響應(yīng)面法在豆纖維橙味曲奇餅干研制中的應(yīng)用

周曉潔,王秋普,趙良忠,*,尹玲紅,夏璜金,黃玉平

(1.邵陽學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院,湖南邵陽 422000; 2.豆制品加工技術(shù)湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地,湖南邵陽 422000;3.湖南省果蔬清潔加工工程技術(shù)研究中心,湖南邵陽 422000)

豆纖維是豆制品加工的副產(chǎn)品,每年產(chǎn)量可達(dá)2.8×109kg[1]。豆纖維富含膳食纖維,具有一定的生理和保健功能,能夠有效降低血液中膽固醇含量[2-3],有利于血糖和胰島素維持在正常水平,并促進(jìn)腸胃的蠕動[4],對便秘、結(jié)腸癌、痔瘡等有一定的預(yù)防作用[5-6]。豆纖維水分含量高,營養(yǎng)豐富且容易發(fā)酸發(fā)臭,水分減少時容易發(fā)粘結(jié)團(tuán)[7],目前豆纖維除少部分作為飼料外,絕大部分作為廢料丟掉,在食品中的利用率低,既造成了資源的浪費,同時污染了環(huán)境[8]。橙皮是柑橘類臍橙或香橙的果皮,其化學(xué)成分含有橙皮香精油、橙皮苷、橙皮素、果膠寡糖等[9],橙皮可入藥,主要起化痰止咳的作用,其煎劑能夠有效地抑制腸道、胃和子宮的運動[10]。少量的橙皮油(含量約為0.93%～1.95%)對慢性咽炎有著良好的治療效果,且對腎臟無刺激作用;橙皮苷和橙皮素可以有效地防止心血管疾病和預(yù)防癌癥[11-12];酸橙素可降低膽甾醇的含量[13]。

曲奇是一種高糖、高油脂的餅干,其口感酥松,但由于曲奇熱量高,且油脂易氧化變質(zhì),不符合現(xiàn)代人營養(yǎng)健康的消費理念[14]。為了改善曲奇產(chǎn)品的滋味與口感,同時增加餅干的膨松度,國內(nèi)外學(xué)者做了很多相關(guān)研究,吳德智等[15]采用發(fā)酵法制備葛根渣膳食纖維及其酥性餅干的研制中將葛根渣經(jīng)發(fā)酵后添加,膳食纖維的純度和物化性質(zhì)均得到一定的提高,其餅干感官品質(zhì)良好,硬度明顯提升。李素芬[16]在甘薯渣對曲奇餅干品質(zhì)的影響研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)薯渣粉添加量為20%時,與對照(未添加)相比,曲奇餅干的硬度、酥脆性、黏著性、咀嚼性分別下降了76.3%、73.5%、76.7%和88.4%,且餅干的感官評價得分為75.3分。

本研究以面粉、豆纖維粉、橙皮糖等作為主要原料,采用響應(yīng)面法優(yōu)化設(shè)計確立豆纖維橙味曲奇餅干最佳工藝配方。利用橙皮的特殊氣味,賦予餅干獨特的清香;利用豆纖維的特性,可減少曲奇餅干的能量,改善它油膩的口感,并有效的增加橙皮與豆纖維的經(jīng)濟(jì)附加值,從而豐富人類的膳食結(jié)構(gòu),以期為拓寬豆纖維粉、橙皮的利用范圍提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

低筋面粉 湖南幸福廚食品公司;橙皮、豆纖維粉 由湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地提供;氯化鈣 湖北鑫恒業(yè)生物科技有限公司;CMC-Na 無錫市百瑞多化工產(chǎn)品有限公司;雞蛋、食鹽、黃油、白砂糖、小蘇打等 均市售;其他試劑均為分析純 購自國藥化學(xué)試劑有限公司;市售餅干 卜珂牌蔓越莓曲奇餅干。

YXD-40型烘烤箱 上海紅聯(lián)機(jī)械電器制造有限公司廠;FW177型粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司;GZX-9140型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;C20-SK2002型電磁爐 天津市泰斯特儀器有限公司;EL204型電子天平 梅特勒-托利多公司;6GXD-13型削皮機(jī) 廣州達(dá)橋食品設(shè)備有限公司;LS-5型質(zhì)構(gòu)儀 美國阿美特克(AMETEK)有限公司;CA-HM型熱量成分檢測儀 日本JWP有限公司。

1.2 制作工藝

1.2.1 工藝流程 見圖1。

圖1 豆纖維橙味曲奇餅干的制作工藝流程

1.2.2 操作要點 原料預(yù)處理:將橙皮用4%食鹽、0.4%明礬、1%氯化鈣等預(yù)處理后,再經(jīng)清水漂洗2 h、瀝干、滲糖(橙皮∶糖液=1∶2,糖液以100 mL為計:蔗糖40 g、檸檬酸為0.2 g,食鹽為0.7 g)、烘干(80 ℃,2 h)得到橙皮糖;將干豆纖維、白糖用中草藥粉碎機(jī)粉碎后,得到白糖粉和粗豆纖維粉,粗豆纖維粉再經(jīng)超微粉碎機(jī)粉碎,過篩(100目)得到實驗用豆纖維粉[17-18]。

油糖混合料制備:黃油裝于容器內(nèi)置于熱水中軟化后,用打蛋器將其乳化,以面粉和豆纖維粉的總量為基準(zhǔn)(即固定不變),將0.5%小蘇打、1%食鹽、20%雞蛋液、油糖(黃油+白糖=100 g)、橙皮糖加入乳化后的黃油中,攪勻,得到油糖等混合料;

油糖料與面料混合:將一定量豆纖維粉和低筋面粉添加入油糖混合物中,攪勻至無白心為止;

再經(jīng)曲奇餅干模型固型、-18 ℃冷凍1 h、烘烤(180 ℃,烘烤20 min)、自然冷卻、真空包裝等得到成品。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 單因素實驗

1.3.1.1 研究不同豆纖維粉添加量對曲奇餅干品質(zhì)的影響 以面粉與豆纖維粉總量為基準(zhǔn),固定橙皮糖添加量15%、油糖(100 g)質(zhì)量比為2∶1,分別添加20%、25%、30%、35%、40%的豆纖維粉制成餅干,并對其感官評分和硬度進(jìn)行綜合評定,研究豆纖維粉添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

1.3.1.2 研究不同橙皮糖添加量對曲奇餅干品質(zhì)的影響 以面粉與豆纖維粉總量為基準(zhǔn),固定豆纖維粉添加量25%、糖油(100 g)質(zhì)量比為2∶1,分別添加5%、10%、15%、20%、25%的橙皮糖制成餅干,并對其感官評分和質(zhì)構(gòu)進(jìn)行綜合評定,研究橙皮糖添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

1.3.1.3 研究不同油糖質(zhì)量比對曲奇餅干品質(zhì)的影響 以面粉與豆纖維粉總量為基準(zhǔn),固定豆纖維粉添加量25%、橙皮糖添加量25%、分別按4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2的糖油(100 g)質(zhì)量比制成餅干,并對其感官評分和質(zhì)構(gòu)進(jìn)行綜合評定,研究糖油質(zhì)量比對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

1.3.2 響應(yīng)面設(shè)計試驗 根據(jù)單因素試驗結(jié)果,利用Design-Expert 8.0.6b Box-Behnken 方法進(jìn)行響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗,優(yōu)化豆纖維橙味曲奇餅干配方。因素水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素水平表

1.4 評價方法

1.4.1 感官評價標(biāo)準(zhǔn) 由10名有一定品評經(jīng)驗的食品專業(yè)人員按照表2的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定,并保持每次感官測定人數(shù)不變,參照GB 7100-2015[19]中餅干的感官標(biāo)準(zhǔn),從外觀、色澤、滋味與口感、組織結(jié)構(gòu)四個方面評定,每次感官評定的最終得分取10人評判分?jǐn)?shù)的平均值。

表2 感官評分標(biāo)準(zhǔn)表

1.4.2 硬度測定 將曲奇餅干于室溫下進(jìn)行二次壓縮試驗。測定條件為:探頭型號P/35,測試前、中、后速率分別為40、30、40 mm/s,觸發(fā)力0.05 N,壓縮形變率40%,中間停留時間5 s。同一批次餅干選擇3塊,進(jìn)行測定,取其平均值[20]。

1.4.3 理化指標(biāo)的測定 蛋白質(zhì)含量的測定:參照GB 5009.5-2016[21];水分含量的測定:參照GB 5009.3-2016[22];脂肪含量的測定:參照GB 5009.6-2016[23];餅干中的堿度的測定:根據(jù)GB/T 20980-2007[24]。

1.4.4 豆纖維橙味曲奇餅干與市售餅干熱量對比 研究用熱量成分檢測儀對最優(yōu)配方條件下曲奇餅干與卜珂牌蔓越莓曲奇餅干進(jìn)行測定并對比。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運用Design-Expert 8.0.6 b軟件進(jìn)行方差分析,采用Excel 2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗及其結(jié)果分析

2.1.1 豆纖維粉添加量對餅干品質(zhì)的影響 由圖2可以看出,豆纖維粉的添加量對餅干的感官評分和硬度等都有很大的影響。隨著豆纖維粉添加量的增加,餅干感官評分先增大,當(dāng)達(dá)到25%時感官評分最高，之后呈下降趨勢,而硬度隨著豆纖維粉添加量的增加而增大,而豆纖維粉比例太高,餅干硬度太大,咀嚼費勁,口感變粗糙。黃益前[25]在豆渣膳食纖維餅干的研制,也得出當(dāng)豆纖維量添加到一定量時,產(chǎn)品不易成型且口感粗糙。因此,豆纖維粉添加量為25%時,餅干口感略微粗糙、組織結(jié)構(gòu)好、硬度適中、色澤金黃,綜合考慮響應(yīng)面試驗豆纖維粉最適添加量為25%左右。

圖2 豆纖維粉對餅干品質(zhì)的影響

2.1.2 橙皮糖添加量對餅干品質(zhì)的影響 由圖3可知,當(dāng)橙皮糖添加量低于15%時,餅干感官評分和硬度隨著橙皮糖的添加而增加;當(dāng)橙皮糖添加量超過15%時,餅干感官評分隨橙皮糖的添加量增加而下降,但硬度隨橙皮糖的添加而緩慢上升,其主要由于橙皮糖添加量超過一定比例,其組織結(jié)構(gòu)欠佳,硬度大,產(chǎn)品不抗震、不利于產(chǎn)品的包裝運輸,且會掩蓋豆纖維獨特的口感。因此,橙皮糖添加量為15%,其橙香味協(xié)調(diào)、口感清新無膩味感、組織結(jié)構(gòu)較好、硬度適中,餅干的感官品質(zhì)最佳。

圖3 橙皮糖添加量對餅干品質(zhì)的影響

2.1.3 黃油與白糖的比值對餅干品質(zhì)的影響 由圖4可以看出,隨著黃油與白糖的比值降低,橙皮豆纖維餅干感官評分值呈先上升后下降變化趨勢,當(dāng)糖油質(zhì)量比高于2∶1時,餅干油味較重,易破裂,硬度小易形變,并且甜味小甚至無甜味;當(dāng)糖油質(zhì)量比低于2∶1時,餅干表面出現(xiàn)裂縫、氣泡,口感偏硬,不脆,過甜,感官指標(biāo)得分相應(yīng)的下滑。因此,選擇響應(yīng)面試驗糖油質(zhì)量比為2∶1左右。

圖4 糖油質(zhì)量比對餅干品質(zhì)的影響

2.2 豆纖維橙味曲奇餅干響應(yīng)面試驗

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果分析 在單因素實驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理,以感官評價總分(Y)為響應(yīng)值,選取A(橙皮糖添加量)、B(糖油質(zhì)量比)、C(豆纖維粉添加量)三個因素,進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗,共17個實驗點,響應(yīng)面試驗結(jié)果見表3。

2.2.2 回歸模型的建立與顯著性分析 運用Design-Expert 8.0.6對表3進(jìn)行多元回歸擬合,得到豆纖維橙味曲奇餅干感官評價總分(Y)對自變量橙皮糖添加量(A)、糖油質(zhì)量比(B)、豆纖維粉添加量(C)的多元回歸方程:

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果

Y=86.36+4.13A+2.60B+3.50C-0.95AB+1.15AC-0.45BC-6.48A2-4.48B2-5.93C2。

對回歸模型進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表4。

表4 豆纖維橙味曲奇餅干研究結(jié)果的方差分析

2.2.3 響應(yīng)面分析 響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值(感官評分分值Y)對各個試驗因素所構(gòu)成的三維的曲面圖,從圖上可以找出最佳參數(shù)以及各個參數(shù)之間的相互作用。感官評分分值Y對橙皮糖添加量(A)、油糖質(zhì)量比(B)、豆纖維粉添加量(C)所構(gòu)成的三維的曲面圖見圖5～圖7。

由圖5～圖7可知,響應(yīng)面圖形是凸起、開口朝下的曲面,說明感官評分分值Y存在極值,該值為響應(yīng)面的最高點,各個試驗因素的最佳作用點都位于試驗設(shè)計值范圍內(nèi)。在豆纖維粉添加量一定的條件下,隨豆纖維粉的增大,橙皮糖添加的增加,感官評分呈先上升后下降趨勢,由此可見適當(dāng)?shù)亩估w維粉和橙皮糖可以改善橙皮豆纖維曲奇餅干的口感。等高圖可判定交互作用的顯著性,等高圖趨向橢圓,交互作用顯著,反之,則不顯著,AB、AC、BC的等高圖均趨于圓形,說明AB、AC、BC之間的交互作用不顯著。等高線的疏密程度可判定各因素對感官評分的影響大小,等高線越密,影響越大,反之則越小,故A對餅干感官品質(zhì)的影響比B、C的影響大,C對餅干感官品質(zhì)的影響比B的影響大,這與方差分析的結(jié)果是一致的。

圖5 Y=f(A,B)的響應(yīng)面圖

圖6 Y=f(A,C)的響應(yīng)面圖

圖7 Y=f(B,C)的響應(yīng)面圖

2.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果 通過Design-Expert 8.0.6軟件分析,預(yù)測出豆纖維橙味曲奇餅干最佳配方:豆纖維粉添加量25.87%,橙皮糖添加量為16.08%,油糖質(zhì)量比為2.22∶1,此時模型預(yù)測橙皮豆纖維曲奇餅干感官評價總分為87.7分,考慮到生產(chǎn)實際所需,調(diào)整配方:豆纖維粉添加量26%,橙皮糖添加量為16%,油糖質(zhì)量比為2∶1。在此工藝條件下,進(jìn)行了3次驗證性試驗,測得橙皮豆纖維曲奇餅干感官評價總分為(87.3±1.1)分,與理論預(yù)測值較為接近,偏差為0.4%,說明模型的擬合程度較好,具有實用價值。

3 產(chǎn)品品質(zhì)性能檢測

對最佳配方下研制的豆纖維橙味曲奇餅干進(jìn)行感官指標(biāo)評定,理化指標(biāo)和硬度測量和熱量對比分析(8個平行樣),實驗結(jié)果表明,曲奇餅干感官指標(biāo)(外觀、色澤、滋味、口感和組織結(jié)構(gòu))(見表5)、理化指標(biāo)(見表6)不僅符合國家標(biāo)準(zhǔn),且有獨特的豆香味和橙皮清香味,熱量(見圖8)均比市售餅干低。

表5 感官指標(biāo)

表6 理化指標(biāo)

圖8 產(chǎn)品與市售餅干的熱量對比分析

4 結(jié)論

本實驗在單因素實驗的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面分析法建立多元二次非線性回歸方程,以感官評分為指標(biāo),優(yōu)化豆纖維橙味曲奇餅干配方。得到各因素對豆纖維橙味曲奇餅干的感官評分的影響大小依次為:橙皮糖添加量、豆纖維粉添加量、油糖質(zhì)量比。將預(yù)測出的豆纖維橙味曲奇餅干最佳配方與實際生產(chǎn)結(jié)合,以面粉與豆纖維粉總量為基準(zhǔn),豆纖維粉26%、橙皮糖16%、油糖質(zhì)量比2∶1的配方做驗證性實驗,得到與理論預(yù)測值較為接近的(87.3±1.1)分的感官評分,說明模型的擬合程度較好。通過將副產(chǎn)物豆纖維與橙皮利用起來制作成餅干,符合科學(xué)、健康、營養(yǎng)的膳食，同時也增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,具有較好的市場前景。