響應面法優化高纖維雜糧餅干的配方研究

胡克堅，段麗萍，肖新生，陽建章，胡莎，袁志輝，*（.湖南科技學院化學與生物工程學院，湖南永州42599；2.湘南優勢植物資源綜合利用湖南省重點實驗室湖南科技學院，湖南永州，42599）

響應面法優化高纖維雜糧餅干的配方研究

胡克堅1，2，段麗萍1，肖新生1，2，陽建章1，胡莎1，袁志輝1，2，*
（1.湖南科技學院化學與生物工程學院，湖南永州425199；2.湘南優勢植物資源綜合利用湖南省重點實驗室湖南科技學院，湖南永州，425199）

在餅干基本配方的基礎上，通過添加富含膳食纖維的大豆粉、玉米粉、蕎麥粉優化其配方，對影響高纖維營養雜糧餅干品質的主要因素進行了研究。結果表明，高纖維營養雜糧餅干的最佳配方為：以面粉+大豆粉+玉米粉+蕎麥粉為基數，其他輔料分別為其質量的比例計算，面粉45%、大豆粉18%、玉米粉22%、蕎麥粉18%、油脂14.75%、白砂糖15.5%、小蘇打∶+碳酸氫銨為2.71%。在此條件下餅干中油脂、總糖以及粗纖維的量分別23.95%、27.78%以及8.52%，感官評分為86.75。

響應面法；纖維；雜糧餅干

隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，人們的膳食結構發生了重大變化，飲食越來越精細，因而造成谷物食品精細度提高，而膳食纖維攝入比例相應減少，同時脂肪的攝入量卻在不斷增加，從而導致許多與膳食結構有關的富貴病，如心臟病、糖尿病、肥胖癥、癌癥等的發病率不斷提高［1］。自20世紀70年代Burkitt Trowell提出膳食纖維假說以來，大量的研究結果表明，膳食纖維對上述的各種疾病有明顯的預防和治療作用［2-4］，并且將其列為“第七大營養素”［5］。因此，研究和開發高纖維食品具有重要的現實意義［6］。餅干是主要焙烤食品之一，深受大眾喜愛，具有消費量大、保質期長、貯運方便、營養豐富、老幼皆宜、工業化程度高和易于進行營養強化處理等特點［7］。目前，雜糧原材料的選擇為雜糧餅干的研究主要研究方向，因此，研發一種高纖維、營養豐富、具有一定保健功能的新型餅干適應大眾需求與市場。本文選用富含膳食纖維的大豆粉、玉米粉、蕎麥粉，對影響高纖維營養雜糧餅干品質的主要因素進行了研究。并采用響應面試驗得出了高纖維營養雜糧餅干制作的最佳配方和工藝參數，并采用感官評定的方法進行評價。

1　材料與方法

1.1材料與儀器設備

小麥粉（面筋含量為25%～29%）、大豆粉、玉米粉、蕎麥粉、小蘇打、碳酸氫銨、油脂（金龍魚食用調和油）、雞蛋：均購于步步高超市；奶粉、白砂糖、食鹽、香蘭素；無水乙醚；6mol/L鹽酸溶液；0.1%甲基紅乙醇溶液；20%氫氧化鈉溶液；0.1%轉化糖標準溶液；堿性酒石酸銅甲液；堿性酒石酸銅乙液；乙酸鋅溶液；10.6%亞鐵氰化鉀溶液；1.25%硫酸；1.25%氫氧化鉀。

攪拌機、遠紅外電熱食品烤箱、電子天平、不銹鋼刀、不銹鋼24目篩、索氏抽提器、堿式滴定管、古氏坩堝。

1.2工藝流程

1.3感官指標評定方法

選擇10名感官評定人員，組成一個感官評定小組，采用百分制評分標準，依照表1中的感官評定標準對餅干的各項感官指標進行打分，感官評分取其平均值［8］。感官評定指標見表1。

表1 感官品質評定標準Table 1　Sensory quality evaluation criteria

1.4理化指標的測定

1.4.1脂肪的測定

索氏提取法［9］。

1.4.2總糖的測定

直接滴定法［9］。

1.4.3粗纖維的測定

重量法［9］。

1.5雜糧餅干雜糧的復配

以感官評分為指標，在基本工藝條件下，考察不同大豆粉、玉米粉、蕎麥粉復配下餅干的口感，分別將占面粉質量5%、10%、15%、20%、25%的大豆粉、玉米粉、蕎麥粉添加到面粉中，其他輔料用量與基本配方相同，進行焙烤試驗。采用正交試驗對其進行復配，對上述3種原料進行三因素三水平L9（33）的正交試驗，通過對照試驗確定餅干最佳的原料配比和用量。

1.6影響雜糧餅干感官品質其他因素分析

1.6.1單因素試驗

以感官評分為指標，在基本工藝條件下，考察不同油脂用量、白砂糖用量、疏松劑用量對餅干品質的影響。

1.6.2響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以油脂用量、白砂糖用量、疏松劑用量為考察因素，在單因素優化的基礎上，設計響應面試驗，以餅干感官評分為響應值，進行響應面試驗，確定餅干最佳的口味，響應面試驗因素水平見表2。

表2 響應面試驗因素水平Table 2　Levels of response surface test

1.7數據分析

利用Excel 2007和Design Expert 8.0.5b軟件對數據進行分析。

2　結果與分析

2.1餅干雜糧復配的單因素試驗

選取大豆粉、玉米粉、蕎麥粉添加量3個因素進行單因素試驗，結果見圖1。

圖1　大豆粉添加量、玉米粉添加量和蕎麥粉添加量對餅干品質的影響Fig.1　Effects of soybean powder quantity，corn flour quantity，buckwheat flour quantity on the effect of biscuit quality

由圖1知，大豆粉的添加量達到10%～15%時，餅干口味最好，隨著大豆粉添加量的升高，餅干的口感呈先上升后下降的趨勢，可能是由于大豆粉中的蛋白質與糖產生美拉德反應，對色澤有較大的影響。

玉米粉的添加量對餅干品質的影響相對而言較為平緩。隨著含量的增加，餅干品質沒有明顯變化，增幅越來越小，當含量達到20%以后效果最佳。

蕎麥粉添加量對餅干品質影響明顯，含量為15%以前，隨著含量的增加，餅干品質明顯提高，而當添加量超過15%后，感官品質逐漸下降，可能是由于面團性能變差，成形也較難，產品品質下降，口感較粗糙，出現有裂縫的現象，所以蕎麥粉的最佳添加量為15%。

2.2餅干雜糧復配的正交試驗

選取大豆粉、玉米粉、蕎麥粉添加量3個因素的3個水平進行L9（33）的正交試驗，餅干雜糧最佳復配的試驗因素與水平設計見表3，餅干雜糧最佳復配的正交試驗結果見表4。

表3　餅干雜糧最佳選擇與復配試驗因素與水平設計Table 3　Experimental factor and level design of the best choice of biscuit raw material

表4　餅干原料最佳選擇與復配L9（33）的正交試驗結果Table 4　Orthogonal experimental results of the best choice of raw materials for the biscuit and the compound

續表4　餅干原料最佳選擇與復配L9（33）的正交試驗結果Continue table 4　Orthogonal experimental results of the best choice of raw materials for the biscuit and the compound

由表4可以看出，較優的組合為A3B3C3。

綜上，餅干原料的復配（以面粉+大豆粉+玉米粉+蕎麥粉為基數）為面粉45%、大豆粉18%、玉米粉22%、蕎麥粉18%。

2.3影響餅干感官品質其他主要因素分析

選取油脂、白砂糖、疏松劑3個因素進行單因素試驗，試驗結果見圖2。

由圖2可知，油脂添加量為15%～20%時，餅干的形態、組織很好，但餅干的口感很硬，而且表面干燥缺少光澤。而油脂添加量為25%時，制得的餅干在口感和外觀上都比較好，具有良好的酥松性，表面光滑有光澤。油脂添加量為30%時，雖然餅干的酥松性很好，但油膜相互隔離，使面筋微粒不易互相黏合而形成面筋網絡，面團的黏性和彈性降低，使餅干的抗裂能力及面團粘力均很差，容易破裂，但仍能成形，而油脂添加量為35%時，餅干成形比較難，破裂的餅干較多，而且口感太過油膩。由此可見，油脂較佳添加量為25%。

圖2　油脂用量、白砂糖用量和小蘇打：碳酸氫銨對餅干品質的影響Fig.2　Effects of soil quantity，suga quantity，odium bicarbonate：ammonium bicarbonate on the effect of biscuit quality

白砂糖添加量的多少對餅干的色澤、口感及口味有很較大影響，白砂糖添加量為20%時，在餅干的焙烤過程中發生的焦糖反應較輕微，使餅干的上色不好，白砂糖添加量偏少，還使餅干的口感稍硬；白砂糖添加量為25%時，餅干顏色雖然有所改善，但口感仍稍硬；白砂糖添加量為30%時，餅干的色澤和口感都較好，而且甜味適中；白砂糖添加量為35%時，餅干的口感酥松，但色澤較深而且口味較甜；白砂糖添加量為40%時，餅干的口味過甜。由此可見，白砂糖最佳添加量對30%。

當小蘇打、碳酸氫銨比例為0.4∶0.1（g/g）時，餅干的口感較硬，組織不均勻，餅干不夠疏松。當小蘇打、碳酸氫銨比例為0.6∶0.2（g/g）時，餅干的口感、組織均有所改善，但仍不理想，口感還不夠疏松。當小蘇打、碳酸氫銨比例為0.8∶0.4（g/g）時，餅干的品質很好，口感酥松，表面光滑有光澤。當小蘇打、碳酸氫銨比例為1.0∶0.6（g/g）時，餅干有一種輕微的堿味。當小蘇打、碳酸氫銨比例為1.2∶0.8（g/g）時，餅干有明顯的堿味。由此可見，疏松劑小蘇打與碳酸氫銨最佳比例為0.8∶0.4 （g/g）。

2.4影響餅干感官品質其他主要因素響應面優化試驗

響應面試驗方案及結果見表5。

表5　感官評分響應面試驗方案及結果Table 5　The plan and result of the response surface of the sensory score

采用Design expert 8.0.5b軟件對試驗結果進行多項擬合回歸，得到感官評分（Y）對油脂用量（A）、白砂糖用量（B）、疏松劑用量（C）的二次多項回歸模型方程：Y=+86.20-1.13A+1.25B+1.38C-1.00AB-0.25AC-1.50BC-11.72A2-4.47B2-2.23C2

2.5響應面試驗模型方差分析

對響應面試驗進行回歸模型方差分析，結果如表6所示。

由表6知，模型的F=171.04、P＜0.000 1＜0.01，差異極顯著；失擬項的P值為0.788 0，不顯著，決定系數R2=0.995 5，響應值的變化有99.55%來源于所選因素，即來源于油脂用量、白砂糖用量、疏松劑用量，說明模型擬合度好［10］。回歸模型中一次項A、B和C及其二次項的P值均小于0.01，說明試驗中3個因素的單次項與二次項都具有極顯著影響，而其交互項及缺失項顯著性較差。表明試驗因素對響應值不是簡單的線性關系，而是一種非線性關系［11］。各因素的效應關系為：C（疏松劑用量）＞B（白砂糖用量）＞A（油脂用量）。圖3直觀地反映了各因素交互作用對響應值的影響，油脂用量和疏松劑的交互作用曲面最為陡峭，表明其對餅干品質的交互作用明顯。

表6　回歸模型方差分析Table 6　Regression model analysis of variance

圖3　各提取因素之間的交互作用影響Fig.3　The interaction between the factors of the extraction

2.6驗證性試驗

用Design-expert 8.0.5b軟件對二次多項式回歸方程進行計算，得到餅干最佳的配方為提取油脂用量為14.75%，白砂糖用量為15.5%，小蘇打+碳酸氫銨為2.71%，預測值為86.484 6分。此條件下進行試驗驗證，設置4次平行試驗，如下表7所示，得到餅干平均感官評分為86.75分。

表7餅干感官評分Table 7　The sensory svore of biscuit

2.7理化指標測定

在最佳配方條件下，按1.4的方法對餅干的脂肪、總糖、粗纖維的含量進行測定，結果如表8所示。

表8 餅干理化指標的測定Table 8　Determination of physical and chemical indicators of biscuits

3　結論

在不考慮其他因素的情況下，根據正交試驗及響應面試驗數據分析得到餅干最佳配方：高纖維營養雜糧餅干的最佳配方為（以面粉+大豆粉+玉米粉+蕎麥粉為基數，其他輔料分別為其質量的比例計算）：面粉45%、大豆粉18%、玉米粉22%、蕎麥粉18%、油脂14.75%、白砂糖15.5%、小蘇打+碳酸氫銨為2.71%，此條件餅干感官評分為86.75。由方差分析和各因素交互作用可知各因素的效應關系為：C（疏松劑用量）＞B（白砂糖用量）＞A（油脂用量）。此條件下餅干的形態、組織較好，表面光滑有光澤，口感酥松，甜味適中。本研究可開發成一種高纖維、口感酥松、香甜味美、具有營養保健作用的雜糧餅干。

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Study on Formulation of High-fiber Grains Biscuit by Response Surface Method

HU Ke-jian1，2，DUAN Li-ping1，XIAO Xin-sheng1，2，YANG Jian-zhang1，HU Sha1，YUAN Zhi-hui1，2，*
（1.Department of Biochemistry，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China；2.Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Advantage Plants Resources in Hunan South，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China）

In the basic formula，based on the addition of dietary fiber-rich soybean powder，corn flour，buckwheat flour，the main factors that affected the quality of grains biscuits were studied.On the base of single factor experiments，the high-fiber grains biscuit optimal were obtained by response surface experiment.Results indicated that the optimal condition were（soybean flour to wheat flour+corn flour+buckwheat flour for the base，and other accessories for the quality ofthe respective pro-rata basis）：45%wheat flour，18%soybean flour，22%corn flour，buckwheat flour 18%，oil 14.75%，15.5%sugar，sodium bicarbonate∶+ammonium bicarbonate=2.71%，vanillin and water amount.Finally，the measured biscuits in fat，total sugar，as well as the amount of crude fiber 23.95%，27.78%and 8.52%and the sensory score was 86.75.

response surface method；dietary fiber；grains biscuit

2015-08-04

永州市科技計劃項目“油茶活性因子與水果保鮮構效關系的研究”（永財企指［2013］3號）

胡克堅（1976—），男（漢），實驗師，碩士，研究方向：食品工藝。

袁志輝（1981—），男，講師，碩士，研究方向：天然產物開發與利用。