響應(yīng)面法優(yōu)化酸角海綿蛋糕的制作工藝

曹淼，化志秀，童斌，*，洪文龍，操慶國(guó)，樊金山，許俊齊

（1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院茶與食品科技學(xué)院，江蘇 句容 212400；2.江蘇省句容中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 句容 212400）

酸角，又名羅望子、酸豆、酸梅等，屬于豆科（Leguminosae）羅望子屬（Tamarindus），成豆莢形，果實(shí)扁平而大，適宜干熱河谷種植，是一種食藥兼用的常綠喬木[1]。酸角果肉肥厚、口感酸甜并具有令人愉悅的香味，主要產(chǎn)于南亞和非洲熱帶區(qū)域，我國(guó)滇、川、瓊、粵、桂、閩等省南部、中部和北部常見[2-3]。酸角果肉營(yíng)養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)（粗蛋白含量高達(dá)116 mg/g）和18種氨基酸，其中有8 種人體必需氨基酸和2 種嬰兒必需氨基酸[4]。酸角果肉中還含有較高的礦物質(zhì)元素（如：銅、鎂、鋅、鉀、鈣和磷等），是人體礦物質(zhì)的良好補(bǔ)充來(lái)源，每天食用100 g 酸角果肉可提供一個(gè)成年人每日所需10.69%的鈣，20.49%的鎂，14.21%的磷，12.07%的鐵，2.71%的錳，1.29%的鋅，32.22%的銅和9.21%的硒[5-7]。酸角果肉中還含有多種維生素，其中維生素E含量高達(dá)48.27 mg，胡蘿卜素、B 族維生素含量也較高。另外，酸角還含有花黃素、菊胺和無(wú)色花青素等。酸角不僅具有較高的食用價(jià)值，還具有較好的防治疾病以及保健功能。酸角味酸、甘，性辛、涼，有祛熱解暑、止渴、消積化食、清腦提神的功效，能治緩瀉、妊娠嘔吐、便秘、小兒疳積、高血壓等多種病癥[8]。藥理研究表明酸角果肉具有輕瀉[9]、降血脂[10]、抑菌[11]、降血糖[12]、抗突變和抗致癌物[13]、保護(hù)細(xì)胞損傷[2]等作用。

海綿蛋糕是利用蛋白質(zhì)起泡性能，使蛋液中充入大量的空氣，加入面粉烘烤而成的一類膨松點(diǎn)心[14]。海綿蛋糕氣味色澤誘人、口感柔軟細(xì)膩、甜度適中、老少皆宜，因此備受大眾的喜愛。我國(guó)現(xiàn)對(duì)于酸角的開發(fā)利用還處于初級(jí)階段，產(chǎn)品形式相對(duì)單一，僅局限于飲料和糖果，亟需進(jìn)一步開發(fā)新的產(chǎn)品。將酸角加入到海綿蛋糕中不僅可以提高酸角的利用率，促進(jìn)酸角產(chǎn)品的多樣化，同時(shí)還可以豐富海綿蛋糕的種類，增加海綿蛋糕的營(yíng)養(yǎng)保健成分，延長(zhǎng)酸角的產(chǎn)業(yè)鏈，提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

本研究探討了酸角粉添加量、白砂糖添加量、雞蛋添加量對(duì)酸角海綿蛋糕感官品質(zhì)和硬度的影響，并采用響應(yīng)面法優(yōu)化制作工藝，以期為酸角海綿蛋糕的開發(fā)提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

雞蛋、白砂糖：購(gòu)自句容便民超市（農(nóng)校店）；低筋小麥粉：濰坊風(fēng)箏面粉有限責(zé)任公司；酸角粉：陜西斯諾特生物技術(shù)有限公司；調(diào)和油：益海嘉里糧油（中國(guó)）有限公司；蛋糕油：富樂(lè)爾科技有限公司黃埔分公司。

SAM-603F 三門峽豪華型電氣烤爐、SDM-7L 中心攪拌器：無(wú)錫市雙麥機(jī)械有限公司；TA-XT Puls 質(zhì)構(gòu)儀：英國(guó)Stable Micro System 公司；BPS-30-416AR電子計(jì)價(jià)秤：廈門佰倫斯電子科技有限公司；TC-K 電子天平：紹興市舜光儀器設(shè)備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程[15-16]

原輔料準(zhǔn)備→蛋糕糊打發(fā)→倒入模具振蕩→烘烤→冷卻

1.2.2 操作要點(diǎn)

準(zhǔn)確稱量各原輔料于盤中，備用；先將烤箱打開預(yù)熱30 min 左右，溫度調(diào)至上火190 ℃，下火180 ℃（溫差不超過(guò)5 ℃）；將雞蛋、白砂糖一起放入攪拌缸中開慢速（240 r/min～360 r/min）攪拌至肉眼觀察有無(wú)白糖顆粒為止；再倒入蛋糕油開中速攪拌至蛋糕油充分分散在蛋液中（蛋糊顏色變?yōu)榈S或乳白、質(zhì)地濃稠）；然后加入過(guò)篩的低筋粉和酸角粉開高速攪拌至打蛋器的拌網(wǎng)上蛋糕糊緩慢流下即可；加入色拉油開慢速（120 r/min～240 r/min）攪拌均勻；倒入模具（大約七到八分滿）或者烤盤，抹平、振蕩防止有氣泡；放入烤箱中烘烤25 min（視成熟情況可增加減少1 min）即可出爐；將蛋糕從烤箱里取出，在室溫下冷卻即可。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

參考海綿蛋糕傳統(tǒng)配方，以低筋面粉面粉量100%為基準(zhǔn)，色拉油11%、蛋糕油5.6%保持不變，探討酸角粉的添加量（2%、4%、6%、8%、10%）、白砂糖的添加量（80%、90%、100%、110%、120%）、雞蛋的添加量（120%、170%、220%、270%、320%）3 個(gè)因素對(duì)酸角海綿蛋糕感官品質(zhì)和比容的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

以單因素的試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體見表1。

表1 試驗(yàn)因素水平與編碼表Table 1 Coding of experimental factors and levels

1.3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

感官評(píng)定小組由5 名有食品評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)的人員組成，從色澤、外觀、口感和內(nèi)部結(jié)構(gòu)4 個(gè)方面，考察3 個(gè)因素對(duì)酸角海綿蛋糕的感官品質(zhì)的影響，評(píng)分指標(biāo)見表2。

表2 酸角海綿蛋糕的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring criteria of tamarind sponge cake

1.4 硬度測(cè)定

將烘烤出爐的蛋糕室溫冷卻至25 ℃，再把蛋糕切成3 份大小相等、厚度為2 cm 的方塊。采用TA-XT Puls 質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)面包質(zhì)構(gòu)特性，使用TP/36R 的探頭。測(cè)定條件：5 g 力，觸發(fā)模式Auto，測(cè)前速率3.0 mm/s，測(cè)試速率1.0 mm/s，測(cè)后速率1.0 mm/s，壓縮50%，間隔5 s。每個(gè)樣品重復(fù)3 次，取其hardness（硬度）的平均值進(jìn)行結(jié)果計(jì)算。

1.5 產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)定

按照GB 7099-2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)糕點(diǎn)、面包》測(cè)定在最優(yōu)工藝參數(shù)下制作的產(chǎn)品。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Design-Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 酸角粉添加量對(duì)海綿蛋糕感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

酸角粉添加量對(duì)海綿蛋糕感官評(píng)價(jià)及硬度的影響見圖1。

圖1 酸角粉添加量對(duì)感官評(píng)分及硬度的影響Fig.1 The effect of tamarind fruit powder addition on sensory evaluation and hardness

由圖1 可知，酸角粉的添加量對(duì)感官評(píng)分影響在2%～4%時(shí)處于上升，4%～10%都處于下降趨勢(shì)，硬度也隨酸角粉的添加量的增加越來(lái)越大。當(dāng)酸角粉的添加量為4%時(shí)酸角海綿蛋糕感官評(píng)分最高且硬度較低。酸角粉添加量過(guò)少時(shí)，在蛋糕中不能吃出酸角的特殊味道，顏色也相對(duì)較淡；反之酸角粉添加過(guò)多時(shí)蛋糕過(guò)于甜膩，組織結(jié)構(gòu)粗糙、氣孔大而不均勻、硬度也較大，影響口感。綜上，初步選定酸角粉的添加量為4%。

2.1.2 白砂糖添加量對(duì)海綿蛋糕感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

白砂糖添加量對(duì)海綿蛋糕感官評(píng)價(jià)及硬度的影響見圖2。

圖2 白砂糖的添加量對(duì)感官評(píng)分及硬度的影響Fig.2 The effect of sugar on sensory score and hardness

由圖2 可知，白砂糖的添加量對(duì)感官評(píng)分影響在80%～100%處于上升，100%～120%時(shí)處于下降，白砂糖添加量為100 %時(shí)硬度最小，當(dāng)白砂糖添加量為100%時(shí)蛋糕口感柔軟細(xì)膩、甜味適中，有淡淡的酸角味，且顏色呈金黃色。白砂糖添加量過(guò)少時(shí)蛋糕味道較淡，顏色為淺黃色；反之白砂糖添加過(guò)多時(shí)蛋糕過(guò)于甜膩，影響食用口感。綜上，初步選定白砂糖的添加量為100%。

2.1.3 雞蛋添加量對(duì)海綿蛋糕感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

雞蛋添加量對(duì)海綿蛋糕感官評(píng)價(jià)及硬度的影響見圖3。

圖3 雞蛋的添加量對(duì)感官評(píng)分及硬度的影響Fig.3 The effect of egg addition on sensory score and hardness

由圖3 可知，雞蛋的添加量對(duì)感官評(píng)分影響較大，120%～270%處于上升，270%～320%時(shí)處于下降，硬度也隨雞蛋的添加量的增加而越來(lái)越小。當(dāng)雞蛋添加量過(guò)少時(shí)，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不規(guī)整、粗糙發(fā)干，而且沒(méi)有海綿蛋糕獨(dú)特的風(fēng)味與口感。當(dāng)雞蛋的添加量為270%時(shí)蛋糕的感官評(píng)分最高，硬度也較小，而雞蛋添加過(guò)多則使蛋糕蛋腥味太重、粘牙，且顏色略淡。綜上，初步選定雞蛋的添加量為270%。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)分析

2.2.1 響應(yīng)面分析方案

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

利用軟件對(duì)表3 中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，對(duì)各因素回歸擬合后，得到以感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值的三元二次回歸方程：

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface experiments

感官評(píng)分（Y）=89.52-1.55A-2.025B-0.875C-1.25AB+1.15AC+0.55BC-3.985A2-1.415B2-4.385C2；

硬度（Y'）=512.68+41.86A+152.41B+12.61C-53.27AB+19.03AC+16.53BC+415.91A2-145.01B2-183.07C2。

回歸模型方差分析見表4、表5。

表4 回歸模型方差分析（感官評(píng)價(jià)）Table 4 Variance analysis of regression model（Sensory evaluation）

表5 回歸模型方差分析（硬度）Table 5 Variance analysis of regression model（Hardness）

由表4 可知，所建立的感官評(píng)分回歸模型P=0.000 2，達(dá)極顯著水平，得出 R2=0.969 1，R2Adj=0.929 4，說(shuō)明該模型能夠較好的反映響應(yīng)值的變化，失擬項(xiàng)（P=0.065 9）不顯著，說(shuō)明回歸模型和預(yù)測(cè)值之間有較好的擬合度，模型的一次項(xiàng)A、B（P＜0.01）影響極顯著，C（P＜0.05）影響顯著；二次項(xiàng)A2、C2（P＜0.01）影響均極顯著，B2（P＜0.05）影響顯著；交互項(xiàng)AB（P＜0.05）影響顯著，AC、BC（P＞0.05）影響均不顯著；由此可知三因素對(duì)感官評(píng)價(jià)影響的順序?yàn)椋築＞A＞C。

由表5 可知，所建立的硬度回歸模型P=0.011 5，達(dá)到顯著水平，得出R2=0.891 6，說(shuō)明該模型能夠較好的反映響應(yīng)值的變化，失擬項(xiàng)（P=0.060 4）不顯著，說(shuō)明回歸模型和預(yù)測(cè)值之間有較好的擬合度；模型的一次項(xiàng) B（P＜0.05）影響顯著，A、C（P＞0.05）影響均不顯著；二次項(xiàng)A2（P＜0.01）影響極顯著，C2（P＜0.05）影響顯著，B2（P＞0.05）影響不顯著；交互項(xiàng)AB、AC、BC（P＞0.05）影響均不顯著；由此可知三因素對(duì)硬度影響的順序?yàn)椋築＞A＞C。

2.2.2 響應(yīng)面和等高線分析

由于在交互項(xiàng)中酸角粉的添加量（A）和白砂糖（C）的交互作用對(duì)酸角海綿蛋糕感官評(píng)價(jià)值的影響顯著，用Design-Expert8.0.6 軟件繪出了相應(yīng)的響應(yīng)面圖和等高線圖，見圖4。

從圖4 可以看出，酸角粉添加量（A）、白砂糖（B）及其交互作用對(duì)感官品質(zhì)影響，隨著酸角粉添加量的增加、雞蛋的增加，感官評(píng)分呈拋物線狀態(tài)，在酸角粉添加量為4%，白砂糖為100%達(dá)到最大。由等高線圖可以看出它們的交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)有很大的影響。

圖4 酸角粉添加量、白砂糖及其交互作用對(duì)感官品質(zhì)影響的響應(yīng)面和等高線Fig.4 The response surface and contour of the effect of tamarind powder（A）and sugar（C）on sensory quality

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

以感官評(píng)分為指標(biāo)得到的最優(yōu)工藝參數(shù)1 為：酸角粉添加量3.88%，白砂糖添加量80%、雞蛋添加量261.45%；以硬度為指標(biāo)得到的最優(yōu)工藝參數(shù)2 為：酸角粉添加量3.77%，白砂糖添加量80%、雞蛋添加量270.78%。

對(duì)工藝參數(shù)1 和工藝參數(shù)2 進(jìn)行3 次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。

表6 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Parallel validation test

由表6 可看出，工藝參數(shù)1 的感官評(píng)分比工藝參數(shù)2 高，硬度比工藝參數(shù)2 低，與軟件給出預(yù)測(cè)值較吻合。因此，選擇工藝參數(shù)1 作為最優(yōu)工藝參數(shù)。

2.2.4 產(chǎn)品指標(biāo)

2.3.1 感官指標(biāo)

色澤：表面油潤(rùn)，呈金黃色，色澤均勻，富有光澤；口感：香甜適中，細(xì)膩柔軟疏松，不干，有濃郁的酸角風(fēng)味；外形：塊形豐滿，頂部有較大弧度，表面光滑，無(wú)焦斑，無(wú)崩頂；組織結(jié)構(gòu)：氣孔細(xì)密，分布均勻、無(wú)硬塊。

2.3.2 理化指標(biāo)

干燥失重≤43 g/100 g，酸價(jià)（以脂肪計(jì)）（KOH）≤2 mg/g；鉛（以 Pb 計(jì)）≤ 0.02 mg/kg；砷（以 As 計(jì)）≤0.02 mg/kg。

2.3.3 微生物指標(biāo)

細(xì)菌總數(shù)≤100 CFU/g，大腸菌群數(shù)≤3 MPN/100 g，無(wú)致病菌檢出。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)，確定酸角粉添加量、白砂糖添加量、雞蛋添加量各因素在單一因素變化的情況下的最優(yōu)值。以單因素試驗(yàn)的結(jié)果為基礎(chǔ)，用響應(yīng)面法對(duì)酸角海綿蛋糕制作工藝進(jìn)行優(yōu)化，建立酸角粉添加量、白砂糖添加量、雞蛋添加量和對(duì)感官評(píng)價(jià)值及硬度值的二次回歸方程模型，經(jīng)驗(yàn)證，該數(shù)學(xué)模型可靠，可用于酸角海綿蛋糕最優(yōu)工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)。

結(jié)合單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)確定酸角海綿蛋糕最優(yōu)配方參數(shù)為：酸角粉添加量3.88%、白砂糖添加量80%、雞蛋添加量261.45%，在此最優(yōu)工藝參數(shù)下制作的蛋糕感官評(píng)價(jià)分為91.4，硬度值為440.134 g，具有獨(dú)特的酸角風(fēng)味。