響應面法優化大豆纖維蔓越莓餅干配方研究

張臣飛，夏秋良，尹樂斌，2，*，趙良忠，2，周曉潔，2，雷志明，楊瑩

（1.邵陽學院生物與化學工程系，湖南邵陽422000；2.豆制品加工技術湖南省應用基礎研究基地，湖南邵陽422000）

響應面法優化大豆纖維蔓越莓餅干配方研究

張臣飛1，夏秋良1，尹樂斌1，2，*，趙良忠1，2，周曉潔1，2，雷志明1，楊瑩1

（1.邵陽學院生物與化學工程系，湖南邵陽422000；2.豆制品加工技術湖南省應用基礎研究基地，湖南邵陽422000）

以低筋面粉、大豆纖維粉、蔓越莓為主要原料，探究大豆纖維蔓越莓餅干的最佳配方。在單因素試驗明確面料質量比、油糖質量比、蔓越莓添加量對大豆纖維蔓越莓餅干感官評分影響的基礎上，按Box-Behnken設計試驗，采用響應面分析法建立二階多項式非線性回歸方程和數值模型，并優化大豆纖維蔓越莓餅干配方。結果表明，大豆纖維蔓越莓餅干最佳配方：面料質量比為4.38∶1，油糖質量比為1.59∶1，蔓越莓添加量15.90 g，優化后驗證試驗的感官評分為91.65分（n=3），與預測值92.91分接近，偏差為1.37%，可以用于大豆纖維蔓越莓餅干配方的理論預測。此配方下的餅干不僅具有良好的酥脆性，還兼具有大豆纖維、蔓越莓和黃油的風味，品質最優。

大豆纖維；蔓越莓；響應面法；餅干

豆渣是豆腐等大豆制品加工過程中的主要副產物，因其50%以上的成分是纖維，故可稱其為大豆纖維，除含有大量膳食纖維[1]外，還含有蛋白質[2]、脂肪、異黃酮[3]等多種營養物質，有預防高膽固醇血癥、脂肪肝、葡萄糖不耐癥[4]、糖尿病、肥胖癥[5]。降低膽固醇含量[6]，抗氧化[7]，調節腸道菌群[8]等功效。我國大豆纖維的產量十分巨大，每年可達2.8×109kg[9]，而大豆纖維的利用率卻比較少，大部分的大豆纖維用于制作飼料或直接丟棄，不僅浪費資源還嚴重污染周邊環境，故加強大豆纖維應用于餅干等休閑食品的綜合利用研究，具有深遠的現實意義。蔓越莓原產于北美，其果實是一種深紅色卵圓形漿果，口感偏酸微甜[10]，蔓越莓富含膳食纖維、維生素及礦物質等多種營養成分，具有降血壓[11]、預防結腸癌[12]、預防尿道感染[13]、清除自由基及抗氧化[14-15]、預防糖尿病[16]、抑菌[17-18]等功效。大豆纖維和蔓越莓的功效逐漸被大眾所知，單一的大豆纖維[19]或蔓越莓餅干研究相繼出現，但二者結合的餅干配方研究至今尚未見報道，所以本文在單因素基礎上，應用響應面法對大豆纖維蔓越莓餅干配方進行優化，以期得到最佳的大豆纖維蔓越莓餅干配方。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

大豆纖維粉：豆制品加工技術湖南省應用基礎研究基地；低筋面粉、黃油、白糖、食鹽、蔓越莓：市售。

打蛋器：市售；HA-02A中草藥粉碎機：南京威利郎食品機械有限公司；FA2104電子天平：上海天平儀器廠；B20攪拌機：廣州市番禹力豐食品機械廠；大海牌電熱食品烤爐：上海海鷗電器總廠；臺秤：湘儀天平儀器設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

圖1 大豆纖維蔓越莓餅干的制作工藝流程Fig.1 The production process of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

1.2.2 制作方法

原料預處理（用中草藥粉碎機粉碎豆渣纖維、白糖得到豆渣纖維粉、白糖粉，再利用超微粉碎機處理粗豆渣纖維粉，并過100目篩得到試驗用大豆纖維粉）；將過篩的低筋面粉和大豆纖維粉按一定比例攪勻；待黃油軟化后，按一定比例添加白糖粉，并加入蛋液，蔓越莓等攪勻；將攪勻的面料加入油料中，用攪拌機攪勻至無白心；再經模具成型、冷凍、切片、烘烤、冷卻、真空包裝即得餅干成品。

1.2.3 大豆纖維蔓越莓餅干配方的單因素試驗及響應面優化

1.2.3.1 單因素試驗

在前期確定的餅干面料（低筋面粉量、大豆纖維粉量）為150 g，油糖（黃油量、白糖粉量）150 g，雞蛋30 g，食鹽4 g為原料的基礎上，選擇面料質量比（低筋面粉量∶大豆纖維粉量按6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1）、油糖質量比（黃油量∶白糖粉量按2.5∶1、2∶1、1.5∶1、1∶1、1∶1.5）、蔓越莓（按5、10、15、20、25 g）進行單因素試驗設計，對制作得到的餅干進行感官評價。

1.2.3.2 Box-Behnken Design--響應面優化分析

在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken試驗設計原理，以感官評價總分（Y）為響應值，選取面料質量比、油糖質量比、蔓越莓添加量3個因素進行響應面優化試驗，共17個試驗點。

1.2.4 大豆纖維蔓越莓餅干感官評定方法

大豆纖維蔓越莓餅干的感官評定標準見表1。

表1 大豆纖維蔓越莓餅干感官評分標準Table1 Sensory evaluation standard of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

最佳制作工藝配方的評判用4個指標，即色澤、滋味和表觀狀態，香氣，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，依據大豆纖維蔓越莓餅干感官評定標準對試驗產品進行雙盲法打分，評分的總和取平均值后，作為感官綜合評分的最終結果，滿分是100分。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果及分析

2.1.1 面料質量比對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響

大豆纖維能改善面團粉質特性[20]，并會稀釋面筋蛋白含量，面筋網絡結構被弱化[21]，從而影響面團流變力學特性及質構特性[22]，大豆纖維粉的添加直接影響餅干面團的性能及成品的口感。面料質量比對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響見圖2。

圖2 面料質量比對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響Fig.2 The sensory evaluation effect of quality ratio of flour and soy bean dregs fiber on soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

由圖2中可以看出，面料質量比的比例為4∶1時，大豆纖維蔓越莓酥性餅干的感官評分最高，此時，面團成形及餅干口感較好；當面料質量比低于4∶1時，隨面料質量比增大，感官評分逐漸增高，此時，大豆纖維量逐漸減少，面團越易成形，口感逐漸細膩、渣感降低，且仍具有大豆香味；當面料質量比超過4∶1時，隨面料質量比增大，感官評分逐漸降低，此時，大豆纖維量過少，與普通餅干幾乎沒有差別，缺少大豆香味，口感與傳統配方餅干差異不大，故選擇4∶1為最適面料質量比。

2.1.2 油糖質量比對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響

黃油因具有疏水性，能控制面筋形成[23]，降低面團內聚力，使面團酥軟，彈性低，可塑性強，可提高餅干的酥性和營養價值[24]；糖的反水化作用，可降低面筋形成，彈性減弱，防止餅干收縮變形，糖的美拉德反應和焦糖化反應可增加餅干的顏色和風味[25]，所以黃油和白糖對餅干的結構和風味都有較大的影響。油糖質量比對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響見圖3。

圖3 油糖質量比對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響Fig.3 The sensory evaluation effect of quality ratio of oil sugar on soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

由圖3可知，油糖質量比為1.5∶1時，大豆纖維蔓越莓餅干的感官評分最高，此時，餅干香味和口感及外形較好；當油糖質量比高于1.5∶1時，隨油糖質量比降低，評分逐漸增高，此時，油量逐漸減少，糖量逐漸增多，面團越易成形，不易走油，且餅干顏色逐漸變黃，口感逐漸變好；當油糖質量比低于1.5∶1時，隨油糖質量比降低，評分逐漸降低，此時油少糖多，餅干抗裂能力和強度增強，但產品表面干燥易變形，顏色深，口感硬且粗糙欠細膩，奶香味淡，故選擇油糖比1.5∶1為較好油糖質量比。

2.1.3 蔓越莓添加量對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響

蔓越莓的添加能增加餅干的風味，蔓越莓添加量對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響見圖4。

圖4 蔓越莓添加量對大豆纖維蔓越莓酥性餅干感官品質的影響Fig.4 The sensory evaluation effect of the amount of cranberry addition on soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

從圖4可以看出，蔓越莓添加量為15 g時，大豆纖維蔓越莓餅干的感官評分最高，此時，餅干酸甜適中，口感較好；當蔓越莓添加量低于15 g時，隨著添加量的增加，評分越高，蔓越莓的特有清香和滋味也隨之增加，但蔓越莓量較低時，蔓越莓的滋味被其他成分滋味所掩蓋；當蔓越莓添加量高于15 g時，隨著添加量的增加，酸味越重，當過高時，酸味掩蓋了其他餅干成分的味道，所以選擇15 g為蔓越莓最適添加量。

2.2 Box-Behnken Design－響應面優化分析

2.2.1 試驗設計與結果

在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken試驗設計原理，以感官評價總分（Y）為響應值，選取A（面料質量比）、B（油糖質量比）、C（蔓越莓添加量）3個對餅干品質影響較大的因素進行響應面優化試驗，共17個試驗點，Box-Behnken試驗因素編碼水平表見表2，響應面試驗設計及結果見表3。

表2 Box-Behnken試驗因素水平表Table2 Factors and levels used in Box-Behnken experimental design

表3 響應面試驗設計方案及結果Table3 Experimental design and results for response surface optimization

2.2.2 回歸模型的建立與顯著性分析

運用Design-Expert8.0.5對表3進行多元回歸擬合，得到大豆纖維蔓越莓餅干感官評價總分（Y）對自變量面料質量比（A）、油糖質量比（B）、蔓越莓添加量（C）的多元回歸方程：Y=91.72+4.05A+2.61B+3.11C-1.93AB+1.18AC-0.65BC-6.53A2-4.71B2-6.21C2。

用Box-Behnken Design響應面分析法對試驗結果擬合的模型進行方差分析和顯著性檢驗，由回歸方程的方差分析中概率P值判定各個變量對感官評分分值Y影響的顯著性，模型的回歸方程和顯著性見表4。

表4 大豆纖維蔓越莓餅干研究結果的方差分析Table4 Analysis of variance for the experimental results of the soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

續表4 大豆纖維蔓越莓餅干研究結果的方差分析Continue table4 Analysis of variance for the experimental results of the soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

由表4可以看出，該二次多項式模型P值＜0.0001，模型極顯著，失擬項P值為0.063 0大于0.05，失擬項不顯著，表明該回歸方程擬合度較好，誤差小，與實際預測值能較好的擬合；該模型的復相關系數為R2= 0.984 2，校正決定系數R2adj=0.963 9，說明建立的模型能夠解釋96.39%的響應值變化，可用來進行大豆纖維蔓越莓餅干的感官評分分值Y（響應值）的預測；由顯著性檢驗可知，一次項A、B、C，二次項A2、B2、C2，對感官評分影響均極顯著，交互項AB對餅干的感官評分影響顯著；而交互項AC、BC的交互作用對感官評分影響不顯著，由此可知，各試驗因素對響應值的影響不是簡單的線性關系；另外，通過F值大小，可判定各因素對感官評分影響的重要性，F值越大，重要性越大，所以各因素對大豆纖維蔓越莓餅干感官評價總分的影響大小為：A>C>B，即面料質量比＞蔓越莓添加量＞油糖質量比。

2.2.3 響應面分析

響應面圖形是響應值（感官評分分值Y）對各個試驗因素所構成的三維的曲面圖，從圖上可以找出最佳參數以及各個參數之間的相互作用。感官評分分值Y對面料質量比（A）、油糖質量比（B）、蔓越莓添加量（C）所構成的三維的曲面圖見圖5～圖7。

圖5 Y=f（A，B）的響應面圖Fig.5 Responsive surfaces of Y=f（A，B）

圖6 Y=f（A，C）的響應面圖Fig.6 Responsive surfaces of Y=f（A，C）

圖7 Y=f（B，C）的響應面圖Fig.7 Responsive surfaces of Y=f（B，C）

由圖5～圖7可知，響應面圖形是凸起、開口朝下的曲面，說明感官評分分值Y存在極值，該值為響應面的最高點，各個試驗因素的最佳作用點都位于試驗設計值范圍內，在蔓越莓添加量一定的條件下，隨面料質量比的增大，油糖質量比的降低，感官評分呈先上升后下降趨勢，由此可見適當的面料質量比和油糖質量比可以改善大豆纖維蔓越莓餅干的品質。等高圖可判定交互作用的顯著性，等高圖趨向橢圓，交互作用顯著，反之，則不顯著，AB交互作用的等高圖呈橢圓形，說明AB之間的交互作用顯著（圖5），AC、BC的等高圖趨于圓形，說明AC之間的交互作用及BC之間的交互作用不顯著（圖6，圖7）。等高線的疏密程度可判定各因素對感官評分的影響大小，等高線越密，影響越大，反之則越小，故A對餅干感官品質的影響比B、C的影響大（圖5，圖6），C對餅干感官品質的影響比B的影響大（圖7），這與方差分析的結果是一致的。綜上所述，面料質量比對大豆纖維蔓越莓餅干感官品質的影響最為顯著，蔓越莓添加量，油糖質量比的影響次之。

2.2.4 大豆纖維蔓越莓餅干最佳配方的確定

通過軟件分析，預測出大豆纖維蔓越莓餅干最佳配方：面料質量比為4.38∶1，油糖質量比為1.59∶1，蔓越莓添加量15.90 g，此時模型預測大豆纖維蔓越莓餅干感官評價總分為92.91分，經3次驗證性試驗，測得的大豆纖維蔓越莓餅干的感官評分的均值為91.65，與理論預測值較為接近，偏差為1.37%，說明模型的擬合程度較好，具有實用價值。

3 結論

在單因素試驗的基礎上，通過Box-Behnken中心組合設計，得到大豆纖維蔓越莓餅干感官評分與面料質量比，油糖質量比，蔓越莓添加量的模型，經驗證，該模型是合理可靠的，能夠較好的預測試驗的結果，即二次多元回歸方程：Y=91.72+4.05A+2.61B+3.11C-1.93AB+1.18AC-0.65BC-6.53A2-4.71B2-6.21C2，并得到優化后的配方為面料比4.38∶1，油糖比1.59∶1，蔓越莓添加量15.90 g，且各因素對感官評分的影響主次順序為面料質量比>蔓越莓添加量>油糖質量比。經研究發現，與原始傳統餅干配方相比，用少量的大豆纖維粉代替部分低筋粉，能改善面團的粉質特性及口感，合適的油糖質量比能使餅干酥脆而不粘牙，適量的蔓越莓，可增加餅干的風味和功能性，在環保上，有利于解決豆制品加工廢物污染問題，為大豆纖維在餅干中的應用提供參考依據。但本試驗還只是對大豆纖維蔓越莓餅干的配方進行研究，并沒有進行工藝改進，因此下一步的工作，可進行工藝條件的優化，還可在本試驗配方的基礎上，添加葡萄干、橙皮糖、蜜棗、山楂等蜜餞，進行系列產品開發。

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The Formula Optimization of Soy Bean Dregs Fiber and Cranberry Biscuit with Response Surface Methodology

ZHANG Chen-fei1，XIA Qiu-liang1，YIN Le-bin1，2，*，ZHAO Liang-zhong1，2，ZHOU Xiao-jie1，2，LEI Zhi-ming1，YANG Ying1
（1.Department of Biological and Chemical Engineering，Shaoyang University，Shaoyang422000，Hunan，China；2.Soybean Processing Techniques of the Application and Basic Research Base in Hunan Province，Shaoyang422000，Hunan，China）

It took low-gluten flour，soy bean dregs fiber and cranberry for the main raw material to exploring the optimal formulation of the soy bean dregs fiber and cranberry biscuit.Based on the single factor experiments which had clearly identified quality ratio of flour and soy bean dregs fiber，quality ratio of oil and sugar，the amount of cranberry addition on the sensory score effect of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit，according to the Box-Behnken design method，it introduced response surface methodology to establish the nonlinear second order polynomial regression equation and numerical model for the optimized recipe of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit.Result showed that the optimum formula of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit was the quality ratio of flour and soy bean dregs fiber 4.38∶1，quality ratio of oil and sugar 1.59∶1，the amount of cranberry addition 15.90 g，the sensory score of optimized verification test up to91.65（n=3），which was close to the predicted value（92.91），deviation was 1.37%.This model can be used for soy bean dregs fiber and cranberry biscuit formula theoretical prediction.It not only has good crisp，but also has soy bean dregs fiber，cranberries and butter flavor in this formulation of the best quality.

soy bean dregs fiber；cranberry；response surface methodology；biscuit

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.03.017

2016-05-12

湖南省研究生創新項目（CX2015B604）；湖南省教育廳青年項目（13B110）；湖南省科技計劃項目“湖湘青年英才”（2016RS3035）；豆制品加工技術湖南省應用基礎研究基地（2013TP4068）

張臣飛（1989—），男（漢），在讀碩士研究生，主要從事食品工程果蔬清潔加工方向研究。

*通信作者：尹樂斌（1982—），男（漢），講師，博士，研究方向：食品微生物。