响应面法优化空气油炸莲子片的工艺研究

吉 薇，陈 玉，胡沛婷，袁学文

（广东第二师范学院生物与食品工程学院，广东 广州 510303）

0 引言

莲子作为首批列入我国卫生部食药同源名单的农产品，具有较高的营养价值。莲子中含有64.2%的淀粉，17.2%的蛋白质，2%的脂肪[1]，相对于同为硬果类的菱角、板栗、白果等蛋白质含量明显偏高；莲子中还含有锌、铁、磷、钙、钾等丰富的矿物质。有研究表明，从莲子芯中提取出的莲子碱具有调节心律失常、降低血压等功效[2]。莲子还具有治疗糖尿病、抗衰老、抗氧化、抑菌消炎与提高免疫力等多种功效[3]。

除了传统的莲子制品，如莲蓉月饼、莲子蜜饯等，莲子的新型加工产品种类也日渐繁多。例如，薛军[4]采用DS32 型双螺杆挤压膨化机对莲子进行挤压膨化处理形成膨化莲子粉，大量减少了莲子中游离脂肪酸的含量并增加了游离氨基酸的含量，并成功地将莲子粉应用到莲蓉的制作工艺中；另外，将膨化莲子粉加入酸奶或奶粉等乳制品中，可以为广大婴幼儿及中老年人提供更为丰富的营养，并且有利于维持糖尿病患者的血糖稳定[5]。空气炸锅使食物受热均匀且带走在食物表面产生的水蒸气，使食物形成酥脆的口感[6]。相比于传统的油炸方式，其优点是可大大减少油的用量，最高可以降低80%的油脂[7]。即食食品在当代受到广大消费者喜爱与追捧，其极大地满足了人们在快节奏生活中的需求，也成为体育、野外作业、宇航、军需等行业发展的必然要求，因此开发即食莲子相关食品具有较大的发展潜能。

1 材料与方法

1.1 试验材料

干莲子，上海禾煜贸易有限公司提供；低筋面粉、马铃薯淀粉、白砂糖、食盐、奶粉、棕榈油等。

1.2 仪器设备

KL-J63A 型空气炸锅，九阳股份有限公司产品；双刀压面机（可压面1～4 mm），永康市荣丽强贸易有限公司产品；KFS-C1 型电子秤，凯丰集团有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

莲子的选择→清洗→熟化→打浆→莲子基料的调配→压片→成型→刷油→油炸。

1.3.2 操作要点

（1） 莲子的选择。采用去芯干莲子为原料。

（2） 熟化。将莲子隔水加热直至软化及淀粉糊化状态。

（3） 打浆。熟化莲子加水75 g，食盐3 g，白砂糖25 g，在榨汁机中打至匀浆状态。

（4） 莲子基料的调配。莲子匀浆内加入低筋面粉、马铃薯淀粉、奶粉、棕榈油调配并搅拌揉搓成面团。

（5） 压片。将揉搓好的面团放入压面机中压成薄片。

（6） 刷油。在每一片莲子片正反面均匀刷上棕榈油。

（7） 油炸。放置空气炸锅的炸篮中进行油炸。

1.3.3 单因素试验

（1） 莲子添加量对莲子片的影响。以混合粉（低筋面粉120 g，马铃薯淀粉20 g，压片厚度1.5 mm，油炸温度176 ℃，油炸时间8 min） 为基准，分别添加莲子60，65，70，75，80 g，对莲子片的形态、风味、色泽、口感与组织结构进行感官评分。

（2） 混合粉比例对莲子片的影响。混合粉由低筋面粉与马铃薯淀粉混合而成。以莲子用量70 g，压片厚度1.5 mm，油炸温度176 ℃，油炸时间8 min为基准，分别添加混合粉，其组成比例为低筋面粉100 g，马铃薯淀粉40 g；低筋面粉110 g，马铃薯淀粉30 g；低筋面粉120 g，马铃薯淀粉20 g；低筋面粉130 g，马铃薯淀粉10 g；低筋面粉140 g；对莲子片的形态、风味、色泽、口感与组织结构进行感官评分。

（3） 压片厚度对莲子片的影响。以莲子用量70 g，混合粉（低筋面粉120 g，马铃薯淀粉20 g，油炸温度176 ℃，油炸时间8 min） 为基准，压片厚度分别设置为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mm，对莲子片的形态、风味、色泽、口感与组织结构进行感官评分。

（4） 油炸时间对莲子片的影响。以莲子用量70 g，混合粉（低筋面粉120 g，马铃薯淀粉20 g，压片厚度1.5 mm，油炸温度176 ℃） 为基准，油炸时间分别设置为6，7，8，9，10 min，对莲子片的形态、风味、色泽、口感与组织结构进行感官评分。

（5） 油炸温度对莲子片的影响。以莲子用量70 g，混合粉（低筋面粉120 g，马铃薯淀粉20 g，压片厚度1.5 mm，油炸时间8 min） 为基准，油炸温度分别设置为172，174，176，178，180 ℃，对莲子片的形态、风味、色泽、口感与组织结构进行感官评分。

1.3.4 响应面试验

根据以上5 组单因素试验结果，按照Boxbehnken 中心组合设计原理，选取莲子用量（A）、油炸时间（B）、油炸温度（C） 3 个因素为自变量，感官评定结果为响应值，水平编码分别为-1，0，1，采用Design Expert 10.0.4 设计三因素三水平的响应面试验，进一步分析这3 个因素空气油炸莲子片工艺的影响，并确立工艺的最佳参数。

响应面试验因素与水平设计见表1。

表1 响应面试验因素与水平设计

1.3.5 感官评定

选定10 位有经验且对评判指标较为敏感的人员组成评定小组[8]，对莲子片的形态、风味、色泽、口感与组织结构进行感官评定，满分为100 分[9]。

莲子片感官评定标准见表2。

表2 莲子片感官评定标准

1.3.6 数据处理

单因素试验结果采用Origin 2019b 进行作图与分析，响应面试验设计与结果通过Design Expert 10.0.4进行作图与数据分析。

2 结果与分析

2.1 莲子用量对莲子片感官评定的影响

莲子用量对莲子片感官评定的影响见图1。

图1 莲子用量对莲子片感官评定的影响

莲子用量为70 g 时，感官评分达到最大值随后呈下降趋势。这与莲子片的口感香味有关，莲子用量太少导致口感淡香味欠佳，但莲子用量过大又会导致莲子匀浆不够均匀，具有较大的颗粒，口感较硬且粗糙。莲子用量为70 g 时，莲子片的组织结构均匀，有浓郁的香味与莲子清香，色泽呈金黄色且口感酥脆。因此，选择70 g 的莲子用量作为后续试验研究。

2.2 混合粉比例对莲子片感官评定的影响

低筋面粉内的麦谷蛋白、醇溶蛋白与清蛋白与水作用后会形成面筋[10]，面筋含量的高低会影响莲子片的品质与质量。由于马铃薯淀粉中不含蛋白质，在低筋面粉- 马铃薯淀粉面团中马铃薯淀粉的比例高低会影响面筋的含量[11]。当混合粉中的淀粉比例高，面筋含量少，面团的黏聚性越小[12]，制成的莲子片容易出现裂痕甚至破碎；淀粉比例低，面筋含量多，制成的莲子片会过韧过硬。由于感官评分结果相差不大，因此选择混合粉比例120 g+20 g 作为空气油炸莲子片工艺研究的最适混合粉比例参数进行后续的响应面试验设计。

2.3 压片厚度对莲子片感官评定的影响

压片厚度对莲子片感官评定的影响见图2。

图2 压片厚度对莲子片感官评定的影响

当压片过薄，莲子片虽得到较为酥脆的口感，但会因为空气炸锅的风力影响导致莲子片变形，不能保持良好的形态，且容易出现焦煳现象，使莲子片的色泽变暗，有焦煳的不良风味；当压片过厚，莲子片的口感绵软，咀嚼性增大，面粉的味道较突出，没有莲子的香味，且色泽过白，感官品质较差。由于厚度差异导致莲子片的口感与风味差异很大，因此选择1.5 mm 的压片厚度作为空气油炸莲子片工艺研究的最适压片厚度参数。

2.4 油炸时间对莲子片感官评定的影响

油炸时间对莲子片感官评定的影响图3。

图3 油炸时间对莲子片感官评定的影响

由图3 可知，当油炸时间偏短，莲子片的色泽过白，出现外围酥脆、中间绵软的口感，且面粉味掩盖了莲子香味；随着油炸时间增加到8 min，莲子片被赋予金黄的色泽，有较强的莲子香味和酥脆的口感；而继续延长油炸时间，莲子片则出现过度脱水以及焦煳的现象，组织结构相对粗糙，且具有焦煳的色泽与风味。因此，选择8 min 的油炸时间作为空气油炸莲子片工艺研究的最适时间参数。

2.5 油炸温度对莲子片感官评定的影响

油炸温度对莲子片感官评定的影响见图4。

图4 油炸温度对莲子片感官评定的影响

当油炸温度偏低时，莲子片同样出现色泽过白的现象，莲子片中还含有相对较多的水分，口感不够酥脆；而油炸温度过高会导致莲子片色泽过焦，焦煳味覆盖了莲子的香味，在176 ℃下，莲子片具有金黄的色泽、酥脆的口感及莲子清香，选择176 ℃的油炸温度作为空气油炸莲子片工艺研究的最适温度参数。

2.6 响应面试验结果

依据单因素试验的基础，选择莲子用量、油炸时间、油炸温度3 个因素为自变量，感官评定分数为响应值，按照Box-behnken 设计原理设计17 组试验进行工艺优化，其中12 组为零点试验和分析试验，5 组为中心点重复试验。

空气油炸莲子片工艺研究响应面试验设计与结果见表3。

表3 空气油炸莲子片工艺研究响应面试验设计与结果

采用Design Expert 10.0.4 对感官评定分数与3 个因素进行多元回归拟合，得到感官评分（Y） 对莲子用量（A）、油炸时间（B）、油炸温度（C） 的回归方程模型为：

回归模型方差分析见表4。

表4 回归模型方差分析

由表4 可知，此回归方程模型的p＜0.01，达到高度显著的水平，证明该模型具有较高的可靠性；失拟项p＞0.05，不显著，表明非试验值的因素对感官评分的影响较小[13]，模型的预测值与实际值拟合较好；相关系数R2=0.963 0，调整系数R2Adj=0.915 4，说明各自变量与响应值之间具有高度线性相关性[14]，且响应值的变化91.54%受自变量的影响[15]，因此该模型可以较好地分析和预测空气油炸莲子片的感官评定分数，反映各因素与感官评分之间的真实关系。

试验因素对指标值的影响程度可通过回归方程模型的各因素系数值进行反映[14]。表4 中的均方值显示，各因素对莲子片感官评分的影响程度从大到小的顺序为油炸时间＞油炸温度＞莲子用量。回归方程中的一次项B、C 即油炸时间、油炸温度与二次项A2，B2，C2及交互项 BC 均具有高度显著性 （p＜0.01），表明各试验因素对试验具有较大的影响，莲子用量、油炸时间、油炸温度与感官评定分数不是普通的线性关系，而是存在明显的二次关系。

利用Design Expert 10.0.4 作出莲子用量、油炸时间与油炸温度三因素交互作用对感官评分影响的等高线模型与响应曲面图。其中，响应曲面的坡度越陡峭，则因素的交互作用对响应值的影响越显著，坡度越平缓则反之；等高线模型形状越接近椭圆，因素的交互作用效应越强，形状越接近圆形则相反[16]。

莲子用量与油炸时间对感官评分影响的等高线图 （a） 和响应面图 （b） 见图 5。

图5 莲子用量与油炸时间对感官评分影响的等高线图（a） 和响应面图（b）

由图5 可知，莲子用量与油炸时间交互的等高线模型形状接近圆形，响应曲面的坡度较平缓，两因素的交互作用对感官评定分数的影响不显著。当固定莲子用量，感官评分随着油炸时间的增加呈先上升后下降的趋势；当固定油炸时间，莲子用量对感官评分的影响比较平缓。

莲子用量与油炸温度对感官评分影响的等高线图 （a） 和响应面图 （b） 见图 6。

图6 莲子用量与油炸温度对感官评分影响的等高线图（a） 和响应面图（b）

由图6 可知，莲子用量与油炸温度的交互影响模型。与图5 的情况相似，等高线模型形状接近圆形，响应曲面的坡度较平缓，交互效应不显著。当莲子用量一定时，感官评分随着油炸温度的增高呈先上升后下降的趋势，而莲子用量对感官评分的影响较弱。

油炸时间与油炸温度对感官评分影响的等高线图 （a） 和响应面图 （b） 见图 7。

由图7 可知，油炸时间与油炸温度的等高线模型椭圆形形状明显，且响应曲面的坡度陡峭，表明油炸时间与油炸温度间的交互作用对感官评定分数的影响显著。随着油炸时间的延长油炸温度的升高，感官评分均呈现先上升后下降的趋势。

图7 油炸时间与油炸温度对感官评分影响的等高线图（a） 和响应面图（b）

当响应曲面达到最高点，在投射下对应的等高线模型中心点，即为试验所对应的最佳条件参数。利用Design Expert 10.0.4 对响应面优化结果与二次项方程进行分析，得到的各因素预测最佳值为莲子用量 70.081 g，油炸时间 7.674 min，油炸温度175.944 ℃，对应的感官评分为86.278 分。

2.7 响应面优化结果的验证

考虑到试验实际操作的方便性，将各因素预测的最佳值为莲子添加量70.081 g，油炸时间7.674 min，油炸温度175.944 ℃，调整为莲子用量70 g，油炸时间8 min，油炸温度176 ℃，在该最佳条件下进行3 次重复验证试验，得到空气油炸莲子片的感官评分平均分为85.6 分，与理论预测分数的相对误差＜1%，无显著差异，证明该响应面对空气油炸莲子片的优化工艺参数与实际情况有较高的拟合度，准确可靠。

3 结论

通过单因素试验与Box-behnken 响应面试验对空气油炸莲子片的工艺参数进行优化，最终得出最佳参数分别为莲子用量70 g，混合粉比例（低筋面粉+ 马铃薯淀粉） 120 g+20 g，压片厚度1.5 mm，油炸时间8 min，油炸温度176 ℃。在此参数下制得的莲子片的感官评分为85.6 分，与理论预测分数的相对误差较小，且莲子片的外形完整、厚薄均匀、无变形和裂痕、香味浓郁，有莲子特有香味，色泽呈金黄色，略带光泽，口感酥脆，不黏牙，组织结构均匀，说明此空气油炸莲子片的配方具有实际操作价值。