響應(yīng)面法優(yōu)化高粱沙琪瑪配方工藝研究

岳忠孝，張瑞棟，楊成元，侯東輝，陳麗紅，李婧，郭鵬燕，岳茂林，馮耐紅

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟作物研究所，山西太原030031）

沙琪瑪是一種著名的甜型中國傳統(tǒng)糕點，以色澤米黃，入口香甜酥軟，營養(yǎng)豐富著稱。沙琪瑪具有食用方便、包裝精致、適合居家旅行攜帶等特點，因此成為逢年過節(jié)禮物市場上的?？?，糕點的口味和質(zhì)地受到各個年齡段人們的青睞[1]。

高粱是我國的一種傳統(tǒng)作物，具有豐富的營養(yǎng)價值及藥用價值，曾作為主糧在我國廣泛種植[2]。明代李時珍的《本草綱目》中有記載，高粱味甘，性溫，有和胃、健脾、消食、止霍亂的功效[3-4]。某些西方國家更是將它視為高級理療食物，亞洲及非洲的一些國家主要利用高粱制作面條以及日常的粗糧制品[5]，高粱籽粒中含有多種功能活性成分，如多酚類物質(zhì)、膳食纖維、植物固醇等[6]，在保健食品方面具有重要的應(yīng)用價值[7]。隨著人們生活質(zhì)量的提高，粗糧在飲食結(jié)構(gòu)中的攝入比重大幅度下降，油脂和鈉的大量攝入使得居民心腦血管的發(fā)病率不斷上升。雜糧在對“富貴病”的防治方面具有諸多益處，高粱籽粒內(nèi)含有豐富的抗性淀粉，抗性淀粉對于防治糖尿病和降低膽固醇發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)高粱食品的加工多以饅頭和面條為主，隨著生活節(jié)奏的加快，開發(fā)便攜、富含功能營養(yǎng)的雜糧產(chǎn)品符合時代需求且具有廣泛的市場前景。

為了推廣粗糧的食用方式，拓寬沙琪瑪?shù)纳a(chǎn)領(lǐng)域，豐富沙琪瑪類食品品種，同時實現(xiàn)高粱的價值提升，本研究通過對高粱沙琪瑪?shù)脑吓浞焦に囇芯?，旨為開發(fā)出更多花樣、食用方便、粗糧細(xì)制的沙琪瑪系列食品提供一種新的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

1.1.1 試驗原料

高粱粉、高筋粉：荊縣寶源科技有限公司；新鮮的雞蛋：市售；安琪酵母、沙琪瑪專用改良劑：廣州沃昌生物技術(shù)有限公司；谷朊粉（食用級）：浙江華之元食品有限公司；綿白糖：山東慶達(dá)通生物科技有限公司；蜂蜜飴糖、果葡糖漿：濟南興庚商貿(mào)有限公司；金龍魚植物油：山西金龍油脂有限公司；淀粉（撲粉）、碳酸氫銨、食鹽：石家莊寧諾商貿(mào)有限公司。

1.1.2 試驗儀器

PX4202ZH 電子分析天平：奧豪斯電子儀器股份公司；DMT-5 和面機：青島市郎興機械有限公司；HY-36 電熱油炸鍋：河南匯利-永康機電設(shè)備有限公司；HRF 型智能恒溫醒發(fā)箱：浙江安聯(lián)科技儀器有限公司；HH-4 數(shù)顯恒溫水浴鍋：金壇市科技儀器設(shè)備有限公司；PF-076 打蛋器：永康市樂工有限公司；C21-WK2102 電磁爐：美的集團有限公司；XJ-160 壓面機：河北邢臺鋼器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 工藝要點

1）混粉：取混合粉（高粱粉、高筋粉、谷朊粉）與適當(dāng)比例的酵母粉、沙琪瑪專用改良劑在容器內(nèi)混合均勻，勻速攪拌5 min。

2）打蛋：新鮮雞蛋去殼置于干凈容器中，加入適量的碳酸氫銨和少量食鹽，使用打蛋器攪打至蛋液乳化，出現(xiàn)很多細(xì)密均勻的氣泡時即可停止。

3）和面：將上述材料放置于和面機中，調(diào)制成光滑的面團。

4）醒面：用保鮮膜將面團封好，放置于40 ℃，濕度80%的恒溫恒濕醒發(fā)箱內(nèi)開始第一次醒發(fā)，時間為2 h。

5）壓條：將醒發(fā)好的面團均勻切分成小面塊，用壓面機將其壓制成厚約1.5 mm 的薄面片，整個過程中要注意撲粉（食用級淀粉），防止沙琪瑪切條的粘連。壓好后進(jìn)行切條，長寬約70 mm×3.5 mm。

6）二次醒發(fā)：同第一次醒發(fā)的溫度和濕度，即分別為40 ℃和80%，時間為2 h。

7）熬糖：白砂糖∶蜂蜜飴糖∶果葡糖漿三者的質(zhì)量比為3 ∶1 ∶1，在炸鍋內(nèi)將糖漿熬煮至可拉出細(xì)軟淡黃色的糖絲樣的黏稠態(tài)即可。

8）炸條：炸條前進(jìn)行過篩處理（彈去條表面多余的撲粉），觀察電熱油炸鍋中氣泡的情況以及條的顏色變化情況。

9）拌糖：將炸好的沙琪瑪條控干油分，趁熱加入炒鍋中，翻炒均勻，使每個沙琪瑪條都基本可以裹上糖漿，以保證口感。

10）壓型：將裹好糖漿的高粱沙琪瑪炸條放在模具里，用適當(dāng)?shù)牧浩剑鋮s后切塊。

1.2.3 單因素試驗設(shè)計

為了研究高粱粉與谷朊粉、酵母粉、雞蛋和沙琪瑪專用改良劑添加量的適宜范圍，分別設(shè)置各個因素不同水平的添加量試驗（表1），混合粉（高粱粉、谷朊粉和高筋粉）的添加量均設(shè)置為500 g，酵母粉、雞蛋和沙琪瑪專用改良劑的添加量均以混合粉為基準(zhǔn)。通過評定不同處理后沙琪瑪?shù)母泄僭u分，進(jìn)一步明確各因素的最佳范圍。

表1 單因素試驗設(shè)計Table 1 The single factor test design

1.2.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計

基于單因素試驗的結(jié)果，確定各主要原料的大致區(qū)間，通過Box-Behnken 設(shè)計[8]，將混合粉的比例、酵母粉添加量、雞蛋添加量和沙琪瑪專用改良劑量添加分別設(shè)置不同的梯度，以感官評價的得分為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面分析方法，將配方條件進(jìn)一步優(yōu)化，明確高粱沙琪瑪各因素的最佳加入量。

1.3 感官評價標(biāo)準(zhǔn)

感官評分前要將所有的樣品進(jìn)行隨機編號，操作員要記錄好高粱沙琪瑪樣品與對應(yīng)的編號，且做好保密工作。參照GB/T 22475—2008《沙琪瑪》，根據(jù)表2的感官評分標(biāo)準(zhǔn)，品鑒人員輪流進(jìn)行打分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Design-Expert 8.0.6 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按照軟件設(shè)計結(jié)果進(jìn)行試驗，每組試驗重復(fù)3 次，采用Origin 9.0 進(jìn)行作圖。

表2 感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for sensory evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 高粱粉添加量對沙琪瑪品質(zhì)的影響

將高粱粉、谷朊粉和高筋粉按不同比例制成混合粉，將高粱粉添加量作為單因素變量，以感官評分為指標(biāo)，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 高粱粉添加量對成品評分的影響Fig.1 The response of sorghum powder addition on sensory scores of product

油炸時面筋的變化也會影響到面團的膨脹能力及持氣性，進(jìn)而影響后期沙琪瑪?shù)氖杷啥萚9]。高粱是一種粗糧，其面筋含量較低，醇溶蛋白含量為2%～5%[10]，因此，高粱粉添加量也是試驗研究中一個重要的變量，它的添加量對沙琪瑪疏松度的影響至關(guān)重要。高粱中微量元素、膳食纖維、礦物質(zhì)的含量都較高。所以，其添加量在保證不影響口感的前提上，越多越好。為確保面團的高面筋含量，保證食物的醒發(fā)效果，市售沙琪瑪所使用的專用粉一般是用高筋粉與一定比例（15%～25%）的谷朊粉配比制成的。谷朊粉的添加能提高面粉的拉伸特性，并能夠改善面條的硬度和適口性[11-12]。因此本試驗以高粱粉、谷朊粉、高筋粉為主要原料，分別改變不同混合粉比例（包括高粱粉與谷朊粉的添加量）進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)高粱粉添加量在25%～30%比較適宜，在此區(qū)間制成的沙琪瑪?shù)念伾瘘S，口感較好。隨著高粱粉添加量的增加，感官評分先上升后下降。高粱粉和谷朊粉添加量分別為30%和20%時，產(chǎn)品的評分最高（49 分）。當(dāng)高粱粉添加量超過30%，沙琪瑪炸條的膨脹性下降，組織結(jié)構(gòu)皮實，酥松度減少，炸出的沙琪瑪條顏色變深，硬度變大、變脆且容易折斷，質(zhì)量變差。而當(dāng)高粱粉添加量較低、谷朊粉添加量較高時，沙琪瑪品質(zhì)也較差。這主要因為油炸時面條的體積迅速膨大，膨脹性直線上升，沙琪瑪條的體積超出了正常沙琪瑪?shù)囊?guī)格標(biāo)準(zhǔn)，易造成壓縮切分后外觀品質(zhì)的下降，同時，沙琪瑪?shù)乃绍浂纫苍谠黾樱诟凶兊镁d軟，沒有嚼勁。

2.1.2 酵母粉添加量對沙琪瑪品質(zhì)的影響

酵母粉添加量對成品評分的影響見圖2。

圖2 酵母粉添加量對成品評分的影響Fig.2 The response of yeast addition on sensory scores of product

酵母粉也是高粱沙琪瑪加工過程中的一個重要變量[13-14]，當(dāng)酵母粉太少時，影響醒面和發(fā)面效果，沙琪瑪產(chǎn)品組織內(nèi)氣孔較小，產(chǎn)品不夠疏松，產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)較差；酵母粉太多，外形變得不規(guī)整且開始起泡開裂，隨著酵母粉添加量的增多堿味也變得較重。高粱粉由于面筋含量較低，在與高筋粉和谷朊粉復(fù)配后與酵母粉具有較強的互作效應(yīng)，經(jīng)試驗得出酵母粉的添加量最優(yōu)為0.37%。由圖2 可以看出，隨著酵母粉添加量的升高，沙琪瑪評分呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢。酵母粉添加量為0.37%時，沙琪瑪感官評分值達(dá)到最大。這時炸條的膨脹體積適中，組織狀態(tài)細(xì)膩，適口性較好。

2.1.3 雞蛋添加量對沙琪瑪品質(zhì)的影響

雞蛋添加量對成品評分的影響見圖3。

圖3 雞蛋添加量對成品評分的影響Fig.3 The response of egg addition on sensory scores of product

在沙琪瑪制作過程中，雞蛋的加入可使面團呈現(xiàn)蓬松多孔的結(jié)構(gòu)，質(zhì)地變得柔軟且口感酥松。油炸時，沙琪瑪條也有較好的急劇膨脹性，炸出的沙琪瑪條體積適宜，色澤純正[15]。但雞蛋添加過量時，切條變化不明顯，沙琪瑪條外觀疏松易散，形不成細(xì)膩的組織狀態(tài)，進(jìn)而影響到后面的壓型和切分，色澤也從金黃色變成了深黃色，而且切條油炸時蛋腥味較重[16]。由圖3可得，高粱沙琪瑪?shù)钠焚|(zhì)隨雞蛋添加量的增加，呈先升高后下降的變化趨勢。雞蛋添加量為50%時，沙琪瑪感官評分最高，在55%處急劇下降。前期隨著雞蛋添加量上升，產(chǎn)品的質(zhì)量變得優(yōu)良，有淡淡的雞蛋香，組織狀態(tài)大大改善，而在添加至55%時，沙琪瑪條外觀疏松易散，形成的組織狀態(tài)不細(xì)膩，進(jìn)而影響感官評分。

2.1.4 沙琪瑪專用改良劑添加量對沙琪瑪品質(zhì)的影響

沙琪瑪專用改良劑添加量對成品評分的影響見圖4。

圖4 沙琪瑪專用改良劑添加量對成品評分的影響Fig.4 The response of special modifier addition on sensory scores of product

沙琪瑪專用改良劑在面團的調(diào)制過程中發(fā)揮著很大的作用，一方面，它可以提高面團的吸水能力，縮短成型時間，提高出品率；再者還可以改善面團的耐擠壓性和攪拌性[17-18]。更重要的是，沙琪瑪專用改良劑和面筋蛋白以及淀粉都有較強的結(jié)合能力，可以有效降低不飽和油脂的酸敗，進(jìn)而改善產(chǎn)品的口感，使高粱沙琪瑪變得酥脆爽口，使成品的組織結(jié)構(gòu)疏松細(xì)膩，膨松度良好，風(fēng)味獨特[19-21]。由圖4 可知，隨著沙琪瑪專用改良劑添加量的增加，其感官評分呈先增加后降低的趨勢，沙琪瑪專用改良劑添加量為0.20%時分值最高。沙琪瑪專用改良劑添加量偏低時，成品色澤、組織狀態(tài)以及口感都比較一般，而繼續(xù)加入改良劑，沙琪瑪條的持氣性得到改善，條在油炸后的外形變得規(guī)整，切條上分布的氣泡均勻，色澤呈金黃，口感酥軟細(xì)膩。而再增加沙琪瑪專用改良劑添加量，沙琪瑪炸條口感偏皮軟，炸條表面出現(xiàn)凹凸不平的回縮狀態(tài)。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.2.1 高粱沙琪瑪配方優(yōu)化的回歸分析

響應(yīng)面優(yōu)化試驗見表3。

表3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗Table 3 Response surface optimization experiment

按照表3 試驗結(jié)果，以感官評分（Y）為因變量，高粱粉添加量（A）、酵母粉添加量（B）、雞蛋添加量（C）和沙琪瑪專用改良劑添加量（D）為自變量，進(jìn)行回歸擬合，得到方程為：Y=47.31-0.80A+0.069B+1.76C+0.46D -0.51AB -0.11AC +0.058AD +1.01BC +0.34BD +0.39CD-1.07A2-1.82B2-3.83C2-2.81D2。

回歸方程的方差分析見表4。

表4 回歸方程的方差分析Table 4 Significance test of regression equation

對方程進(jìn)行顯著性檢驗，感官評價回歸模型P＜0.000 1，表明回歸方程擬合較好，失擬項P=0.763 6＞0.05，可知失擬項差異不顯著。方差分析表明，該方程可充分反映本試驗的具體實際狀況，因此可以用該模型進(jìn)一步分析及預(yù)測高粱沙琪瑪?shù)母泄僭u分?；貧w方程各項的方差分析表明：一次項A、C、D 的P 值均小于0.01，說明高粱粉、雞蛋以及沙琪瑪專用改良劑這三者的添加量對產(chǎn)品品質(zhì)影響較大；方程一次項系數(shù)能夠反映自變量本身的效應(yīng)值大小，由此可得各因素對響應(yīng)值影響的主次排序為雞蛋添加量、高粱粉添加量、沙琪瑪專用改良劑添加量、酵母粉添加量。二次項A2、B2、C2、D2的P 值均小于0.01，說明雞蛋添加量、高粱粉添加量、沙琪瑪專用改良劑添加量、酵母粉添加量對高粱沙琪瑪?shù)母泄僭u分的影響非線性變化。AB、BC、CD 的P 值小于0.01，說明雞蛋添加量、高粱粉添加量、沙琪瑪專用改良劑添加量、酵母粉添加量對感官評分存在極顯著的交互作用。

圖5 各因素交互作用對高粱沙琪瑪品質(zhì)影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.5 Response surface and contour map of the effects of interaction of various factors on sensory score of sorghum caramel treats

2.2.2 響應(yīng)面分析

為了明確各因素間的交互作用對高粱沙琪瑪品質(zhì)的影響，使用Design Expert 8.0.6 將表4 感官評分的回歸結(jié)果繪制響應(yīng)面三維圖形，分析AB、BC、CD 這3組因素間的交互作用，具體如圖5 所示。

因素間交互效應(yīng)的強弱可由等高線圖的形狀來分析。等高線圖越近于橢圓，表明因素之間的交互作用越強烈[22]。由圖5 中的等高線圖可以看出，本研究的3 組交互作用中，酵母粉添加量和雞蛋添加量的交互作用最強，其次是高粱粉添加量與酵母粉添加量的交互作用，而沙琪瑪專用改良劑添加量和雞蛋添加量的交互作用最弱。

由圖5 可知，雞蛋添加量為50%，沙琪瑪專用改良劑添加量為0.20%，當(dāng)高粱粉添加量較少時，感官評分隨酵母粉添加量的增大先急劇升高后緩慢下降，當(dāng)高粱粉添加量較多時，感官評分隨酵母粉添加量的增大無明顯變化；當(dāng)酵母粉添加量較小時，感官評分隨高粱粉添加量的增加先升高后下降，上升與下降幅度變化不明顯。酵母粉添加量和高粱粉添加量的交互作用對響應(yīng)值的影響極其顯著。當(dāng)高粱粉添加量為30%，沙琪瑪專用改良劑添加量為0.20%時，酵母粉添加量在0.35%～0.37%之間，固定酵母粉添加量，感官評分隨著雞蛋添加量的增加先升高后降低，上升和下降幅度都很明顯；當(dāng)酵母粉添加量高于0.37%以后，隨著雞蛋添加量的增加，感官評分先迅速升高后緩慢下降，且升高幅度很明顯；當(dāng)雞蛋添加量較少時，酵母粉添加量的增多對感官評分影響不大，雞蛋添加量在51%時，感官評分隨酵母粉添加量的增加而上升幅度逐漸變小，達(dá)到最大后稍有下降，但下降的幅度不明顯。酵母粉添加量和雞蛋添加量的交互作用對響應(yīng)值的影響極其顯著。高粱粉添加量為30%，酵母粉添加量為0.37%時，當(dāng)雞蛋添加量較少時，增大沙琪瑪專用改良劑的添加量對感官評分影響也不大，整體變化幅度不明顯；當(dāng)雞蛋添加量在51%～52%時，沙琪瑪專用改良劑添加量在0.15%～0.21%之間，感官評分隨著沙琪瑪專用改良劑添加量的升高逐漸上升并且趨于平穩(wěn)狀態(tài)，沙琪瑪專用改良劑添加量在0.21%之后，感官評分隨沙琪瑪專用改良劑添加量的增加而略微下降；沙琪瑪專用改良劑添加量和雞蛋添加量的交互作用對響應(yīng)值的影響較為顯著。

2.2.3 最優(yōu)參數(shù)的確定

以感官評分為目標(biāo)變量，利用響應(yīng)面法對高粱沙琪瑪?shù)呐浞焦に嚄l件進(jìn)行優(yōu)化，得到高粱沙琪瑪最優(yōu)制作條件為：高粱粉添加量27.88%，酵母粉添加量0.37%，雞蛋添加量51.31%，沙琪瑪專用改良劑添加量0.21%，預(yù)測模型的感官評分為47.74 分。為了進(jìn)一步檢驗響應(yīng)面方法優(yōu)化工藝的可靠性，使用改進(jìn)條件開展具體驗證操作，即高粱粉∶谷朊粉∶高筋粉三者質(zhì)量比為27.8∶22.2∶50，酵母粉添加量0.37%，雞蛋添加量51.3%，沙琪瑪專用改良劑添加量0.21%，在此條件下測得高粱沙琪瑪?shù)母泄倬譃?7.69，與理論值47.74 較為接近，表明本試驗經(jīng)響應(yīng)面法優(yōu)化所得的模型參數(shù)具有較高的可靠性。

2.3 質(zhì)構(gòu)測定

將運用最優(yōu)工藝條件所制得的高粱沙琪瑪進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定，進(jìn)而更客觀更靈敏地反映成品的適口性和組織狀態(tài)，結(jié)果如表5。

表5 成品高粱沙琪瑪?shù)馁|(zhì)構(gòu)特性Table 5 Textural properties of sorghum caramel treats

由表5 可知，高粱沙琪瑪與市售沙琪瑪?shù)酿じ叫?、彈性以及?nèi)聚性沒有太大的差距，而高粱沙琪瑪硬度和咀嚼性較大。

3 結(jié)論

通過試驗可以得出，各因素對高粱沙琪瑪感官評分的影響主次順序為雞蛋量、高粱粉添加量、沙琪瑪專用改良劑添加量、酵母粉添加量。借鑒前人沙琪瑪?shù)闹谱鞣椒绊憫?yīng)面研究方法[23-26]，對高粱沙琪瑪配方進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后高粱沙琪瑪?shù)墓に噮?shù)為高粱粉∶谷朊粉∶高筋粉三者質(zhì)量比27.8 ∶22.2 ∶50，酵母粉添加量0.37%，雞蛋添加量51.3%，沙琪瑪專用改良劑添加量0.21%，兩次醒發(fā)時間均為2 h，兩次醒發(fā)溫度都恒定設(shè)置為40 ℃，油炸溫度170 ℃，白砂糖∶蜂蜜飴糖∶果葡糖漿三者的質(zhì)量比為3 ∶1 ∶1。在此基礎(chǔ)上所得高粱沙琪瑪色澤乳黃，酥軟細(xì)膩，入口即化，組織狀態(tài)良好，切口整齊，氣泡數(shù)量適中，且具有高粱香味和粗糧特有的營養(yǎng)價值以及保健功能，符合預(yù)期結(jié)果。本研究為具有功能性質(zhì)的健康類休閑食品加工和高粱附加值提升提供了一定的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)，具有很好的研究和推廣價值。