基于響應(yīng)面全青稞無蔗糖餅加工優(yōu)化※

姜元華 熊婷婷 劉 強 陳可鑫

(四川旅游學(xué)院,四川 成都 610100)

青稞,禾本科小麥族大麥屬,主要分布在我國青海、西藏等高寒地區(qū),是藏族人民的主要食品原料,符合“三高兩低”(高蛋白質(zhì)、高纖維、高維生素,低糖、低脂肪)的現(xiàn)代飲食結(jié)構(gòu)[1-2],近年來逐漸成為研究熱點。

低聚果糖屬于功能性低聚糖,因其不能被消化道和病原菌所利用,在腸道內(nèi)僅作為益生菌的增殖因子與食物來源,從而對宿主的健康產(chǎn)生積極的影響[3]。目前廣泛運用于益生菌粉[4]、發(fā)酵乳制品[5-6]等保健產(chǎn)品中,保健功能主要在腸道消化、免疫功能等方面,在烘焙產(chǎn)品中使用罕見。

本實驗以青稞全粉為原材料,采用模糊綜合得分的品質(zhì)評價結(jié)合響應(yīng)面法,優(yōu)化全青稞無蔗糖餅干的配方與關(guān)鍵工藝,以期研發(fā)出滿足大眾營養(yǎng)健康需求的雜糧餅干,豐富餅干品種,也為青稞功能性食品的多樣化發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗室自制青稞粉(康青8號):2020年在甘孜州農(nóng)科所八美農(nóng)場實驗田種植,供實驗室使用;低聚果糖:浙江安詳生物科技有限公司;谷朊粉:封丘縣華豐粉業(yè)有限公司;黃油:浙江金澳藝發(fā)食品科技有限公司;熟土豆泥:浙江茗皇天然食品開發(fā)股份有限公司;Devondale(德運)奶粉、鮮雞蛋:四川成都龍泉驛區(qū)永輝超市。

1.2 儀器與設(shè)備

XYF-3K遠紅外線食品烤爐:廣州紅菱電熱設(shè)備有限公司;JYC-21HEC05電磁爐:九陽股份有限公司;TMS-PRO型高精度專業(yè)食品物性分析儀:美國FTC公司;DC-P3新型全自動測色差計:北京市興光測色差儀器公司;EK813 0.1g高精準廚房烘焙秤:廣東香山衡器集團股份有限公司;廚師機:中山市維利士電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 全青稞無蔗糖餅干制作的加工工藝

基礎(chǔ)配方:以100g青稞粉為基準,黃油55%、低聚果糖35%、雞蛋17%、奶粉10%、谷朊粉2%、熟土豆泥5%。

工藝流程:

低聚果糖、雞蛋液

↓

黃油(軟化)→預(yù)混→原料配比→面團調(diào)制→注?！鋬龆ㄐ汀衅婵尽鋮s→成品

操作要點:以青稞粉100g為基準,分別稱取黃油55%、低聚果糖35%、雞蛋液17%、奶粉10%、谷朊粉2%、熟土豆泥5%備用;黃油軟化后加入低聚果糖,將準備好的雞蛋打至蛋白和蛋清均勻混合,分3次倒入黃油中攪拌均勻;稱量好的青稞粉、奶粉、谷朊粉、熟土豆泥依次加入混合均勻的調(diào)漿中,低速攪拌混合均勻后,制成光滑面團;面團放入模具中壓緊,-4℃冷凍1h;定型完成后切為4mm厚的餅干坯;烤箱提前預(yù)熱至上下火165℃,焙烤時間25min(15min后翻面);烘烤完成后,待餅干冷卻至室溫后,密封包裝得成品。

1.3.2 實驗設(shè)計

1.3.2.1 單因素實驗

在預(yù)實驗基礎(chǔ)上,對全青稞無蔗糖餅干的主要輔料和關(guān)鍵工藝進行研究和篩選,以100g青稞粉為基準,分別研究低聚果糖(25%、30%、35%、40%、45%)、谷朊粉(2%、3%、4%、5%、6%)、黃油(50%、55%、60%、65%、70%)、焙烤溫度(155℃、160℃、165℃、170℃、175℃)、焙烤時間(15min、20min、25min、30min、35min)對成品餅干的感官品質(zhì)、色澤特性及質(zhì)構(gòu)特性的影響。

1.3.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)響應(yīng)面實驗設(shè)計原理,參照董雪萌等[7]的方法,在單因素實驗的基礎(chǔ)上,選取低聚果糖、谷朊粉、烘烤溫度3個因素,以成品品質(zhì)綜合評分為考察指標,采取3因素3水平的響應(yīng)面方法確定各因素對餅干品質(zhì)的影響效果以及最優(yōu)參數(shù)。實驗因素與水平編碼如表1所示。

表1 因素水平編碼設(shè)計

1.4 檢測指標

1.4.1 色澤特性的測定

色差:參照JJG 595-2002 《測色色差計》檢定規(guī)程,在室溫環(huán)境條件下,用色差計測定產(chǎn)品的顏色變化。每組待測樣品做5次平行,分別記錄L*、a*、b*值。

1.4.2 TPA質(zhì)構(gòu)測定

質(zhì)構(gòu)特性測定:參考賴攀等[8]的方法進行改進。采用TMS-Pro物性儀,選用TA/5探頭進行測定,設(shè)置檢測參數(shù)為:高度30mm、形變量60%、速度60mm/min、最小感應(yīng)力為0.375N,壓縮間隔時間5s。每個樣品測定5次平行,取其平均值。

1.4.3 感官特性的測定

采用觀察品嘗法,參照GB 7100—2015《餅干衛(wèi)生標準》、GB/T 20980—2007《餅干》以及參考文獻[9-10],選擇色澤、氣味、滋味、口感、組織形態(tài)5個方面建立感官評分標準。評定小組成員由10名經(jīng)過感官評定培訓(xùn)的食品專業(yè)人員擔任,感官評定細則見表2。

表2 全青稞無蔗糖餅干感官評價標準

1.4.4 品質(zhì)綜合評分

根據(jù)加工經(jīng)驗結(jié)合參考文獻[10],最終得到全青稞無蔗糖餅干的品質(zhì)評價表達式F,得分數(shù)值越大說明全青稞無蔗糖餅干的品質(zhì)越好。

品質(zhì)綜合評分:

F=L*×a1+a*×a2+b*×a3+硬度×a4+感官評分×a5

(1)

式(1)中:a1、a2、a3、a4、a5為各評價指標在評價體系中所占的權(quán)重,其數(shù)值分別為 0.1、0.1、0.1、0.3和 0.4。

1.5 數(shù)據(jù)處理

每個處理組設(shè)有5個重復(fù),數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Microssoft Excel軟件,數(shù)據(jù)處理采用SPSS 26.0軟件,響應(yīng)面綜合評價法采用Desig-Expert 8.0.6軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1 低聚果糖添加量對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)的影響

隨著低聚果糖添加量的增加,由于原料間美拉德反應(yīng)速率的加快,可觀察到餅干的色澤愈來愈深,由表3可知,隨著低聚果糖添加量的增大,L*、a*、綜合評分均呈現(xiàn)先升后降的趨勢;在添加量為30%時,全青稞無蔗糖餅干感官評分最高為86.01;在添加量為35%時,綜合得分取得最大值71.70。綜上,低聚果糖的較優(yōu)添加量為30%～40%。

表3 低聚果糖添加量對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)的影響

2.1.2 谷朊粉添加量對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)的影響

由表4可知,隨著谷朊粉添加量的增加,全青稞無蔗糖餅干的L*、a*呈遞增趨勢,感官得分和綜合得分均呈先增后降的趨勢,在添加量為4%時感官得分取最大值86.3,在添加量為5%綜合得分取得最大值80.19。綜上,谷朊粉的較優(yōu)添加量為4%～6%。

表4 谷朊粉添加量對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)的影響

2.1.3 烘烤溫度對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)的影響

隨著烘焙溫度的升高,餅干口感變得松脆,同時產(chǎn)生更多風(fēng)味物質(zhì),進一步提高感官評分。但當溫度過高時,部分物料發(fā)生焦煳化,導(dǎo)致風(fēng)味和口感變差,感官評分也隨之降低。由表5可知,隨著焙烤溫度的增大,全青稞無蔗糖餅干的L*、b*和感官評分均呈現(xiàn)先升后降的趨勢,在165℃時,L*、b*和感官評分達最大值分別為25.97、7.77和90.68,綜合得分在170℃時去達最優(yōu)值72.70。綜上,較優(yōu)烘烤溫度是160℃～170℃。

表5 焙烤溫度對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)的影響

2.2 基于響應(yīng)面優(yōu)化顯著影響綜合品質(zhì)的關(guān)鍵工藝點

2.2.1 響應(yīng)面實驗設(shè)計與結(jié)果

以低聚果糖添加量、谷朊粉添加量、焙烤溫度分別作為自變量A、B、C,以綜合評分為考察指標,設(shè)計Box-Benhnken實驗,設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣及實驗結(jié)果見表6。

2.2.2 模型的建立與顯著性檢驗

利用 Box-Behnken設(shè)計進行回歸擬合分析,得到的回歸擬合方程,如下:

Y=84.20+1.09×A-1.52×B-0.062×C+2.29×AB+0.67×AC-1.49×BC-2.96×A2-0.76×B2-4.37×C2。

由表7可知,模型P<0.0001(極顯著),而失擬項P=0.2080>0.05(不顯著),表明模型具有較好的擬合性,試驗誤差較小。回歸系數(shù)R2=0.9799,表明97.99%的響應(yīng)值數(shù)據(jù)可以用該模型進行解釋,其變異系數(shù)0.93%低于15.00%,表明模型的重現(xiàn)性較好,能夠與產(chǎn)品實際綜合品質(zhì)較好吻合。從各因素的顯著水平差異可知,對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)綜合評分的影響順序為B>A>C,因素A低聚果糖添加量,因素B谷朊粉添加量,二次項A2、C2及交互項AB、BC對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)綜合評分影響極顯著(P<0.01)。

表7 回歸模型的方差分析結(jié)果

利用Design Expert 8.0.6軟件分析得到各因素交互用作對餅干品質(zhì)主成分綜合評分影響的響應(yīng)面圖(圖1、圖2、圖3)。

圖1 低聚果糖添加量與谷朊粉添加量交互對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)綜合評分的影響

圖2 低聚果糖添加量與焙烤溫度交互對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)綜合評分的影響

圖3 谷朊粉添加量與焙烤溫度交互對全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)綜合評分的影響

2.2.3 最佳條件的預(yù)測及驗證實驗

根據(jù)回歸模型預(yù)測,擬合得出全青稞無蔗糖餅干的最佳參數(shù)為:低聚果糖添加量35.52%、谷朊粉添加量4.19%、烘烤溫度165.20℃,此條件下全青稞無蔗糖餅干的品質(zhì)綜合評分的預(yù)測值為84.86。為了實際生產(chǎn)中操作的便利,將回歸方程優(yōu)化后的工藝條件調(diào)整為:低聚果糖添加量為35%、谷朊粉添加量為4%、焙烤溫度為165℃,進行 5次平行實驗,得到的全青稞無蔗糖餅干品質(zhì)綜合得分為84.62,與預(yù)測值基本一致,證實了該模型的有效性。

3 結(jié)論

通過單因素實驗確定全青稞無蔗糖餅干的原料配方比,以100g青稞粉為基準,原輔料配方與關(guān)鍵工藝為:黃油添加量為55%,烘烤時間為25min,低聚果糖添加量范圍為30%～40%,谷朊粉添加范圍為4%～6%,焙烤溫度范圍為160℃～170℃。在此基礎(chǔ)上進行響應(yīng)面優(yōu)化實驗得到:在低聚果糖添加量為35%、谷朊粉添加量為4%、焙烤溫度165℃條件下制得的全青稞無蔗糖餅干綜合品質(zhì)最好,其中低聚果糖與谷朊粉對餅干的品質(zhì)綜合評分有顯著影響。