響應面法優(yōu)化黑麥酥性餅干配方研究※

王俊穎 許曉云 李子瓊 杜慧慧 栗蘭杰 翟立公

(1.安徽科技學院，安徽 滁州 233100；2.安徽頂康食品有限公司，安徽 亳州 236800)

黑麥即黑小麥，是一種耐寒作物，分布在黑龍江、內(nèi)蒙古和青海等高寒、高海拔地區(qū)[1]。成熟黑麥營養(yǎng)豐富，碳水化合物含量高，含少量蛋白，多種維生素、礦物質(zhì)及膳食纖維，其中含碳水化合物80%、蛋白質(zhì)6%～15%、膳食纖維約17%，另外含有阿魏酸、植物甾醇類、黃酮類化合物等植物化學物質(zhì)[2]。酥性餅干是以低筋小麥粉為原料，經(jīng)加工制成的口感酥脆的一類餅干[3-4]。本研究以感官評分和硬度為評價指標，采用單因素及響應面優(yōu)化實驗，研制出的黑麥酥性餅干為黑麥產(chǎn)品開發(fā)及深加工提供新思路。

1 實驗材料與儀器

1.1 實驗材料

黑麥粉(菏澤華瑞食品有限責任公司)；低筋小麥粉(江蘇南順面粉有限公司)；白砂糖(廣州福正東海食品有限公司)；碳酸氫鈉(天津市永大化學試劑有限公司)；新西蘭安家黃油(恒天然商貿(mào)有限責任公司)；雞蛋(市售)；奶粉(安徽達諾入夜股份有限公司)。

1.2 實驗儀器

電子分析秤(天津市電子實業(yè)有限責任公司，F(xiàn)A-2004-B)；長帝電烤箱(CKF-30BS)；物性質(zhì)構分析儀(Brookfield Engineering Aboratories，CT3-10000)。

2 試驗工藝

2.1 餅干制作工藝

工藝流程：黃油軟化+蛋清液+奶粉、小蘇打溶解均勻→混勻→加入白砂糖、黑麥粉與低筋粉混合均勻→調(diào)制→成型→烘烤→出鍋冷卻→成品

2.2 餅干制作操作要點

面團的調(diào)制：將黃油放入盆中加入蛋液，攪拌均勻；分別加入糖、水溶后的小蘇打、奶粉、水等混合均勻，再加入黑麥粉與低筋粉進行面團調(diào)制，面溫控制25℃～30℃，改善并提高面片工藝性能和餅干質(zhì)量。

成型：將餅干制成大小、厚度均勻一致的圓形(烤盤內(nèi)刷一層油以防粘底)。

焙烤：將烤盤置于已預熱的烤箱中，頂溫控制200℃，底溫控制180℃，焙烤時間為12min，焙烤后的餅干為金黃色。

冷卻：將餅干取出，降至室溫，即得成品。

3 試驗方法

3.1 硬度測定

采用型號為CT3-10000物性質(zhì)構分析儀，探頭型號A39。設定儀器測前速度1.0mm/s，測后速度1.0mm/s，探頭下壓距離10mm，循環(huán)次數(shù)為2次。從每組餅干樣品隨機取5塊餅干分別進行測試，并且每塊餅干樣品需打3個孔。測試時將餅干放置于樣品臺上表面正中心，探頭慢慢下降直至穿破餅干，測得數(shù)據(jù)，然后記下數(shù)據(jù)求其平均值，測得餅干硬度。

3.2 感官評分

由5名食品專業(yè)人士組成的評審小組，從色澤、外形、氣味、口感共四個方面對黑麥餅干進行評分，取平均值，從而選出黑麥餅干的最佳觀感評價分值。評定方法見表1。

表1 黑麥酥性餅干感官評分表

3.3 單因素試驗設計

3.3.1 黃油添加量的確定

取黑麥粉與低筋粉比例為1∶2 共200g,白砂糖10%，奶粉8%，小蘇打0.4%，雞蛋50g，黃油添加量分別為30%、35%、40%、45%、50%。確定黃油最適添加量。

3.3.2 黑麥粉與低筋粉比例添加量的確定

取黃油35%，白砂糖10%，奶粉8%，小蘇打0.4%，雞蛋50g，黑麥粉與低筋粉比例添加量分別為1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1。確定黑麥粉與低筋粉比例最適添加量。

3.3.3 白砂糖添加量的確定

取黑麥粉與低筋粉比例為1∶2共200g，黃油35%，奶粉8%，小蘇打0.4%，雞蛋50g，白砂糖添加量分別為5%、10%、15%、20%、25%。確定出白砂糖最適添加量。

3.3.4 奶粉添加量的確定

取黑麥粉與低筋粉比例為1∶2共200g,黃油35%，白砂糖10%，小蘇打0.4%，雞蛋50g，奶粉添加量分別為5%、8%、11%、14%、17%。確定奶粉最適添加量。

3.3.5 小蘇打添加量的確定

取黑麥粉與低筋粉比例為1∶2共200g,黃油35%，白砂糖10%，奶粉8%，雞蛋50g，小蘇打添加量分別為0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%。確定小蘇打最適添加量。

3.4 Box-Behnken試驗設計

在單因素實驗的基礎上，確定各因素的最佳水平范圍，采用響應面中心組合試驗設計，研究各參數(shù)對考察指標的影響規(guī)律，并得到最佳工藝條件。以黃油%(A)、黑麥粉與低筋粉比例(B)、白砂糖%(C)、奶粉%(D)為自變量，以感官評分和硬度為響應值，其因素水平編碼見表2，響應面試驗設計及結果見表3。

表2 響應面實驗設計因素水平表

4 單因素實驗結果與討論

4.1 不同黃油添加量感官評分和硬度結果及分析

圖1 不同黃油添加量感官評分和硬度結果

由圖1可知，隨著黃油添加量增加，感官評分和硬度變化趨勢均一致。隨著黃油添加量的增加，感官評分和硬度逐漸上升，當添加量達到40%和45%時感官評分和硬度分別出現(xiàn)緩慢下降。添加量較少時餅干有嚴重開裂變形，口感偏硬，表面干燥無光澤現(xiàn)象。從以上兩個方面數(shù)據(jù)比較得出黃油添加量為40%較適宜，此時感官評分為92分，硬度達到3 572g。

4.2 不同黑麥粉與低筋粉比例添加量感官評分和硬度結果及分析

圖2 不同黑麥粉與低筋粉比例添加量感官評分和硬度結果

由圖2可知，隨著黑麥粉與低筋粉比例添加量變化，感官評分和硬度不呈明顯線性關系，但當比例為2∶1時硬度達到最大，比例為1∶2時感官評分達到最大。黑麥粉過多餅干出現(xiàn)明顯苦味并且顏色過焦現(xiàn)象。由兩個方面數(shù)據(jù)比較得出黑麥粉與低筋粉比例添加量為1∶2最佳，此時感官評分為91分，硬度達到2 869g。

4.3 不同白砂糖添加量感官評分和硬度結果及分析

圖3 不同白砂糖添加量感官評分和硬度結果

由圖3可知，感官評分隨白砂糖添加量增大而增大。但當添加量達到20%后感官評分開始下降，添加量為25%時硬度達到最大。白砂糖添加量較小時餅干色澤差，甜味太淡。由上兩個方面數(shù)據(jù)比較得出白砂糖添加量為20%較適宜，此時感官評分為88分，硬度達到3 814.3g。

4.4 不同奶粉添加量感官評分和硬度結果及分析

圖4 不同奶粉添加量感官評分和硬度結果

由圖4可知，感官評分隨奶粉添加量增大而增大。但當添加量達到14%后感官評分開始下降，添加量為17%時硬度達到最大。奶粉添加量較大時餅干色澤差，甜味過濃。由上兩個方面數(shù)據(jù)比較得出奶粉添加量為14%最佳，此時感官評分為93分，硬度達到3 564g。

4.5 不同小蘇打添加量感官評分和硬度結果及分析

圖5 不同小蘇打添加量感官評分和硬度結果

由圖5可知，感官評分隨小蘇打添加量增大而增大。當添加量達到0.6%后硬度開始下降。小蘇打添加量越大餅干口感細膩，餅干酥松。由上兩個方面數(shù)據(jù)比較得出奶粉添加量為0.7%最佳，此時感官評分為83分，硬度達到3 562.5g。

4.6 綜合結果分析

由多次試驗結果綜合可知，黃油和黑麥粉與低筋粉比例添加量是影響黑麥酥性餅干的最主要因素，接下來依次是奶粉和白砂糖以及小蘇打的用量。黑麥酥性餅干的最佳配方為黃油40%、黑麥粉與低筋粉比例為1∶2、奶粉14%、白砂糖20%、小蘇打0.70%，在此條件下制作的黑麥酥性餅干其感官評分最高。

5 響應面試驗結果

5.1 模型建立與數(shù)據(jù)分析

5.1.1 感官評分標準

利用Design-expert 7.0軟件對表3中實驗數(shù)據(jù)進行二次線性回歸擬合，得到數(shù)學模型二次項回歸方程為：

Y1=+91.00+3.08*A+0.17*B+6.75*C+3.67* D-3.00*A* B-0.75*A*C+0.50*A* D+3.50 *B*C+2.50*B*D-0.50*C*D-12.42*A2-8.29*B2-7.67*C2+0.96*D2

試驗結果知響應面二次回歸方程及顯著性，具體見表4。

表3 響應面試驗設計及結果

表4 響應面二次回歸方程及顯著性

注：*P<0.05表示顯著差異；**P<0.000 1表示極顯著差異；-表示不顯著。

由表4可以看出，三因素對黑麥酥性餅干的影響均達到顯著水平(P<0.05)；而在本試驗所建立的數(shù)學模型中，四因素交互作用都不顯著。在所選擇的水平范圍內(nèi)，各因素對感官評分的影響程度大小分別為：A>B>C,即黃油>黑麥粉與低筋粉比例>白砂糖。

5.1.2 硬度

利用Design-expert 7.0軟件對表3中實驗數(shù)據(jù)進行二次線性回歸擬合，得到數(shù)學模型二次項回歸方程為：

Y2=+2 307.20+2 685.09*A+172.01*B+802.27*C-85.08*D-245.620 00*A*B-13.705 00*A*C+20.801 33*A*D+213.126 67*B*C-354.855 56*B*D-32.316 67*C*D+28.198 73*A2+944.472 59*B2+42.384 13* C2+92.395 09* D2

試驗結果可知，響應面二次回歸方程及顯著性，具體見表5。

表5 響應面二次回歸方程及顯著性

注：*P<0.05表示顯著差異；**P<0.000 1表示極顯著差異；-表示不顯著。

由表5可以看出，四因素對黑麥酥性餅干的影響均達到顯著水平(P<0.05)；而在本試驗所建立的數(shù)學模型中，四因素交互作用都顯著。在所選擇的水平范圍內(nèi)，各因素對感官評分的影響程度大小分別為：A>B>C>D,即黃油>黑麥粉與低筋粉比例>白砂糖>奶粉。

5.2 響應面分析

5.2.1 感官評分分析

利用二次回歸方程所做的響應面如圖1-圖3所示。由此可知，在優(yōu)化最佳制備工藝：黃油40%，黑麥粉與低筋粉比例1∶2，白砂糖20%。

圖1 黃油和黑麥粉與低筋粉比例對黑麥酥性餅干影響的響應面

圖2 黑麥粉與低筋粉比例和白砂糖對黑麥酥性餅干影響的響應面

圖3 白砂糖和黃油對黑麥酥性餅干影響的響應面

5.2.2 硬度分析

利用二次回歸方程所做的響應面如圖4-圖6所示。由此可知，在優(yōu)化最佳制備工藝為：黃油35%，黑麥粉與低筋粉比例5∶4，白砂糖20%。

圖4 黃油和黑麥粉與低筋粉比例對黑麥酥性餅干影響的響應面

圖5 白砂糖和黃油對黑麥酥性餅干影響的響應面

圖6 黑麥粉與低筋粉比例和白砂糖對黑麥酥性餅干影響的響應面

5.3 驗證試驗

5.3.1 感官評分驗證試驗

為了操作的便利性和可行性，將工藝適當調(diào)整為：黃油40%，黑麥粉與低筋粉比例1∶2，白砂糖20%。在此條件下制作黑麥酥性餅干，進行驗證試驗，3次平行實驗重復性良好，感官評分平均得分達92.42分，標準差為0.36%，與理論預測值相比，相對誤差僅0.06%，見表6。因此，采用響應面法優(yōu)化得到最佳工藝準確可靠，具有實用價值。

表6 工藝條件結果

5.3.2 硬度驗證試驗

為了操作的便利性和可行性，將工藝適當調(diào)整為：黃油35%，黑麥粉與低筋粉比例5∶4，白砂糖20%。在此條件下制作黑麥酥性餅干，進行驗證試驗，3次平行實驗重復性良好，平均硬度為3 526.30g，標準差為12%，與理論預測值相比，相對誤差僅0.49%，見表7。因此，采用響應面法優(yōu)化得到最佳工藝準確可靠，具有實用價值。

表7 工藝條件結果

6 結論

經(jīng)過多次實驗及感官評分與硬度分析，通過響應面分析后，黑麥酥性餅干的制作最佳方案為：黃油35%、黑麥粉與低筋粉比例1∶2、白砂糖20%、奶粉14%、小蘇打0.7%、雞蛋50g、膨松劑適量，固定條件：烤箱頂溫200℃、底面溫度180℃、時間為12min。此時黑麥酥性餅干軟硬適中，口感最佳，香甜可口，表面金黃，入口酥脆。