響應(yīng)面法優(yōu)化黃粉蟲餅干加工工藝

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系，山西呂梁033000）

黃粉蟲又被稱作面包蟲，含有多種營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、維生素、脂肪等，其中蛋白質(zhì)的含量極為豐富，是一種優(yōu)良的動(dòng)物蛋白資源，黃粉蟲含有人體所必需的8種氨基酸，此外還含有兒童所需的組氨酸和精氨酸等[1-5]。黃粉蟲已被廣泛用于食品加工中，是一種理想的蛋白質(zhì)資源[6-8]。

餅干是日常生活中常見的一種食品，食用方便又便于攜帶，具有廣闊的開發(fā)與利用前景[9-10]。但由于其蛋白質(zhì)含量低，脂肪含量高，不適合過多食用。本文將黃粉蟲與餅干結(jié)合起來開發(fā)出一種新的餅干，即黃粉蟲餅干，它改變了餅干營養(yǎng)價(jià)值的局限性，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)、植物營養(yǎng)互補(bǔ)的目的，同時(shí)在風(fēng)味上也更加具有獨(dú)特性。

此前有對黃粉蟲蛋白營養(yǎng)餅干采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)獲得最佳工藝的研究[11]，但是通過正交試驗(yàn)未能得到黃粉蟲蛋白乳的最適添加量，只是給出了10%～12%的大概范圍，因此黃粉蟲蛋白營養(yǎng)餅干的最佳工藝有待進(jìn)一步優(yōu)化。本文采用響應(yīng)面法優(yōu)化黃粉蟲餅干的加工工藝，通過對多元二次回歸方程的分析來尋找最優(yōu)工藝參數(shù)[12-13]。通過對黃粉蟲餅干的研究，也可以進(jìn)一步探索對黃粉蟲的深加工，尋求黃粉蟲的綜合開發(fā)利用新途徑，實(shí)現(xiàn)更高附加值的生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃油、糖粉、低筋面粉、雞蛋：市售；鮮黃粉蟲：山東省泰安市韓旭養(yǎng)殖場。

1.2 儀器與設(shè)備

JA2003電子天平：上海雷韻試驗(yàn)儀器制造有限公司；VJ-8B烤爐：廣州市泓億機(jī)電設(shè)備制造有限公司；JYL-C93T多功能攪拌機(jī)：九陽股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黃粉蟲蛋白乳的制備

將鮮黃粉蟲幼蟲清理去雜，除去不符合條件的幼蟲，再用水洗凈，放入熱水中燙3 min～5 min殺死幼蟲，用冷水冷卻。按蟲∶水=1∶1.5的體積比用多功能攪拌機(jī)磨漿。使用100目的篩網(wǎng)過濾，目的是除去黃粉蟲的蟲皮與內(nèi)臟，最終得到淺灰色蛋白乳[14]。

1.3.2 工藝流程

1.3.3 操作要點(diǎn)

1）原輔材料的預(yù)處理：面粉、糖粉分別過100目篩，將雞蛋去殼攪拌后備用，黃油放置軟化后備用。

2）面團(tuán)制作：先將黃粉蟲蛋白乳、黃油、糖粉、低筋面粉等原料混合均勻后，再分次加入蛋液調(diào)制成面團(tuán)。

3）輥軋、成型：將面團(tuán)搟壓成2 mm～3 mm厚，印模成型。

4）擺盤：烤盤鋪上油紙，將餅干保持一定間距擺放在油紙上，防止烘焙過程中餅干體積膨脹造成粘連。

5）烘烤：將烤盤送入160℃烤爐中，烤至微黃色后關(guān)火繼續(xù)用余溫加熱，出爐后冷卻至38℃，立即包裝，防止餅干受潮。

1.4 黃粉蟲餅干的單因素試驗(yàn)

經(jīng)預(yù)試驗(yàn)確定添加低筋面粉100 g，黃油28 g，雞蛋液16 g。以餅干感官評分為指標(biāo)，分別考察黃粉蟲蛋白乳添加量、糖粉添加量、烘焙時(shí)間對黃粉蟲餅干品質(zhì)的影響[15-17]。

選擇黃粉蟲蛋白乳添加量（5、10、15、20、25 g），糖粉添加量20 g，烘焙時(shí)間15 min，考察黃粉蟲蛋白乳添加量對餅干感官品質(zhì)的影響。

選擇黃粉蟲蛋白乳添加量15 g，糖粉添加量（10、15、20、25、30 g），烘焙時(shí)間 15 min，考察糖粉添加量對餅干感官品質(zhì)的影響。

選擇黃粉蟲蛋白乳添加量15 g，糖粉添加量20 g，烘焙時(shí)間（5、10、15、20、25 min），考察烘焙時(shí)間對餅干感官品質(zhì)的影響。

1.5 黃粉蟲餅干的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

依據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，具體各因素和水平見表1。

1.6 感官評定

以黃粉蟲餅干的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、形態(tài)、色澤、口感及氣味5項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)[18-20]作為感官評定項(xiàng)目。評定小組成員由5名男性和5名女性組成，滿分100分。評定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels used in response surface experiments

表2 感官評定評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The standard of sensory evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 黃粉蟲餅干單因素試驗(yàn)的結(jié)果

2.1.1 黃粉蟲蛋白乳添加量的單因素試驗(yàn)

黃粉蟲蛋白乳添加量對餅干感官評價(jià)的影響見圖1。

圖1 黃粉蟲蛋白乳添加量對餅干感官評價(jià)的影響Fig.1 Effect of Tenebrio molitor protein milk amount on sensory scores

從圖1中可以看出，隨著黃粉蟲蛋白乳添加量的增加，餅干感官評分逐漸增大，當(dāng)黃粉蟲蛋白乳添加量為15 g時(shí)感官評分最高，之后，隨著添加量的不斷增加，感官評分開始下降。當(dāng)添加量過大時(shí)，黃粉蟲特有的味道越大，遮蓋了餅干原有的香味，氣味不適，當(dāng)添加量小于5 g時(shí)，餅干中添加的粗蛋白較少，起不到補(bǔ)充營養(yǎng)的作用。因此，黃粉蟲蛋白乳添加量在10 g～20 g時(shí)，餅干的氣味較好，營養(yǎng)價(jià)值較高。

2.1.2 糖粉添加量的單因素試驗(yàn)

糖粉添加量對餅干感官評價(jià)的影響見圖2。

圖2 糖粉添加量對餅干感官評價(jià)的影響Fig.2 Effect of sugar powder addition on sensory scores

糖粉在餅干的生產(chǎn)中起著關(guān)鍵的作用，糖粉的添加量直接影響餅干的口味和色澤。隨著糖粉的添加量不斷增加，餅干的感官評分逐漸升高。當(dāng)添加量為20 g時(shí)，得分最高，然后隨著糖粉添加量逐漸增加，黃粉蟲餅干的感官評分逐漸降低。當(dāng)糖粉添加量繼續(xù)增加時(shí)，餅干的甜度過高，影響其口感，過多食用也會(huì)影響健康。當(dāng)糖粉添加量小于10 g時(shí)，餅干甜度較差，經(jīng)過烘焙后的餅干色澤也較差。因此，當(dāng)糖粉添加量在15 g～25 g時(shí)，黃粉蟲餅干從色澤、口感、組織等方面的評分都較好。

2.1.3 烘焙時(shí)間的單因素試驗(yàn)

烘焙時(shí)間對餅干感官評價(jià)的影響見圖3。

圖3 烘焙時(shí)間對餅干感官評價(jià)的影響Fig.3 Effect of baking time on sensory scores

烘焙時(shí)間對餅干的制作影響較大，烘焙溫度一定，烘焙時(shí)間不足，餅干未能烤熟、口感差，若烘焙時(shí)間過長，餅干易烤糊，從而降低餅干的食用價(jià)值，造成浪費(fèi)。隨著烘焙時(shí)間增加，感官評分不斷增加。當(dāng)烘焙時(shí)間為15 min時(shí)，得分最高。然后，隨著烘焙時(shí)間的增加，感官評分開始下降。當(dāng)烘焙時(shí)間繼續(xù)增加時(shí)，餅干漸漸發(fā)黑，失去食用價(jià)值與營養(yǎng)價(jià)值。當(dāng)烘焙時(shí)間小于10 min時(shí)，餅干口感差，未能烤熟。因此當(dāng)烘焙溫度一定，烘焙時(shí)間處于10 min～20 min時(shí)，餅干口感較好，色澤均勻一致。

2.2 黃粉蟲餅干響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與方差分析

利用Design-Expert 8.0中的Box-Behnken進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。取感官評分為響應(yīng)值，選取A（黃粉蟲蛋白乳添加量）、B（糖粉添加量）、C（烘焙時(shí)間）3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)方案及結(jié)果見表3。

使用Design-Expert 8.0中的Analysis分析表3，得出各因素和感官評分之間的回歸方程為：感官評分Y=87.00+1.38A+2.50B+5.88C-0.75AB+0.50AC+0.25BC-5.00A2-6.25B2-9.00C2。

表3 響應(yīng)面分析試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 3 Experimental design and results for response surface analysis of seasoning powder

運(yùn)用響應(yīng)面分析法對黃粉蟲餅干擬合的回歸方程進(jìn)行方差和顯著性分析，結(jié)果見表4。

表4 回歸方程的方差分析Table 4 Analysis of variance for the regression model

由表4可以看出，模型具有極顯著性（P<0.01），且失擬項(xiàng)不顯著（P=0.768 1>0.05），這說明預(yù)測值與試驗(yàn)值相關(guān)，擬合度較好，誤差小，即用上述回歸方程預(yù)測試驗(yàn)中3個(gè)因素和感官評分的關(guān)系是可行的；模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.963 5，校正決定系數(shù)，通過試驗(yàn)建立的模型可以表示91.65%的響應(yīng)值變化；根據(jù)顯著性分析的結(jié)果可知，一次項(xiàng)A對感官評分的影響不顯著（P>0.05），一次項(xiàng)B對感官評分有顯著的影響（P<0.05），一次項(xiàng) C、二次項(xiàng) A2、B2、C2對感官評分有極顯著的影響（P<0.01），交互項(xiàng) AB、AC、BC 對感官評分值的影響都不顯著（P>0.05）；另外，通過比較該模型各因素的F值的大小，判定各因素的主次關(guān)系，F(xiàn)值越大，則該因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響越大，即C>B>A（烘焙時(shí)間>糖粉添加量>黃粉蟲蛋白乳添加量）。

2.2.2 響應(yīng)面分析

各因素交互作用對餅干感官評分的影響的曲面圖見圖4。

圖4 各因素交互作用對餅干感官評分影響的曲面圖Table 4 Response surface plots showing the effects of pairwise interactions of the factors on the sensory evaluation

圖4體現(xiàn)了黃粉蟲蛋白乳添加量、糖粉添加量和烘焙時(shí)間任意一個(gè)變量不變時(shí)，剩余兩個(gè)變量交互作用對感官評分的影響。感官評分與3個(gè)因素之間均呈開口向下的拋物線關(guān)系，說明在試驗(yàn)選用的取值范圍內(nèi)，存在最佳點(diǎn)可使感官評分達(dá)到最大值。當(dāng)糖粉添加量不變時(shí)，在黃粉蟲蛋白乳添加量小于15 g，烘焙時(shí)間小于15 min時(shí)，隨著烘焙時(shí)間和黃粉蟲蛋白乳添加量不斷增加，感官評分逐漸增加，但當(dāng)達(dá)到最大值后，開始逐漸減小。由此可見添加適當(dāng)?shù)狞S粉蟲蛋白乳和增加烘焙時(shí)間有助于改善黃粉蟲餅干的感官品質(zhì)。從響應(yīng)面曲面圖的坡度來看，AC兩因素對感官評分的影響大于BC兩因素，AB兩因素對感官評分的影響大于AC兩因素，C對黃粉蟲餅干品質(zhì)的影響比A、B更大。

2.3 最佳試驗(yàn)配方的確定及驗(yàn)證性試驗(yàn)

利用Design-Expert響應(yīng)面分析中optimization功能下的numerical選項(xiàng)卡，由響應(yīng)面分析法（response surface methodology，RSM）預(yù)測最大值，預(yù)測出黃粉蟲餅干的最佳工藝為：黃粉蟲蛋白乳添加量16.39 g，糖粉添加量21.98 g，烘焙時(shí)間為18.33 min，此時(shí)黃粉蟲餅干的感官評分為91.82。考慮到試驗(yàn)條件和實(shí)際操作的可能性，將黃粉蟲餅干最佳工藝條件調(diào)整為黃粉蟲蛋白乳添加量為16.4 g，糖粉添加量為22 g，烘焙時(shí)間為18 min，進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得出黃粉蟲餅干的感官平均得分為90.96。該值與預(yù)測值較接近，說明該模型擬合程度高，具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

本文以感官評分為評價(jià)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過采用響應(yīng)面Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法，優(yōu)化黃粉蟲餅干的工藝，得出黃粉蟲餅干制作的最佳工藝為：黃粉蟲蛋白乳添加量為16.4 g，糖粉添加量為22 g，烘焙時(shí)間為18 min。根據(jù)此工藝參數(shù)制作的黃粉蟲餅干形態(tài)完整、色澤均勻、口感細(xì)膩、味道良好。