响应曲面法对玉米水饺速冻工艺的优化

于中玉，修 琳，刘景圣

（吉林农业大学，小麦和玉米深加工国家工程实验室，吉林长春130118）

玉米水饺是以玉米水饺专用粉为主要原料制得。长期以来，水饺生产主要以小麦粉为主要原料，玉米水饺的出现改变了水饺产品品种单一的问题[1]，同时，玉米中含有必需氨基酸等多种营养物质，制得水饺煮后具有玉米清香，爽口易食，长期食用可降低现代人由于饮食不规律所造成的各种心脑血管疾病的发病率，具有较高的营养保健价值[2]。速冻食品即将预处理的食品置于-30～-40℃的低温装置中，在30min内快速通过最大冰晶生成带，使食品中心温度从-1℃快速降至-5℃，冻后食品中心温度在-18℃以下。在低温下保存的速冻食品可最大限度保留食品原有品质，因其方便、快捷的优势占有人们日常饮食的大部分[3-4]。水饺作为最受人们欢迎的主食之一，近年来围绕其展开的速冻工艺研究颇多，但受水饺品种限制尚未发现针对玉米水饺进行的速冻工艺研究。本研究对玉米水饺进行速冻工艺实验，以期确定玉米水饺最佳速冻工艺参数，为实现玉米主食化生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

玉米水饺专用粉 吉林农业大学小麦和玉米深加工国家工程实验室提供。

DW-FL262型超低温冷冻实验箱 中科美菱；TA-XTplus型食品物性测试仪 英国Stable Micro Systems公司；德图测温仪 德图仪器国际贸易（上海）有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 水饺制作工艺流程 玉米饺子粉+水→和面→醒发→制皮→包制→摆盘→低温速冻→检验→成品冻藏。

1.2.1.1 和面 称取400g玉米水饺专用粉，倒入和面盆中，然后称取面粉重量1%的食盐溶入适量的纯净水（室温），用量筒量取180mL逐步倒入面盆中，和面。

1.2.1.2 面团醒发熟化 将面团放入保鲜袋中密封，在室温下静置10min。

1.2.1.3 压片 将面团放入压面机中多道压延，锟间距分别为3.0、2.5、2.1、1.7、1.4、1.0mm，其中3.0mm间距走两道，为复合压延，其余锟间距各正反压一次。最后形成厚度1.0mm的面带。

1.2.1.4 样品制作 用直径为60mm的模具切割60个水饺皮，其中分别选取5个水饺皮用于测量速冻水饺皮蒸煮损失，速冻水饺皮煮后吸水率，选取10个水饺皮进行速冻水饺皮煮后TPA的测定；余下40个水饺皮用以制作水饺。水饺皮制备完成后用保鲜袋密封保湿。

水饺制作：水饺皮包入馅料，馅料采用华正冷鲜肉与葱花混合制得，每个饺子用馅料4.0g（准确称量），手工包制成大小形状均一的水饺。

1.2.2 速冻水饺感官评价[5-6]具体内容参见表1。

表1 速冻水饺感官评分标准Table 1 Sensory score on frozen dumplings leather

1.2.3 速冻水饺蒸煮品质的测定

1.2.3.1 水饺皮最佳蒸煮时间的测定 在电磁炉盆中加入1000mL蒸馏水加热至沸腾，然后放入8个速冻水饺皮进行蒸煮，从放入水饺皮开始计时，3min后每隔30s捞出一个置于实验台玻璃板上，用小刀沿其直径切断，在自然光下观察其切断面是否有白芯，直到水饺皮白芯完全消失为止，记录所用时间[7-8]，即为速冻饺子皮最佳蒸煮时间。

1.2.3.2 水饺皮蒸煮损失测定方法 从冰箱中取出5个速冻饺子皮，立刻在电子天平上称重后放入1000mL沸腾的蒸馏水中，煮至水饺皮的最佳蒸煮时间。捞出水饺皮置于滤网上用100mL蒸馏水淋洗30s，淋洗液与蒸煮水一并转入烧杯中置于105℃烘箱中烘至干重。计算水饺皮蒸煮损失率[9]。

水饺皮蒸煮损失率（%）=[（干燥后的烧杯加干物质重-烧杯原重）/生水饺皮重]×100

1.2.3.3 水饺皮煮后吸水率测定方法 从冰箱中取出5个速冻饺子皮，立刻在电子天平上称重后放入1000mL沸腾的蒸馏水中煮至水饺皮的最佳蒸煮时间。捞出水饺皮置于滤网上用100mL蒸馏水淋洗30s，水饺皮在滤网上静置1min后（30s时水饺皮翻动一次），在电子天平上称重，计算水饺皮煮后吸水率[10]。

水饺皮吸水率（%）=[（水饺皮煮后重-生水饺皮重）/生水饺皮重]×100

1.2.4 速冻水饺皮质构品质测定 速冻水饺皮煮后TPA的测定：从冰箱中取出10个速冻饺子皮，放入1000mL沸腾的蒸馏水中煮至水饺皮的最佳蒸煮时间将其捞出，然后放入室温蒸馏水中静止降温20s后捞出，沥干水饺皮表面水分，用纱布将水饺皮与载物台接触一面的水分吸干，制作测试样，调整质构仪测量水饺皮TPA指标[11-14]。本实验采用质构仪所配备探头：P/36R铝制圆柱形探头。

1.2.5 玉米水饺速冻工艺单因素实验

1.2.5.1 速冻温度对速冻水饺品质的影响 取40个玉米水饺放入超低温实验箱，设定速冻温度分别为-40、-35、-30、-25、-20℃，分别冻至水饺中心温度为-18℃，记录时间，冻品储藏于-18℃冰箱中，一周后进行蒸煮实验。根据记录时间将水饺皮放入超低温实验箱中，实验方法同上，分别进行实验。

1.2.5.2 速冻终结温度对速冻水饺品质的影响 取40个玉米水饺放入超低温实验箱，设定超低温实验箱温度为-40℃，水饺中心温度冻至-12、-15、-18、-21、-24℃，记录时间，冻品储藏于-18℃冰箱中，一周后进行蒸煮实验。根据记录时间将水饺皮放入超低温实验箱中，实验方法同上，分别进行实验。

1.2.5.3 冻藏温度对速冻水饺品质的影响 取40个玉米水饺放入超低温实验箱，设定超低温实验箱温度为-40℃，水饺中心温度冻至-18℃，将冻品分别储藏于-10、-15、-18、-21、-30℃条件下，一周后进行蒸煮实验。将水饺皮放入超低温实验箱中，实验方法同上，分别进行实验。

1.2.6 响应面设计对玉米水饺速冻工艺参数的优化实验 根据Box-Behnken中心组合实验设计原理，依据单因素实验结果，综合考虑当前国内外对速冻水饺的评价方法仍主要采用传统的感官评价，所以本实验亦选定感官评分为响应值，选取速冻温度、速冻终结温度、冻藏温度作为对速冻玉米水饺速冻综合品质影响较显著的3个因素[15-16]，采用三因素三水平响应面分析方法，实验以随机次序进行，重复3次，因素与水平设计见表2。

表2 响应面分析因素水平表Table 2 Table of factors and levels in response surface analysis

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果

2.1.1 速冻温度对速冻玉米水饺品质的影响 由表3中可以看出，随着速冻温度的降低，玉米速冻水饺感官评分呈先增大后减小趋势，这主要是因为，冻结速度加快后，水饺快速通过最大结晶区，水饺皮内水分子形成形态均匀的小冰晶，较好的包裹散落淀粉颗粒，蒸煮后面筋网络较好；水饺内部水分形成冰晶形态均匀且体积较小，未损伤细胞组织；水饺皮蒸煮损失率随速冻温度下降明显降低，并在-40℃时最低；蒸煮吸水率反映了水饺皮蒸煮时的溶胀程度，同时在一定程度上反映了水饺皮复原性的强弱，水饺皮蒸煮吸水率在-35℃时达到最大，说明在-35℃时速冻水饺皮复原性最强；由表3可以看出，速冻水饺皮质构TPA指标中硬度、咀嚼性均呈上升趋势，回复性先增大后略有降低。

表3 不同速冻温度条件下玉米速冻水饺感官评分及蒸煮品质、质构TPA测定结果Table 3 Sensory score，cooking quality and texture TPA measurement results of frozen dumplings in different frozen temperature conditions

2.1.2 速冻终结温度对速冻玉米水饺品质的影响 由表4可以看出，随着玉米水饺速冻终结温度即速冻水饺中心温度的逐渐降低，感官评分逐渐增高；在速冻终结温度-15℃时，水饺皮蒸煮损失率开始明显下降并在-21℃损失率最低，说明此时水饺皮内淀粉颗粒均匀包裹于形态均匀的小冰晶内；随着速冻水饺中心温度的逐渐降低，水饺皮蒸煮吸水率呈现先降后升趋势，在-21℃时蒸煮吸水率达到最高，说明此温度下水饺皮溶胀程度最大，复原性较好；质构TPA指标硬度及咀嚼性均逐渐增大，回复性先增大后缓慢减小，并在-18℃时最大。

表4 不同速冻终结温度条件下玉米速冻水饺感官评分及蒸煮品质、质构TPA测定结果Table 4 Sensory score，cooking quality and texture TPA measurement results of frozen dumplings in different frozen ending temperature conditions

2.1.3 冻藏温度对速冻玉米水饺品质的影响 由表5可以看出，随着冻藏温度的降低，玉米速冻水饺感官评分呈升高趋势；水饺皮蒸煮损失率随冻藏温度下降先降低后升高，并在-18℃时最低；水饺皮蒸煮吸水率逐渐降低；质构TPA指标中硬度、咀嚼性呈上升趋势，回复性先增大后略有降低。

表5 不同冻藏温度条件下玉米速冻水饺感官评分及蒸煮品质、质构TPA测定结果Table 5 Sensory score，cooking quality and texture TPA measurement results of frozen dumplings in different frozen storage temperature conditions

2.2 响应面分析

响应面分析实验结果见表6。

对表6在不同条件下测得的速冻玉米水饺感官评价得分，利用Design Expert 8统计软件进行回归拟合，得到速冻玉米水饺感官评价得分（Y）的回归方程：Y=87.30+5.48X1+4.55X2－2.78X3+1.50X1X2+0.30X1X3+5.25X2X3－10.48X12－6.48X22－4.67X32。

表6 响应面分析实验结果Table 6 Results of RSM analysis

2.3 模拟方差分析

利用Design Expert 8统计软件进行二次多元回归拟合，得到回归方程模型的方差分析，见表7。

表7 回归方程的方差分析表Table 7 Analysis of variance for the quadratic regressive equation

由表7可知，模型p＜0.01，表明该模型具有极显著性，模型失拟项p=0.0786＞0.05，模型失拟项不显著，说明模型选择合适；模型项、X1、X2达到极显著水平，X3达到显著水平，二次项X12、X22达到极显著水平，X32达到显著水平，交互项X2X3达到极显著水平，X1X2、X1X3不显著。由此可见，各具体实验因素对响应值的影响不是简单的线性关系。相关系数R2=0.9631＞0.85，模型调整确定系数R2adj=0.9158[17]，说明该模型能解释91.58%响应值的变化，感官评价实际值与预测值之间具有较好的拟合度，因此该模型可用于预测速冻玉米水饺感官评价值的实际情况，对速冻综合品质的影响顺序：速冻温度＞速冻终结温度＞冻藏温度。

2.4 速冻玉米水饺感官评价值响应面分析

由方差分析结果得知，速冻温度和速冻终结温度的交互作用不显著，速冻温度和冻藏温度的交互作用不显著，速冻终结温度和冻藏温度的交互作用极显著（见图1）。

图1 速冻终结温度和冻藏温度对速冻水饺感官评价得分交互影响响应曲面图Fig.1 Response surface plot showing the interactive effects of frozen ending temperature and frozen storage temperature on sensory score of frozen dumplings

从图1中可以看出，冻藏温度方向变化缓慢，速冻终结温度方向变化较陡，这说明速冻终结温度要比冻藏温度对速冻玉米水饺感官评价的影响大，这与方差分析结果一致。当冷藏温度处于较低水平，速冻终结温度处于较低水平时，感官评分较高，可以获得感官评分较高的速冻玉米水饺。可以推测综合品质较高的速冻玉米水饺出现在较低的冻藏温度和速冻终结温度的区域[18-19]。

2.5 模型验证及最佳速冻工艺条件的确定

由二次多项式回归方程可知，在速冻温度为-33.57℃、速冻终结温度为-19.96℃、冻藏温度为-18.28℃条件下，感官评分能达到89.0分。结合实际情况，在速冻温度-34℃、速冻终结温度-20℃、冻藏温度-18℃条件下进行验证实验，得到感官评分为89.3，证实了实际测量值与预测值之间具有良好的拟合度，说明该模型合理有效，具有一定参考价值。同时在该工艺条件下对速冻玉米水饺的蒸煮品质及质构TPA指标分别进行测定，得出水饺皮蒸煮损失率为3.31%，蒸煮吸水率为44.98%，水饺皮煮后质构TPA硬度值为5587.23g，咀嚼性为2573.26g，回复性为0.27g，均达到较好效果，进一步证实该速冻工艺参数的有效性。

3 结论

本实验通过Box-Behnken设计响应面法优化了玉米水饺速冻工艺，并建立了速冻温度、速冻终结温度、冻藏温度影响因素与响应值（速冻玉米水饺感官评分）相互作用的数学模型，得出玉米水饺速冻工艺的最佳参数：速冻温度-34℃、速冻终结温度-20℃、冻藏温度-18℃。通过回归分析和验证实验证明该响应面的合理性和可行性；在该条件下速冻玉米水饺具有较好的蒸煮品质和质构TPA特性，其中水饺皮蒸煮损失率为3.31%，蒸煮吸水率为44.98%，水饺皮煮后质构TPA硬度值为5587.23g，咀嚼性为2573.26g，回复性为0.27g。本实验为进一步研究玉米水饺的速冻条件，改善速冻玉米水饺品质，丰富玉米主食化产品提供一定的理论依据，因此具有很高的应用价值。

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