響應(yīng)面法優(yōu)化壓縮餅干基礎(chǔ)配方的研究

羅蕾蕾，吳學(xué)鳳，吳俊，*，操麗麗

（1.中國(guó)人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院軍需采購(gòu)系，重慶400030；2.合肥工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，安徽合肥230009）

壓縮餅干是以小麥粉、油脂、糖為主要原料，添加蛋白粉、維生素、礦物質(zhì)以及功能性物質(zhì)[1]，焙烤后粉碎，經(jīng)機(jī)械壓制而成的一類食品，具有體積小、能量密度高、耐饑餓、貯存期長(zhǎng)、攜帶食用方便等特點(diǎn)，是一種方便快捷應(yīng)用廣泛的應(yīng)急食品[2]，目前主要用于軍需配備。世界各國(guó)軍隊(duì)壓縮餅干的消費(fèi)量在逐年上升，壓縮餅干己成為各個(gè)國(guó)家軍隊(duì)后勤物資中必不可少的組成部分，同時(shí)對(duì)壓縮餅干的品質(zhì)質(zhì)量要求也越來(lái)越高[3]。我軍目前裝備的壓縮干糧主要存在口味單一，連食性差，不易消化吸收等問(wèn)題[4]。

全麥粉是指直接將清洗干凈的小麥經(jīng)過(guò)特殊粉碎研磨加工達(dá)到一定粗細(xì)度且包含皮層、胚芽和胚乳全部組成部分的面粉[5]，由于其保留了麩皮中大量的維生素（如B族維生素和VE）、礦物質(zhì)（如鉀、硒、鐵等）、酚酸等[6-7]，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，且全麥?zhǔn)称分懈缓攀忱w維，可促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)，改善胃腸道功能[8-10]。油脂的多少對(duì)壓縮餅干質(zhì)量影響很大。油脂過(guò)少，產(chǎn)品變形嚴(yán)重，口感硬，表面干燥無(wú)光澤，面筋形成多；油脂過(guò)多，面團(tuán)的黏性和彈性降低，使餅干抗裂能力及面團(tuán)黏力差，甚至松散不易成型。常用的油脂有各種植物油、人造奶油、起酥油等，而軍用壓縮干糧生產(chǎn)則應(yīng)采用穩(wěn)定性良好的棕櫚油。全脂奶粉的加入能提高產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，延遲老化，使產(chǎn)品保持柔軟，同時(shí)賦予產(chǎn)品優(yōu)良的風(fēng)味并改善產(chǎn)品色澤[11]。

本研究主要對(duì)壓縮餅干基礎(chǔ)配方展開研究，通過(guò)研究全麥粉、棕櫚油以及全脂奶粉的不同添加量進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮干糧品質(zhì)的提高和改善。

1 材料與方法

1.1 材料

棕櫚油、小麥粉、全麥粉、全脂奶粉、白砂糖、食鹽、小蘇打、姜粉水、葡萄糖、?；撬?、大豆蛋白、復(fù)合維生素、復(fù)合礦物質(zhì)、抗氧化劑均為食品級(jí)：市售。

1.2 設(shè)備及儀器

TR32S型烤箱：佛山市偉仕達(dá)電器實(shí)業(yè)有限公司；TS2023B型烘箱：昆山臺(tái)順測(cè)試科技有限公司；YRH-150F型恒溫培養(yǎng)箱：上海姚氏儀器設(shè)備廠；SOX406型索氏提取器、K9840型凱氏定氮儀：山東海能科學(xué)儀器有限公司；75MA型高壓滅菌鍋：上海銳風(fēng)儀器制造有限公司。

1.3 工藝流程[12]

原輔料預(yù)處理→配料→調(diào)粉→成型→焙烤→冷卻→粉碎→拌料→壓縮→成品

1.4 操作要點(diǎn)

1.4.1 原輔料預(yù)處理

液化棕櫚油。用水溶解白砂糖，食鹽和小蘇打，加入液化過(guò)的棕櫚油，充分打發(fā)。

1.4.2 調(diào)粉

將稱好的小麥粉，全麥粉，全脂奶粉，姜粉倒入（1.4.1）中，混合均勻，和成面團(tuán)[13]。

1.4.3 成型

將和好的面團(tuán)壓成厚度均勻的片狀，用模具壓出餅干。

1.4.4 焙烤

上火180℃，下火150℃，時(shí)間8 min。

1.4.5 粉碎

焙烤后冷卻，粉碎制成餅干粉末。

1.4.6 拌料

向粉末中倒入棕櫚油，?；撬?，大豆蛋白，復(fù)合維生素，復(fù)合礦物質(zhì)，抗氧化劑，葡萄糖，充分混合。

1.4.7 壓縮

將攪拌均勻的壓縮餅干粉末放在壓縮機(jī)中，其中壓縮機(jī)壓力為200 kg/cm2，真空度為0.09 MPa，壓縮程度到為1.6 cm。

1.5 感官評(píng)定方法

選擇10名感官評(píng)價(jià)員依據(jù)感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[14-15]，對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行打分，結(jié)果取平均值。主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為形態(tài)、色澤、滋味與口感、組織狀態(tài)、雜質(zhì)，滿分為100分[16-17]，見表 1。

表1 感官鑒定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standards of sensory evaluation

1.6 指標(biāo)的測(cè)定和方法

1.6.1 餅干物性的測(cè)定

用TA.XTplus物性儀對(duì)餅干的硬度、脆度、咀嚼度進(jìn)行測(cè)定，采用P50探頭，測(cè)試前速率1.00 mm/s，測(cè)試速率0.50 mm/s，測(cè)試后速率0.50 mm/s，壓縮程度90%，數(shù)據(jù)采集速率為200 p/s[18]。

1.6.2 其他測(cè)定方法

水分含量：按GB5009.3-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》第一法直接干燥法進(jìn)行測(cè)定；灰分測(cè)定：按GB5009.4-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定；蛋白質(zhì)含量測(cè)定：按GB5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》第一法凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定；脂肪含量測(cè)定：按GB5009.6-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》索氏抽提法進(jìn)行測(cè)定；過(guò)氧化值：按GB5009.227-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》進(jìn)行測(cè)定；酸價(jià)：按GB5009.229-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》進(jìn)行測(cè)定；菌落總數(shù)：按GB4789.2-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定；大腸菌群：按GB 4789.3-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》進(jìn)行測(cè)定；沙門氏菌：按GB 4789.4-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)沙門氏菌檢驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)定。

1.7 壓縮餅干基礎(chǔ)配方的單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面優(yōu)化

1.7.1 單因素試驗(yàn)

原基礎(chǔ)配方為：面粉（全麥粉30%，小麥粉70%）100%，全脂奶粉10%，白砂糖6%，食用鹽1%，小蘇打1%，水16%，姜粉0.35%，棕櫚油22%。本試驗(yàn)在原基礎(chǔ)配方基礎(chǔ)上選擇不同的棕櫚油添加量（按18%、20%、22%、24%、26%）、全麥粉添加量（按 25%、30%、35%、40%、45%）、全脂奶粉添加量（按7%、8%、9%、10%、11%）進(jìn)行單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)制作得到的壓縮餅干進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.7.2 Box-Behnken Design-響應(yīng)面優(yōu)化分析

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以棕櫚油添加量、全麥粉添加量、全脂奶粉添加量為考察因素，在單因素優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)方法，以感官評(píng)價(jià)總分（Y）為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，確定產(chǎn)品最佳感官質(zhì)量，響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平編碼表Table 2 Factors and levels of response surface experiments

1.8 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007和Design Expert8.6版軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)化壓縮餅干基礎(chǔ)配方單因素試驗(yàn)

棕櫚油添加量、全麥粉添加量和全脂奶粉添加量對(duì)餅干感官質(zhì)量的影響見圖1。

圖1 棕櫚油添加量、全麥粉添加量和全脂奶粉添加量對(duì)餅干感官質(zhì)量的影響Fig.1 The sensory evaluation effect of the amount of palm oil addition，flour addition，whole milk powder addition on compressed biscuit

由圖1知，隨著棕櫚油用量的增加，面團(tuán)延伸性、可塑性不斷上升，色澤不斷變亮，由于油脂的作用主要是在面粉蛋白質(zhì)和淀粉粒的表面形成一層不透性的隔離層，限制了面團(tuán)吸水力，面筋難以形成，從而提高了面團(tuán)性能，使得餅干容易成型，不易干裂，酥松性好[19]。棕櫚油用量超過(guò)18%時(shí)，餅坯均容易成型，產(chǎn)品餅干內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層次感、口感、色澤、香味不斷朝著好的方向變化，感官評(píng)分不斷升高，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)棕櫚油用量越多越好，但是當(dāng)棕櫚油的用量超過(guò)24%時(shí)，其咀嚼性下降，適口性逐漸下降，感官評(píng)分也隨著下降，所以棕櫚油的最佳添加范圍是20%～24%。

隨著全麥粉的添加，餅干的圓整度良好，無(wú)顯著變化，孔隙度無(wú)顯著性變化；上表面紋絡(luò)減弱，裂紋逐漸增多，但當(dāng)全麥粉添加量超過(guò)35%時(shí)，餅干裂紋逐漸增多，口感酥脆度下降，所以全麥粉添加的最適范圍是30%～40%。

隨著全脂奶粉的增加，餅干的評(píng)分值先增加后減小，所以全脂奶粉的最適添加范圍是8%～10%。

2.2 優(yōu)化壓縮餅干基礎(chǔ)配方響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，比較選用較顯著因素，進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)，對(duì)壓縮餅干的基礎(chǔ)配方進(jìn)行優(yōu)化。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 3 Experimental design and resuls for response surface optimization

2.3 回歸模型的建立與檢驗(yàn)

應(yīng)用DesignExpert 8.6版軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到3個(gè)因素之間的響應(yīng)方程：Y=-1 376.6+40.91A+22B+115.78C-0.225AB-0.65BC-0.625BC-0.437A2-0.233B2-4.32C2。對(duì)響應(yīng)面設(shè)計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果擬合的模型進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，由回歸方程的方差分析中概率P值判定各個(gè)變量對(duì)感官評(píng)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 回歸模型方差分析Table 4 Regression model analysis of variance

由表可知，模型達(dá)到顯著水平，判定系數(shù)R2為0.952 0，說(shuō)明評(píng)價(jià)值的變異中有95.2%是由變量（A、B、C）引起。校正后的判定系數(shù)R2adj為0.890 3，表明模型方程很好地?cái)M合指標(biāo)與配方比例關(guān)系。一次項(xiàng)B高度顯著，交互項(xiàng)AC顯著，平方項(xiàng)A2和C2高度顯著。各因素對(duì)餅干粉的影響程度依次為：B＞A＞C，即棕櫚油添加量＞全麥粉加入量＞全脂奶粉加入量。F模型=15.43，P＜0.001，表明二次多元回歸模型回歸效果高度顯著；F失擬=0.66，P=0.661 6＞0.05，失擬項(xiàng)不顯著，回歸模型無(wú)失擬因素存在[20]。回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合良好。可用該模型對(duì)餅干品質(zhì)進(jìn)行進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)[21]。

2.4 因素間的交互作用

從響應(yīng)面分析圖上可以直觀的反映出各自變量對(duì)響應(yīng)值的影響，以及各自變量之間的交互作用[22]。根據(jù)回歸方程得出不同因素的響應(yīng)面分析圖結(jié)果見圖2～圖4。全麥粉添加量與棕櫚油添加量對(duì)餅干感官質(zhì)量的影響見圖2，全麥粉添加量與全脂奶粉添加量對(duì)餅干感官質(zhì)量的影響見圖3，棕櫚油添加量與全脂奶粉添加量對(duì)餅干感官質(zhì)量的影響見圖4。

等高線的形狀可以比較直觀反映各個(gè)因素間交互作用的大小，等高圖趨向橢圓，交互作用顯著，反之，則不顯著[23]，由圖2～圖4可知，AC兩項(xiàng)的交互作用比較顯著，其它交互作用不顯著，這與方差分析的結(jié)果是一致的。

由圖2可以看出，等高線沿B軸的變化比沿A軸要密集，說(shuō)明因素B顯著性要比A的大，即棕櫚油添加量對(duì)餅干粉的影響要比全麥粉對(duì)其的影響要大；由圖3可以看出等高線沿A軸的變化要比C軸密集，說(shuō)明A的顯著性要比C的大，即全麥粉對(duì)壓縮餅干感官質(zhì)量的影響要比全脂奶粉加入量大；由圖4可以看出，等高線沿B軸的變化要比沿C軸的密集，說(shuō)明因素B的顯著性要比C大，即棕櫚油添加量對(duì)壓縮餅干感官質(zhì)量的影響要比全脂奶粉大，這些分析結(jié)果都與方差分析的結(jié)果是相一致的。

圖2 全麥粉添加量與棕櫚油添加量對(duì)壓縮餅干感官質(zhì)量的影響Fig.2 The sensory evaluation effect of the amount of flour addition and palm oil addition on compressed biscuit

圖3 全麥粉添加量與全脂奶粉添加量對(duì)壓縮餅干感官質(zhì)量的影響Fig.3 The sensory evaluation effect of the amount of flour addition and whole milk powder addition on compressed biscuit

圖4 棕櫚油添加量與全脂奶粉添加量對(duì)壓縮餅干感官質(zhì)量的影響Fig.4 The sensory evaluation effect of the amount of palm oil addition and whole milk powder addition on compressed biscuit

2.5 驗(yàn)證性試驗(yàn)

采用Design Expert 8.6版軟件對(duì)響應(yīng)面結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，得到壓縮餅干的最佳基礎(chǔ)配方為：面粉（全麥粉35%，小麥粉65%）100%，棕櫚油20%，全脂奶粉9%，白砂糖6%，食用鹽1%，小蘇打1%，水32%，姜粉0.35%，預(yù)測(cè)值為84.37。此條件下進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)置3次平行試驗(yàn)，得到壓縮餅干平均感官評(píng)分為85，與理論預(yù)測(cè)值較為接近，偏差為0.74%，說(shuō)明模型的擬合程度較好，具有實(shí)用價(jià)值。

2.6 壓縮餅干產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)

2.6.1 質(zhì)構(gòu)特性

硬度41 890 g；黏性26 485.7；咀嚼性13 393.8均在較為合理的范圍內(nèi)[24]。

2.6.2 理化指標(biāo)

水分含量：5.2%；蛋白質(zhì)：13.57%；脂肪：18.6%；碳水化合物：60.43%；灰分：2.3%；過(guò)氧化值：0.631 5 g/100 g；酸價(jià)：0.193 5 mg/g均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.6.3 微生物指標(biāo)

細(xì)菌總數(shù)≤100 CFU/g；大腸菌群≤3 MPN/100 g；致病菌未檢出[25]。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面分析方對(duì)全麥粉、棕櫚油、全脂奶粉添加量進(jìn)行優(yōu)化，得出全麥粉35%、棕櫚油20%、全脂奶粉9%時(shí)感官評(píng)分最高，此時(shí)餅干的最佳配比為：（以面粉為基準(zhǔn)）面粉（全麥粉35%小麥粉65%）100%，棕櫚油20%，全脂奶粉9%，白砂糖6%，食用鹽1%，小蘇打1%，水32%，姜粉0.35%（總計(jì)153.35%）。由方差分析和各因素交互作用可知各因素對(duì)感官評(píng)分的影響主次順序?yàn)樽貦坝吞砑恿浚救湻奂尤肓浚救谭奂尤肓?。此條件下壓縮餅干形態(tài)、組織較好，表面色澤非常均勻，有光澤，口感松脆，硬度適中，不黏牙，香味強(qiáng)，無(wú)異味。但本試驗(yàn)還只是對(duì)壓縮餅干的基礎(chǔ)配方進(jìn)行研究，并沒(méi)有對(duì)壓縮過(guò)程中的配方進(jìn)行優(yōu)化，因此下一步的工作，還可在本試驗(yàn)基礎(chǔ)配方的基礎(chǔ)上，添加葡萄糖、大豆蛋白粉、?；撬?、復(fù)合維生素、復(fù)合礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化系列產(chǎn)品開發(fā)。

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