响应面法优化龙山小米果蔬复合即食粥工艺

张一鸣，景绘丽，高 玲，葛邦国，和法涛

(中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东 济南 250014)

龙山小米历史上为全国四大贡米之一，特产于山东省济南市章丘区，是全国农产品地理标志产品。龙山小米香味浓郁且营养丰富，维生素A、维生素B1及维生素B2的含量高于其他小米品种[1-5]。据《神农本草经》中记述：“龙山小米养肾气，除胃热，治消渴，利小便。”近年来的相关研究也表明，小米具有助消化、软化血管，降血压，安眠和提高免疫力等功效[4-7]。即食小米粥产品具有食用方便、营养价值较高等优点，在即食类产品市场上销量逐年递增。目前，市场上的即食小米粥，主要以东北、山西等地区的小米为原料，龙山小米的即食粥研究未见报道[8-10]。本研究在即食小米粥的基础上，添加果蔬粉，使其营养更加丰富，为龙山小米加工产业链的延伸，推动特色农产品经济的发展提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小米：章丘龙山小米，市售；复合果蔬粉(苹果粉、菠萝粉、菠菜粉、芒果粉、山药粉、胡萝卜粉等，颜色呈黄褐色)，西安斯诺特股份有限公司；碘化钾(AR)、碘(AR)，天津市科密欧化学试剂有限公司；氢氧化钾(AR)、盐酸(AR)，天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.2 仪器与设备

XS 365M电子天平，瑞士普里赛斯仪器有限公司；DS-56III双螺杆挤压膨化机，济南赛信机械有限公司；500Y型高速多功能粉碎机，浙江锐腾食品机器有限公司；UV1000分光光度计，上海天美科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1工艺流程

龙山小米→粉碎→过筛→与复合果蔬粉混匀→调整含水率→双螺杆挤压熟化→干燥→粉碎→成品。

1.3.2工艺参数优化

单因素试验条件分别为熟化温度125、130、135、140、145℃，含水率28%、31%、34%、37%、40%，果蔬粉添加比例10%、20%、30%、40%、50%。考察单因素试验条件时，设置固定条件为熟化温度130℃、含水率30%、果蔬粉添加比例30%。在单因素试验基础上，通过响应面优化试验确定最优工艺条件。熟化度测定，参考文献[11]中方法进行。感官评价，选择20位专业食品评价人员对产品进行感官评分，结合《稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》GB/T 15682—2008制定评分标准，具体见表1。在单因素试验基础上，进行响应面优化试验，设计因素水平见表2。

表1 感官评分表

表2 因素水平表

1.3.3数据分析

数据差异性通过软件SPSS 22.0进行分析，响应面优化试验结果通过软件Design Expert 8.0进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1熟化温度对熟化度和感官评分的影响

熟化温度对熟化度和感官评分的影响见图1。

图1 熟化温度对熟化度和感官评分的影响

由图1可知，随着熟化温度的上升，即食小米粥熟化度显著上升，当达到140℃后上升就不明显了；感官评分呈先显著上升，当达到140℃后开始显著下降。分析原因为随着熟化温度的上升，小米粥熟化逐渐完全且增香效果明显，达到135℃时米粥基本达到熟化饱和状态，高于140℃后小米粥焦糊味明显，感官评分下降。因此，选择135℃为单因素最佳熟化温度。

2.1.2含水率对熟化度和感官评分的影响

含水率对熟化度和感官评分的影响见图2。

图2 含水率对熟化度和感官评分的影响

由图2可知，随着含水率的上升，即食米粥熟化度先显著上升，当水分达到31%～34%时熟化度变化不显著，水分超过34%后，熟化度呈显著下降。分析原因为在挤压熟化过程中，小米粥含水率较低时热量吸收少，故熟化度低，含水率过高则因水润滑作用，使小米粥在挤压机中受到剪切力较低，故熟化度较低。感官评分先显著上升，当水分达到34%～37%时，感官评分变化不大，当水分超过37%后，感官评分显著下降。分析原因为随着小米粥熟化度上升，增香明显，感官评分提高；而过高的含水率导致产品黏性过大，复水率下降，感官评分降低。

2.1.3果蔬粉添加比例对熟化度和感官评分的影响

果蔬粉添加比例对熟化度和感官评分的影响见图3。

图3 果蔬粉添加比例对熟化度和感官评分的影响

由图3可知，果蔬粉添加比例为10%～30%时，即食小米粥熟化度下降不显著，当达到30%后呈显著下降。分析原因为在挤压熟化过程中，随着果蔬粉添加比例提高，小米比例降低，小米粥淀粉含量降低，熟化度降低。感官评分呈先显著上升，当达到30%后呈下降的趋势。分析原因为随着果蔬粉添加比例提高，果蔬复合小米粥熟化风味良好；当大于30%后，小米风味被果蔬风味掩盖，感官评分下降。

2.2 响应面优化试验

响应面优化试验结果见表3。

表3 响应面优化试验结果

使用Design Expert 8.0.6中的中心组合设计模块进行响应面优化，得到Y1二次多项方程：

Y1=90.383 28+2.451 303X1+

0.797 129X2-1.545X3+

0.725X1X2-0.9X1X3+

0.475X2X3-0.895 31X12-

0.859 96X22-1.478 68X32

该二次项模型R2=0.96，说明该模型仅有4%的总量变异不能由模型因素解释，同时模型信噪比=14.86>4，说明该模型拟合程度较好，优化结果较为可信。

熟化度模型方差分析结果如表4所示。

表4 方差分析

由表4可知，该预测模型项P<0.01，呈极显著水平，模型失拟项P=0.439 8，呈不显著水平，同时模型X1、X3、X12、X22、X32项呈极显著水平，模型X2、X1X2、X1X3项呈显著水平，说明该预测模型拟合程度良好。

使用Design Expert 8.0.6中的中心组合设计模块进行响应面优化，得到Y2二次多项方程：

Y2=88.211 48-0.737 22X1-0.015 97X2-

0.171 74X3+0.775X1X2+1.125X1X3-

0.475X2X3-0.911 97X12-

0.717 52X22-1.177 14X32

该二次项模型R2=0.92，说明该模型仅有8%的总量变异不能由模型因素解释，同时模型信噪比=11.66>4，说明该模型拟合程度较好，优化结果较为可信。感官评分模型方差分析结果见表5。

表5 方差分析

由表5可知，该预测模型项P=0.000 2<0.0 1，呈极显著水平，模型失拟项P=0.415 2，呈不显著水平，同时模型X1、X1X3、X12、X22、X32项呈极显著水平，模型X1X2项呈显著水平，说明该预测模型拟合程度良好。

根据Design Expert软件优化提供的因素最优方案为熟化温度131.85 ℃、含水率31.95%、果蔬粉添加比例27.7%，理论最优熟化度为91.76%，感官评分为87.74。根据实际情况及操作可行性，将最优方案调整为熟化温度132℃、含水率32%、果蔬粉添加比例28%，进行验证试验得到熟化度为93.88%，感官评分为89.22，与理论值误差分别为2.3%、1.6%，说明该方案较为可行。

3 结论

以龙山小米为主要原料，通过响应面优化试验对龙山小米果蔬复合即食粥的制备工艺参数进行优化，得到的最优制备工艺参数为熟化温度132℃、含水率32%、果蔬粉添加比例28%。该工艺条件下熟化度为93.88%，感官评分为89.22，产品小米和果蔬风味浓郁，口感良好。可为提高龙山小米产品附加值，深化产业加工链，推动龙山小米产区经济发展提供参考。