響應曲面法優化荷葉餅干的配方工藝研究

劉 濤，王 清，任龍展

(信陽農林學院 食品學院，河南 信陽464000)

荷葉，又稱蓮花莖、蓮莖，具有涼血止血功效，非常適合高血壓及高血脂患者服用，其中含有的荷葉堿能有效分解體內脂肪，達到減肥作用[1-4]。

近年來，營養食品越來越受到重視，消費者更加關注烘焙食品的保健性和營養性。本實驗將荷葉添加到餅干中做成荷葉餅干，豐富了產品的營養成分及口感風味。以普通餅干制作工藝[5-8]為載體，研究荷葉添加狀態以及各種輔料添加量對荷葉餅干感官品質的影響，在單因素試的基礎上，通過響應面分析法優化工藝參數，為荷葉餅干的加工提供參考。

1 材料與儀器

1.1 原材料

荷葉，低筋粉(以150 g為基準)，奶，奶粉，水，雞蛋。

1.2 儀器

VH-33遠紅外線食品烘爐(廣州旭眾食品機械有限公司)，C21-SDHC6電磁爐(浙江蘇泊爾股份有限公司)，JYL-CO22料理機(九陽股份有限公司)，食品專用保鮮膜。

2 實驗方法

2.1 荷葉添加物制備

荷葉粉的制備：將荷葉用料理機打碎，過百目篩，備用；荷葉水的制備：將荷葉煮水，取上清液備用。

2.2 工藝流程及操作要點

2.2.1 工藝流程 混合→面團調制→成型→冷凍→切片→烘烤→冷卻→成品

2.2.2 操作要點 (1)白砂糖打磨成糖粉。(2)將糖粉與黃油揉開，充分混合。(3)將蛋液、荷葉添加品，與牛奶混合，加入面粉揉面團。造型成長方體，放入冰箱包保鮮膜冷凍1小時。(4)取出，切成約5 mm厚的片，放入烤箱。(5)出爐，冷卻，成品。

2.3 荷葉餅干的感官評價

感官評價小組由10位專業人員組成，對餅干的形態、色澤、口感、結構進行評定，然后打分取其平均值[9-11]，評價標準表見表1。

表1 荷葉餅干感官評分標準

2.4 荷葉添加狀態與添加量的確定

將2.1制備的荷葉水(ml)和荷葉粉(g)分別作為添加狀態制作荷葉餅干，添加量均設置為10、15、20、25、30，通過感官評定選擇合適的添加狀態與添加量。

2.5 烘烤條件的確定

焙烤時面火溫度、底火溫度和時間都會對餅干產生影響，面火溫度影響餅干成色，底火溫度影響餅干內部，焙烤時間影響餅干成熟度，將餅干的焙烤條件設定條件為：160℃/130℃/30 min、180℃/150℃/25 min、200℃/170℃/20 min、220℃/190℃/15 min、240℃/210℃/10 min，從中找出最佳烘烤條件。

2.6 黃油、糖粉、牛奶添加量的確定

設置糖粉添加量為40、45、50、55、60 g；黃油添加量為50、55、60、65、70 g；牛奶添加量為10、15、20、25、30 mL；通過單因素實驗確定最佳添加量。

2.7 最佳生產工藝的優化

根據2.4和2.6單因素實驗結果，采用響應曲面設計確定最佳生產工藝。

3 結果與分析

3.1 荷葉添加狀態與添加量的確定

分別將10、15、20、25、30 mL荷葉水和10、15、20、25、30 g荷葉粉作為添加狀態制成餅干，對成品進行感官評定，結果見圖1。

圖1荷葉添加狀態及添加量對荷葉餅干品質的影響

試驗中發現：荷葉粉添加量越多，餅干扎口感越嚴重，面團成型越困難，色澤越差，由圖1可看出，同等添加量條件下，添加荷葉水制得的餅干的感官評分普遍高于添加的荷葉粉制得的餅干的感官評分，因此選擇荷葉水作為添加狀態；感官評分隨著荷葉水添加量的增加而增大，當添加量為20 mL時，達到最高值8.8，然后反而隨荷葉水添加量的增加而減小，這是由于當荷葉水加入量不足時，產品色澤較差，且荷葉清香味較淡；當荷葉水加入過量時，荷葉味過于濃厚，逐漸出現苦澀味，使口感下降。由此得出結論：當選擇荷葉水作為添加狀態，并且添加量為20 mL時，制得的荷葉餅干品質最好。

3.2 烘烤條件的確定

將五組烘烤條件進行編號1、2、3、4、5，分別對應烘烤條件160℃/130℃/30 min、180℃/150℃/25 min、200℃/170℃/20 min、220℃/190℃/15 min、240℃/210℃/10 min，對成品進行感官評定，結果見圖2。

由圖2可看出，隨烤箱溫度的升高，感官評分逐漸升高，當到達180℃/150℃/25 min時，感官評分又開始下降，這是因為當烘烤溫度較低時，餅干表面水分散發慢，不能快速凝固，餅干易癱軟，而烘烤溫度過高時，又會產生外焦內軟現象，并使餅干顏色過深，因此選擇適宜的烘烤條件為180℃/150℃/25 min。

圖2不同烘烤條件對荷葉餅干品質的影響圖3黃油添加量對荷葉餅干品質的影響

3.3 黃油、糖粉、牛奶添加量的確定

3.3.1 黃油添加量對荷葉餅干品質的影響 設置黃油添加量為50、55、60、65、70 g，對成品進行感官評定，結果如圖3。由圖3可知：感官評分隨著黃油添加量的增加呈現先升高后降低的趨勢，黃油添加量在60 g時效果最好，感官評分達到最高，為8.9分，繼續增加黃油添加量，感官評分反而降低，這是因為添加黃油可以使餅干更加香醇酥脆，但添加量過大時餅干易碎。因此選擇合適的黃油添加量為60 g。

3.3.2 牛奶添加量對荷葉餅干品質的影響 設置牛奶添加量為10、15、20、25、30 mL，對成品進行感官評定，結果如圖4。由圖4可知：感官評分隨著牛奶添加量的增加呈現先升高后降低的趨勢，當牛奶添加量較低時，餅干的奶味不足，而牛奶添加量過高時，會導致餅干奶味過重。因此選擇合適的牛奶添加量為20 mL。

圖4牛奶添加量對荷葉餅干品質的影響圖5糖粉添加量對荷葉餅干品質的影響

3.3.3 糖粉對荷葉餅干品質的影響 設置糖粉添加量為40、45、50、55、60 g，對成品進行感官評定，結果如圖5。由圖5可知：感官評分隨著糖粉添加量的增加呈現先升高后降低的趨勢，當糖粉添加量小于50 g時，產品甜味較小，口感較差，隨著糖粉添加量增多，產品口感逐漸改善，當糖粉添加量為50 g時，產品甜味適宜，口感較好，綜合感官品質最好。這是由于糖粉有反水作用，可防止產品收縮變形，使結構酥松，外形美觀[12]。因此，選擇合適的糖粉添加量為50 g。

3.4 最佳制作工藝的確定

3.4.1 響應曲面實驗 在單因素實驗的基礎上，通過Design Expert 8.0.6輔助設計，根據Central Composite實驗設計原理，選取荷葉水添加量、黃油添加量、牛奶添加量、糖粉添加量進行4因素5水平的響應曲面分析實驗，實驗因素與水平設計如表2所示。

表2 中心組合實驗因素與水平表

以A、B、C、D為自變量，以感官評定分值(Y)為響應值，實驗方案及實驗結果見表3。

表3 響應曲面分析方案及實驗結果

通過Design Expert 8.0.6擬合得到回歸方程：

感官評分：9.13+0.23A+0.22B+0.27C-0.050D-0.70AB+0.14AC+0.62AD-0.39BC-0.38BD+0.088CD-1.34A2-0.24B2-0.37C2-0.38D2-0.30ABC-0.46ABD+0.13ACD-0.32BCD-0.59A2B+0.28A2C+0.26A2D-0.91AB2

對響應曲面實驗結果進行回歸分析得：

表4 響應曲面實驗結果回歸分析

如表4所示：方差分析模型Prob(P)>F值為0.0036，表明所得方程顯著，即該模型在被研究的整個回歸區域擬合良好：R2=0.9643，說明相關性較好；校正決定系數Adj R2=0.8520，表明85.20%實驗數據的變異性可用此回歸模型來解釋。精確度(Adeq precision)是有效信號有噪聲的比值，大于4.0視為合理，本實驗精確度達到12.073。因此，可以用此模型對感官評分進行預測。

方程的二次項系數為負，說明存在最大值。荷葉餅干的感官評分是4個因素交叉共同影響的結果。根據P值可以得出影響程度排序為C>A=B>D。3D響應曲面圖如圖6-11所示。通過Design Expert8.0.6分析得到模型的極大值點為：荷葉水添加量28.91 mL/150 g，黃油添加量51.30 g/150 g，牛奶添加量29.96 mL/150 g，糖粉添加量59.82 g/150 g，極大值所達到的最高感官評分為10.5。

圖6 荷葉水用量與黃油用量的響應曲面圖 圖7 荷葉水用量與牛奶用量的響應曲面圖

圖8 荷葉水用量與糖粉用量的響應曲面圖 圖9 黃油用量與牛奶用量的響應曲面圖

圖10 黃油用量與糖粉用量的響應曲面圖 圖11 牛奶用量與糖粉用量的響應曲面圖

3.4.2 驗證試驗 為檢驗方法可行性，采用得到的最佳添加量對產品感官評定進行驗證實驗，考慮到實際操作性，將實驗條件修改為荷葉水添加量29 mL/150 g，黃油添加量51 g/150 g，牛奶添加量30 mL/150 g，糖粉添加量60 g/150 g，此條件下3次平均實驗得到實際感官評定分值為10.3。與理論值相差1.9%，因此響應曲面法對荷葉餅干的條件優化是可行的，得到的參數具備實際應用價值。

4 結論

當以荷葉粉作為添加狀態制作荷葉餅干時，結果表明：荷葉粉添加量越多，餅干扎口感越嚴重，面團成型越困難，色澤越差。而以添荷葉水作為添加狀態制作出的荷葉餅干，在口感、形態、色澤與結構方面都優于前者，因此選擇荷葉水作為添加狀態進行后續實驗。

確定荷葉水添加量、黃油添加量、牛奶添加量、糖粉添加量作為影響因素，經過單因素試驗和響應曲面試驗得出荷葉餅干的最佳配方為：荷葉水添加量29 mL/150 g，黃油添加量51 g/150 g，牛奶添加量30 mL/150 g，糖粉添加量60 g/150 g，烘烤條件為：面火180℃，底火150℃，烘烤25 min。由此制得的荷葉餅干營養豐富，酥脆香口，感官評分達10.3分。