D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)甜茶無蔗糖抗氧化性酥性餅干

歐小春，胡國(guó)權(quán)，韋世菊，吳國(guó)勇，王小明，陳碧

廣西科技師范學(xué)院食品與生化工程學(xué)院（來賓 546199）

葛根是一種食藥同源的食材，含有豐富的氨基酸、礦物質(zhì)、多糖、黃酮類化合物等有效成分，其中葛根素和多糖具有降血脂、降血糖、降血壓等作用[1-3]。南瓜中含有多糖、氨基酸、多種維生素、多種微量元素、可溶性膳食纖維等成分，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，同時(shí)具有抗氧化、降血糖、降血脂等功效[4-6]。

甜茶屬薔薇科是廣西地區(qū)常見的甜味植物，含有豐富的有效活性成分，如多酚類、黃酮類、二萜和多種微量元素等[7-8]。其中，甜茶素的甜度約為蔗糖甜度的300倍[9]，是一種低熱值、甜度高、食用極為安全的天然甜味劑，具有降血壓、降血糖、促進(jìn)形成代謝等作用；甜茶多酚是高效的抗氧化劑，具有降血壓和降血糖作用[7-10]，甜茶成分還會(huì)提高烘焙食品抗氧性和抑菌效果，有效延長(zhǎng)貨架期[12-14]。

試驗(yàn)以葛根粉、南瓜粉代替部分面粉，通過D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)葛根粉、南瓜粉和低筋粉的比例進(jìn)行優(yōu)化，采用甜茶提取液代替蔗糖為甜味劑，探討甜茶添加量、黃油添加量、烘焙時(shí)間、烘焙溫度對(duì)餅干的感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性的影響，并采用正交試驗(yàn)優(yōu)化制作工藝，以期為開發(fā)無蔗糖抗氧化餅干提供理論和技術(shù)支撐，同時(shí)可滿足“三高”人群及其市場(chǎng)對(duì)新型烘焙功能性餅干的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

葛根、南瓜、泡打粉、玉米油、鹽雞蛋、低筋小麥粉：均為市售；甜茶葉，采摘于廣西金秀瑤族自治縣蓮花山。

2,4,6-三吡啶基三嗪（TPTZ）、福林酚（1 mol/L），上海源葉生物試劑有限公司；沒食子酸（純度≥95%）、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥95%）、DPPH、硝酸鋁、亞硝酸鈉、維生素C（VC）等，均為分析純，阿拉丁試劑網(wǎng)。

1.1.2 儀器與設(shè)備

TA.XTC-18質(zhì)構(gòu)儀（上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司）；UV-2600紫外可見分光光度儀（島津企業(yè)管理有限公司）；HTD-60電熱烘爐（廣州白云區(qū)宏泰烘焙設(shè)備廠）；GZX-GF101-3電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司）；等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 基本配方和制作流程

基本配方：葛根粉40 g、南瓜粉40 g、低筋面粉20 g、黃油30 g、雞蛋全液14 g、小蘇打0.6 g、食用鹽0.6 g、奶粉4.0 g、甜茶4.0 g。采用浸提法提取[15]，提取液濃縮至20 mL，工藝流程圖制作如下：

1.2.2 餅干配方的混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)得到葛根粉、低筋粉和南瓜粉的范圍，將三種原材料在總成分中的比例分別記為X1、X2、X3，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)和文獻(xiàn)資料[16-17]，確定3種原材料所占比例的限制條件：葛根粉（X1）百分比質(zhì)量限定30%～50%，南瓜粉（X2）百分比質(zhì)量限定30%～50%，低筋粉（X3）百分比質(zhì)量限定5%～20%，其中X1+X2+X3=100%，采用輔助軟件Design-Expert 8.0.6中的D-最優(yōu)混料試驗(yàn)（D-optimal）設(shè)計(jì)，以餅干感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2.3 制作工藝單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在確定葛根粉、南瓜粉和底筋粉混料配比條件下，以100 g混料為基礎(chǔ)，考察甜茶添加量、黃油添加量、烘焙時(shí)間和烘焙溫度對(duì)餅干品質(zhì)的影響，對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)測(cè)定。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取甜茶添加量（A）、黃油添加量（B）、烘焙時(shí)間（C）、烘焙溫度（D）為主要因素進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，各因素對(duì)應(yīng)的水平為A（2.0，3.0和4.0 g）、B（20，25和30 g）、C（21，23和25 min）、D（175，185和195 ℃）。

1.2.4 餅干品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定

1.2.4.1 感官評(píng)價(jià)方法

遴選8位有一定經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)的人員組成感官評(píng)分小組，依據(jù)GB/T 10220—2012感官分析方法學(xué)總論進(jìn)行感官評(píng)定。感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參考GB 7100—2015和文獻(xiàn)[18-20]，并根據(jù)本產(chǎn)品特性做適當(dāng)調(diào)整，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2.4.2 質(zhì)構(gòu)測(cè)定方法

將待測(cè)餅干樣品擺盤分組標(biāo)記備用，測(cè)定其硬度、彈性和咀嚼性。測(cè)定條件：質(zhì)構(gòu)儀探頭選用TA/5型號(hào)，采用TAP模式測(cè)定，測(cè)試類型下壓，目標(biāo)模式形變，目標(biāo)數(shù)值30%，測(cè)定時(shí)間5 s，測(cè)試前速度2.00 mm/s，測(cè)試中速度1.00 mm/s，測(cè)試后速度2.00 mm/s，觸發(fā)值5 g[21]。每組樣品測(cè)試3次，取平均值。

表1 餅干產(chǎn)品的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1.3 餅干產(chǎn)品抗氧化指標(biāo)檢測(cè)方法

總酚含量的測(cè)定：Folin-Ciocalteau法[22]，結(jié)果以沒食子酸當(dāng)量表示（mg沒食子酸/100 g餅干干物質(zhì)）；總黃酮含量的測(cè)定參考亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉比色法，結(jié)果以蘆丁當(dāng)量表示（mg蘆丁/100 g餅干干物質(zhì)）；抗氧化能力測(cè)定參考Kim等[23]報(bào)道的DPPH自由基清除能力的測(cè)定試驗(yàn)方法；總抗氧化能力采用鐵離子還原/抗氧化力測(cè)定法測(cè)定[24]，以VC的質(zhì)量（mg）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，得到VC標(biāo)準(zhǔn)曲線y=19.878x+0.002 7，R2=0.998 4，結(jié)果以VC當(dāng)量表示（mg VC/100 g餅干干物質(zhì)）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

采用Design-Expert 8.0.6對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單組別試驗(yàn)重復(fù)3次，通過SPSS 19.0軟件的Duncan法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)結(jié)果表示為±s，p＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 模型及回歸方程的建立

使用統(tǒng)計(jì)分析軟件Design-Expert 8.0.6進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果如表2所示。選用分析模型Cubic回歸方程分析法分析[16]，得到感官評(píng)分（Y）與混料葛根粉（X1）、南瓜粉（X2）、低筋粉（X3）的預(yù)測(cè)回歸方程：

Y=63.07X1+76.11X2+49.17X3+36.42X1X2+53.88X1X3+14.41X2X3-59.02X1X2X3-68.07X1X2（X1-X2）-30.90X1X3（X1-X3）-36.89X2X3（X2-X3）

表2 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)表及結(jié)果

2.1.2 模型顯著分析

對(duì)回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。模型p=0.000 4＜0.001，說明該回歸模型達(dá)到高度顯著水平，葛根粉、南瓜粉和低筋粉具有極其顯著的交互作用。失擬項(xiàng)p=0.194 4＞0.05，說明該試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，此外響應(yīng)值的相關(guān)系數(shù)R2=0.975 3，校正相關(guān)系數(shù)R2Adj=0.938 3，表明模型方程能很好地?cái)M合感官評(píng)價(jià)分與餅干混料粉配方比例關(guān)系。

表3 回歸方程的方差分析

葛根粉（X1）、南瓜粉（X2）、低筋粉（X3）3個(gè)因素交互作用的三元等高線圖及曲面3D圖如圖2所示。三角響應(yīng)曲面圖為一曲面，說明三者存在一定交互作用；圖形呈一定的拱形狀，說明在混合原料中三者對(duì)餅干的感官評(píng)價(jià)都起著顯著影響[16-17]，當(dāng)葛根粉、南瓜粉和低筋粉取適宜比例時(shí)，其對(duì)餅干的感官評(píng)價(jià)有極大值，該極大值存在于響應(yīng)面的頂端。通過Design-Expert 8.0.6軟件優(yōu)化出的餅干最佳配方為葛根粉42.331%、南瓜粉37.669%、低筋粉20.00%，此時(shí)感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為83.50分。按上述優(yōu)化的混料配方進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，制得的餅干感官評(píng)分實(shí)際值為82.75分，與軟件給出的理論值83.50分相接近，表明經(jīng)混料設(shè)計(jì)建立的回歸模型可行。

圖1 3種配料比交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)影響的等高線圖及3D效應(yīng)曲面圖

2.2 制作工藝單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 甜茶添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

甜茶添加量對(duì)餅干品質(zhì)影響見表4。隨著甜茶添加量的增加，餅干的硬度、咀嚼性逐漸降低，彈性逐漸降低，感官評(píng)分先增加后降低，這是由于甜茶中的茶多酚的酚羥基破壞面筋蛋白中二硫鍵，使其面筋強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致餅干的硬度和咀嚼降低[25]；同時(shí)添加甜茶會(huì)使餅干的色值、口感發(fā)生變化，當(dāng)甜茶含量過低時(shí)茶味不明顯，感官評(píng)分偏低；隨著甜茶添加量逐漸增多，感官評(píng)分逐漸升高，當(dāng)甜茶添加量超過3.0 g時(shí)，餅干中的茶味過濃且苦澀味增重，主要因?yàn)椴枞~中含有兒茶素、咖啡堿等苦澀味物質(zhì)，添加量過多會(huì)使餅干苦澀感較重[26]，導(dǎo)致感官評(píng)分降低。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定甜茶的添加量為3.0 g。

2.2.2 黃油加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

由表5可知，當(dāng)黃油添加量從10 g增加到35 g時(shí)，餅干的硬度和咀嚼性降低，彈性和感官評(píng)分先升高后降低；這是由于黃油經(jīng)攪拌處理后能包裹住空氣，在烘焙時(shí)空氣受熱，體積膨脹使餅干具有良好的彈性和酥軟性[28]。當(dāng)黃油添加量增加到30 g時(shí)，感官評(píng)分呈降低趨勢(shì)，這是由于油脂具有疏水作用，減少面筋的形成導(dǎo)致樣品油膩成型困難[29]，同時(shí)黃油添加量過多掩蓋南瓜和茶特有風(fēng)味，口感油膩且油脂過多，降低餅干的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值，因而確定黃油添加量為25 g。

2.2.3 烘烤時(shí)間對(duì)餅干品質(zhì)的影響

由表6可知，在17 min時(shí)感官評(píng)分最低，這是由于烘焙時(shí)間不足，餅干內(nèi)部夾生，水分含量過大，質(zhì)地松軟粘牙。隨著烘焙時(shí)間的增長(zhǎng)，感官評(píng)分隨之提高，在23 min時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高，口感最為酥脆可口。當(dāng)時(shí)間大于23 min時(shí)，感官評(píng)分逐漸降低，餅干烘焙時(shí)間過久，導(dǎo)致餅干質(zhì)地過硬、色澤過深并呈現(xiàn)焦黑色，口感變硬。根據(jù)質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)可知，隨著烘焙時(shí)間的增加，餅干中的水分減少，硬度逐漸升高，彈性、咀嚼性先升高后降低。綜合質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)以及感官評(píng)分結(jié)果，最佳烘焙時(shí)間為23 min。

表4 甜茶添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

表5 黃油添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

表6 烘焙時(shí)間對(duì)餅干品質(zhì)的影響

2.2.4 烘烤溫度對(duì)餅干品質(zhì)的影響

由表7可知，隨著溫度的升高，餅干的硬度和咀嚼性先升高后降低，這是因?yàn)楫?dāng)烘焙溫度過低時(shí)，餅干內(nèi)部水分沒有完全揮發(fā)，質(zhì)地柔軟，口感粘牙，影響餅干品質(zhì)，隨著烘焙溫度增大時(shí)，餅干內(nèi)部水分，餅干的硬度和彈性增加，感官評(píng)分隨之提高，在185 ℃時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高。當(dāng)烘焙溫度大于185 ℃時(shí)，感官評(píng)分逐漸降低，這是由于溫度過高會(huì)使餅干表面發(fā)生碳化而內(nèi)部水分不易蒸發(fā)造成餅干內(nèi)外水分不一致，造成餅干易斷裂、色澤過深、過焦等不良現(xiàn)象[30]。綜合質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)以及感官評(píng)分結(jié)果，最佳烘焙溫度為185 ℃。

表7 烘焙溫度對(duì)餅干品質(zhì)的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取甜茶添加量（A）、黃油添加量（B）、烘焙時(shí)間（C）、烘焙上火溫度（D）四個(gè)因素進(jìn)行L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn)[20-21]，確定餅干的最佳配方和工藝，試驗(yàn)結(jié)果分析見表8。

由表8可知，影響餅干品質(zhì)的各因素主次順序?yàn)楹姹簻囟龋―）＞甜茶添加量（A）＞烘焙時(shí)間（C）＞黃油添加量（B）。正交試驗(yàn)中不同配方工藝組合，餅干的硬度、彈性和咀嚼性數(shù)據(jù)存在不同的差異，但基本表現(xiàn)出與感官評(píng)價(jià)結(jié)果一致，最優(yōu)組合為D2A2C1B2，即烘焙溫度為185 ℃、甜茶添加量為3.0 g、烘焙時(shí)間為21 min、黃油添加量為25 g。采用最優(yōu)組合驗(yàn)證，制作的甜茶無蔗糖餅干感官評(píng)分為88.38分，硬度為2 936.122 g，彈性為0.761，咀嚼性為697.101 g；普通餅干感官評(píng)分為82.50分，硬度為3 506.049 g，彈性為0.675，咀嚼性為746.051 g。甜茶無蔗糖餅干在硬度、咀嚼性均低于普通餅干，口感更加酥脆可口，餅干品質(zhì)更佳。

表8 餅干正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

2.4 產(chǎn)品評(píng)價(jià)及抗氧化活性分析

按照最佳配方制作甜茶無蔗糖抗氧化餅干，同時(shí)按配方低筋粉100 g、黃油25 g、白砂糖33 g、雞蛋液14 g、水20 g、小蘇打0.6 g、食用鹽0.6 g、奶粉4 g制作普通餅干，將這兩種產(chǎn)品進(jìn)行總酚、總黃酮和抗氧化分析。無蔗糖抗氧化餅干總酚、總黃酮含量分別為737.28 mg/100 g和427.99 mg/100 g，比普通餅干的總酚和總黃酮分別高596.45 mg/100 g和310.49 mg/100 g，無蔗糖抗氧化餅干中的總酚和總黃酮含量有助于增強(qiáng)其抗氧化能力，經(jīng)測(cè)定其DPPH自由基清除率和總抗氧化能力分別86.24%和480.44 mg/100 g，這是由于葛根含有豐富葛根素[1-3]、南瓜含有豐富多糖和β-胡蘿卜素[6]、甜茶含有豐富的茶多酚[10]等活性成分，有效提高了甜茶無蔗糖餅干的抗氧化能力。

3 結(jié)論

通過D-混料設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，確定甜茶無蔗糖抗氧化酥性餅干的最優(yōu)配方及制作工藝：確定其最佳制作工藝：甜茶添加量3.0 g，黃油添加量25 g，烘焙時(shí)間21 min，烘焙溫度185 ℃。此配方制作工藝的餅干感官評(píng)分為88.38分，硬度為2 936.122 g，彈性為0.761，咀嚼性為697.101 g。該產(chǎn)品口感細(xì)膩，茶香和南瓜香氣濃郁，同時(shí)該產(chǎn)品以甜茶中的甜茶素作為甜味劑不含蔗糖，經(jīng)過烘烤后成品中仍保留大量黃酮類和總酚物質(zhì)，其總抗氧化能力為480.44 mg/100 g，具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及一定的保健功效，尤其適合“三高”人群的需求。