響應面法優(yōu)化燕麥酸奶蛋糕研究*

楊曉露，魏泉增，方冠翔

（許昌學院食品與藥學院，河南 許昌 461000）

燕麥是一種高營養(yǎng)、富含膳食纖維、低熱量的禾本科草本植物，富含β-葡聚糖，能降血脂、調節(jié)血糖，有效預防糖尿病及心血管疾病的發(fā)生。同時，膳食纖維還具備預防肥胖、控制體重、改善腸道、抗癌等生理功效[1-3]。酸奶是以鮮奶為原料乳酸菌發(fā)酵制成的，具有獨特風味和豐富營養(yǎng)功能性乳制品[4]，酸奶中含有胞外多糖，是由乳酸菌代謝生長過程產(chǎn)生，具有一定的耐熱性和良好的保護機體細胞等作用[5]。傳統(tǒng)蛋糕高糖、高能量、膳食纖維含量低，而當下人們越來越注重健康和營養(yǎng)，在傳統(tǒng)蛋糕的基礎上添加燕麥和酸奶既能增添蛋糕的風味，又相較于傳統(tǒng)蛋糕更富含營養(yǎng)且熱量更低，還增加了人們對膳食纖維的獲取途徑，同時也為烘焙食品行業(yè)引入雜糧原料提供思路。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

雞蛋、燕麥、小米、白砂糖，均為市售；蛋糕粉，河南湖雪食品有限公司；酸奶，內蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司；紐西蘭安佳黃油，恒天然商貿（上海）有限公司。

1.2 主要儀器

HC-B 型電子天平，慈溪市華徐衡器實業(yè)有限公司；1000C 型多功能粉碎機，永康市紅太陽機電有限公司；電烤箱，廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司；TMS-PRO 型物性分析儀，北京盈盛恒泰科技有限責任公司；打蛋器，深圳市瑞豐電器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程[6]

工藝流程如圖1。

圖1 燕麥酸奶蛋糕工藝流程

1.3.2 操作要點

（1）燕麥粉的制備：將燕麥用多功能粉碎機粉碎，過80 目篩，備用。

蛋黃糊的制備：用分蛋器將蛋清和蛋黃進行分離，向蛋黃中加入已融化的黃油和酸奶，攪拌2 min，分3 次加入燕麥粉和蛋糕粉的混合粉，攪拌至無生粉，備用。

（2）蛋清打發(fā)：用打蛋器對分離的蛋清進行快速攪拌，當?shù)扒逯谐霈F(xiàn)明顯的大氣泡時，加入1/3 的白糖，繼續(xù)攪動蛋清，使其打發(fā)至氣泡明顯收縮，蛋清開始發(fā)白，再加入1/3 的白糖，持續(xù)以高速狀態(tài)進行攪動，直到蛋清內的氣泡將要消失，加入最后剩余的白糖，接續(xù)打發(fā)，直至達到干性發(fā)泡程度，此時拉起打蛋頭，蛋清會出現(xiàn)軟狀的尖峰狀態(tài)[7]。

（3）調糊：將打發(fā)好的蛋清，分3 次加入到蛋黃面糊中，用硅膠鏟從底部至上層依次翻拌，每次翻拌都要朝著一個方向，待混合均勻后，倒入剩下的蛋清，繼續(xù)用硅膠鏟來回翻拌，直至均勻為止。

（4）注模、焙烤：將調制均勻的蛋糊倒入烘焙模具中，裝填7 分滿，之后震蕩模具，排氣，使蛋糕表面均勻平整[8]。烘烤前，烤箱預熱10 min。先上下火均設置為120 ℃，烤制45 min，之后在150 ℃，烤制3 min，烤制表面呈金黃色。

1.3.3 單因素實驗設計

面粉總量固定為90 g，在基礎配方的基礎上，研究燕麥粉添加量為（10%、20%、30%、40%、50%）、酸奶的添加量為（70 g、80 g、90 g、100 g、110 g）、黃油的添加量為(0 g、5 g、10 g、15 g、20 g)，對燕麥酸奶蛋糕品質的影響，確定各因素的適宜水平范圍。

1.3.4 響應面實驗設計

在單因素實驗的基礎上，根據(jù)Box-Behnken 組合實驗設計原理，選取燕麥粉的添加量（A）、酸奶的添加量（B）、黃油的添加量（C）3 個因素進行響應面實驗設計，以感官評分Y 為響應值，使用Design Expert 10 軟件處理實驗數(shù)據(jù)，分析響應面，從而獲得燕麥酸奶蛋糕的最佳配方。響應面實驗因素水平如表1 所示。

表1 響應面實驗因素水平表

1.3.5 蛋糕質構特性的測定

參考陳蔚輝等{9]方法，用TMS-PRO 物性分析儀進行測定，測定參數(shù)：采用TPA 模式，采用P36 探頭，測試速度30 mm/min，壓縮程度40%，2 次壓縮之間停頓時間為2 s，初始力0.2 N，對每一組樣品進行3 次測量，得出平均值。

1.3.6 蛋糕的感官評定

挑選10 名具備感官評價經(jīng)驗的人員組成感官評定小組，從蛋糕的外觀、色澤、內部結構、彈韌性、口感進行品評，取平均值作為燕麥酸奶蛋糕的感官評分，蛋糕的感官評價標準見表2[10]。

表2 燕麥酸奶蛋糕感官評定標準

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 燕麥粉添加量對蛋糕品質的影響

由圖2 可以看出，隨著燕麥粉添加量的增加感官評分呈先上升、后下降的趨勢，當燕麥粉的含量達到30%時，感官評分最高，此時燕麥酸奶蛋糕在外觀上呈金黃色，且色澤均勻，同時，孔泡細密，內部結構均勻，口感上綿軟、細膩并有輕微的燕麥風味。燕麥粉含量超過30%時，感官評分降低，這是由于燕麥粉含量過高會使蛋糕的顏色偏暗、質地粗糙、口感欠松軟。綜合上述分析，選擇燕麥粉添加量20%、30%、40%三個梯度進行響應面實驗。

圖2 燕麥粉添加量對蛋糕感官評分的影響

2.1.2 酸奶添加量對蛋糕品質的影響

由圖3 可以看出，隨著酸奶添加量的增加，燕麥酸奶蛋糕的感官評分呈先升后降的趨勢。酸奶添加量達到90 g，感官評分最高，此時燕麥酸奶蛋糕在外觀上呈金黃色、色澤均勻，內部孔泡細密均勻，口感松軟、富有酸奶風味。當酸奶添加量低于90 g 時，感官評分降低，這是由于蛋糕整體所含的水分較少，蛋糕在烘烤時外觀裂縫嚴重，口感較硬。當酸奶添加量大于90 g 時，感官評分降低，這是由于酸奶加入過多導致面糊稀，烤制出來蛋糕表面色澤泛白，雖口感綿軟但其內部有濕潤現(xiàn)象。綜合上述分析，選擇酸奶添加量80g、90g、100g 三個梯度進行響應面實驗。

圖3 酸奶添加量對蛋糕感官評分的影響

2.1.3 黃油添加量對蛋糕品質的影響

由圖4 可以看出，隨著黃油添加量的增加，燕麥酸奶蛋糕的感官評分呈現(xiàn)先上升、后下降的趨勢。當黃油添加量為10 g 時，感官評分最高，此時燕麥酸奶蛋糕外觀上隆起度好、色澤均勻、內部結構孔徑均勻，口感綿軟。當黃油添加量小于10 g 時，感官評分降低，這是由于黃油中含有油脂，當黃油含量過低時，油脂不足，這時蛋糕體發(fā)緊，頂部凸起裂開，影響口感。當黃油添加量大于10 g 時，感官評分降低，這是由于黃油中的油脂有弱化面粉結構的作用，如果油脂過多會使蛋糕頂部凹陷，口感油膩。綜合上述分析，選擇黃油添加量5 g、10 g、15 g 三個梯度進行響應面實驗。

圖4 黃油添加量對蛋糕感官評分的影響

2.2 響應面實驗

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析

依據(jù)單因素實驗結果，選擇燕麥粉添加量（A）、酸奶添加量（B）和黃油添加量（C）為考察因素，感官評分（Y）作為響應值，設計三因素三水平響應面實驗。響應面實驗結果見表3，方差分析見表4。

表3 響應面實驗設計與結果

表4 回歸模擬方差分析

采用Design Expert 軟件對表3 數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到響應值回歸方程：Y=91.60+1.37×A+0.12×B-0.75×C+2.00×AB+2.25×AC-0.75×BC-14.05×A2-3.05×B2-4.30×C2

由表4 可知，模型的P 值＜0.0001 極顯著，失擬項的P 值為0.0839＞0.05 不顯著，說明模型可靠。確定系數(shù)R2=0.9949，調整確定系數(shù)R2adj=0.9884，兩者非常接近，說明燕麥酸奶蛋糕的響應面二次回歸擬合度良好，各因子的實驗值和預測值很接近，可信度較高。模型的一次項A（P＜0.01）影響極顯著，C（P＜0.05）影響顯著，二次項A2、B2和C2的P 值均＜0.01影響均極顯著，交互項AB、AC（P＜0.01）影響均極顯著，BC（P＞0.05）影響不顯著。根據(jù)F 值大小可知三因素對感官評價影響的順序為燕麥粉添加量（A）>黃油添加量（C）>酸奶添加量（B）。

2.2.2 響應面圖形分析

經(jīng)過Design Expert10 軟件處理，得到回歸方程的響應面圖和等高線圖，如圖5、圖6、圖7 所示。響應曲面坡度的陡峭與平緩可以直接反映出3 種實驗因子對蛋糕感官評分的敏感度[11]，分析發(fā)現(xiàn)，三因素之間相應的響應面均為陡峭的凸型曲面，各響應面的響應值隨著其對應的各因素值的增大呈現(xiàn)先增加到極值而后減小，響應值存在最高點，即最大值。由等高線圖可以看出圖5、圖6 等高線為橢圓形，說明AB、AC 交互作用顯著，圖7 等高線接近圓形，說明BC 交互作用不顯著。

圖5 燕麥粉和酸奶添加量對交互作用的響應面和等高線

圖6 燕麥粉和黃油添加量對交互作用的響應面和等高線

圖7 黃油和酸奶添加量對交互作用的響應面和等高線

2.2.3 模型驗證

運用回歸方程對燕麥酸奶蛋糕的工藝條件進行優(yōu)化，預測出燕麥酸奶蛋糕最佳工藝條件為：燕麥粉添加量占混合粉含量30.4%，當混合粉含量為90 g時，酸奶添加量90.46 g、黃油添加量9.6 g。在此條件下，燕麥酸奶蛋糕的理論得分為91.66。在保證工藝條件不變的前提下，為了實驗的便利性和可行性，將工藝配方調整為燕麥粉添加量占總面粉量的30%、酸奶添加量90 g、黃油添加量10 g，根據(jù)上述配方，重復進行3 次，所得燕麥酸奶蛋糕的平均得分為91.20，與響應面軟件預測得分91.66 相近，說明該模型可靠性高。

2.3 燕麥酸奶蛋糕品質分析

將本實驗最優(yōu)配方下制作的燕麥酸奶蛋糕與市售普通蛋糕進行品質特性對比，結果見表5。研究結果表明：相較于市售普通蛋糕，燕麥酸奶蛋糕硬度沒有明顯變化，彈性、咀嚼性、內聚性有所增加，燕麥酸奶蛋糕彈性、咀嚼性較好，并且風味獨特，色澤金黃，口感綿軟，具有燕麥獨特的清香，感官評分更高。

4 結論

經(jīng)過單因素實驗和響應面實驗分析對燕麥酸奶蛋糕配方進行優(yōu)化，確定燕麥酸奶蛋糕的最佳配方為：面粉（燕麥粉、低筋小麥粉組成混合粉）總量為90 g，燕麥粉占總面粉量的30%，蛋糕粉占總粉量70%，酸奶90 g、黃油10 g、白砂糖40 g，雞蛋135 g，烘烤溫度為上下火120 ℃，烘烤時間45 min。在此配方和條件下制作，蛋糕色澤金黃，形體飽滿，口感綿軟，既有酸奶的風味，又富含了燕麥的清香，感官品質最佳。