有待进一步的创新。

研究显示，南瓜籽味甘、性温，营养丰富，含有优质油脂（亚油酸、α-亚麻酸、n-3 类多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids,PUFAs））[9]、植物蛋白质成分[10]、高活性多糖[11]，同时还含锌、锰、铜、铁、钙、磷、镁、钾、钠等矿物质元素，是一种理想的营养健康资源，具有较好的保健功效[12]。研究发现，南瓜籽的功效成分具有多种药理活性，尤其是多糖能够抑菌、抗衰老、抗肿瘤[11,13]。据报道，南瓜籽中含有一定量的非淀粉多糖，经热水浸提和乙醇沉淀容易制得，受到了广泛关注[11]。目前，秋葵多糖[14]、菊粉[15-17]、麦麸[18]、燕麦β-葡聚糖[19]等植物类多糖已广泛应用于面类制品中，用于改善质构特性，提升产品品质。因此，本研究将南瓜籽多糖添加至拉面面团制作中，以期为拉面面团新品种的研发提供理论依据与创新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

新疆南瓜籽：由大闽集团提供；金沙河高筋小麦粉：邢台金沙河面业有限责任公司产品；中盐福晶盐：中盐福建盐业有限公司产品；食用调和油：益海嘉里食品营销有限公司（金龙鱼）产品；精纯拉面剂（速溶蓬灰）：甘肃力司食品科技有限公司产品；以上材料均为食品级。乙醚、乙醇、丙酮：均为分析纯，西陇科学股份有限公司产品。

1.1.2 仪器与设备

FW100 型高速万能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；AR124CN 型电子天平，奥豪斯仪器（上海）有限公司；DHG-9030A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；CT3-10K 型质构仪，美国Brookfield 博勒飞公司。

1.2 方法

1.2.1 南瓜籽多糖的提取

参考王丽波等[20]的方法，南瓜籽于60 ℃烘干24 h（含水量约为2.0%），粉碎后过80 目筛，乙醚50 ℃索氏抽提脱脂48 h 得到脱脂南瓜籽粉。在加水量45%，提取温度60 ℃、提取时间2.5 h 条件下提取南瓜籽多糖，所得上清液于4 000 r/min 离心15 min，之后用4 倍体积的95%乙醇醇沉（80%醇沉），4 ℃静置12 h，于4 000 r/min 离心10 min，所得沉淀用乙醇和丙酮各洗涤两次，最后在-50 ℃，真空度＜15 Pa 的条件下真空冷冻干燥24 h，即得南瓜籽粗多糖。南瓜籽多糖的得率（粗多糖质量/脱脂南瓜籽质量）大约为3.5%。

1.2.2 南瓜籽多糖拉面面团的制作

称取小麦粉约200 g（以此为基准），按加水量45%加入水、3%南瓜籽多糖、3%食盐、0.6%蓬灰混匀后均力揉搓约6 min。和面时注意分3 次加水，搅拌使面团形成絮状或者雪花片状，拉面剂溶液分两次加入，反复搓揉、压实、折叠成面团，随后静置醒发25 min，溜条约2 min。之后出条轻搓成长度约30 cm粗细均匀的面棍进行质构测试[21]。具体工艺如图1所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow chart

1.2.3 单因素试验设计

1.2.3.1 加水量对面团品质的影响

考察加水量分别为35%、40%、45%、50%、55%时对面团综合得分的影响。其他条件为：南瓜籽多糖添加量3%，食盐添加量3%，蓬灰添加量0.6%，静置时间25 min。

1.2.3.2 南瓜籽多糖添加量对面团品质的影响

考察南瓜籽多糖添加量分别为1%、3%、5%、7%、9%时对面团综合得分的影响。其他条件为：加水量45%，食盐添加量3%，蓬灰添加量0.6%，静置时间25 min。

1.2.3.3 食盐添加量对面团品质的影响

考察食盐添加剂量分别为1%、2%、3%、4%、5%时对面团综合得分的影响。其他条件为：加水量45%，南瓜籽多糖添加量7%，蓬灰添加量0.6%，静置时间25 min。

1.2.3.4 蓬灰添加量对面团品质的影响

考察蓬灰添加剂量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%时对面团综合得分的影响。其他条件为：加水量45%，南瓜籽多糖添加量7%，食盐添加量3%，静置时间25 min。

1.2.3.5 静置时间对面团品质的影响

考察静置时间15、20、25、30、35 min 时对面团综合得分的影响。其他条件为：加水量45%，南瓜籽多糖添加量7%，食盐添加量3%，蓬灰添加量0.6%。

1.2.4 响应面试验设计

在单因素试验结果的基础上，根据Box-Benhnken的试验设计原理，综合考虑单因素试验的影响，选择指标进行响应面优化试验。

1.2.5 最优组合验证试验

根据多因素响应面试验所得到最优的工艺条件进行验证试验。

1.2.6 面团硬度、咀嚼性及弹性指标的测定

将制好的面团置于CT3-10K 型质构仪，选用TA25/1000 探头测定，参数设定如下：测试类型为TPA 质构分析目标；等待时间为0 s；触发点负载为0.07 N；测试速度为1 mm/s；返回速度为1 mm/s；循环次数为2.0 同一触发点；真预测试速度为2 mm/s；夹具为TA-RT-KIT；负载单元为10 000 g。

1.2.7 数据处理

运用SPSS 17.0 软件建立模型，采用因子分析法提取主成份公因子，对面团进行综合得分的评定。用SPSS 22.0 软件对数据进行处理，各组数据均以平均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 综合得分评价模型的建立

2.1.1 质构指标降维模型的KMO 和巴特利球形检验由表1 可见，加水量对面团质构指标有显著影响，故根据该结果构建综合得分评价模型。KMO 检验和巴特利特球形检验用于判断变量是否适用因子分析法。一般认为，KMO 统计量大于0.5 时就认为可以做因子分析，检验结果如表2 所示，模型建立合理。

表1 加水量对面团弹性、咀嚼性和硬度的影响Table 1 Effect of water addition on elasticity,chewiness and hardness of dough

表2 质构指标降维模型的KMO 和巴特利球形检验Table 2 KMO and Bartlett’s test of sphericity for dimensionality reduction models for texture index

2.1.2 解释的总方差

根据SPSS 17.0 软件运用主成分分析法提取特征值大于1 的因子，碎石图输出结果如图2 所示。

由图2 可以看出，该特征值曲线只有一个因子的特征值大于1。经过方差最大化正交旋转后1 个因子的累计方差贡献率达到84.036%，即所提取的1个因子反映原来3 个指标84.036%的信息，具体如表3 所示。

图2 因子分析的碎石图Fig.2 Scree plot of Factor analysis

表3 解释的总方差Table 3 Total variance explained

2.1.3 提取公因子确立综合得分计算

通过因子旋转的方法，使每个变量仅在一个公共因子上有较大的载荷，而在其余的公共因子上的载荷比较小，这样就突出了每个公共因子和其载荷较大的那些变量的关系，该公共因子的含义也就能通过这些载荷较大的变量作出合理的解释，根据旋转后的载荷矩阵得到综合得分Y的计算公式如下：Y=0.375X1+0.351X2+0.364X3，其中：X1代表弹性值，X2代表咀嚼性值，X3代表硬度值。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 加水量对面团综合得分的影响

由图3 可见，面团综合得分呈现先升高后降低的趋势，在加水量45%时综合评分最高。赵丹丹等[22]优化拉面工艺得出加水量43%时，面团延伸距离和感官评分最优，与本试验的加水量相差不大。

水作为面团中面筋形成的主要介质对面制品品质的影响十分显著，随着加水量的增加，面团的黏性和延伸性逐渐增大，同时硬度和抗拉伸力逐渐降低[23]。面粉中蛋白质和淀粉是吸水主体，加水量逐渐增多时，蛋白质和淀粉都会逐渐吸水、胀润而形成网络结构；但加水量过大时，自由水含量大大增加，面团表面过黏而不适于拉面的制作。故一般拉面的制作加水量通常控制在50%左右，且因面粉种类、含水量、季节等因素而有所差异[24]。

图3 加水量对面团综合得分的影响Fig.3 Effect of water addition on comprehensive score of dough

2.2.2 南瓜籽多糖添加量对面团综合得分的影响

南瓜籽多糖添加量对面团质构指标的影响如表4所示。按照综合得分计算公式，得到南瓜籽多糖添加量对综合品质的影响如图4 所示。

表4 南瓜籽多糖添加量对面团弹性、咀嚼性和硬度的影响Table 4 Effects of pumpkin seed polysaccharide addition on elasticity,chewiness and hardness of dough

图4 南瓜籽多糖添加量对面团综合得分的影响Fig.4 Effect of pumpkin seed polysaccharide addition on comprehensive score of dough

由图4 可见，南瓜籽多糖添加量对面团综合得分的影响较为显著，当添加量为7%时，综合得分最高。陈洁等[14]研究了秋葵多糖对面团质构的影响，发现在试验设计范围内，随秋葵多糖浓度的增加，面团弹性下降而黏性增加，且秋葵多糖能显著降低冷冻面团的硬度，增强其弹性和内聚性。张令文等[16]研究认为，天然多糖能够改善面粉的粉质特性及面团的拉伸特性，如添加天然菊粉能使面团吸水率和弱化度降低，从而使面团的形成时间、稳定时间和粉质质量指数增加；在试验范围内，随天然菊粉添加量的增加，面团的拉伸阻力和拉伸比例逐渐增大，而拉伸曲线面积和延伸度呈先增大后减小的趋势。由此可见，多糖的添加对面团硬度、弹性、内聚性等指标有着显著影响，进而也影响着面团的综合得分。

此外，诸多研究显示面粉中以小麦面筋蛋白为主的成分构成对拉面面团的延伸有显著影响[2,25]。其中，高分子量麦谷蛋白亚基和低分子量麦谷蛋白亚基通过分子内和分子间的二硫键交联，构成了面团的面筋网络，主要影响面团的弹性和强度[26]，且麦谷蛋白主要赋予了面团的弹性，而麦胶蛋白赋予了面团的延伸性[27-28]。因此，推测南瓜籽多糖对面团弹性、咀嚼性、硬度及质构综合得分的影响可能是由于南瓜籽多糖的添加改变了面团中麦谷蛋白及麦胶蛋白的交联结构，进而影响面团面筋网络构象所致。

2.2.3 食盐添加量对面团综合得分的影响

食盐添加量对面团质构指标的影响如表5 所示，对面团综合得分的影响如图5 所示。由图5 可见，当食盐添加量为3%时，综合得分达到最高，与4%的结果差异不显著，故选择3%的食盐添加量。研究认为，食盐的添加能够改善拉面面团的韧性、筋力、耐揉性，同时使得蛋白质二级结构中有序结构含量增多，包埋淀粉颗粒的蛋白质网络结构更加有序，从而改善拉面面团的延伸性[29-30]。但食盐添加过多不仅影响口感，还会造成面团韧性过大影响揉制及拉伸效果。

表5 盐添加量对面团弹性、咀嚼性和硬度的影响Table 5 Effect of salt addition on elasticity,chewiness and hardness of dough

表6 蓬灰添加量对面团弹性、咀嚼性和硬度的影响Table 6 Effect of instant soluble peng gray addition on elasticity,chewiness and hardness of dough

图5 食盐添加量对面团综合得分的影响Fig.5 Effect of salt addition on comprehensive score of dough

图6 蓬灰添加量对面团综合得分的影响Fig.6 Effect of instant soluble peng gray addition on comprehensive score of dough

2.2.4 蓬灰添加量对面团综合得分的影响

蓬灰添加量对面团质构指标的影响如表6 所示。据报道，蓬灰作为常用的拉面剂能够起到弱化面团筋力的作用，并有效增强拉面的延伸性和风味，在添加量0.8～1.2%区间，面团的耐揉性与筋力综合达到最优，此时面团内部的二硫键被打开还原，面筋蛋白二级结构中的β-折叠含量最高，综上增大了面团的延伸性，推测其原理在于随着拉面剂用量的增加，面团内部的游离巯基含量增加，同时二硫键含量减少，蓬灰能够通过还原面筋中的二硫键，从而增大面团的延伸性[31]。蓬灰对面团综合得分的影响如图6 所示，蓬灰添加量在0.2%～0.8%时，对综合评分的影响不显著，继续加大使用剂量反而评分有所下降，可能是因为蓬灰改变了面团的流变学特性，对形成面筋的蛋白质产生了影响。有研究者指出，蓬灰是由白茎盐生草烧制成草灰，经过脱色纯化后，添加食用碱等成分混合成的白色粉末，因此在食用上具有一定的安全风险，故不建议过量使用[6,24,31-32]，选择蓬灰添加量0.6%。

2.2.5 面团静置时间对面团综合得分的影响

面团静置时间对面团弹性、咀嚼性和硬度的影响如表7 所示，对面团综合得分影响如图7 所示。醒发时间也会影响面团品质，静置醒发的主要目的是使面团内颗粒均匀吸水，面筋网络逐渐延伸，从而消除内应力，使面团更加稳定[31]。由图7 可见，随着面团静止时间的延长，面团综合评分先升高后下降，在30 min时取得最大值。

表7 面团静置时间对面团弹性、咀嚼性和硬度的影响Table 7 Effect of dough resting time on elasticity,chewiness and hardness of dough

图7 面团静置时间对面团综合得分的影响Fig.7 Effect of dough resting time on comprehensive score of dough

2.3 响应面因素试验结果

2.3.1 响应面优化设计与结果

在单因素试验结果的基础上，根据Box-Benhnken的中心组合试验原理，选择对试验结果影响较大的加水量、南瓜籽多糖添加量和面团静置时间3 个因素设计响应面优化试验。因素编码水平见表8，试验结果见表9。

表8 响应面优化试验因素水平表Table 8 Factors and levels of response surface optimization test

表9 响应面试验设计及结果Table 9 Design and results of response surface methodology

2.3.2 回归模型方差分析及显著性检验

采用Design Expert V 8.0.6.1 软件对表9 的数据进行回归分析，得到A加水量、B南瓜籽多糖添加量及C面团静置时间与综合得分之间的二元多次回归方程：Y=8.95-0.42A+0.22B+0.094C-0.018AB+0.078AC+0.000BC-1.64A2-0.93B2-0.60C2。

对该模型进行方差分析，结果如表10 所示。

由表10 可知，模型极显著（P＜0.01），失拟项不显著（P＞0.05），说明所得二次回归方程极显著，综合得分回归方程的决定系数R2=0.982 8，说明响应值的变化有98.28%来源于所选的3 个变量。通过F值可以得出，各因素对综合得分的影响显著性大小分别为：A加水量＞B南瓜籽多糖添加量＞C面团静置时间，其中面团静置时间对结果的影响不显著。变异系数是衡量每个测量平均值偏离真实情况的参数，其值越小，表明重复性越好，模型的变异系数为2.98，在可接受范围内，说明该模型的重复性良好。

2.3.3 交互效应分析

加水量、南瓜籽多糖添加量、面团静置时间交互作用的响应面及等高线图直观地反映了各因素交互作用对响应值的影响。在某一因素水平固定不变的情况下，考察作用显著的交互项对综合得分的影响，结果见图8～10。

如图8 所示，加水量和南瓜籽多糖添加量两因素的交互不显著，当南瓜籽多糖添加量一定时，随着加水量的增加，面团综合得分先升高后下降，但交互作用不显著。当加水量一定时，随着面团静置时间的延长，面团内部面筋筋力不断增强，面团综合得分有所升高，但静置时间过长时，评分反而下降（图9）。当面团静置时间一定时，随着南瓜籽多糖用量的增加，面团综合评分先小幅升高，这可能是由于南瓜籽多糖的加入虽然使得弹性有所下降，但增加了面团的咀嚼性，但继续增加用量，之后综合评分值又呈现小幅下降趋势，推测可能的原因为弹性的下降幅度超过了咀嚼性的增幅（图10）。

表10 响应面试验方差分析Table 10 Variance analysis of response surface methodology

图8 加水量和南瓜籽多糖添加量交互作用的响应面图和等高线图Fig.8 Response surface map and contour map of interaction of water and pumpkin seed polysaccharide additions

图9 加水量和面团静置时间交互作用的响应面图和等高线图Fig.9 The response surface map and contour map of water addition and dough rest time

图10 南瓜籽多糖添加量和面团静置时间交互作用的响应面图和等高线图Fig.10 Response surface map and contour map of interaction of pumpkin seed polysaccharide addition and dough resting time

2.3.4 最优的工艺条件的确定与验证

利用Design Expert 8.0.6.1 软件进行分析，得到面团综合得分最高的工艺参数为：加水量44.62%，南瓜籽多糖添加量7.12%，面团静置时间30.35 min，并预测面团综合得分最高可达8.995 25。考虑到操作的可行性，将最优条件修正为：加水量44.6%，南瓜籽多糖添加量7.1%，面团静置时间30 min。在此条件下进行重复的制作面团并测得指标后计算综合得分，得到综合评分为8.86±0.22，与预测值差异不显著。

3 结论

将脱脂南瓜籽多糖添加至拉面面团中，以面团的综合评分为指标优化其加工工艺。采用主成分因子降维法构建综合评分模型，得到面团综合评分（Y）的数学模型为：Y=0.375X1+0.351X2+0.364X3，其中X1代表弹性值，X2代表咀嚼性值，X3代表硬度值。基于此模型，优化得到拉面面团制作的最佳工艺参数为：加水量44.6%，南瓜籽多糖添加量7.1%，面团静置时间30 min，与预测模型差异不显著。适量的南瓜籽多糖添加至拉面面团中，能够改善面团质构，为传统拉面产品的创新提供了新的思路。