中国是世界面条消费大国，其中以挂面为代表的面条干制品占领了中国国内主流消费市场[1]。花色挂面是指以小麦粉为主要原料，添加品质改良剂和风味、营养强化剂，经手工或机器加工制成的挂面。目前常见的花色挂面类型包括南瓜挂面[2]、紫薯挂面[3]、薏米挂面[4]、猴头菇挂面[5]、荷叶粉挂面[6]、锁掷孢酵母菌挂面[7]、枸杞挂面[8]等。较普通挂面而言，花色挂面在外观、色泽和营养价值等方面对消费者更具吸引力，但在生产过程中，随着其他配料的加入，小麦粉所占比重减少，挂面的品质特性受到影响，易出现断条、糊汤、适口性差等问题[9]。
紫薯生全粉挂面是花色挂面的典型代表，具有诱人的色泽、丰富的营养价值和一定的保健功效，其含有的功能成分花青素具有清除自由基、延缓衰老的作用[10-11]；含有的膳食纤维可促进肠胃蠕动，预防便秘、结肠癌、冠心病等[12-13]。目前有不少关于紫薯挂面改良的研究，如苑建伟等[3]通过正交试验确定了生产紫薯挂面的最适紫薯粉、水添加量以及谷朊粉添加量，李升等[14]用谷朊粉、魔芋胶、硬脂酰乳酸钠这3种改良剂提升了紫薯挂面的蒸煮品质和感官品质。但改良的重点往往是在挂面的口感、质构等方面[15-16]，在工艺优化时对紫薯生全粉挂面色泽、营养和功能成分保存等方面的考量较为欠缺。本研究以紫薯生全粉添加量、水添加量、柠檬酸添加量、魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM）添加量为自变量，紫薯生全粉挂面感官评分为因变量，在单因素试验结果的基础上，设计四因素三水平的响应面试验优化紫薯生全粉挂面配方工艺，并对比优化后挂面与市售挂面在蛋白质、花青素、膳食纤维等营养成分和硬度、蒸煮损失等蒸煮性能方面的差异，为开发营养健康的紫薯生全粉挂面提供了理论依据和数据支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
紫薯生全粉：湖北根聚地农业发展股份有限公司；高筋小麦粉：河北五得利面粉集团有限公司；柠檬酸、KGM：河南万邦实业有限公司。所用化学试剂均为国产分析纯。
ASM-DA1000和面机：北美电器有限公司；BS-210分析天平：德国赛多利斯公司；FC1－220型单相双值电容电动压面切条机：台州浪腾机电有限公司；C22-F2电磁炉：杭州九阳生活电器有限公司；TAXT plus型质构仪：英国Stable Micro Systems公司。
1.2 试验方法
1.2.1 紫薯生全粉挂面的制作
紫薯生全粉挂面的制作参照施建斌等[17]的方法略作修改，主要流程：混粉→拌粉→加水→和面→醒面→轧面→晾晒。
将紫薯生全粉、小麦粉及添加剂配料放入和面碗中搅拌均匀，取适量纯净水加入到盛有混粉样品的和面碗中，边加边搅拌，使其充分接触。然后使用和面机3档和面至面团表面均匀光滑。将和好的面团放置醒发箱（25±2）℃醒面20 min，然后将醒发好的面团，置于轧面机上轧6次～7次，直至轧出的面片颜色、厚度均匀。用2.00 mm切刀对面条进行切割，切割后将面条梳理好，用铁杆将其悬挂于阴凉通风处晾制48 h，得到成品挂面水分含量在15%以下，面长切割至200 mm，方便储存。
1.2.2 单因素试验设计
以100 g小麦粉为基准，选择影响紫薯生全粉挂面工艺配方的4个主要因素[紫薯生全粉添加量（0%、2%、4%、6%、8%、10%）、水添加量（30%、32%、34%、36%、38%、40%）、柠檬酸添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）、KGM 添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）]进行单因素试验，以感官评分为指标，确定最佳的单因素条件。
1.2.3 响应面试验设计
在单因素试验结果的基础上，采用Box-Behnken试验，以紫薯生全粉添加量、水添加量、柠檬酸添加量、KGM添加量为自变量，紫薯生全粉挂面感官评分为响应值，设计四因素三水平的响应面试验，因素水平见表1。
表1 响应面试验设计因素和水平
Table 1 Factors and their levels used in response surface analysis
水平D K G M添加量/%-1 6 3 0 0.4 0.4 0 8 3 2 0.6 0.6 1 1 0 3 4 0.8 0.8因素A紫薯生全粉添加量/%B水添加量/%C柠檬酸添加量/%
1.2.4 感官评价方法
参照梅新等[18]的方法略作修改，感官评定小组由10名经过感官评定培训的专业人员组成，根据表2评判标准对煮后挂面进行综合评分，总分为100分，所有测定试验重复3次，取平均分为最终感官评分。
表2 紫薯生全粉挂面感官评价
Table 2 Sensory evaluation of noodles made by raw purple sweet potato flour
项目 评价标准 分数外观 鲜亮紫色且表面光滑 16～20紫色但亮度一般且表面略粗糙 11～15颜色黯淡且表面粗糙 1～10
续表2 紫薯生全粉挂面感官评价
Continue table 2 Sensory evaluation of noodles made by raw purple sweet potato flour
项目 评价标准 分数气味 有紫薯香味且无异味 8～10无紫薯香味且无异味 5～7无紫薯香味且有异味 1～4适口性 软硬适中 16～20稍软或稍硬 11～15过软或过硬 1～10食味 有紫薯清香且无异味 16～20无紫薯清香且无异味 11～15有酸味或异味 1～10黏性 咀嚼时爽口、不粘牙 8～10稍爽口略粘牙 5～7不爽口很粘牙 1～4光滑性 入口光滑 8～10较光滑 5～7光滑程度差 1～4断条数 面条断10%～20% 8～10面条断30%～40% 5～7面条断＞40% 1～4
1.2.5 基本成分的测定
水分、灰分、脂肪、淀粉、蛋白质、膳食纤维含量的测定分别参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的直接干燥法、GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》中的高温灼烧法、GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法、GB 5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》中的酶水解法、GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法、GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》中的方法。花青素含量参照秦燕[19]的方法测定，酸化乙醇提取后，利用双波长pH示差法测定其含量。碳水化合物及能量的计算参照田洪芸等[20]的方法，按照食品总质量为100进行，按如下公式计算。
1.2.6 面条蒸煮特性的测定
取一定量的面条记数量为M1，质量为M3，置于沸水中煮制6 min，捞出面条并沥水5 min，记录煮制沥水后面条质量M4以及此时完整的面条数量M2，然后将面条干燥至恒重M5。面条的断条率、吸水率和蒸煮损失率参照以下公式计算。
参照施建斌等[21]的方法，采用质构仪测定煮熟后紫薯生全粉挂面的硬度、切割力和拉伸力。
1.3 数据处理
所有试验均重复3次以上，试验数据经Microsoft Excel 2013处理后，用Origin 2018作图。
2 结果与分析
2.1 紫薯生全粉挂面配方工艺优化单因素试验结果与分析
单因素试验结果见图1。
图1 单因素试验结果
Fig.1 Results of single factor experiment
不同小写字母表示差异显著（p＜0.05）。
紫薯生全粉可以赋予挂面天然植物所独有的鲜艳色泽和浓郁香气，适量添加有助于提升挂面在外观和气味方面的感官评分；但其吸湿性强且不含面筋蛋白，过量添加则会使挂面结构松散、难以成型。由图1可知，紫薯生全粉的适宜添加量为8%，此条件下挂面的感官评分为67.30±1.16，较未添加紫薯生全粉的挂面感官评分提升了32.22%。
柠檬酸具有降低挂面组织体系的pH值、与金属离子鳌合、延缓和抑制酶促褐变的作用，是常用的绿色无硫护色剂，同时也是食品调味剂[22]。由图1可知，柠檬酸的适宜添加量为0.6%，此条件下挂面的感官评分为76.20±1.32，较未添加柠檬酸的挂面色泽更加鲜艳动人，其感官评分提升了13.56%。柠檬酸添加量一旦超过0.8%，挂面酸味明显，食味等感官评分指标得分显著下降。
KGM是从魔芋块茎里提取的一种高分子量、非离子型水溶性多糖，也是已知植物多糖中黏度最大的天然高分子多糖[23]。KGM由于其水溶液具有较高的黏度，因此在食品工业中广泛用作增稠剂、乳化剂、稳定剂等，适度添加有助于增进挂面的韧性、光滑度，过度添加则会导致挂面过黏、感官评分降低。由图1可知，KGM的适宜添加量为0.6%，此条件下挂面的感官评分为75.10±0.99，较未添加KGM的挂面感官评分提升了11.92%。
面粉中的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白与水结合可形成面筋结构，具有较强的黏弹性和延展能力。一旦加水量过多，面条过黏，难以成型；而当加水量过少，则会影响面筋的形成，挂面口感过硬、结构粗糙、弹性差[24]。由图1可知，水的适宜添加量为32%，此条件下挂面的感官评分为68.40±0.84。
2.2 紫薯生全粉挂面配方工艺优化响应面试验结果与分析
2.2.1 响应面优化试验结果
应用Desin-Expert软件设计四因素三水平响应面试验，共29个试验，其中5个中心试验，24个析因试验，结果如表3所示。
表3 响应面试验设计与结果
Table 3 Box-Behnken test design and results
试验号 A紫薯生全粉添加量B水添加量C柠檬酸添加量D KGM添加量 感官评分1 -1 -1 0 0 81.64 2 1 -1 0 0 84.36 3 -1 1 0 0 78.36 4 1 1 0 0 80.36 5 0 0 -1 -1 78.06 6 0 0 1 -1 75.34 7 0 0 -1 1 80.61 8 0 0 1 1 76.35 9 -1 0 0 0 78.38 10 1 0 0 0 81.38 11 -1 0 0 0 78.58 12 1 0 0 0 83.64 13 0 -1 -1 -1 77.38 14 0 1 -1 -1 80.67 15 0 -1 1 1 79.31 16 -1 1 1 1 75.61 17 1 0 -1 -1 78.06 18 -1 0 -1 -1 81.34 19 1 0 1 1 78.34 20 1 0 1 1 75.63 21 0 -1 0 0 81.24 22 0 1 0 0 78.09 23 0 -1 0 0 84.64 24 0 1 0 0 80.34 25 0 0 0 0 86.00 26 0 0 0 0 85.63 27 0 0 0 0 86.03 28 0 0 0 0 85.64 29 0 0 0 0 84.09
经回归拟合，得到预测方程为Y=85.48+1.11A-1.26B-1.30C+0.97D-0.18AB-1.50AC+0.52AD-1.75BC-0.29BD-0.39CD-2.22A2-1.98B2-5.14C2-2.65D2。试验设计经量纲编码信息处理，回归系数绝对值大小可反映该因素对响应值的影响情况[25]。
2.2.2 回归模型和方程系数显著性检验分析
响应面回归模型方差分析见表4。
表4 响应面回归模型方差分析
Table 4 Variance analysis of response surface regression model
注：* 表示差异显著，P＜0.05；** 表示差异极显著，P＜0.01。
来源 系数估值 标准误差 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性模型 288.08 14 20.58 13.44 ＜0.000 1 **A 85.48 0.55 14.85 1 14.85 9.70 0.007 6 **B 1.11 0.36 19.10 1 19.10 12.47 0.003 3 **C-1.26 0.36 20.12 1 20.12 13.14 0.002 8 **D-1.30 0.36 11.35 1 11.35 7.41 0.016 5 *AB 0.97 0.36 0.13 1 0.13 0.085 0.775 4 AC -0.18 0.62 8.97 1 8.97 5.86 0.029 7 *AD -1.05 0.62 1.06 1 1.06 0.69 0.419 2 BC 0.52 0.62 12.22 1 12.22 7.98 0.013 5 *BD -1.75 0.62 0.33 1 0.33 0.22 0.649 3 CD -0.29 0.62 0.59 1 0.59 0.39 0.543 8 A2 -0.39 0.62 31.92 1 31.92 20.84 0.000 4 **B2 -2.22 0.49 25.35 1 25.35 16.55 0.001 2 **C2 -1.98 0.49 171.33 1 171.33 111.87 ＜0.000 1 **D2 -5.14 0.49 45.40 1 45.40 29.65 ＜0.000 1 **残差 -2.65 0.49 21.44 14 21.44失拟项 18.89 10 18.89 2.96 0.153 6纯误差 2.55 4 2.55总和 309.52 28 309.52决定系数R2=0.930 7 调整决定系数R2Adj=0.861 5
如表4所示，模型回归方程达到极显著水平（P＜0.000 1），模型的决定系数R2=0.930 7，表明此模型实测值与预测值之间具有高度的相关性；失拟项P=0.153 6＞0.05，表明失拟因素不显著，具有可信度。综上分析，该模型与实际情况拟合较好，能较好反映各个因素和响应值之间的真实关系，能够用于预测紫薯生全粉挂面的最佳配方工艺。其中A、B、C对感官评分影响极显著，D对感官评分影响显著，BC和AC交互作用显著，各因素影响程度排序为 C＞B＞A＞D，D 和 A、B、C间不存在显著交互作用。
各因素交互作用影响感官评分的响应面图和等高线图见图2。
图2 各因素交互作用影响感官评分的曲面图和等高线图
Fig.2 The surface and contour plots of sensory evaluation were influenced by the interaction of various factors
响应面曲面的坡度直接反映各因素对挂面感官评分结果的影响程度，坡度越平缓代表研究因素对结果影响程度较小，越陡峭代表影响程度越大[26]。等高线每条曲线代表感官评分相同，呈椭圆形说明研究因素之间的交互作用显著，呈圆形则说明交互作用不显著，等高线中最小的椭圆中心点为响应面的最高点。图2与表4方差分析结果具有一致性，水添加量和柠檬酸添加量以及紫薯生全粉添加量和柠檬酸添加量的交互作用对感官评分的影响显著。
2.2.3 条件优化和验证试验
通过对二次多元回归模型进行优化处理，得到最优试验方案为紫薯生全粉添加量8.70%、水添加量31.40%、柠檬酸添加量0.57%、KGM添加量0.65%，感官评分的预测值为86.05。为验证该条件下的合理性，在该最优条件下进行3次重复试验，制得的紫薯生全粉挂面感官评分为85.17±0.23，与理论值的相对误差为1.02%（＜5%），说明该模型与实际情况拟合较好，结果可靠，可以指导实际生产。
2.3 优化后紫薯生全粉挂面品质分析
2.3.1 挂面基本营养成分
挂面基本营养成分情况见表5。
表5 挂面基本营养成分情况
Table 5 Basic nutritional components of noodles
注：同列不同小写字母代表差异显著（p＜0.05）。
能量/（kJ/100 g）紫薯生全粉挂面 12.78±0.02a 0.95±0.01b 1.18±0.08a 10.06±0.01b 3.68±0.08a 71.35±0.20a 0.19±0.01a 1 427.63±6.53b普通小麦粉挂面 12.71±0.02b 1.27±0.02a 1.50±0.32a 10.36±0.03a 2.93±0.01b 71.23±0.40a 0.04±0.01b 1 442.53±5.55a样品 水分含量/（g/100 g）灰分含量/（g/100 g）脂肪含量/（g/100 g）蛋白质含量/（g/100 g）膳食纤维含量/（g/100 g）碳水化合物含量/（g/100 g）花青素含量/（mg/g）
紫薯生全粉和小麦粉的营养成分组成存在显著差异，紫薯生全粉不含面筋蛋白，但具有丰富的花青素和膳食纤维[27-28]，因此加入紫薯生全粉制作的花色挂面在营养品质上和普通小麦粉挂面存在明显区别。由表5可知，紫薯生全粉挂面的水分含量、碳水化合物含量以及可提供的能量分别为（12.78±0.02）、（71.35±0.20）g/100 g 和（1 427.63±6.53）kJ/100 g，与市售普通挂面基本持平；灰分、脂肪、蛋白质含量分别为（0.95±0.01）、（1.18±0.08）g/100 g 和（10.06±0.01）g/100 g，均略低于市售普通小麦粉挂面；膳食纤维和花青素含量分别为（3.68±0.08）g/100 g和（0.19±0.01）mg/g，与市售普通小麦粉挂面相比分别提升了25.60%和3.75倍。
2.3.2 挂面蒸煮特性
挂面蒸煮特性见表6。
表6 挂面蒸煮特性情况
Table 6 Cooking characteristics of noodles
注：同列不同小写字母代表差异显著（p＜0.05）。
样品 断条率/% 吸水率/% 蒸煮损失率/% 硬度/g 拉伸力/g 切割力/g紫薯生全粉挂面 0 161.38±1.32b 15.43±0.53b 4 540.72±348.11a 68.76±5.75a 117.07±12.46a普通小麦粉挂面 0 171.15±1.35a 19.84±0.26a 2 357.59±107.11b 36.66±2.24b 26.59±0.34b
由表6可知，按优化配方制得的紫薯生全粉挂面煮后无断条，吸水率和蒸煮损失率分别为（161.38±1.32）%和（15.43±0.53）%，较市售普通小麦粉挂面分别降低了5.70%和22.23%。煮后挂面的硬度、拉伸力和切割力分别为（4 540.72±348.11）、（68.76±5.75）g 和（117.07±12.46）g，较市售普通小麦粉挂面分别提升了92.62%、87.31%和3.40倍。综上所述，依据最优配方制得的紫薯生全粉挂面蒸煮性能良好。
3 结论
本研究以感官评分为指标，设计四因素三水平响应面试验优化了紫薯生全粉挂面配方工艺：紫薯生全粉添加量8.70%、水添加量31.40%、柠檬酸添加量0.57%、KGM添加量0.65%，此条件下制作的挂面感官评分的预测值为86.05，经3次重复试验验证得到的感官评分值为85.17，相对误差为1.02%，模型拟合良好，可用于指导实际生产。对挂面进行品质评价，其色泽鲜亮、口感筋道、带有紫薯的清香，水分含量为（12.78±0.02）g/100 g、脂肪含量为（1.18±0.08）g/100 g、蛋白质含量为（10.06±0.01）g/100 g、可供能量为（1 427.63±6.53）kJ/100 g，膳食纤维和花青素含量较普通挂面分别提升了25.60%和3.75倍，且蒸煮性能良好，无断条情况发生。
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