響應面法優(yōu)化壓縮餅干基礎(chǔ)配方的研究

羅蕾蕾，吳學鳳，吳俊，*，操麗麗

（1.中國人民解放軍陸軍勤務學院軍需采購系，重慶400030；2.合肥工業(yè)大學食品科學與工程學院，安徽合肥230009）

壓縮餅干是以小麥粉、油脂、糖為主要原料，添加蛋白粉、維生素、礦物質(zhì)以及功能性物質(zhì)[1]，焙烤后粉碎，經(jīng)機械壓制而成的一類食品，具有體積小、能量密度高、耐饑餓、貯存期長、攜帶食用方便等特點，是一種方便快捷應用廣泛的應急食品[2]，目前主要用于軍需配備。世界各國軍隊壓縮餅干的消費量在逐年上升，壓縮餅干己成為各個國家軍隊后勤物資中必不可少的組成部分，同時對壓縮餅干的品質(zhì)質(zhì)量要求也越來越高[3]。我軍目前裝備的壓縮干糧主要存在口味單一，連食性差，不易消化吸收等問題[4]。

全麥粉是指直接將清洗干凈的小麥經(jīng)過特殊粉碎研磨加工達到一定粗細度且包含皮層、胚芽和胚乳全部組成部分的面粉[5]，由于其保留了麩皮中大量的維生素（如B族維生素和VE）、礦物質(zhì)（如鉀、硒、鐵等）、酚酸等[6-7]，營養(yǎng)價值較高，且全麥食品中富含膳食纖維，可促進腸胃蠕動，改善胃腸道功能[8-10]。油脂的多少對壓縮餅干質(zhì)量影響很大。油脂過少，產(chǎn)品變形嚴重，口感硬，表面干燥無光澤，面筋形成多；油脂過多，面團的黏性和彈性降低，使餅干抗裂能力及面團黏力差，甚至松散不易成型。常用的油脂有各種植物油、人造奶油、起酥油等，而軍用壓縮干糧生產(chǎn)則應采用穩(wěn)定性良好的棕櫚油。全脂奶粉的加入能提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，延遲老化，使產(chǎn)品保持柔軟，同時賦予產(chǎn)品優(yōu)良的風味并改善產(chǎn)品色澤[11]。

本研究主要對壓縮餅干基礎(chǔ)配方展開研究，通過研究全麥粉、棕櫚油以及全脂奶粉的不同添加量進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)對壓縮干糧品質(zhì)的提高和改善。

1 材料與方法

1.1 材料

棕櫚油、小麥粉、全麥粉、全脂奶粉、白砂糖、食鹽、小蘇打、姜粉水、葡萄糖、牛磺酸、大豆蛋白、復合維生素、復合礦物質(zhì)、抗氧化劑均為食品級：市售。

1.2 設(shè)備及儀器

TR32S型烤箱：佛山市偉仕達電器實業(yè)有限公司；TS2023B型烘箱：昆山臺順測試科技有限公司；YRH-150F型恒溫培養(yǎng)箱：上海姚氏儀器設(shè)備廠；SOX406型索氏提取器、K9840型凱氏定氮儀：山東海能科學儀器有限公司；75MA型高壓滅菌鍋：上海銳風儀器制造有限公司。

1.3 工藝流程[12]

原輔料預處理→配料→調(diào)粉→成型→焙烤→冷卻→粉碎→拌料→壓縮→成品

1.4 操作要點

1.4.1 原輔料預處理

液化棕櫚油。用水溶解白砂糖，食鹽和小蘇打，加入液化過的棕櫚油，充分打發(fā)。

1.4.2 調(diào)粉

將稱好的小麥粉，全麥粉，全脂奶粉，姜粉倒入（1.4.1）中，混合均勻，和成面團[13]。

1.4.3 成型

將和好的面團壓成厚度均勻的片狀，用模具壓出餅干。

1.4.4 焙烤

上火180℃，下火150℃，時間8 min。

1.4.5 粉碎

焙烤后冷卻，粉碎制成餅干粉末。

1.4.6 拌料

向粉末中倒入棕櫚油，?；撬?，大豆蛋白，復合維生素，復合礦物質(zhì)，抗氧化劑，葡萄糖，充分混合。

1.4.7 壓縮

將攪拌均勻的壓縮餅干粉末放在壓縮機中，其中壓縮機壓力為200 kg/cm2，真空度為0.09 MPa，壓縮程度到為1.6 cm。

1.5 感官評定方法

選擇10名感官評價員依據(jù)感官評分標準[14-15]，對試驗產(chǎn)品進行打分，結(jié)果取平均值。主要評價指標為形態(tài)、色澤、滋味與口感、組織狀態(tài)、雜質(zhì)，滿分為100分[16-17]，見表 1。

表1 感官鑒定標準Table 1 Standards of sensory evaluation

1.6 指標的測定和方法

1.6.1 餅干物性的測定

用TA.XTplus物性儀對餅干的硬度、脆度、咀嚼度進行測定，采用P50探頭，測試前速率1.00 mm/s，測試速率0.50 mm/s，測試后速率0.50 mm/s，壓縮程度90%，數(shù)據(jù)采集速率為200 p/s[18]。

1.6.2 其他測定方法

水分含量：按GB5009.3-2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》第一法直接干燥法進行測定；灰分測定：按GB5009.4-2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》進行測定；蛋白質(zhì)含量測定：按GB5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質(zhì)的測定》第一法凱氏定氮法進行測定；脂肪含量測定：按GB5009.6-2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》索氏抽提法進行測定；過氧化值：按GB5009.227-2016《食品安全國家標準食用植物油衛(wèi)生標準的分析方法》進行測定；酸價：按GB5009.229-2016《食品安全國家標準食用植物油衛(wèi)生標準的分析方法》進行測定；菌落總數(shù)：按GB4789.2-2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》進行測定；大腸菌群：按GB 4789.3-2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群計數(shù)》進行測定；沙門氏菌：按GB 4789.4-2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗沙門氏菌檢驗》進行測定。

1.7 壓縮餅干基礎(chǔ)配方的單因素試驗及響應面優(yōu)化

1.7.1 單因素試驗

原基礎(chǔ)配方為：面粉（全麥粉30%，小麥粉70%）100%，全脂奶粉10%，白砂糖6%，食用鹽1%，小蘇打1%，水16%，姜粉0.35%，棕櫚油22%。本試驗在原基礎(chǔ)配方基礎(chǔ)上選擇不同的棕櫚油添加量（按18%、20%、22%、24%、26%）、全麥粉添加量（按 25%、30%、35%、40%、45%）、全脂奶粉添加量（按7%、8%、9%、10%、11%）進行單因素試驗設(shè)計，對制作得到的壓縮餅干進行感官評價。

1.7.2 Box-Behnken Design-響應面優(yōu)化分析

在單因素試驗基礎(chǔ)上，以棕櫚油添加量、全麥粉添加量、全脂奶粉添加量為考察因素，在單因素優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken中心組合設(shè)計方法，以感官評價總分（Y）為響應值，進行三因素三水平的響應面試驗，確定產(chǎn)品最佳感官質(zhì)量，響應面試驗因素水平見表2。

表2 響應面試驗因素水平編碼表Table 2 Factors and levels of response surface experiments

1.8 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007和Design Expert8.6版軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)化壓縮餅干基礎(chǔ)配方單因素試驗

棕櫚油添加量、全麥粉添加量和全脂奶粉添加量對餅干感官質(zhì)量的影響見圖1。

圖1 棕櫚油添加量、全麥粉添加量和全脂奶粉添加量對餅干感官質(zhì)量的影響Fig.1 The sensory evaluation effect of the amount of palm oil addition，flour addition，whole milk powder addition on compressed biscuit

由圖1知，隨著棕櫚油用量的增加，面團延伸性、可塑性不斷上升，色澤不斷變亮，由于油脂的作用主要是在面粉蛋白質(zhì)和淀粉粒的表面形成一層不透性的隔離層，限制了面團吸水力，面筋難以形成，從而提高了面團性能，使得餅干容易成型，不易干裂，酥松性好[19]。棕櫚油用量超過18%時，餅坯均容易成型，產(chǎn)品餅干內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層次感、口感、色澤、香味不斷朝著好的方向變化，感官評分不斷升高，說明在一定范圍內(nèi)棕櫚油用量越多越好，但是當棕櫚油的用量超過24%時，其咀嚼性下降，適口性逐漸下降，感官評分也隨著下降，所以棕櫚油的最佳添加范圍是20%～24%。

隨著全麥粉的添加，餅干的圓整度良好，無顯著變化，孔隙度無顯著性變化；上表面紋絡減弱，裂紋逐漸增多，但當全麥粉添加量超過35%時，餅干裂紋逐漸增多，口感酥脆度下降，所以全麥粉添加的最適范圍是30%～40%。

隨著全脂奶粉的增加，餅干的評分值先增加后減小，所以全脂奶粉的最適添加范圍是8%～10%。

2.2 優(yōu)化壓縮餅干基礎(chǔ)配方響應面試驗

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，比較選用較顯著因素，進行三因素三水平試驗，對壓縮餅干的基礎(chǔ)配方進行優(yōu)化。響應面試驗設(shè)計方案及結(jié)果見表3。

表3 響應面試驗設(shè)計方案及結(jié)果Table 3 Experimental design and resuls for response surface optimization

2.3 回歸模型的建立與檢驗

應用DesignExpert 8.6版軟件對響應面試驗結(jié)果進行分析，得到3個因素之間的響應方程：Y=-1 376.6+40.91A+22B+115.78C-0.225AB-0.65BC-0.625BC-0.437A2-0.233B2-4.32C2。對響應面設(shè)計的試驗結(jié)果擬合的模型進行方差分析和顯著性檢驗，由回歸方程的方差分析中概率P值判定各個變量對感官評分分值Y影響的顯著性，模型的回歸方程和顯著性見表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Regression model analysis of variance

由表可知，模型達到顯著水平，判定系數(shù)R2為0.952 0，說明評價值的變異中有95.2%是由變量（A、B、C）引起。校正后的判定系數(shù)R2adj為0.890 3，表明模型方程很好地擬合指標與配方比例關(guān)系。一次項B高度顯著，交互項AC顯著，平方項A2和C2高度顯著。各因素對餅干粉的影響程度依次為：B＞A＞C，即棕櫚油添加量＞全麥粉加入量＞全脂奶粉加入量。F模型=15.43，P＜0.001，表明二次多元回歸模型回歸效果高度顯著；F失擬=0.66，P=0.661 6＞0.05，失擬項不顯著，回歸模型無失擬因素存在[20]?；貧w模型與實際試驗擬合良好。可用該模型對餅干品質(zhì)進行進行分析和預測[21]。

2.4 因素間的交互作用

從響應面分析圖上可以直觀的反映出各自變量對響應值的影響，以及各自變量之間的交互作用[22]。根據(jù)回歸方程得出不同因素的響應面分析圖結(jié)果見圖2～圖4。全麥粉添加量與棕櫚油添加量對餅干感官質(zhì)量的影響見圖2，全麥粉添加量與全脂奶粉添加量對餅干感官質(zhì)量的影響見圖3，棕櫚油添加量與全脂奶粉添加量對餅干感官質(zhì)量的影響見圖4。

等高線的形狀可以比較直觀反映各個因素間交互作用的大小，等高圖趨向橢圓，交互作用顯著，反之，則不顯著[23]，由圖2～圖4可知，AC兩項的交互作用比較顯著，其它交互作用不顯著，這與方差分析的結(jié)果是一致的。

由圖2可以看出，等高線沿B軸的變化比沿A軸要密集，說明因素B顯著性要比A的大，即棕櫚油添加量對餅干粉的影響要比全麥粉對其的影響要大；由圖3可以看出等高線沿A軸的變化要比C軸密集，說明A的顯著性要比C的大，即全麥粉對壓縮餅干感官質(zhì)量的影響要比全脂奶粉加入量大；由圖4可以看出，等高線沿B軸的變化要比沿C軸的密集，說明因素B的顯著性要比C大，即棕櫚油添加量對壓縮餅干感官質(zhì)量的影響要比全脂奶粉大，這些分析結(jié)果都與方差分析的結(jié)果是相一致的。

圖2 全麥粉添加量與棕櫚油添加量對壓縮餅干感官質(zhì)量的影響Fig.2 The sensory evaluation effect of the amount of flour addition and palm oil addition on compressed biscuit

圖3 全麥粉添加量與全脂奶粉添加量對壓縮餅干感官質(zhì)量的影響Fig.3 The sensory evaluation effect of the amount of flour addition and whole milk powder addition on compressed biscuit

圖4 棕櫚油添加量與全脂奶粉添加量對壓縮餅干感官質(zhì)量的影響Fig.4 The sensory evaluation effect of the amount of palm oil addition and whole milk powder addition on compressed biscuit

2.5 驗證性試驗

采用Design Expert 8.6版軟件對響應面結(jié)果進行優(yōu)化，得到壓縮餅干的最佳基礎(chǔ)配方為：面粉（全麥粉35%，小麥粉65%）100%，棕櫚油20%，全脂奶粉9%，白砂糖6%，食用鹽1%，小蘇打1%，水32%，姜粉0.35%，預測值為84.37。此條件下進行試驗驗證，設(shè)置3次平行試驗，得到壓縮餅干平均感官評分為85，與理論預測值較為接近，偏差為0.74%，說明模型的擬合程度較好，具有實用價值。

2.6 壓縮餅干產(chǎn)品的質(zhì)量指標

2.6.1 質(zhì)構(gòu)特性

硬度41 890 g；黏性26 485.7；咀嚼性13 393.8均在較為合理的范圍內(nèi)[24]。

2.6.2 理化指標

水分含量：5.2%；蛋白質(zhì)：13.57%；脂肪：18.6%；碳水化合物：60.43%；灰分：2.3%；過氧化值：0.631 5 g/100 g；酸價：0.193 5 mg/g均符合國家標準。

2.6.3 微生物指標

細菌總數(shù)≤100 CFU/g；大腸菌群≤3 MPN/100 g；致病菌未檢出[25]。

3 結(jié)論

通過單因素試驗及響應面分析方對全麥粉、棕櫚油、全脂奶粉添加量進行優(yōu)化，得出全麥粉35%、棕櫚油20%、全脂奶粉9%時感官評分最高，此時餅干的最佳配比為：（以面粉為基準）面粉（全麥粉35%小麥粉65%）100%，棕櫚油20%，全脂奶粉9%，白砂糖6%，食用鹽1%，小蘇打1%，水32%，姜粉0.35%（總計153.35%）。由方差分析和各因素交互作用可知各因素對感官評分的影響主次順序為棕櫚油添加量＞全麥粉加入量＞全脂奶粉加入量。此條件下壓縮餅干形態(tài)、組織較好，表面色澤非常均勻，有光澤，口感松脆，硬度適中，不黏牙，香味強，無異味。但本試驗還只是對壓縮餅干的基礎(chǔ)配方進行研究，并沒有對壓縮過程中的配方進行優(yōu)化，因此下一步的工作，還可在本試驗基礎(chǔ)配方的基礎(chǔ)上，添加葡萄糖、大豆蛋白粉、牛磺酸、復合維生素、復合礦物質(zhì)等營養(yǎng)強化劑，進行營養(yǎng)強化系列產(chǎn)品開發(fā)。

[1]程曉鳳,肖龍恩,李博.壓縮餅干貨架期預測模型的建立以及影響預測精度的因素[J].食品科技,2015(3):107-114

[2]吳俊,姜敬維,李鵬.微細化淀粉代脂研究及其在壓縮餅干中的應用[J].食品科學,2008,29(4):203-205

[3]朱華平.高效能壓縮餅干性能研究與開發(fā)[D].天津:天津科技大學,2005:1-61

[4]郭長江,楊繼軍.饑餓與生存[J].解放軍預防醫(yī)學雜志,2003,21(2):155-156

[5]Hemery Y,Rouau X,Lullien-Pellerin V,et al.Dryprocesses to develop wheat fractions and products with enhanced nutritional quality[J].Journal of Cereal Science,2007,46(3):327-347

[6]Christensen K L,Hedemann M S,L?rke H N,et al.Concentrated arabinoxylan but not concentrated β-Glucan in wheat bread has similar effects on postprandial insulin as whole-grain rye in portoarterial catheterized pigs[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2013,61(32):7760-7768

[7]劉金福,王步江.全麥粉及其制品中活性物質(zhì)的提取工藝及抗氧化作用研究[J].中國食品學報,2011,11(8):30-33

[8]Saura-Calixto F.Dietary fiber as a carrier of dietary antioxidants:an essential physiological function[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,59(1):43-49

[9]王軍,王忠合,陳雪純,等.全麥粉添加量對蘇打餅干營養(yǎng)特性及其消化性的影響[J].食品科技,2014(8):142-146

[10]鄭麗娜,劉龍抹.抹茶全麥餅干的研制[J].現(xiàn)代食品科技,2013(6):1362-1364

[11]周家春.食品工藝學[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008

[12]陸啟玉.糧油食品加工工藝學[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2005:59

[13]楊萍芳.焙烤食品加工工藝及配方 [M].北京:化學工業(yè)出版社,2006:122-127

[14]謝季堅.模糊數(shù)學方法及其應用[M].武漢:華中科技大學出版社,2006:143-165

[15]Waichungo W W,Heymann H,Heldman D R.Usingdescriptive analysis to characterize the effects of moisturesorption on the texture of low moisture foods[J].Journal of Texture Studies,2000,15(1):35-46

[16]ZHU J,HUANG S,KHAN K,et al.Relationship of protein quanlity and dough properties with Chinese steamed bread quality[J].Journal of Cereal Science,2001,33(2):205-212

[17]夏秀華.燕麥麩膳食纖維對發(fā)酵餅干品質(zhì)的影響[J].糧油加工,2008(8):87-89

[18]王璐,雷激,王明.檸檬皮渣膳食纖維在餅干中的應用[J].食品與發(fā)酵科技,2014,501(1):51-55

[19]吳孟.面包糕點餅干工藝學[M].北京:中國商業(yè)出版社,1992:117

[20]孟憲軍,李冬男,汪艷群,等.響應曲面法優(yōu)化五味子多糖的提取工藝[J].食品科學,2010,31(4):111-113

[21]王蕊.奶香花生果生產(chǎn)工藝和配方研究[J].食品科技,2010,35(10):139-142

[22]呂曼曼,劉航,苗修港,等.超聲波輔助提取高粱全粉色素工藝及其體外抗氧化性分析[J].食品科學,2014,35(16):39-45

[23]張臣飛,夏秋良,尹樂斌,等.響應面法優(yōu)化大豆纖維蔓越莓餅干配方研究[J].食品研究與開發(fā),2017,38(3):75-79

[24]DiM R,Cavella S,Masi P.Predicting sensory cohesiveness,hardness and springiness of solid foods from instrumental measurements[J].Journal of Texture Studies,2008,39(2):129-149

[25]容振興,吳文龍,楊志娟,等.響應面法優(yōu)化風味羅非魚糕工藝的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2015(2):87-89