響應面分析在蕎麥瑪咖餅干研制中的應用

王德靜，李磊

（河南商業高等專科學校食品系，河南鄭州 450044）

響應面分析法（Response Surface Methodology，RSM）是由Box[1]等于20 世紀50 年代提出的一種統計方法，用于確定各因素及其交互作用在加工過程中對非獨立變量的影響，精確地表述因素和響應值之間的關系，是一種優化反應條件和加工工藝參數的有效方法，已經廣泛應用于化學化工、生物工程、食品工程等方面。感官評價是一門用于指定、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到科學[2]。通過響應面分析并把感官評價的綜合得分作為響應面分析的指標，可以更好地優化工藝條件，確定最佳的工藝配方，以獲得感官品質佳、節約生產成本的食品[3]。

瑪咖（maca）植物學名為Lepidium.meyenii Walp，屬于十字花科植物瑪咖獨行菜，原產于秘魯中部基寧（Junin）及帕斯科（Pasco）附近4 000 m 以上的安第斯山區，為一年生栽培植物或野生植物。瑪咖植株具有蓮座狀的葉片，葉叢形成墊子狀，貼著地面生長，主根和下胚軸膨大成為地下部分，形狀像蘿卜或蔓菁，外皮顏色呈紫色、奶油色或黃色，食用部位為胚軸和主根膨脹形成的肉質貯藏根。瑪咖中蛋白質、粗纖維、鈣、鐵、鋅、VC等成分的含量較高[4-5]，具有增強人體免疫力、緩解體力疲勞[6-7]、改善記憶、治療前列腺炎、提高男性性功能、抗氧化作用[8-9]，具有較高的營養價值。2008 年在我國云南引種成功。

蕎麥是一種營養和藥用價值都很高的小宗糧食作物，蛋白含量高達12%、膳食纖維含量為1.3%，同時含有多種人體必需氨基酸、微量元素和維生素。苦蕎含有其他糧谷不具有的蘆丁，是苦蕎麥中黃酮類物質的主要成分之一，有擴張冠狀血管和降低血管脆性的作用，在降低血膽固醇、防治心腦血管疾病及高血脂癥等方面有較好的效果[10]，以蕎麥面為原料已有多種保健餅干得以開發[11-14]。

國外瑪咖相關食品非常多，主要有瑪咖咖啡、瑪咖餅干和瑪咖飲料等。本實驗利用新資源食品瑪咖和雜糧蕎麥作為餅干的主要原料，以餅干的感官分析結果作為響應面分析的指標進行響應面分析，從而確定蕎麥瑪咖餅干的最佳工藝配方。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

瑪咖粉：沈陽伊人寶生化制品有限公司；蕎麥粉：州市南陽路市場（產自內蒙古）；小麥粉：鄭州金苑面業有限公司；脫脂奶粉：黑龍江完達山乳業；白砂糖：鄭州市二七區喜紅食品廠；食用鹽：河南省鹽業總公司；小蘇打：鄭州新源食品添加劑有限公司。

和面機：河南東方食品機械設備有限公司；烤箱（遠紅外電熱食品烤爐）：廣東多麗食品機械有限公司。

1.2 基本配方[11，15]

小麥粉100 g，蕎麥粉25g，瑪咖粉3 g，脫脂奶粉5 g，白砂糖25 g，鹽1 g，小蘇打1 g。

1.3 工藝流程

配料→預混→面團調制→靜置→輥軋→成形→烘烤→冷卻→包裝→成品

1.4 試驗方法

1.4.1 餅干感官評價

對餅干品質進行感官評定。評定時由10 名有感官評定經驗的專業技術人員組成評定小組，在感官品質評定室內進行，按規定的評分標準對產品的感官品質進行綜合評價，滿分為100 分，取其平均值為最終結果。

表1 餅干的感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria of biscuits

1.4.2 單因素試驗

蕎麥粉添加量（20%、22.5%、25%、27.5%、30%），對瑪咖粉添加量（2%、2.5%、3%、3.5%、4%），對白砂糖添加量（20%、22.5%、25%、27.5%、30%），對脫脂奶粉添加量（3%、4%、5%、6%、7%）分別取5 個水平，其他原料的使用量固定，分別分析蕎麥粉添加量、瑪咖粉添加量和白砂糖添加量三個因素單獨對餅干的感官評價影響，做2 次重復試驗，并通過10 為評委綜合評定打分。

1.4.3 響應面實驗

在單因素試驗結果基礎上，采用中心組合試驗Box-Behnken 設計方案，以蕎麥粉添加量、瑪咖粉添加量、白砂糖添加量、脫脂奶粉添加量，分別用A、B、C、D來表示，并以+1、0、-1 分別代表變量的水平，試驗因素與水平設計見表2。

表2 餅干試驗的因素與水平Table 2 Factors and levels of Biscuits

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 蕎麥粉添加量

蕎麥蛋白質中醇溶蛋白含量較低，不具有面筋，不能單獨與水形成面團。小麥面粉在加水過程能形成較好纖維狀三維面筋網絡，構成骨架結構，形成具有良好黏性、彈性和延展性的面團，還可掩蔽蕎麥口感較差、顏色較深等不利因素[16]。故蕎麥粉添加量是影響餅干感官質量的第一首要因素。蕎麥粉添加量對感官評分的影響見圖1。

圖1 蕎麥粉添加量對感官評分的影響Fig.1 Effects the buckwheat content on sensory evaluation score

蕎麥粉的添加量在60%以上時面片質量較差，低于30%時添加量對面片影響不大。從圖1 可知，當蕎麥粉添加量達到25%的時候，感官評分最高。

2.1.2 瑪咖粉添加量

瑪咖粉味微苦，瑪咖粉添加量對感官評分的影響，見圖2。

圖2 瑪咖粉添加量對感官評分的影響Fig.2 Effects the maca content on sensory evaluation score

由圖2 可知，當瑪咖添加量為3%時感官評分最高，以每天食用200 g 蕎麥瑪咖餅干來算，瑪咖粉含量遠遠低于推薦食用量25 g/d[17]。

2.1.3 白砂糖添加量

糖在面團調制過程中起反水化作用，造成面筋形成程度降低，彈性減弱。糖的反水化作用不僅使面團容易操作，而且可防止餅干的收縮變形，使其外形美觀，內部結構疏松。白砂糖添加量對感官評分的影響，見圖3。

圖3 白砂糖添加量對感官評分的影響Fig.3 Effects the white sugar content on sensory evaluation score

白砂糖添加量超過20%時，在餅干焙烤過程中發生的焦糖化反應和美拉德反應，餅干色澤和口感都較好，甜味適當。但是當白砂糖添加量為32%時，色澤偏深且口感太甜[14]。考慮上述綜合因素，白砂糖添加量為22.5%左右即可。

2.1.4 脫脂奶粉添加量

脫脂奶粉可以增加餅干的口感，脫脂奶粉添加量對感官評分的影響，見圖4。

由表4 可知，隨著脫脂奶粉添加量的增加，餅干的感官評分增加。因此選擇脫脂奶粉選擇7%的添加量。

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 試驗結果

按1.4.3 因素與水平設計試驗方案，試驗結果見表3。

圖4 脫脂奶粉添加量對感官評分的影響Fig.4 Effects the Skimmed milk powder content on Sensory evaluation score

表3 試驗方案與試驗結果Table 3 Test designs and extraction results of biscuits

2.2.2 模型的建立及其顯著性檢驗

利用Design-Expert 軟件對表3 試驗數據進行多元回歸擬合，得到感官評分對蕎麥粉添加量（A）、瑪咖粉添加量（B）、白砂糖添加量（C）和脫脂奶粉添加量（D）的二元多次回歸模型為：

對該模型進行顯著性檢驗，結果見表4，回歸模型系數顯著性檢驗結果見表5。

表4 回歸模型的方差分析結果Table 4 Analysis of variance of quadratic polynomial model

表5 回歸模型系數的顯著性檢驗結果Table 5 Result of significance test of regression coefficient

從該模型的方差分析（表4）可見，模型的F=188.24＞F0.01（14，4）=14.2，P＜0.000 1＜0.01，失擬項的F=2.20＜F0.05（14，4）=5.96，本試驗所選用的二次多項模型具有高度的顯著性，失擬項在p=0.05 水平上不顯著（p=0.233 1＞0.05），其校正決定系數（R2Adj）為0.973 0，表明此模型擬合優度好，僅有約2.7%的感官評分不能由此模型進行解釋。可以用此模型來分析和預測蕎麥瑪咖餅干的感官評分。

由表5 回歸模型系數顯著性檢驗結果可知，模型的一次項A、B、C 在0.01 水平上非常顯著，D 在0.05水平上顯著；二次項A2、B2在水平上非常顯著，C2和D2不顯著；交互項都不太顯著。

2.2.3 餅干配方的響應面分析與優化

根據回歸分析結果（表4）作出相應曲面圖，結果見圖5～圖10。

由圖5～圖10 可知，AB 和CD 之間交互作用顯著，AD、AC、BC 和BD 之間交互作用較小。從圖5 可知，蕎麥粉添加量對餅干感官評分影響最大。

優化后的蕎麥瑪咖餅干配方為蕎麥粉添加量為26.40%，瑪咖粉添加量為2.63%，白砂糖添加量為22.12%，脫脂奶粉添加量為5.49%。在此條件下，蕎麥瑪咖餅干的感官分析評分為85.77。

圖5 Y=f（A，B）的響應面Fig.5 Response surface plot of Y=f（A，B）

圖6 Y=f（A，C）的響應面Fig.6 Response surface plot of Y=f（A，C）

圖7 Y=f（A，D）的響應面Fig.7 Response surface plot of Y=f（A，D）

圖8 Y=f（B，C）的響應面Fig.8 Response surface plot of Y=f（B，C）

圖9 Y=f（D，B）的響應面Fig.9 Response surface plot of Y=f（D，B）

圖10 Y=f（D，C）的響應面Fig.10 Response surface plot of Y=f（D，C）

3 結論

由單因素試驗可知，優化的蕎麥瑪咖餅干配方為蕎麥粉添加量25%，對瑪咖粉添加量3%，對白砂糖添加量22.5%，對脫脂奶粉添加量7%。經響應面分析優化后，配方為蕎麥粉添加量為26.40%，瑪咖粉添加量為2.63%，白砂糖添加量為22.12%，脫脂奶粉添加量為5.49%。在此條件下，蕎麥瑪咖餅干的感官分析評分為85.77，所得餅干的表面呈金黃色且色澤均勻；厚薄一致，外形完整，無變形和起泡現象，風味純正，無苦味和異味，口感酥脆，無粗粒感，內部結構呈致密均勻的多孔性，層次分明。

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