響應(yīng)面法在麥麩膳食纖維餅干研制中的應(yīng)用

鄭紹達(dá)

（天津頂園食品有限公司，天津　300457）

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響應(yīng)面法在麥麩膳食纖維餅干研制中的應(yīng)用

鄭紹達(dá)

（天津頂園食品有限公司，天津300457）

摘要：采用炒制法對(duì)麥麩進(jìn)行脂肪酶鈍化處理，通過正交試驗(yàn)確定最佳處理?xiàng)l件。采用Box- Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以黃油、白砂糖、麥麩、雞蛋添加量為自變量，以麥麩膳食纖維餅干感官評(píng)價(jià)得分為因變量，考察各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響，通過響應(yīng)面分析法優(yōu)化麥麩膳食纖維餅干配方，研制富含膳食纖維的保健功能餅干。結(jié)果表明，麥麩脂肪酶鈍化處理最佳條件為5 min，320℃，6 kg；麥麩膳食纖維餅干最佳配方為面粉100 g，黃油34.97 g，白砂糖30.12 g，麥麩19.71 g，雞蛋8.17 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氫鈉0.9 g，碳酸氫銨0.5 g，食鹽0.5 g，卵磷脂0.2 g；烘焙參數(shù)為面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。

關(guān)鍵詞：麥麩；膳食纖維；餅干；響應(yīng)面法

0　引言

小麥?zhǔn)鞘澜绶秶鷥?nèi)產(chǎn)量最大、分布最廣的糧食作物，小麥種植區(qū)域主要分布在溫帶地區(qū)，我國(guó)東北、華北以及長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)是北半球4個(gè)主要產(chǎn)區(qū)之一，小麥產(chǎn)量高。麥麩，即小麥麩皮，是小麥加工面粉過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，資源極為豐富。麥麩中總膳食纖維含量高達(dá)35%～50%，還含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、氨基酸等[1]。膳食纖維被營(yíng)養(yǎng)學(xué)界譽(yù)為人體必需的“第七大營(yíng)養(yǎng)素”，具有非常重要的生理功能，如降低血脂和血壓、穩(wěn)定血糖水平、改善便秘、預(yù)防腸癌和乳腺癌等[2]。通常麥麩的主要用途是制作飼料，產(chǎn)品附加值較低，大量資源未能得到充分利用。

餅干是一類高糖、高油脂的烘焙產(chǎn)品。隨著消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的健康意識(shí)，有益于人體健康的功能性食品備受青睞。將麥麩適量添加到餅干中，既可以保持酥松口感，又可以增加膳食纖維含量，使其具有一定的保健功能。膳食纖維具有良好的烘烤特性和穩(wěn)定功能，既可以改善感官品質(zhì)，又可以強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是開發(fā)利用膳食纖維的良好方法[3]。

響應(yīng)面法是一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，它是將響應(yīng)值作為一個(gè)或多個(gè)因素水平的函數(shù)，通過對(duì)復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系用一次或二次多項(xiàng)式模型來回歸擬合，運(yùn)用響應(yīng)曲面和等高線的圖形繪制技術(shù)，將這種未知的函數(shù)關(guān)系表現(xiàn)出來，因而可以直觀選擇各因素的最優(yōu)化水平，相應(yīng)得出預(yù)測(cè)的最佳響應(yīng)值。響應(yīng)面法的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，是解決實(shí)際生產(chǎn)過程中降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化加工工藝、提高產(chǎn)品品質(zhì)等問題的一種有效方法。試驗(yàn)采用響應(yīng)面優(yōu)化法，探討黃油、白砂糖、麥麩、雞蛋添加量4個(gè)因素對(duì)感官評(píng)價(jià)的交互影響，從而確定麥麩膳食纖維餅干最佳配方，以期為麥麩利用和餅干研發(fā)提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

麥麩、面粉、黃油、白砂糖、雞蛋、淀粉、奶粉、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、食鹽、卵磷脂，均為市售。

高速粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；XS225A型分析天平、BINDER型恒溫干燥箱、STIK型真空干燥箱、馬弗爐、KDN- 04Ⅲ型蛋白質(zhì)測(cè)定儀HYP- 1004型消化爐，上海纖檢儀器有限公司產(chǎn)品；DK- S26型電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

無水碳酸鈉、乙酸、鹽酸、氫氧化鈉、甲基橙、乙醚、乙醇、氫氧化鉀、酚酞、碘化鉀、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸鈉、可溶性淀粉、硅藻土、重鉻酸鉀、MES/2 -（N -嗎啉代）乙烷磺酸、TRIS /三羥甲基氨基甲烷、溴甲酚綠、石油醚、丙酮、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、甲基紅、亞甲基藍(lán)、α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶，均為分析純。

1.2方法

1.2.1脂肪酶鈍化處理

新鮮麥麩含有較強(qiáng)活性的脂肪氧化酶和脂肪水解酶，在加工過程中，使得這些脂肪酶分離出來與油脂相互接觸生成游離的脂肪酸，即油脂發(fā)生氧化酸敗而變質(zhì)，所以必須抑制或鈍化麥麩脂肪酶的活性，才能更有效地開發(fā)和利用麥麩資源[4]。傳統(tǒng)方法主要有化學(xué)法和物理法，化學(xué)法即采用化學(xué)試劑使脂肪酶鈍化或失活，成本較高且營(yíng)養(yǎng)成分損失大；物理法即采用加熱、微波、擠壓等滅酶方法，安全且營(yíng)養(yǎng)成分損失小。本試驗(yàn)采用炒制法，具有安全、便捷、適于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。每次稱取不同質(zhì)量的麥麩，通過補(bǔ)水和烘干的方法調(diào)節(jié)初始水分含量達(dá)到一致，分別采取不同炒制溫度和炒制時(shí)間進(jìn)行處理。對(duì)在各個(gè)條件下處理后的麥麩提油并測(cè)定過氧化值，以過氧化值大小判斷處理效果[5]。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，分別選取炒制質(zhì)量為4，6，8 kg，炒制溫度為280，300，320℃，炒制時(shí)間為4，5，6 min，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)分析，根據(jù)極差分析結(jié)果確定3個(gè)因素對(duì)處理結(jié)果影響程度排列順序，并確定最佳水平。

1.2.2基礎(chǔ)配方及工藝

基礎(chǔ)配方為面粉100 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氫鈉0.9 g，碳酸氫銨0.5 g，食鹽0.5 g，卵磷脂0.2 g。烘焙參數(shù)為面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。工藝流程為原料準(zhǔn)備→混料攪拌→面團(tuán)靜置→餅坯成型→烘焙→冷卻→成品。

1.2.3單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面優(yōu)化分析

固定基礎(chǔ)配方中各種原料添加量，對(duì)黃油添加量（20%，25%，30%，35%，40%，45%）、白砂糖添加量（20%，25%，30%，35%，40%，45%）、麥麩添加量（14%，16%，18%，20%，22%，24%）、雞蛋添加量（2%，4%，6%，8%，10%，12%）4個(gè)因素通過單因素試驗(yàn)得到較適宜的添加量范圍。

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用Design- Expert 8.0.6.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件，采用Box- Behnken Design（BBD），以黃油、白砂糖、麥麩、雞蛋添加量4個(gè)因素（自變量）水平為考察對(duì)象，以產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)得分作為響應(yīng)值（因變量）

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1　響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素與水平設(shè)計(jì)/ %

1.2.4感官評(píng)價(jià)

將制成的麥麩膳食纖維餅干進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，感官評(píng)價(jià)小組由固定的10名評(píng)委組成，每種產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)均由此小組完成，每次感官評(píng)價(jià)得分為10名評(píng)委給出得分的平均值。

麥麩膳食纖維餅干感官評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2　麥麩膳食纖維餅干感官評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.5品質(zhì)檢測(cè)

對(duì)最佳配方工藝條件下制成的麥麩膳食纖維餅干進(jìn)行水分（GB5009.3—2010）、堿度（GB/T20980—2007）、酸價(jià)和過氧化值（GB/T 5009.37—2003）檢測(cè)，并對(duì)膳食纖維含量（GB/T 5009.88—2008）進(jìn)行檢測(cè)[6-9]。

2　結(jié)果與分析

2.1正交試驗(yàn)確定麥麩預(yù)處理?xiàng)l件

麥麩預(yù)處理?xiàng)l件的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果見表3。

表3　麥麩預(yù)處理?xiàng)l件的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)麥麩過氧化值（POV）的影響程度從大到小順序?yàn)槌粗茣r(shí)間（C'）＞炒制溫度（B'）＞炒制質(zhì)量（A'）。極差最大的因素是炒制時(shí)間，將它控制在最好水平（過氧化值最低）C'2；極差居中的因素是炒制溫度，將它控制在最好水平（過氧化值最低）B'3；極差最小的因素是炒制質(zhì)量，將它控制在最好水平（過氧化值最低）A'2。所以，麥麩最佳預(yù)處理?xiàng)l件為C'2B'3A'2，即炒制時(shí)間5 min，炒制溫度320℃，炒制質(zhì)量6 kg。

2.2單因素試驗(yàn)

2.2.1黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響見圖1。

圖1　黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

由圖1可知，隨著配方中黃油添加量的增加，餅干的感官評(píng)價(jià)得分先上升后下降。當(dāng)黃油添加量為35%時(shí)，感官評(píng)價(jià)得分最高，達(dá)88分。

2.2.2白砂糖添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

白砂糖添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響見圖2。

由圖2可知，隨著配方中白砂糖添加量的增加，餅干的感官評(píng)價(jià)得分先上升后下降。當(dāng)白砂糖添加量為30%時(shí)，感官評(píng)價(jià)得分最高，達(dá)89分。

2.2.3麥麩添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

麥麩添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響見圖3。

圖2　白砂糖添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

圖3　麥麩添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

由圖3可知，隨著配方中麥麩添加量的增加，餅干的感官評(píng)價(jià)得分先上升后下降。當(dāng)麥麩添加量為20%時(shí)，感官評(píng)價(jià)得分最高，達(dá)86分。

2.2.4雞蛋添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

雞蛋添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響見圖4。

圖4　雞蛋添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

由圖4可知，隨著配方中雞蛋添加量的增加，餅干的感官評(píng)價(jià)得分先上升后下降。當(dāng)雞蛋添加量為8%時(shí)，感官評(píng)價(jià)得分最高，達(dá)87分。

2.3響應(yīng)面優(yōu)化分析

麥麩膳食纖維餅干生產(chǎn)配方響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果見表4，響應(yīng)面方差分析結(jié)果見表5。

利用Design- Expert 8.0.6.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件對(duì)表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，獲得的二次多元回歸模型為：

運(yùn)用響應(yīng)面法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果獲得的二次多項(xiàng)式回歸擬合方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表5所示。二次多元回歸方程中的各個(gè)變量（自變量）對(duì)響應(yīng)值（因變量）影響的顯著程度由F值檢驗(yàn)來判定。若p值越小，則顯著程度越高。模型的F值為54.34，大于0.01水平上的F值，而且p值小于0.000 1，說明該模型是極顯著的。該模型的失擬度F值等于2.13，小于0.05水平上的F值，而且p值為0.243 4，大于0.05，表明失擬度相對(duì)于純誤差是不顯著的。擬合度為0.981 9，說明構(gòu)建的二次多元回歸模型擬合度較好，可用來對(duì)麥麩膳食纖維餅干感官評(píng)價(jià)得分進(jìn)行預(yù)測(cè)。

AC，AB對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)得分影響的等高線和響應(yīng)面見圖5。

表4　麥麩膳食纖維餅干生產(chǎn)配方響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果

表5　響應(yīng)面方差分析結(jié)果

一次項(xiàng)C，交互項(xiàng)AB與AC，以及二次項(xiàng)A2，B2，C2，D2對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)得分的影響是極顯著的（p＜0.000 1）；一次項(xiàng)D的影響是顯著的（p＜0.05）；一次項(xiàng)A，B，交互項(xiàng)AD，BC，BD，CD的影響是不顯著的。響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對(duì)各個(gè)試驗(yàn)因素所構(gòu)成的三維曲面圖，從圖上可以找出最佳參數(shù)以及各個(gè)參數(shù)之間的相互作用。由圖5可知，響應(yīng)面圖形是開口向下的曲面，表明響應(yīng)值（因變量）感官評(píng)價(jià)得分存在最大值，即該響應(yīng)曲面的最高點(diǎn)。在白砂糖添加量和雞蛋添加量一定的條件下，隨著黃油添加量和麥麩添加量的增大，感官評(píng)價(jià)得分先上升后下降；在雞蛋添加量和麥麩添加量一定的條件下，隨著黃油添加量和白砂糖添加量的增大，感官評(píng)價(jià)得分先上升后下降。由此可知，各原料適當(dāng)?shù)奶砑恿靠梢愿纳汽滬熒攀忱w維餅干的感官評(píng)價(jià)得分。

通過響應(yīng)面分析結(jié)果可知，可利用該回歸方程確定麥麩膳食纖維餅干最佳配方，軟件分析得到的感官評(píng)價(jià)得分預(yù)測(cè)值為86.8分，在最大響應(yīng)值時(shí)，所考察的4種原料最佳配比為以面粉為基準(zhǔn)，黃油34.97 g，白砂糖30.12 g，麥麩19.71 g，雞蛋8.17 g。為了驗(yàn)證預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的差距，采用以上配方工藝進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)3次，得到的餅干感官評(píng)價(jià)得分平均值為87分?？梢?，該模型擬合度較好，能夠較好地預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，說明采用響應(yīng)面法優(yōu)化麥麩膳食纖維餅干配方，具有指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用價(jià)值。

2.4品質(zhì)檢測(cè)

測(cè)定麥麩麩膳食纖維餅干水分2.23%，堿度0.2%，酸價(jià)2.0 mg/g，過氧化值0.036 g/100 g，符合餅干國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 20980—2007）相關(guān)要求[7]。測(cè)定麥麩麩膳食纖維餅干總膳食纖維6.13 g/100 g，不溶性膳食纖維5.94 g/100 g，可溶性膳食纖維0.19 g/100 g，符合預(yù)包裝食品營(yíng)養(yǎng)標(biāo)簽通則（GB 28050—2011）高或富含膳食纖維的要求[10]。

3　結(jié)論

（1）采用炒制法進(jìn)行麥麩脂肪酶鈍化處理，運(yùn)用正交試驗(yàn)法得到最佳處理?xiàng)l件為5 min，320℃，6 kg。

（2）采用Box- Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)，構(gòu)建的模型擬合度較好，能夠較好地預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，得到最佳配方為面粉100 g，黃油34.97 g，白砂糖30.12 g，麥麩19.71 g，雞蛋8.17 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氫鈉0.9 g，碳酸氫銨0.5 g，食鹽0.5 g，卵磷脂0.2 g；烘焙參數(shù)為面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。

（3）對(duì)最佳配方工藝條件下制成的麥麩麩膳食纖維餅干進(jìn)行水分、堿度、酸價(jià)、過氧化值以及膳食纖維含量檢測(cè)，均符合食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，可作為一種保健功能餅干投入市場(chǎng)。

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Application of Response Surface Methodology in Development of Wheat Bran Dietary Fiber Biscuit

ZHENG Shaoda
（Tianjin Dingyuan Food Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China）

Abstract：The development of dietary fiber biscuit is introduced in this experiment by adding wheat bran as the raw material. The wheat bran lipase passivated using stir- fried method. The optimum treatment conditions are determined by orthogonal test. Box- Behnken Design is used in the experiment，adding proportion of butter，sugar，wheat bran，egg as independent variables，and the sensory evaluation score of wheat bran biscuit as the dependent variable. The influence of the interaction of the independent variables on the response value is investigated. The formula of wheat bran biscuit is optimized by response surface methodology. The results show that the optimum conditions of pretreatment of wheat bran by orthogonal experimental method are 5 min，320℃，6 kg. The optimum formula are flour 100 g，butter 34.97 g，sugar 30.12 g，wheat bran 19.71 g，egg 8.17 g，starch 8 g，milk powder 1 g，sodium bicarbonate 0.9 g，ammonium hydrogen carbonate 0.5 g，salt 0.5 g，lecithin 0.2 g. Baking conditions are surface fire 230℃，bottom fire 180℃，baking time 6 min.

Key words：wheat bran；dietary fiber；biscuit；response surface methodology

作者簡(jiǎn)介：鄭紹達(dá)（1985—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)榧Z食制品加工。

收稿日期：2015- 12- 31

文章編號(hào)：1671- 9646（2016）03b- 0012- 05

中圖分類號(hào)：TS213

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.16693/j.cnki.1671- 9646（X）.2016.03.030