響應(yīng)面法優(yōu)化燕麥糖醇蛋糕工藝

張薇，李丹青，郭元春

(商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西商洛 726000)

全球化步伐的不斷加快，為我國烘焙食品業(yè)的發(fā)展及其向中國主食化消費靠攏提供了廣闊的前景[1]。蛋糕作為最常見的烘焙食品之一，以其方便快捷、口感香甜的特點贏得消費者的喜愛[2]。然而含糖量高、膳食纖維含量低的特點致使其易引起齲齒、肥胖癥、高血糖及心腦血管等疾病[3]。隨著人們生活質(zhì)量的提高及對健康飲食的廣泛關(guān)注，低糖或無糖食品逐漸成為新的訴求。乳糜瀉是一種小麥面筋蛋白過敏性腸病，而無面筋谷物（蕎麥、燕麥、高粱等）可在一定程度上防止該疾病的發(fā)生[4-6]。麥芽糖醇甜度為蔗糖的85%～95%，具有耐熱、耐酸和非發(fā)酵性，同時具有不使血糖升高，不增加膽固醇、不刺激胰島素分泌、抑制體內(nèi)脂肪積聚等生理學(xué)特性[7]。赤蘚糖醇是一種新型功能性甜味劑，發(fā)熱量僅為蔗糖的1/10，與其他甜味劑混合使用時，具有明顯的矯味、矯臭效果[8]。麥芽糖醇及赤蘚糖醇因其甜味性質(zhì)良好、熱值明顯低于蔗糖等特點而被用作蔗糖替代品廣泛應(yīng)用于低糖或無糖食品中[9-12]。燕麥中膳食纖維及抗氧化物質(zhì)含量豐富，具有提高免疫力、抑制脂質(zhì)氧化、降低血糖血脂及延緩人體衰老等重要的生理學(xué)功能[13-14]。本研究以生產(chǎn)低糖型健康烘焙產(chǎn)品為出發(fā)點，將燕麥、麥芽糖醇、赤蘚糖醇應(yīng)用于蛋糕制作。輔以響應(yīng)面分析優(yōu)化燕麥糖醇蛋糕的生產(chǎn)工藝，以期生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良、營養(yǎng)豐富、深受消費者喜愛的新型健康蛋糕產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)備

1.1.1 實驗材料

低筋小麥粉（山東佳士博糧油食品有限公司）；麥芽糖醇（河南東東化工產(chǎn)品有限公司）；赤蘚糖醇（河南鴻鑫食化有限公司）；蛋糕油（廣東奇樂趣食品科技有限公司）；泡打粉（蘇州聞達(dá)食品配料有限公司）；燕麥粉、雞蛋、食鹽、植物油、蔗糖、牛奶（市售）。

1.1.2 主要儀器及設(shè)備

電子秤（凱豐集團有限公司）；層式烤箱（OMG-3/9型，河北歐美佳食品機械有限公司）；攪拌機（SM-168S，深圳市牧人電器五金制品有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 蛋糕的制作

普通小麥蛋糕配方如表1所示。其操作工藝為：將雞蛋、蔗糖與食鹽的混合料放入攪拌缸中攪拌至均勻并且出現(xiàn)氣泡，然后加入泡打粉和低筋粉混勻，再加入蛋糕油和牛奶攪打直至打發(fā)，最后加入植物油攪拌均勻。攪拌好的蛋糕面糊倒入6寸蛋糕模具中，設(shè)置烤箱上火180℃，下火175℃，烘烤25 min。

表1 普通小麥蛋糕配方

1.2.2 蛋糕的感官評定

由感官評定小組對蛋糕進行感官評定，評定標(biāo)準(zhǔn)如表2。

1.2.3 單因素試驗

燕麥粉添加量對蛋糕感官評定綜合得分的影響：按照 1.2.1 的方法，不加蔗糖，以低筋小麥粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、10%、15%、20%、25%的燕麥粉代替低筋小麥粉，糖醇添加量為面粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%（麥芽糖醇：赤蘚糖醇=1：1），打發(fā)時間 4 min制作蛋糕并測定其感官評定綜合得分。

糖醇添加量對蛋糕感官評定綜合得分的影響：按照 1.2.1 的方法，不加蔗糖，以低筋小麥粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%、50%、60%、70%、80%的糖醇（麥芽糖醇：赤蘚糖醇=1：1），燕麥粉添加量為面粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，打發(fā)時間4 min制作蛋糕制作并測定其感官評定綜合得分。

打發(fā)時間對蛋糕感官評定綜合得分的影響：按照1.2.1的方法，不加蔗糖，選擇蛋糕打發(fā)時間為0、2、4、6、8 min， 燕麥粉添加量為面粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，糖醇添加量為面粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%（麥芽糖醇：赤蘚糖醇=1：1），制作蛋糕并測定其感官評定綜合得分。

1.2.4 響應(yīng)面分析

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，以蛋糕感官評定綜合得分為響應(yīng)值，按照表3設(shè)置因素水平，優(yōu)化燕麥糖醇蛋糕最佳工藝參數(shù)。

表3 因素水平編碼表

1.3 統(tǒng)計分析

采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)分析，Design Expert 8.0軟件進行響應(yīng)面Box-Behnken實驗設(shè)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥粉添加量對蛋糕感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，燕麥粉添加量小于15%時，蛋糕感官評定綜合得分隨燕麥粉的添加而緩慢升高；當(dāng)超過15%之后，感官評定綜合得分迅速下降。隨著燕麥粉添加量的升高，蛋糕的色澤、外觀、組織結(jié)構(gòu)、滋味與口感四項指標(biāo)皆出現(xiàn)不同程度的降低。在25%添加量時，出現(xiàn)最低感官評定得分，評定小組成員出現(xiàn)略微不滿的態(tài)度。這主要是由于當(dāng)添加量較低時，燕麥在焙烤后產(chǎn)生令人愉悅的輕微焦香味，并帶來良好色澤；當(dāng)燕麥粉添加量不斷增加時，燕麥粘度大、面團筋力差的特點使得蛋糕持氣性降低，斷面的顏色逐漸加深，蛋糕內(nèi)部發(fā)粘，口感及蓬松度明顯下降，出現(xiàn)較低的感官評定綜合得分。

圖1 不同燕麥粉添加量下蛋糕的感官評定綜合得分

2.2 糖醇添加量對蛋糕感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，糖醇的添加量小于60%時，蛋糕感官評定綜合得分隨其添加量升高而升高，大于60%之后，感官評定綜合得分出現(xiàn)下降趨勢。這主要是由于當(dāng)糖醇添加量較低時，糖醇添加量的增大給蛋糕帶來更加香甜的口感，評定小組接受程度增大；當(dāng)糖醇添加量過大時，導(dǎo)致面糊比重增加，面糊中的氣泡均勻性降低，烘烤時蛋糕內(nèi)部氣體散失快，出現(xiàn)夾生、塌陷等不良現(xiàn)象，對蛋糕比容、顏色、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)等感官特性都產(chǎn)生了顯著的不利影響。

圖2 不同糖醇添加量下蛋糕的感官品質(zhì)綜合得分

2.3 蛋糕液打發(fā)時間對蛋糕感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，蛋糕液打發(fā)時間小于4 min時，蛋糕感官評定綜合得分隨打發(fā)時間升高而逐漸升高，當(dāng)大于4 min之后，感官評定綜合得分出現(xiàn)下降趨勢。蛋糕液體系具有一定的粘性，在使用攪拌機攪拌混入空氣時，會形成一個個包裹著空氣的小氣泡，其在受熱的時候會膨脹并凝固，形成蛋糕蓬松的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)[15]。如果打發(fā)時間不夠，蛋糕沒有完全起發(fā)或者回縮嚴(yán)重，會導(dǎo)致蛋糕表面塌陷、蛋糕芯發(fā)粘，不夠蓬松柔軟，在外觀及口感方面得分均較低；當(dāng)?shù)案庖捍虬l(fā)時間過長，會導(dǎo)致蛋糕液消泡，蛋糕失去彈性，內(nèi)部組織粗糙。

圖3 蛋糕液打發(fā)時間對蛋糕感官評定的影響

2.4 最佳工藝優(yōu)化

以Box-Behnken模式進行響應(yīng)面分析，各組試驗蛋糕感官評定綜合得分如表4所示。通過響應(yīng)面軟件，對數(shù)據(jù)進行方程擬合，得到擬合方程：Y=177.19+4.95A+8.02B-7.63C-0.02AB-0.06AC+0.28BC-0.13A2-0.07B2-0.79C2，Y 為感官評定綜合得分，A為燕麥粉添加量，B為糖醇添加量，C為蛋糕液打發(fā)時間。

表4 燕麥糖醇蛋糕響應(yīng)面實驗結(jié)果

二次回歸方程方差分析結(jié)果如表5所示。模型決定系數(shù)R2=0.994>0.9，且與R2Adj=0.986 2接近，即實際值與預(yù)測值接近，表明模型擬合性好，可用于替代實驗真實點對實驗結(jié)果進行分析。模型的P<0.000 1，失擬項的P=0.0512>0.05，表明模型無失擬因素存在，在統(tǒng)計學(xué)上有意義，且是極顯著的?；诨貧w模型方差分析，A、B、C三因素對感官評定綜合得分的三維曲面及等高線圖如圖4～圖6所示。由圖4～圖6可知，當(dāng)打發(fā)時間取零值時，燕麥粉添加量及糖醇添加量等高線為橢圓形，交互作用顯著；當(dāng)糖醇添加量取零值時，燕麥粉添加量及打發(fā)時間等高線接近圓形，交互作用不顯著；當(dāng)燕麥粉添加量取零值時，糖醇添加量及打發(fā)時間等高線為橢圓形，交互作用顯著。通過響應(yīng)面軟件，確定優(yōu)化結(jié)果為燕麥粉添加量為14.60%，糖醇添加量為64.56%，打發(fā)時間為5.95 min，此條件下的感官評定綜合得分最佳值為95.11分。

表5 燕麥糖醇蛋糕優(yōu)化的方差分析

圖4 燕麥粉及糖醇添加量對蛋糕感官評定的影響

圖5 燕麥粉添加量及打發(fā)時間對蛋糕感官評定的影響

圖6 糖醇添加量及打發(fā)時間對蛋糕感官評定的影響

3 結(jié)論與討論

本研究以生產(chǎn)低糖型健康烘焙產(chǎn)品為出發(fā)點，基于燕麥、麥芽糖醇、赤蘚糖醇的營養(yǎng)價值及生理功能，將其應(yīng)用于蛋糕制作，以期生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良且深受消費者青睞的無糖健康蛋糕產(chǎn)品。

以燕麥粉添加量、糖醇（麥芽糖醇：赤蘚糖醇=1：1）添加量及蛋糕打發(fā)時間為自變量因素，蛋糕感官評定綜合得分為響應(yīng)值，進行最佳工藝參數(shù)的響應(yīng)面優(yōu)化分析，優(yōu)化結(jié)果為燕麥粉添加量為 14.60%，糖醇添加量為 64.56%，打發(fā)時間為5.95 min，此條件下的感官評定綜合得分最佳值為95.11分。

本研究中關(guān)于燕麥粉添加量、糖醇添加量及蛋糕液打發(fā)時間三個自變量因素對蛋糕感官品質(zhì)的影響趨勢與前人研究大致相似，但具體范圍不同，這很可能是由于不同種類的蛋糕體系所致。且本研究中僅考慮了燕麥這一種雜糧谷物，關(guān)于其他雜糧谷物（如蕎麥、大麥、高粱等）在無糖蛋糕體系中的應(yīng)用仍具有很大的研究空間及實踐意義，而對于新型健康烘焙產(chǎn)品的研究開發(fā)也必將是未來食品行業(yè)發(fā)展的主流趨勢之一。