響應(yīng)曲面法優(yōu)化獼猴桃薏米餅干制作工藝

申煜麗，宋 爽，錢志鵬， 魏 月

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 理工學(xué)院，河北 滄州 061100）

薏米不僅是一種歷史悠久的食物，而且是中國主要的出口農(nóng)產(chǎn)品之一[1]，其中富含脂肪、蛋白質(zhì)、粗纖維等人體所需的物質(zhì)，以及人體所必需的8種氨基酸，是典型的綠色健康食物[2]。薏米作為糖尿病患者常食用的谷物之一，具有降血脂、降血糖、提高免疫力、抵抗炎癥、擴(kuò)張血管、降低患腫瘤疾病等功效，因此將薏米作為原料，加工成一種具有較高營養(yǎng)價值的餅干，已成為健康、便捷休閑食品生產(chǎn)的發(fā)展趨勢[3]。

獼猴桃又稱“奇異果”，富含大量的膳食纖維、鈣、鉀、維C等物質(zhì)。其中，維C的含量比蘋果等其他水果高數(shù)十倍，鈣含量比蘋果高17倍[4-6]。此外，獼猴桃是一種含糖量少的藥食同源水果，具有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、降血糖、提高人體免疫、抗疲勞等藥用價值[7-8]，尤其在防治糖尿病方面?zhèn)涫苋藗冎匾?，其主要的降糖活性成分為水溶性多糖[9-11]。

餅干作為一種酥脆美味、保存時間長的便攜食品深受消費者喜愛，但目前絕大多數(shù)餅干都是高油高糖類產(chǎn)品，不適合糖尿病病人食用，隨著人們保健意識的增強，具有降血糖等功能的保健型餅干市場前景廣闊[12-13]。

試驗將以薏米粉、獼猴桃、低筋面粉為主要原料，木糖醇、植物油、全蛋液、食鹽、小蘇打為輔料，通過單因素試驗和響應(yīng)面分析研制出一款獼猴桃薏米餅干。獼猴桃薏米餅干使薏米和獼猴桃潛在的營養(yǎng)價值得到了充分利用，并為高血糖和糖尿病患者提供了一種既營養(yǎng)又具有獨特風(fēng)味的新型保健食品，可以創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的同時也具有重要的實際意義。

1 儀器與材料

1.1 儀器

KA1-2D型食品烘爐，廣東省三水區(qū)白坭鎮(zhèn)廚中寶廚具廠產(chǎn)品；YP5001N型電子天平，上海菁海儀器有限公司產(chǎn)品；BCD-227SKH型冰箱，青島海爾股份有限公司產(chǎn)品；MJ-WBL2531H型攪拌機(jī)，廣東美的生活電器產(chǎn)品。

1.2 材料

低筋面粉，巨野吉白面粉有限公司提供；薏米粉，棗莊市食里香谷物銷售有限公司提供；木糖醇，龍力生物科技股份有限公司提供；植物油，金海食品工業(yè)有限公司提供；小蘇打，海天生物化工有限公司提供；食鹽，山東岱岳制鹽有限公司提供；獼猴桃、雞蛋，市售。

2 試驗方法

2.1 工藝流程

原材料預(yù)處理→稱量→原輔料混合→面團(tuán)調(diào)制→揉壓成型→烘焙→冷卻→成品。

2.2 操作要點

2.2.1 原材料處理

選用新鮮成熟的獼猴桃，洗凈去皮后放進(jìn)水果攪拌機(jī)中攪碎，直到獼猴桃漿中無獼猴桃果肉顆粒為止，攪拌完成后的獼猴桃漿備用。

2.2.2 面團(tuán)的調(diào)制

在容器中加入稱好的低筋面粉、薏米粉、獼猴桃，攪拌均勻然后加入食鹽、小蘇打、蛋液、植物油繼續(xù)攪拌揉捏，直到面團(tuán)軟硬適度、組織均勻、彈性適中、不黏手為止，需要注意的是不要過度攪拌揉捏面團(tuán)，過度揉捏會使餅干的酥松度受到影響。

2.2.3 餅干成型

用餅干模具將揉制好的面團(tuán)進(jìn)行擠壓，制作若干小塊餅干。要求餅干尺寸適中、厚度勻稱、形狀良好，輕放到烘焙托盤中。

2.2.4 烘烤

將烘焙托盤上的餅干胚進(jìn)行整理后，將托盤放于烤箱中進(jìn)行餅干烘烤，烘烤條件設(shè)置為面火180℃，底火175℃，烘烤時間為15 min，并注意觀察餅干烘烤情況。焙烤溫度直接影響餅干的感官效果，如外形、口感等[14]。

2.2.5 冷卻

烘烤成型后的餅干冷卻至室溫即為餅干成品。

2.3 感官評定

采用感官評定的方法，選6位學(xué)生作為感官評定員，按照感官評分標(biāo)準(zhǔn)對獼猴桃薏米餅干進(jìn)行評分，總分100分，以平均分計，最后以平均分的高低反映感官品質(zhì)。

餅干感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2.4 單因素試驗

選取薏米粉用量、獼猴桃用量、木糖醇用量、植物油用量4個主要因素進(jìn)行四因素五水平單因素試驗，以制作餅干的感官評分為指標(biāo)，確定各個單因素的最佳值。

2.4.1 薏米粉用量的優(yōu)化

固定薏米粉與低筋面粉總量為70 g，分別添加10，15，20，25，30 g薏米粉，研究不同用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，其他材料用量為獼猴桃20 g，植物油15 g，木糖醇12 g，蛋液18 g，小蘇打0.5 g，食鹽0.4 g。

2.4.2 獼猴桃用量的優(yōu)化

分別添加16，18，20，22，24 g獼猴桃，研究不同用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，其他材料用量為薏米粉15 g，低筋面粉55 g，植物油15 g，木糖醇12 g，其他輔料用量不變。

2.4.3 木糖醇用量的優(yōu)化

分別添加10，12，14，16，18 g木糖醇，研究不同用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，其他材料用量為薏米粉15 g，低筋面粉55 g，獼猴桃20 g，植物油15 g，其他輔料用量不變。

2.4.4 植物油用量的優(yōu)化

分別添加12，13，14，15，16 g植物油，研究不同用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，其他材料用量為薏米粉15 g，低筋面粉55 g，獼猴桃20 g，木糖醇14 g，其他輔料用量不變。

2.5 響應(yīng)面試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，使用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗設(shè)計，采用Box-behnken模型，確定薏米粉用量、獼猴桃用量、木糖醇用量、植物油用量4個因素為自變量，成品感官評分為考查指標(biāo)，進(jìn)行29組試驗，每組試驗做3個平行，取其平均值。

獼猴桃薏米餅干響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計見表2。

表2 獼猴桃薏米餅干響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計/g

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗結(jié)果與分析

3.1.1 薏米粉用量的確定

固定薏米粉與低筋面粉總量為70 g，分別添加10，15，20，25，30 g的薏米粉，研究不同用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，其他原輔材料用量為獼猴桃20 g，植物油15 g，木糖醇12 g，蛋液18 g，小蘇打0.5 g，食鹽0.4 g。待餅干冷卻后對餅干成品進(jìn)行感官評定。

薏米粉用量對獼猴桃薏米餅干感官評定的影響見圖1。

圖1 薏米粉用量對獼猴桃薏米餅干感官評定的影響

由圖1可知，薏米粉用量為15 g時，感官評價最高，此時的餅干既有餅干的特有香味也有薏米的香味，口感酥脆，內(nèi)置結(jié)構(gòu)均勻，風(fēng)味最佳，薏米粉用量低于15 g時，餅干酥脆性較低，薏米風(fēng)味較淡。薏米粉用量高于15 g時，餅干成型較差、口感粗糙。

3.1.2 獼猴桃用量的確定

分別添加16，18，20，22，24 g的獼猴桃，研究不同用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，其他材料用量為薏米粉15 g，低筋面粉55 g，植物油15 g，木糖醇12 g，其他輔料用量不變。待餅干冷卻后對餅干成品進(jìn)行感官評定。

獼猴桃用量對獼猴桃薏米餅干感官評定的影響見圖2。

由圖2可知，獼猴桃用量為20 g時，感官評價最高，此時的餅干成型最好，口感酥脆，內(nèi)置結(jié)構(gòu)均勻，色澤均勻，風(fēng)味最佳。獼猴桃用量低于或高于20 g，在餅干胚的成型和餅干的組織結(jié)構(gòu)上都有所欠缺。

圖2 獼猴桃用量對獼猴桃薏米餅干感官評定的影響

3.1.3 木糖醇用量的確定

分別添加10，12，14，16，18 g的木糖醇，研究不同用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，其他材料用量為薏米粉15 g，低筋面粉55 g，獼猴桃20 g，植物油15 g，其他輔料用量不變。待餅干冷卻后對餅干成品進(jìn)行感官評定。

木糖醇用量對獼猴桃薏米餅干感官評定的影響見圖3。

圖3 木糖醇用量對獼猴桃薏米餅干感官評定的影響

由圖3可知，木糖醇用量為14 g時，感官評價最高，此時的餅干口感和風(fēng)味最佳。木糖醇用量低于14 g時，甜味明顯降低，口感較差。木糖醇用量高于14 g時，口感略甜，對于高血糖和糖尿病人群來說不太容易被接受。對于一些特殊人群，如高血壓和糖尿病患者，可能會擔(dān)心餅干中的含糖量，木糖醇是營養(yǎng)型蔗糖替代品，適合糖尿病患者食用。木糖醇是一種功能性甜味劑，不需要胰島素就可以透入到細(xì)胞中，代謝速度較快，不會升高血糖[15]。對于烘焙食品，無糖甜味劑木糖醇的使用提高了產(chǎn)品的整體品質(zhì)，改善了產(chǎn)品的風(fēng)味。此外，木糖醇不僅可以提高餅干的色澤和香味，增強餅干的甜度，調(diào)節(jié)面筋的彈性，木糖醇發(fā)酵較難，不利于微生物的生長繁殖，還具有抗氧化作用，可以延長食品的保質(zhì)期。

3.1.4 植物油用量的確定

分別添加12，13，14，15，16 g植物油，研究不同用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，其他材料用量為低筋面粉55 g，薏米粉15 g，獼猴桃20 g，木糖醇14 g，其他輔料用量不變。待餅干冷卻后對餅干成品進(jìn)行感官評定。

植物油用量對獼猴桃薏米餅干感官評定的影響見圖4。

圖4 植物油用量對獼猴桃薏米餅干感官評定的影響

由圖4可知，植物油用量為14 g時，感官評價最高，此時的餅干色澤均勻呈淡黃色，口感酥松、有餅干和薏米粉特有的香味。而植物油用量低于14 g時，餅干口感較粗糙，內(nèi)置結(jié)構(gòu)較差。植物油用量高于14 g時餅干胚會發(fā)生變形的情況，餅干成型也較差。

除上述4種材料之外，還有一些輔料在餅干的制作中同樣發(fā)揮著重要作用。例如，餅干中加入食鹽可以增加風(fēng)味、增強面筋、改善色澤[16]，使餅干具有咸味，刺激人們的味覺，突出餅干的甜味，食鹽能使面團(tuán)中的面筋質(zhì)地變緊密，增加面團(tuán)的強度和彈性。在餅干制作過程中小蘇打（下稱化學(xué)膨脹劑）在烘烤時受熱分解，產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w，填充在餅干內(nèi)部，在餅干內(nèi)部結(jié)構(gòu)中形成細(xì)致緊密的氣孔，餅干中的小蘇打還是一種膨松劑，水溶液呈弱堿性在65℃以上會開始分解，并釋放出二氧化碳，與酸和液體結(jié)合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，小蘇打?qū)Χ趸坚尫艢馀?，使烘烤高度上升，做餅干時加入小蘇打才會使餅干酥脆，同時也可以使色澤鮮亮，小蘇打添加量對餅干的色澤、風(fēng)味等有一定影響，但影響效果不明顯，但是對餅干的形態(tài)及組織結(jié)構(gòu)影響較為顯著[17]。如果餅干中的蘇打粉加入量太大，會對餅干的風(fēng)味造成影響，人們食用后會出現(xiàn)暫時味覺失靈、心率不穩(wěn)等癥狀。餅干中加入雞蛋后，雞蛋中的蛋白質(zhì)在受熱以后會發(fā)生凝固現(xiàn)象，從而使水分損失較少，這樣餅干成熟后體積會大，口感也會有柔韌度。雞蛋可以提供餅干制品中的脂肪、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，還會使餅干內(nèi)部色澤呈金黃色，其乳化作用使餅干的結(jié)構(gòu)均一、風(fēng)味奇特。

3.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

3.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果

根據(jù)單因素結(jié)果使用Design Expert 8.0.6軟件，采用Box-behnken模型，進(jìn)行四因素三水平的試驗設(shè)計。

響應(yīng)面分析試驗方案及結(jié)果見表3。

3.2.2 方差分析

利用Design Expert軟件對表3響應(yīng)面試驗方案及試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到各因子對響應(yīng)值的二次多項回歸模型為：

表3 響應(yīng)面分析試驗方案及結(jié)果

運用響應(yīng)面分析法對獼猴桃薏米餅干擬合的回歸方程進(jìn)行方差和顯著性分析。

回歸方程的方差分析見表4。

由表4可知，該模型p＜0.000 1，說明該模型達(dá)到了極顯著水平，且失擬項p=0.412 9＞0.05（不顯著），表明該回歸方程擬合度高，試驗誤差小，可反映出獼猴桃薏米餅干的感官評分與各因素之間的關(guān)系。且該回歸模型一次項獼猴桃用量（B）、植物油用量（D）、二次項A2、B2、C2、D2、交互項AB、AC、AD、BD均達(dá)到極顯著水平，一次項薏米粉用量（A）達(dá)到顯著水平。所選取的四因素水平范圍內(nèi)，F(xiàn)值的大小代表了各因素對餅干感官評分影響的強弱，F(xiàn)值越大，說明影響作用越強。由F值可得出各因素對獼猴桃薏米餅干的感官評分影響強弱的順序為D＞B＞A＞C。

表4 回歸方程的方差分析

根據(jù)模型系數(shù)R2=0.983 5，校正系數(shù)R2Adj=0.967 0，預(yù)測系數(shù)為0.920 8得知，該模型的真實值與預(yù)測值的相關(guān)性很好，該模型選擇正確，此回歸模型方差分析可以進(jìn)一步有效分析和預(yù)測該工藝條件下各因素對獼猴桃薏米餅干的影響效果，更有效地驗證工藝條件的準(zhǔn)確性。

3.2.3 響應(yīng)面的交互效應(yīng)分析

響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值感官評分對各試驗因素的函數(shù)圖形，通過響應(yīng)面圖形可以很直觀地看出各參數(shù)和最佳參數(shù)之間的交互作用。

獼猴桃用量與薏米粉用量交互作用響應(yīng)面分析結(jié)果見圖5，木糖醇用量與薏米粉用量交互作用響應(yīng)面分析結(jié)果見圖6，獼猴桃用量與木糖醇用量交互作用響應(yīng)面分析結(jié)果見圖7，獼猴桃用量與植物油用量交互作用響應(yīng)面分析結(jié)果見圖8。

由圖5可知，獼猴桃用量與薏米粉的交互效應(yīng)對成品感官得分影響的響應(yīng)面的坡度較陡，表明感官評分受交互因素的影響較大，而且感官評分均隨著獼猴桃和薏米粉用量的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，分別在20 g和15 g達(dá)到最大值，且等高線橢圓度較大，交互效應(yīng)顯著。因此，在獼猴桃用量20 g，薏米粉用量15 g時，兩者交互作用效果最好，獼猴桃薏米餅干感官評分最高。

圖5 獼猴桃用量與薏米粉用量交互作用響應(yīng)面分析結(jié)果

由圖6可知，木糖醇用量與薏米粉的交互效應(yīng)對成品感官得分影響的響應(yīng)面的坡度較陡，感官評分均隨著木糖醇和薏米粉用量的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，分別在14 g和15 g達(dá)到最大值，且等高線呈橢圓形，交互效應(yīng)顯著。由此可見，木糖醇用量過高或者過低都會影響成品的口感，同時薏米用量也會影響成品的營養(yǎng)價值和口感，添加量過高時食用略有粗糙感，添加量過少則起不到降血糖的作用。因此，木糖醇和薏米粉最佳用量為14 g和15 g時，餅干感官評分最高。

圖6 木糖醇用量與薏米粉用量交互作用響應(yīng)面分析結(jié)果

由圖7可知，獼猴桃用量與木糖醇的交互效應(yīng)對成品感官得分影響的響應(yīng)面坡度較陡，感官評分均隨著獼猴桃和木糖醇用量的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，分別在20 g和14 g達(dá)到最大值，且等高線呈橢圓形，交互效應(yīng)顯著。獼猴桃和木糖醇都會增加餅干的甜度。因此，獼猴桃用量20 g，木糖醇用量14 g時，兩者交互作用效果最好，餅干甜度最佳。

圖7 獼猴桃用量與木糖醇用量交互作用響應(yīng)面分析結(jié)果

由圖8可知，獼猴桃用量與植物油用量的交互效應(yīng)對成品感官得分影響的響應(yīng)面的坡度較陡，等高線呈橢圓形，交互效應(yīng)顯著。且感官評分均隨著獼猴桃用量和植物油用量的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，分別在20 g和15 g時達(dá)到最大值。

圖8 獼猴桃用量與植物油用量交互作用響應(yīng)面分析結(jié)果

利用Design Expert設(shè)計對響應(yīng)面試驗結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，得出最佳工藝參數(shù)為薏米粉15.18 g，獼猴桃20.13 g，木糖醇14.05 g，植物油14.89 g，在此條件下獼猴桃薏米餅干感官得分理論值為90.423 9分。實際操作條件為薏米粉15 g，獼猴桃20 g，木糖醇14 g，植物油15 g，在此條件下獼猴桃薏米餅干感官評分為90.14分。結(jié)果表明，響應(yīng)面法優(yōu)化獼猴桃薏米餅干加工工藝的可靠性較高。

4 結(jié)論

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過感官評分，利用響應(yīng)面試驗分析研究了薏米粉用量、獼猴桃用量、木糖醇用量、植物油用量對獼猴桃薏米餅干品質(zhì)的影響，確定了回歸方程，對回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示該模型的擬合度極高，能很好地預(yù)測餅干產(chǎn)品感官隨各因素的變化規(guī)律，各因素的最佳用量為薏米粉15 g，獼猴桃20 g，木糖醇14 g，植物油15 g。該配方制備的餅干為高血糖和糖尿病患者提供了一種既營養(yǎng)又健康的新型食品，充分發(fā)揮食品原料的生理功能，改善餅干營養(yǎng)價值低、品種單一的現(xiàn)狀。