D-最優混料設計甜茶無蔗糖抗氧化性酥性餅干

歐小春，胡國權，韋世菊，吳國勇，王小明，陳碧

廣西科技師范學院食品與生化工程學院（來賓 546199）

葛根是一種食藥同源的食材，含有豐富的氨基酸、礦物質、多糖、黃酮類化合物等有效成分，其中葛根素和多糖具有降血脂、降血糖、降血壓等作用[1-3]。南瓜中含有多糖、氨基酸、多種維生素、多種微量元素、可溶性膳食纖維等成分，營養價值高，同時具有抗氧化、降血糖、降血脂等功效[4-6]。

甜茶屬薔薇科是廣西地區常見的甜味植物，含有豐富的有效活性成分，如多酚類、黃酮類、二萜和多種微量元素等[7-8]。其中，甜茶素的甜度約為蔗糖甜度的300倍[9]，是一種低熱值、甜度高、食用極為安全的天然甜味劑，具有降血壓、降血糖、促進形成代謝等作用；甜茶多酚是高效的抗氧化劑，具有降血壓和降血糖作用[7-10]，甜茶成分還會提高烘焙食品抗氧性和抑菌效果，有效延長貨架期[12-14]。

試驗以葛根粉、南瓜粉代替部分面粉，通過D-最優混料設計試驗對葛根粉、南瓜粉和低筋粉的比例進行優化，采用甜茶提取液代替蔗糖為甜味劑，探討甜茶添加量、黃油添加量、烘焙時間、烘焙溫度對餅干的感官品質和質構特性的影響，并采用正交試驗優化制作工藝，以期為開發無蔗糖抗氧化餅干提供理論和技術支撐，同時可滿足“三高”人群及其市場對新型烘焙功能性餅干的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

葛根、南瓜、泡打粉、玉米油、鹽雞蛋、低筋小麥粉：均為市售；甜茶葉，采摘于廣西金秀瑤族自治縣蓮花山。

2,4,6-三吡啶基三嗪（TPTZ）、福林酚（1 mol/L），上海源葉生物試劑有限公司；沒食子酸（純度≥95%）、蘆丁標準品（純度≥95%）、DPPH、硝酸鋁、亞硝酸鈉、維生素C（VC）等，均為分析純，阿拉丁試劑網。

1.1.2 儀器與設備

TA.XTC-18質構儀（上海保圣實業發展有限公司）；UV-2600紫外可見分光光度儀（島津企業管理有限公司）；HTD-60電熱烘爐（廣州白云區宏泰烘焙設備廠）；GZX-GF101-3電熱恒溫鼓風干燥箱（上海躍進醫療器械有限公司）；等。

1.2 試驗方法

1.2.1 基本配方和制作流程

基本配方：葛根粉40 g、南瓜粉40 g、低筋面粉20 g、黃油30 g、雞蛋全液14 g、小蘇打0.6 g、食用鹽0.6 g、奶粉4.0 g、甜茶4.0 g。采用浸提法提取[15]，提取液濃縮至20 mL，工藝流程圖制作如下：

1.2.2 餅干配方的混料試驗設計

根據預試驗得到葛根粉、低筋粉和南瓜粉的范圍，將三種原材料在總成分中的比例分別記為X1、X2、X3，根據預試驗和文獻資料[16-17]，確定3種原材料所占比例的限制條件：葛根粉（X1）百分比質量限定30%～50%，南瓜粉（X2）百分比質量限定30%～50%，低筋粉（X3）百分比質量限定5%～20%，其中X1+X2+X3=100%，采用輔助軟件Design-Expert 8.0.6中的D-最優混料試驗（D-optimal）設計，以餅干感官評分為評價指標。

1.2.3 制作工藝單因素試驗及正交試驗設計

在確定葛根粉、南瓜粉和底筋粉混料配比條件下，以100 g混料為基礎，考察甜茶添加量、黃油添加量、烘焙時間和烘焙溫度對餅干品質的影響，對其進行感官評價和質構測定。

在單因素試驗的基礎上，選取甜茶添加量（A）、黃油添加量（B）、烘焙時間（C）、烘焙溫度（D）為主要因素進行四因素三水平正交試驗，各因素對應的水平為A（2.0，3.0和4.0 g）、B（20，25和30 g）、C（21，23和25 min）、D（175，185和195 ℃）。

1.2.4 餅干品質指標的測定

1.2.4.1 感官評價方法

遴選8位有一定經驗和專業知識的人員組成感官評分小組，依據GB/T 10220—2012感官分析方法學總論進行感官評定。感官評分標準參考GB 7100—2015和文獻[18-20]，并根據本產品特性做適當調整，評分標準見表1。

1.2.4.2 質構測定方法

將待測餅干樣品擺盤分組標記備用，測定其硬度、彈性和咀嚼性。測定條件：質構儀探頭選用TA/5型號，采用TAP模式測定，測試類型下壓，目標模式形變，目標數值30%，測定時間5 s，測試前速度2.00 mm/s，測試中速度1.00 mm/s，測試后速度2.00 mm/s，觸發值5 g[21]。每組樣品測試3次，取平均值。

表1 餅干產品的感官評定標準

1.3 餅干產品抗氧化指標檢測方法

總酚含量的測定：Folin-Ciocalteau法[22]，結果以沒食子酸當量表示（mg沒食子酸/100 g餅干干物質）；總黃酮含量的測定參考亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉比色法，結果以蘆丁當量表示（mg蘆丁/100 g餅干干物質）；抗氧化能力測定參考Kim等[23]報道的DPPH自由基清除能力的測定試驗方法；總抗氧化能力采用鐵離子還原/抗氧化力測定法測定[24]，以VC的質量（mg）為橫坐標，吸光度為縱坐標，得到VC標準曲線y=19.878x+0.002 7，R2=0.998 4，結果以VC當量表示（mg VC/100 g餅干干物質）。

1.4 數據統計與處理

采用Design-Expert 8.0.6對試驗進行設計，單組別試驗重復3次，通過SPSS 19.0軟件的Duncan法進行數據分析，試驗結果表示為±s，p＜0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 D-最優混料設計試驗結果

2.1.1 模型及回歸方程的建立

使用統計分析軟件Design-Expert 8.0.6進行數據分析，試驗設計方案及結果如表2所示。選用分析模型Cubic回歸方程分析法分析[16]，得到感官評分（Y）與混料葛根粉（X1）、南瓜粉（X2）、低筋粉（X3）的預測回歸方程：

Y=63.07X1+76.11X2+49.17X3+36.42X1X2+53.88X1X3+14.41X2X3-59.02X1X2X3-68.07X1X2（X1-X2）-30.90X1X3（X1-X3）-36.89X2X3（X2-X3）

表2 D-最優混料設計表及結果

2.1.2 模型顯著分析

對回歸模型進行方差分析，結果如表3所示。模型p=0.000 4＜0.001，說明該回歸模型達到高度顯著水平，葛根粉、南瓜粉和低筋粉具有極其顯著的交互作用。失擬項p=0.194 4＞0.05，說明該試驗結果與數學模型擬合良好，此外響應值的相關系數R2=0.975 3，校正相關系數R2Adj=0.938 3，表明模型方程能很好地擬合感官評價分與餅干混料粉配方比例關系。

表3 回歸方程的方差分析

葛根粉（X1）、南瓜粉（X2）、低筋粉（X3）3個因素交互作用的三元等高線圖及曲面3D圖如圖2所示。三角響應曲面圖為一曲面，說明三者存在一定交互作用；圖形呈一定的拱形狀，說明在混合原料中三者對餅干的感官評價都起著顯著影響[16-17]，當葛根粉、南瓜粉和低筋粉取適宜比例時，其對餅干的感官評價有極大值，該極大值存在于響應面的頂端。通過Design-Expert 8.0.6軟件優化出的餅干最佳配方為葛根粉42.331%、南瓜粉37.669%、低筋粉20.00%，此時感官評分預測值為83.50分。按上述優化的混料配方進行3次驗證試驗，制得的餅干感官評分實際值為82.75分，與軟件給出的理論值83.50分相接近，表明經混料設計建立的回歸模型可行。

圖1 3種配料比交互作用對感官評價影響的等高線圖及3D效應曲面圖

2.2 制作工藝單因素試驗結果

2.2.1 甜茶添加量對餅干品質的影響

甜茶添加量對餅干品質影響見表4。隨著甜茶添加量的增加，餅干的硬度、咀嚼性逐漸降低，彈性逐漸降低，感官評分先增加后降低，這是由于甜茶中的茶多酚的酚羥基破壞面筋蛋白中二硫鍵，使其面筋強度減弱，導致餅干的硬度和咀嚼降低[25]；同時添加甜茶會使餅干的色值、口感發生變化，當甜茶含量過低時茶味不明顯，感官評分偏低；隨著甜茶添加量逐漸增多，感官評分逐漸升高，當甜茶添加量超過3.0 g時，餅干中的茶味過濃且苦澀味增重，主要因為茶葉中含有兒茶素、咖啡堿等苦澀味物質，添加量過多會使餅干苦澀感較重[26]，導致感官評分降低。根據試驗結果，確定甜茶的添加量為3.0 g。

2.2.2 黃油加量對餅干品質的影響

由表5可知，當黃油添加量從10 g增加到35 g時，餅干的硬度和咀嚼性降低，彈性和感官評分先升高后降低；這是由于黃油經攪拌處理后能包裹住空氣，在烘焙時空氣受熱，體積膨脹使餅干具有良好的彈性和酥軟性[28]。當黃油添加量增加到30 g時，感官評分呈降低趨勢，這是由于油脂具有疏水作用，減少面筋的形成導致樣品油膩成型困難[29]，同時黃油添加量過多掩蓋南瓜和茶特有風味，口感油膩且油脂過多，降低餅干的營養保健價值，因而確定黃油添加量為25 g。

2.2.3 烘烤時間對餅干品質的影響

由表6可知，在17 min時感官評分最低，這是由于烘焙時間不足，餅干內部夾生，水分含量過大，質地松軟粘牙。隨著烘焙時間的增長，感官評分隨之提高，在23 min時感官評分達到最高，口感最為酥脆可口。當時間大于23 min時，感官評分逐漸降低，餅干烘焙時間過久，導致餅干質地過硬、色澤過深并呈現焦黑色，口感變硬。根據質構數據可知，隨著烘焙時間的增加，餅干中的水分減少，硬度逐漸升高，彈性、咀嚼性先升高后降低。綜合質構數據以及感官評分結果，最佳烘焙時間為23 min。

表4 甜茶添加量對餅干品質的影響

表5 黃油添加量對餅干品質的影響

表6 烘焙時間對餅干品質的影響

2.2.4 烘烤溫度對餅干品質的影響

由表7可知，隨著溫度的升高，餅干的硬度和咀嚼性先升高后降低，這是因為當烘焙溫度過低時，餅干內部水分沒有完全揮發，質地柔軟，口感粘牙，影響餅干品質，隨著烘焙溫度增大時，餅干內部水分，餅干的硬度和彈性增加，感官評分隨之提高，在185 ℃時感官評分達到最高。當烘焙溫度大于185 ℃時，感官評分逐漸降低，這是由于溫度過高會使餅干表面發生碳化而內部水分不易蒸發造成餅干內外水分不一致，造成餅干易斷裂、色澤過深、過焦等不良現象[30]。綜合質構數據以及感官評分結果，最佳烘焙溫度為185 ℃。

表7 烘焙溫度對餅干品質的影響

2.3 正交試驗結果與分析

在單因素試驗基礎上，選取甜茶添加量（A）、黃油添加量（B）、烘焙時間（C）、烘焙上火溫度（D）四個因素進行L9(34)進行正交試驗[20-21]，確定餅干的最佳配方和工藝，試驗結果分析見表8。

由表8可知，影響餅干品質的各因素主次順序為烘焙溫度（D）＞甜茶添加量（A）＞烘焙時間（C）＞黃油添加量（B）。正交試驗中不同配方工藝組合，餅干的硬度、彈性和咀嚼性數據存在不同的差異，但基本表現出與感官評價結果一致，最優組合為D2A2C1B2，即烘焙溫度為185 ℃、甜茶添加量為3.0 g、烘焙時間為21 min、黃油添加量為25 g。采用最優組合驗證，制作的甜茶無蔗糖餅干感官評分為88.38分，硬度為2 936.122 g，彈性為0.761，咀嚼性為697.101 g；普通餅干感官評分為82.50分，硬度為3 506.049 g，彈性為0.675，咀嚼性為746.051 g。甜茶無蔗糖餅干在硬度、咀嚼性均低于普通餅干，口感更加酥脆可口，餅干品質更佳。

表8 餅干正交試驗結果分析表

2.4 產品評價及抗氧化活性分析

按照最佳配方制作甜茶無蔗糖抗氧化餅干，同時按配方低筋粉100 g、黃油25 g、白砂糖33 g、雞蛋液14 g、水20 g、小蘇打0.6 g、食用鹽0.6 g、奶粉4 g制作普通餅干，將這兩種產品進行總酚、總黃酮和抗氧化分析。無蔗糖抗氧化餅干總酚、總黃酮含量分別為737.28 mg/100 g和427.99 mg/100 g，比普通餅干的總酚和總黃酮分別高596.45 mg/100 g和310.49 mg/100 g，無蔗糖抗氧化餅干中的總酚和總黃酮含量有助于增強其抗氧化能力，經測定其DPPH自由基清除率和總抗氧化能力分別86.24%和480.44 mg/100 g，這是由于葛根含有豐富葛根素[1-3]、南瓜含有豐富多糖和β-胡蘿卜素[6]、甜茶含有豐富的茶多酚[10]等活性成分，有效提高了甜茶無蔗糖餅干的抗氧化能力。

3 結論

通過D-混料設計和正交設計試驗，確定甜茶無蔗糖抗氧化酥性餅干的最優配方及制作工藝：確定其最佳制作工藝：甜茶添加量3.0 g，黃油添加量25 g，烘焙時間21 min，烘焙溫度185 ℃。此配方制作工藝的餅干感官評分為88.38分，硬度為2 936.122 g，彈性為0.761，咀嚼性為697.101 g。該產品口感細膩，茶香和南瓜香氣濃郁，同時該產品以甜茶中的甜茶素作為甜味劑不含蔗糖，經過烘烤后成品中仍保留大量黃酮類和總酚物質，其總抗氧化能力為480.44 mg/100 g，具有較高營養價值及一定的保健功效，尤其適合“三高”人群的需求。