D-最優(yōu)混料法優(yōu)化木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕配方

林菲涵，董子欣，周 波，周 霖

（沈陽醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院食品教研室，遼寧 沈陽 110034）

美味牛肝菌（Boletus edulis）是世界聞名的食用菌，富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)及多種生物活性物質(zhì)，如多糖類、酚類化合物和植物甾醇等，且脂肪和卡路里含量低[1]。研究發(fā)現(xiàn)，美味牛肝菌具有抗氧化、增強免疫活性、抗腫瘤、保肝、抗菌和抗病毒等生理功能[2-6]。2020 年至今，陸續(xù)有人以其為原料開發(fā)出了美味牛肝菌風味基料[7]、美味牛肝菌餅干[8]、美味牛肝菌全麥面包[9]等產(chǎn)品，本試驗通過將美味牛肝菌粉添加到戚風蛋糕中，以助于擴大其相關產(chǎn)品的開發(fā)，增加美味牛肝菌的深加工產(chǎn)品類型。

核桃（Juglans regia L.），又稱姜桃、胡桃，是一種老少咸宜的堅果，在世界各地均有分布。核桃的味道鮮香，有獨特的堅果香氣，并且營養(yǎng)價值極高，其含有18種氨基酸（其中包含8種必需氨基酸）、多不飽和脂肪酸、生育酚、植物甾醇、B族維生素及磷、鈣等礦物質(zhì)，ω-6 與ω-3 脂肪酸的比例接近中國營養(yǎng)學會的推薦[10]。目前，以核桃為原料開發(fā)的產(chǎn)品主要有核桃油[11]、核桃乳飲料[12]、核桃乳冰激凌[13]、核桃粉[14]和核桃酥等[15]。本試驗擬將核桃顆粒添加于蛋糕表面，以豐富蛋糕的口感，并增加戚風蛋糕種類。

戚風蛋糕是市面上常見的烘焙類食品，因其松軟蓬松、細膩香甜的口感深受世界廣大消費者的喜歡。戚風蛋糕可與多種原料搭配使用，在復配材料上包容性強，因此，現(xiàn)在市面上出現(xiàn)許多不同口味的戚風蛋糕。張麗等[16]在傳統(tǒng)戚風蛋糕制作的基礎上添加了莼菜，研究出了莼菜戚風蛋糕卷。李飛[17]在戚風蛋糕中加入板栗和綠茶，制作出了一款板栗綠茶戚風蛋糕。雖然戚風蛋糕風味多樣，但其含糖量較高，長期食用可能會導致血糖大幅升高，從而誘發(fā)多種疾病[18-21]。木糖醇是一種優(yōu)良的功能性甜味劑替代品，其具有減少脂肪積累、利于牙齒健康等功效，并且使用木糖醇代替白砂糖作為甜味劑添加到蛋糕中不會引起血糖值的升高[22]。李薈伶等[23]采用木糖醇作為甜味劑研制出了藜麥低糖戚風蛋糕。易碧清等[24]將米糠添加到戚風蛋糕中，以木糖醇為甜味劑，優(yōu)化出一款健康美味的無糖米糠戚風蛋糕。本試驗在傳統(tǒng)戚風蛋糕加工工藝的基礎上，使用木糖醇代替白砂糖作為甜味劑，以期在保證產(chǎn)品風味的同時，降低蛋糕的含糖量，研制出更為健康的產(chǎn)品。

混料法是一種特殊的響應曲面設計法，主要用于研究多種原料所組成的產(chǎn)品，能夠分析出組分之間的交互影響，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)、材料、藥品及食品研發(fā)等各個領域。食品感官評價是描述和判斷食品品質(zhì)最直觀的指標，是一門用于制定、測量、分析和說明人類通過視覺、嗅覺、味覺、觸覺和聽覺而感知的感覺的學科[25]。為了減少感官評價者的主觀感受對評分的影響，基于數(shù)學理論的模糊感官評價能使感官評價結果更科學準確，因此本試驗采取混料設計和模糊感官評價相結合的方法來優(yōu)化木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕的最優(yōu)配方。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

牛肝菌：市售；木糖醇：南京甘汁園糖業(yè)有限公司；牛奶：輝山乳業(yè)（中國）有限公司；雞蛋：市售；低筋面粉：肇慶市福加德面粉有限公司；玉米淀粉：吉林省杞參食品有限公司；食用油：中糧福臨門食品營銷有限公司；核桃顆粒：泰興市康福食品加工坊。

1.1.2 儀器與設備

KWS2060LQ-D1N烤箱：廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司；KS-938AN 打蛋器：廣州市祁和電器有限公司；LD610-2電子稱：沈陽龍騰電子有限公司；BSA224S精密天平：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；小號蛋糕紙托：德清極度工藝品有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料預處理

將干牛肝菌打成粉，使用100 目的篩網(wǎng)過篩；低筋面粉、玉米淀粉均用100 目的篩網(wǎng)過篩備用；將雞蛋的蛋黃與蛋白分開，裝入潔凈的盆中備用。

1.2.2.2 蛋黃面糊制備

首先將牛奶與食用油混合，攪打至牛奶充分乳化，將該混合物添加到蛋黃中，再依次放入低筋面粉、牛肝菌粉，“Z”字形攪打至無明顯顆粒，面糊質(zhì)地濃稠順滑。

1.2.2.3 蛋清打發(fā)制備

將過篩的玉米淀粉加入蛋清中，用打蛋器低速打發(fā)蛋清，有粗泡出現(xiàn)時加入1/3 木糖醇；繼續(xù)低速打發(fā)蛋清，至細泡出現(xiàn)時再加入1/3 木糖醇；然后使用打蛋器高速打發(fā)蛋清，有紋路出現(xiàn)時將剩下的1/3木糖醇全部加入，高速打發(fā)直至蛋清硬性發(fā)泡，提起打蛋器頂端出現(xiàn)直立不倒的小尖角。

1.2.2.4 蛋糕糊制備

將“1.2.2.3”中打發(fā)好的蛋清分出1/3加入蛋黃面糊中，使用刮刀翻拌均勻，再加入剩下的2/3 蛋清繼續(xù)使用刮刀翻拌，直至蛋糕糊均勻穩(wěn)定。

1.2.2.5 裝杯與烘烤

將“1.2.2.4”制備好的蛋糕糊使用裱花袋裝入焙烤用紙杯中，不宜超過杯子容積的2/3，振蕩紙杯，排出多余氣泡，將核桃顆粒均勻灑在蛋糕表面。焙烤前，烤箱上下火溫度均設定為125 ℃，預熱30 min，焙烤時，烤箱上下火溫度均設置為130 ℃，焙烤30 min。

1.2.2.6 冷卻將烤好的蛋糕從烤箱中取出，倒放于潔凈的臺面放涼（以防蛋糕回縮），即為成品。

1.2.3 蛋糕基礎配方

根據(jù)前期預試驗和配方優(yōu)化，設定木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕基礎配方為：牛肝菌粉4.5 g、低筋面粉12 g、玉米淀粉6 g、蛋黃35 g、蛋清70 g、牛奶17 g、食用油13 g、木糖醇20 g、核桃顆粒0.3 g。

1.2.4 單因素試驗設計

參照蛋糕基礎配方，在蛋糕其他原料與加工工藝保持不變的情況下，探究牛肝菌粉添加量（2.5、3.5、4.5、5.5、6.5 g）、木糖醇添加量（10、15、20、25、30 g）、牛奶添加量（13、15、17、19、21 g）及核桃顆粒添加量（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g）對蛋糕感官品質(zhì)的影響。

1.2.5 D-最優(yōu)混料試驗方案設計

以牛肝菌粉添加量（A）、木糖醇添加量（B）和牛奶添加量（C）為主要影響因素，3 個主要影響因素通過單因素試驗優(yōu)化的添加量之和為固定值，且添加量的質(zhì)量分數(shù)之和為100%。以蛋糕綜合評分（Y）為響應值，采用Design-Expert 8.0.6軟件中的D-最優(yōu)混料法（D-optimal）對戚風蛋糕配方進行優(yōu)化。試驗因素和水平見表1。

表1 D-最優(yōu)混料法試驗因素與水平表Table 1 Factors and levels table of D-optimal mixture method單位：%

1.2.6 模糊數(shù)學評價方法

1.2.6.1 確定感官評價因素集和評語集

依據(jù)GB/T 20977—2007《糕點通則》[26]，并參考陳曦等[27]的方法，邀請10 位具有獨立評判蛋糕品質(zhì)能力的品鑒人員為蛋糕的各項指標評分。評分標準包括色澤、外形、口感、組織、風味5個方面，即為木糖醇牛肝菌蛋糕的因素集U，表示為U=｛u1,u2,u3,u4,u5｝。感官評價評語包含優(yōu)秀、普通、較差，表示為評語集V=｛v1,v2,v3｝。其中v1為優(yōu)秀、v2為普通、v3為較差。相應感官評定標準見表2。

表2 木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕感官品質(zhì)評定標準Table 2 Sensory quality evaluation standards of xylitol Boletus walnut chiffon cake

1.2.6.2 確定感官評價權重集

采用強制決定法確定評價權重集K。邀請10 位感官評價員對蛋糕的色澤、外形、口感、組織、風味5個評價指標進行一對一的重要性比較，在一對一比較過程中，重要的記1分，次要的記0分，自身相比記1 分，分數(shù)越高，該因素對蛋糕整體口感的影響程度越大，具體結果見表3。

表3 木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕感官評分權重Table 3 Sensory rating weights of xylitol Boletus walnut chiffon cake

由表3 可知，木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕的色澤、外形、口感、組織、風味的權重分別為0.19、0.18、0.28、0.08、0.27，即K=｛0.19，0.18，0.28，0.08，0.27｝。

1.2.6.3 確定模糊矩陣

邀請10位感官評定人員根據(jù)評語集V對每個蛋糕的5 個評價因素進行評價，統(tǒng)計評語次數(shù)，制成表格。將表中各個因素的3 種評語次數(shù)求和并除以評判人數(shù)10，即得到5個因素對3種評語的隸屬度。

1.2.6.4 模糊評價

將每個因素的模糊向量單值化進行比較排序，分為3 個等級，分別為優(yōu)秀（5 分）、普通（3 分）、較差（1 分）。將綜合評價結果集中的各個量分別乘以相對應的分值，并進行相加，最后得出每個蛋糕的模糊感官評定總分。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

各試驗均重復3 次，結果以±s表示。采用SPSSPRO、Design-Expert V8.0.6和Graphpad Prism 9軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 牛肝菌粉添加量對蛋糕感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，隨著牛肝菌粉添加量的增加，蛋糕的感官評分先升高后降低，當牛肝菌粉添加量為3.5 g時，感官評分達到最高。牛肝菌粉添加量為2.5 g 時蛋糕評分最低，這可能是因為添加牛肝菌粉的量過少，蛋糕沒有體現(xiàn)牛肝菌的獨特香氣和滋味，導致蛋糕風味明顯不足；而當牛肝菌粉添加量高于3.5 g時，由于牛肝菌粉的顏色導致蛋糕色澤過深，影響蛋糕色澤和外形的評分，評分逐漸降低。周霖等[9]在研制牛肝菌面包時發(fā)現(xiàn)，當牛肝菌粉添加量過多時，面包會有牛肝菌的微苦味，并會使產(chǎn)品顏色過深。綜上可知，牛肝菌粉的最適添加量為3.5 g，此時蛋糕色澤不會過深，而且有適宜的牛肝菌菌香風味。

圖1 牛肝菌粉添加量對蛋糕感官評分的影響Fig.1 Effects of Boletus edulis powder additions on sensory scores of cake

2.1.2 木糖醇添加量對蛋糕感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，蛋糕的感官評分隨木糖醇添加量的增多先升高后降低，木糖醇添加量為15 g 時，蛋糕的感官評分最高；當木糖醇添加量小于15 g 時，蛋糕的感官評分最低，這可能是因為蛋糕的甜度不夠，使蛋腥味和牛肝菌的微苦味較明顯；而當木糖醇添加量大于15 g 時，過高的甜度掩蓋了牛肝菌和核桃的香味，故蛋糕感官評分降低；木糖醇添加量為30 g時，由于焦糖化反應，蛋糕的顏色會過深，致使其色澤評分降低。馬琦等[28]研究發(fā)現(xiàn)，木糖醇添加量與蛋液氣泡的穩(wěn)定性有較大關系，木糖醇添加量過多會影響蛋糕的比容，使蛋糕風味不佳。綜上，木糖醇最適添加量為15 g。

圖2 木糖醇添加量對蛋糕感官評分的影響Fig.2 Effects of xylitol additions on sensory scores of cake

2.1.3 牛奶添加量對蛋糕感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨牛奶添加量的升高，蛋糕的感官評分呈先升高后降低的趨勢。牛奶添加量為17 g時，蛋糕感官評分最高。牛奶添加量對蛋糕的口感和組織影響較大，當牛奶添加量過少時，會使蛋糕口感發(fā)干，硬度較大，不易咀嚼；而當牛奶添加量大于17 g時，蛋糕質(zhì)地會發(fā)黏，回彈性較差，導致蛋糕整體評分不高。牛奶在戚風蛋糕中的作用主要是改變蛋糕的含水量，進而影響蛋糕的口感，如果牛奶添加量過少會使蛋糕口感干硬，容易開裂[29]，而牛奶添加量過多會造成蛋糕內(nèi)部濕軟塌陷，導致蛋糕在口感和結構方面評分降低。綜上，蛋糕中牛奶的最適添加量為17 g。

圖3 牛奶添加量對蛋糕感官評分的影響Fig.3 Effects of milk additions on sensory scores of cake

2.1.4 核桃顆粒添加量對蛋糕感官品質(zhì)的影響

由圖4 可知，隨著核桃顆粒添加量的升高，蛋糕感官評分呈先升高后降低的趨勢，蛋糕表面核桃顆粒添加量為0.3 g 時，蛋糕感官評分最高。核桃顆粒添加量對蛋糕的風味影響較大，這主要是因為核桃顆粒有非常明顯的堅果香氣，當?shù)案獗砻娴暮颂翌w粒過少時，不能明顯地品嘗到核桃的味道，導致蛋糕感官評分不高，而蛋糕表面核桃顆粒過多時，會掩蓋部分牛肝菌的香味，導致牛肝菌香味不明顯。古明亮等[30]在探究紫薯核桃糕制作配方時也發(fā)現(xiàn)，核桃添加過多時會出現(xiàn)輕微苦澀味，掩蓋了其他原料的滋味和氣味。但因核桃顆粒加在蛋糕的表面，只影響蛋糕的口感和氣味，而對其色澤、外形和組織方面影響較小。所以后續(xù)的混料試驗中，蛋糕中核桃顆粒的添加量固定為0.3 g。

圖4 核桃顆粒添加量對蛋糕感官評分的影響Fig.4 Effects of walnut granules additions on sensory scores of cake

2.2 模糊評價

邀請10位感官評價員根據(jù)評語集V對木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕樣品進行感官評價，統(tǒng)計5項因素得到3 個評語的次數(shù)，并將得到的次數(shù)除以人數(shù)10人，得到5 個因素對3 項評語的隸屬度，建立模糊矩陣Rj。1號樣品的矩陣為

根據(jù)模糊變換原理：Y=K×R，其中Y為綜合評價集合，K為權重集合，R為模糊矩陣。

則第j號樣品的綜合評價結果為：Yj=K×Rj。1 號產(chǎn)品的綜合評價結果為：

同理得到Y2～Y16的評價結果為：

將模糊向量單值化進行比較排序，根據(jù)評語集V=｛5，3，1｝。將綜合評定模糊矩陣中各個量分別乘以其對應的分值，并進行加和，最后得出每個產(chǎn)品的最后總分。

2.3 D-最優(yōu)混料試驗結果分析

2.3.1 模型及回歸方程的建立

運用Design-Expert V8.0.6 軟件分析木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕的感官評分，試驗設計方案及結果見表4。

表4 D-最優(yōu)混料法試驗設計及結果Table 4 D-optimal mixture design and result

采用分析模型Cubic回歸方程分析法進行分析，得到感官評分（Y）與牛肝菌粉添加量（A）、木糖醇添加量（B）、牛奶添加量（C）的預測回歸方程：

2.3.2 模型顯著分析對回歸模型進行方差分析，結果如表5所示。模型F值為68.43，P＜0.000 1，該模型達到極顯著水平，失擬項P=0.970 8＞0.05，說明該試驗結果與數(shù)學模型擬合較好，可以依靠該數(shù)學模型來對試驗結果進行預測?；貧w方程決定系數(shù)R2為0.990 4，調(diào)整決定系數(shù)R2adj為0.975 9，說明該試驗中蛋糕感官評分的高低有97.59%決定于3個因素的變化。該回歸方程可以客觀地反映所選因素對木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕品質(zhì)的影響。信噪比為26.921，遠大于4，表明此模型具有可靠性。

表5 回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

交互項AB、AC、ABC、AB（A-B）、AC（A-C）對蛋糕感官評分的影響不顯著；而交互項BC影響顯著（P＜0.05），表明木糖醇添加量和牛奶添加量對蛋糕感官評分的影響顯著。

用等值線和3D圖來反映3個混料因素對蛋糕感官評分的影響。由圖5 可知，在試驗規(guī)定范圍內(nèi)，三角響應曲面圖呈現(xiàn)為曲面，說明3因素之間具有交互作用。如圖6 所示，曲面有輕微馬鞍形趨勢，表明三個因素對響應值的影響不顯著；這可能是因為感官評分是蛋糕的綜合評價分數(shù)，即感官評價者對每個樣品的色澤、外形、口感、組織、風味等多個方面的綜合評價，感官評價人員的主觀因素更為明顯，如果希望得到更為準確的響應值，應當盡可能增加感官評價人員數(shù)。從圖5、圖6中可以看到，在牛奶取較大值時，曲面呈現(xiàn)一定的球面狀，且感官評分隨牛奶添加量的增加而升高，隨牛肝菌粉添加量的增加先升高后降低，而木糖醇在該范圍內(nèi)對感官評分影響不大，原因可能為在產(chǎn)品單因素摸索階段設定范圍略小，如果要得到更為準確的響應值，應擴大產(chǎn)品單因素試驗的原料添加量范圍。

圖5 牛肝菌粉、木糖醇、牛奶添加量交互作用的等值線圖Fig.5 Contour plots showing the interaction effects of Boletus edulis powder,xylitol,and milk

圖6 牛肝菌粉、木糖醇、牛奶添加量交互作用的3D圖Fig.6 3D plots showing the interaction effects of Boletus edulis powder,xylitol,and milk

進一步分析模型得出，當牛肝菌粉、木糖醇、牛奶的添加量分別為11.1%、43.8%、45.1%時，蛋糕的預測感官評分最高，為4.390分。即在蛋糕基礎配方的基礎上，牛肝菌粉添加量為3.94 g，木糖醇添加量為15.55 g，牛奶添加量為16.01 g。采用上述優(yōu)化配方進行3組平行驗證試驗，得到感官評分平均值為4.392分，與預測評分無顯著差異，表明采用混料試驗設計結合模糊綜合評價法對木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕配方進行優(yōu)化具有科學性和可行性。

3 結論

本試驗優(yōu)化后的木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕的工藝配方為：牛肝菌粉3.94 g，木糖醇15.55 g，牛奶16.01 g，蛋清70 g，蛋黃35 g，低筋面粉12 g，玉米淀粉6 g，食用油13 g，蛋糕表面添加核桃顆粒0.3 g，在上下火均為130 ℃的條件下烘烤30 min。采用最優(yōu)配方制作的蛋糕成品色澤美觀、口感飽滿、牛肝菌和核桃風味濃郁，感官評分為4.392分。本試驗僅對木糖醇牛肝菌核桃戚風蛋糕的配方進行了優(yōu)化，未來仍需要對該蛋糕的功能特性開展進一步研究，以確定其生理及保健功效。