基于響應(yīng)面設(shè)計(jì)的藜麥酒糟餅干配方優(yōu)化

劉哲，葉英，2*，李珊，孟慶陽，院珍珍

（1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016；2.青海省青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.），又稱南美藜，原產(chǎn)地位于南美洲的安第斯山脈，目前，在我國貴州、甘肅、西藏、山西、青海等地均有種植[1]，是一種營養(yǎng)價(jià)值極高的雙子葉植物[2]。研究表明，藜麥作為一種“全營養(yǎng)食品”[3]，所含的人類所需常量營養(yǎng)素的比例較大多數(shù)谷類作物更為合理，尤其是蛋白質(zhì)含量，并且藜麥中含有人體不能合成的9類必需氨基酸，其中以賴氨酸與組氨酸為主，是賴氨酸缺乏癥患者的優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)食物源[4]。同時(shí)與其它谷物相比，還在于無麩質(zhì)，這一特點(diǎn)能夠?yàn)槿槊訛a患者提供種類更多、更有營養(yǎng)的食品。除此之外，藜麥中富含多種調(diào)節(jié)人體機(jī)能的功能因子，如黃酮、多酚、不飽和脂肪酸，使其具有抗氧化、預(yù)防便秘、增強(qiáng)免疫力、防治糖尿病等生理功能[5]，能夠有效改善多種慢性疾病。

近些年來，由于藜麥的利用價(jià)值比較高，使得藜麥產(chǎn)品的研發(fā)方向也趨于多元化。相關(guān)食品加工企業(yè)相繼推出藜麥米、藜麥面條和藜麥糊等產(chǎn)品[6-7]，與此同時(shí)，關(guān)于藜麥黃酒等產(chǎn)品也已投入生產(chǎn)[8]，而酒糟是一種主要在釀造或者白酒生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的發(fā)酵副產(chǎn)物[9]，被認(rèn)為非常具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值與利用潛力。通常釀酒所產(chǎn)的酒糟中仍然含有許多尚未被完全利用的營養(yǎng)素，包括蛋白質(zhì)、淀粉和纖維素等[10]，并且酒糟中含水量較高，如果處理不及時(shí)，容易出現(xiàn)腐敗霉變等環(huán)境污染問題。因此，如何高效利用酒糟并將其變廢為寶成為了釀酒企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略途徑。目前國內(nèi)外最常見的處理酒糟方式僅限于制作牲畜飼料、合成有機(jī)肥料和人工培養(yǎng)食用菌等[11]，而將副產(chǎn)物酒糟添加到餅干制作過程中的研究卻鮮有報(bào)道。本研究區(qū)別于傳統(tǒng)的餅干加工技術(shù)和配方，首次將發(fā)酵后的藜麥酒糟作為主料添加到餅干中，通過響應(yīng)面法研究低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比、白砂糖添加量、黃油添加量和雞蛋液添加量對餅干感官品質(zhì)的影響，旨在研發(fā)一種新型功能性特色餅干，以期提高藜麥酒糟的精深再利用和經(jīng)濟(jì)附加值，促進(jìn)藜麥資源的開發(fā)利用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮藜麥酒糟：取自青海大學(xué)青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)藜麥酒的副產(chǎn)物；黃油、雞蛋、小蘇打、白砂糖、低筋面粉：市售；伊紅美藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)品：湖南比克曼生物科技有限公司；氫氧化鈉（分析純）：北科化學(xué)有限責(zé)任公司；乙醚、異丙醇（分析純）：天津市富宇精細(xì)化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

KC-130型粉碎機(jī)：浙江武義鼎藏日用金屬制品廠；FA2004B分析天平：上海佑科儀表有限公司；DGX-9073B電熱鼓風(fēng)干燥箱：濟(jì)南歐萊博有限公司；KAO-1208烤箱：深圳市康佳電器有限公司；YM50FGN立式壓力蒸汽滅菌器：上海三申醫(yī)療器械有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 藜麥酒糟的預(yù)處理

將釀酒后的藜麥酒糟均勻平鋪在烘盤中，放置于50℃～60℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，待水分較少時(shí)，調(diào)至30℃直至烘干。經(jīng)粉碎機(jī)粉碎過60目篩即可得細(xì)膩的藜麥酒糟粉。

1.3.2 藜麥酒糟餅干制備工藝流程

藜麥酒糟粉→輔料預(yù)拌→面團(tuán)調(diào)制→擠壓成型→烘烤→冷卻→成品

1.3.3 主要工藝要點(diǎn)

1.3.3.1 輔料預(yù)拌

稱取一定量的小蘇打、黃油、白砂糖等各類輔料，先將黃油融化，再加入白砂糖、小蘇打、雞蛋液，混合攪拌充分，形成乳化液。

1.3.3.2 面團(tuán)的調(diào)制

稱取適量預(yù)處理好的藜麥酒糟粉與低筋面粉按照一定質(zhì)量比混勻，并加入混合預(yù)拌后的輔料，手工揉搓，直至黏度適宜，用保鮮膜包好，防止水分流失，放于室溫（25℃）下靜置醒發(fā)10 min～30 min，以達(dá)到良好的延展性[12]。

1.3.3.3 制型烘烤

將面團(tuán)裝入模具中，控制面餅薄厚3 mm為宜，放進(jìn)事先預(yù)熱后的160℃烤箱內(nèi)進(jìn)行焙烤，直至表面呈金黃色，待其自然冷卻脫模即可。

1.3.4 藜麥酒糟餅干工藝配方研究

1.3.4.1 單因素試驗(yàn)

以藜麥酒糟與低筋面粉的混合粉為基準(zhǔn)（100%），分別考察低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比（1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1）、黃油添加量（10%、15%、20%、25%、30%）、白砂糖添加量（9%、12%、15%、18%、21%）、雞蛋液添加量（15%、20%、25%、30%、35%）對藜麥酒糟餅干感官品質(zhì)的影響。

1.3.4.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素結(jié)果基礎(chǔ)上，選取低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比（A）、黃油添加量（B）、白砂糖添加量（C）、雞蛋液添加量（D）進(jìn)行藜麥酒糟餅干的制備工藝響應(yīng)面試驗(yàn)，以感官評分為指標(biāo)，確定餅干的最佳配方。因素水平如表1所示。

表1 藜麥酒糟餅干的試驗(yàn)因素水平Table 1 Test factor level table of quinoa distiller's grains biscuits

1.3.5 感官評定

選取9名具有餅干評價(jià)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員，采用綜合評分法，從藜麥酒糟餅干的組織狀態(tài)、色澤、外觀、口感、風(fēng)味5個(gè)方面對產(chǎn)品進(jìn)行感官評價(jià)，得到餅干的綜合效果得分[13]。評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 藜麥酒糟餅干的感官評價(jià)指標(biāo)Table 2 Sensory evaluation indexes of quinoa distiller's grains biscuits

1.3.6 產(chǎn)品指標(biāo)的測定

理化指標(biāo)：酸價(jià)參照GB 5009.229—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中酸價(jià)的測定》[14]；采用索氏抽提法[15]測定脂肪含量。

微生物指標(biāo)：參照國標(biāo)法測定菌落總數(shù)和大腸菌群[16-17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin6.0對單因素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理；采用Design-Expert V8.0.6軟件對響應(yīng)面進(jìn)行處理，根據(jù)數(shù)據(jù)建立回歸方程與模型。

垂直運(yùn)輸采用懸臂式桅桿配以3 t卷揚(yáng)機(jī)。將桅桿與煙囪里側(cè)的兩層操作平臺的橫桿固定到一塊，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與分析

2.1 藜麥酒糟餅干制備工藝單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響

低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of the quality ratio of low-gluten flour to quinoa distiller's grains on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

由圖1可以看出餅干制作過程中，低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比對餅干的品質(zhì)起著至關(guān)重要的影響。當(dāng)?shù)徒蠲娣圪|(zhì)量占比較小時(shí)，產(chǎn)品中藜麥酒糟味過重，外形組織狀態(tài)粗糙，略有裂紋出現(xiàn)，表面色澤較深，松散不成形，感官評分較低。當(dāng)?shù)徒蠲娣叟c藜麥酒糟質(zhì)量比為2∶1時(shí)，產(chǎn)品風(fēng)味適宜和諧，口感最佳，感官評分也最高。之后，隨著低筋面粉的占比升高，感官評分開始下降，藜麥酒糟特有的風(fēng)味逐漸消失，面團(tuán)中面筋網(wǎng)絡(luò)致密，口感僵硬。因此選擇低筋面粉與藜麥酒糟的質(zhì)量比為2∶1為宜。

2.1.2 黃油添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響

黃油添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 黃油添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of butter content on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

由于黃油本身是一種天然的乳化劑，它能夠提高面團(tuán)的親水性以及發(fā)泡性，從而改善焙烤食品的滋味和組織狀態(tài)[18-19]。由圖2可知，產(chǎn)品評分隨著黃油添加量的增加呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)黃油添加量為20%時(shí)，產(chǎn)品的口感較為酥脆，藜麥酒糟特有風(fēng)味協(xié)調(diào)，餅干表面平滑且富有光澤，感官評分最高。隨著黃油添加量的增加，表面的油膜會限制面筋的形成，雖然餅干能保持一定的酥脆性，但面團(tuán)質(zhì)地太過松散，彈性變差，且焙烤過程容易碎裂滲油，導(dǎo)致口感過于油膩。因此選用黃油添加量為20%適宜。

2.1.3 白砂糖添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響

白砂糖添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 白砂糖添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of sugar content on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

在面團(tuán)中加入適量的白砂糖可以促使美拉德及焦糖化反應(yīng)的發(fā)生，提高產(chǎn)品的口感與色澤效果[20]。由圖3可知，感官評分隨白砂糖添加量的增加呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)白砂糖添加量為15%時(shí)，藜麥酒糟餅干甜度適中，色澤鮮亮，普遍能被測評人群接受，感官評分最佳為82分。當(dāng)白砂糖添加量低于15%時(shí)，藜麥酒糟餅干略有回苦味，色澤偏白。當(dāng)白砂糖添加量高于15%時(shí)，可能會阻礙面筋蛋白的形成，使餅干咀嚼口感變硬，同時(shí)過量的白砂糖也會使藜麥酒糟餅干太過甜膩，餅干的邊緣易出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象，總體口感相對較差。因此選擇白砂糖添加量15%為宜。

2.1.4 雞蛋液添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響

雞蛋液添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 雞蛋液添加量對藜麥酒糟餅干品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of egg liquid content on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

由圖4可知，隨著雞蛋液添加量逐漸增大，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。當(dāng)雞蛋液添加量超過25%時(shí)，藜麥酒糟餅干的組織質(zhì)地較軟，制作過程中因黏度過大而不易成型。當(dāng)雞蛋液添加量不足時(shí)，乳化強(qiáng)度相對較弱，難以形成酥脆的口感，從而影響產(chǎn)品品質(zhì)。因此選擇雞蛋液添加量25%為宜。

2.2 藜麥酒糟餅干制備工藝響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)，結(jié)果如表3所示。

表3 響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其對藜麥酒糟餅干品質(zhì)影響的結(jié)果Table 3 Experimental design of response surface method and its effect on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

采用Design-Expert V8.0.6對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行多元擬合分析，確定各因素對響應(yīng)值Y的影響，回歸方程為：Y=93.13-1.11A+0.95B-0.99C-1.70D+1.86AB-4.83AC-1.80AD-4.28BC+2.15BD-1.77CD-6.25A2-6.30B2-7.00C2-4.96D2。

2.2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析

方差分析結(jié)果見表4。

表4 藜麥酒糟餅干感官品質(zhì)評分回歸方程方差分析Table 4 Variance analysis of sensory quality score regression equation of quinoa distiller's grains and biscuits

由表 4可知，該模型呈極顯著（P＜0.01），R2=0.96，且失擬項(xiàng)不顯著（P=0.210 8＞0.05），說明該模型擬合度較好，誤差小，能準(zhǔn)確表示低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比、黃油添加量、白砂糖添加量、雞蛋液添加量4個(gè)因素對藜麥酒糟餅干感官評分的影響，可以利用此模型對藜麥酒糟餅干工藝配方進(jìn)行優(yōu)化。表中D、AC、BC以及 A2、B2、C2、D2均呈極顯著差異，A、AB、AD、BD、CD均呈顯著差異。通過對F值分析可知，影響藜麥酒糟餅干品質(zhì)的因素主次順序?yàn)殡u蛋液添加量（D）＞低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比（A）＞白砂糖添加量（C）＞黃油添加量（B）。

2.2.3 各因素交互作用對藜麥酒糟餅干感官品質(zhì)的影響

各因素交互作用的等高線及響應(yīng)面圖見圖5。

圖5 各因素交互作用的等高線及響應(yīng)面圖Fig.5 Contour and response surface map of the interaction of various factors to quinoa distiller's grains biscuits

響應(yīng)面圖能直觀反映各因素間的交互作用對響應(yīng)值的影響，曲面的陡度越大，添加量的變化對響應(yīng)值影響越大。等高線圖反映了各因素間交互作用的強(qiáng)度，當(dāng)趨向于橢圓時(shí)效果更顯著，反之則不顯著[21]。由圖5可知，各交互項(xiàng)的等高線圖呈橢圓形，說明它們之間的交互作用顯著，響應(yīng)面圖呈一定坡度，說明存在最佳點(diǎn)可使感官評分達(dá)到最大值，結(jié)果與方差分析一致。

利用響應(yīng)面分析確定藜麥酒糟餅干的最佳工藝為低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比為1.96∶1、黃油添加量20.34%、白砂糖添加量14.82%、雞蛋液添加量24.30%，此條件下藜麥酒糟餅干的理論感官評分為93.33。為了驗(yàn)證響應(yīng)面預(yù)測結(jié)果的合理性和可行性，將響應(yīng)面優(yōu)化工藝條件調(diào)整為低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比2∶1、黃油添加量21%、白砂糖添加量15%、雞蛋液添加量24%，進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，感官評分92.62，與理論預(yù)測值相近。

2.3 理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)的測定結(jié)果

經(jīng)檢測，工藝優(yōu)化后的藜麥酒糟餅干中酸價(jià)為（0.45±0.015）mg/g（≤5 mg/g），脂肪含量為（16.51±0.031）%。菌落總數(shù)為 53 CFU/g（≤750 CFU/g），未檢測出大腸桿菌，符合國家相關(guān)衛(wèi)生要求[22]。

3 結(jié)論

本研究采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)，對藜麥酒糟餅干工藝配方進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，低筋面粉與藜麥酒糟質(zhì)量比為2∶1，黃油添加量21%，白砂糖添加量15%，雞蛋液添加量24%，此條件下制得的餅干具有濃郁的谷物香氣與酒糟風(fēng)味，色澤較好，具有良好的組織形態(tài)，產(chǎn)品質(zhì)量效果最佳，感官評分也最高。以藜麥釀酒后的副產(chǎn)物酒糟為主要原料添加到餅干制作中，通過簡單的創(chuàng)新方法將原本低價(jià)利用的廢棄物轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)成分豐富的新型功能性食品，不僅使餅干具有獨(dú)特的藜麥香氣與酒糟風(fēng)味，而且增加了藜麥自身的營養(yǎng)價(jià)值，賦予了餅干特有的保健功能，解決了藜麥副產(chǎn)物的處理問題，提升了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，為藜麥資源深加工提供了理論依據(jù)和市場價(jià)值。