響應面法優(yōu)化地皮菜餅干加工工藝

院珍珍*，謝素云，韓麗娟，葉英

1. 青海大學省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室（西寧 810016）；2. 青海大學農(nóng)牧學院（西寧 810016）

地皮菜（Nostoc Commune）為念珠藻屬藻菌植物，學名普通念珠藻，又名地耳、地軟等，廣泛分布于我國各地[1]。地皮菜營養(yǎng)豐富全面，包括多種氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素、糖類、礦物質(zhì)、粗脂肪和粗纖維等營養(yǎng)物質(zhì)[2-3]，尤其以蛋白質(zhì)的含量較高，含有人體所需的各種氨基酸，其中8種必需氨基酸含量豐富[4]，是一種高蛋白低脂肪的健康食品[5]。地皮菜還有一定的藥用價值，《本草綱目》等藥用典籍記載其具有治療夜盲癥、燙火傷、丹毒，清心、養(yǎng)胃等功效，現(xiàn)代藥理研究也證明，地皮菜具有抗氧化[6]、抗腫瘤[7]、抑菌[8]、降血脂[9]等多種生物活性，是一種具有高營養(yǎng)價值的食藥兩用資源。

餅干是一種焙烤食品，通常以谷物粉為主原料，添加黃油、雞蛋、白糖等輔料，經(jīng)面團調(diào)制、醒發(fā)、成型、烘烤、冷卻、包裝等主要工序制作而成[10]。由于餅干品種繁多，攜帶、食用方便，深受廣大消費者的喜愛[11]。但是多數(shù)餅干的蛋白質(zhì)含量低、脂肪含量高，不適宜過多食用。將高蛋白低脂肪的地皮菜與餅干結(jié)合起來，既增加餅干的營養(yǎng)價值，又賦予餅干特殊的風味和色澤。

此前已有采用正交試驗設計對地皮菜韌性餅干進行研制的報道[12]，但地皮菜處理工藝相對復雜。此次試驗選用面粉、地皮菜、黃油、雞蛋和白砂糖作為原料制作地皮菜酥性餅干，并利用Box-Behnken響應面試驗設計進行優(yōu)化，得到地皮菜餅干的最佳加工工藝，為地皮菜綜合利用和開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

地皮菜（青海海東市綠品源商貿(mào)有限公司）；低筋面粉（濰坊風箏面粉有限公司）；白砂糖（北京廚大媽食品集團有限公司）；黃油（上海楓未實業(yè)有限公司）；雞蛋（市售）。

1.2 儀器與設備

KC-130小型粉碎機（浙江武義鼎藏日用金屬制品廠）；KF-C家用烘焙稱（美的集團有限公司）；T1-108B烤爐（寧波新芝生物科技股份有限公司）；DHG-9055A電熱鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；搟面杖、烘焙紙、模具等。

1.3 方法及操作

1.3.1 工藝流程

原輔料料預處理→輔料預混→面團調(diào)制→醒發(fā)→餅干成型→烘烤→冷卻→成品

1.3.2 操作要點1

原料預處理：將地皮菜洗凈晾干（或烘干），粉碎，過0.250 mm（60目）孔徑篩備用；黃油用熱水化開備用。

輔料預混：將雞蛋打入攪拌機中，打開攪拌機，每隔1 min依次加入白砂糖、水和黃油。

面團調(diào)制：將地皮菜粉與面粉混合均勻，將混合好的輔料加入面粉中，邊加入邊攪拌。全部加入后，揉面團10～20 min，以揉至面團表面光滑為宜。

醒發(fā)：將揉好的面團用保鮮膜包好，在常溫下醒發(fā)10 min。

餅干成型：醒發(fā)好的面團用搟面杖搟成0.5 cm厚的面餅，用餅干模具均勻地從面餅上印出形狀各異的餅干坯。

烘烤冷卻：將成型的餅干坯均勻鋪在烤盤上，按設置好的條件進行烘烤。烘烤結(jié)束后室溫下冷卻后包裝。

1.3.3 單因素試驗設計[13-15]

經(jīng)預試驗確定地皮菜餅干的基礎配方：低筋面粉30 g，地皮菜粉末5 g，黃油7.5 g，白砂糖6 g，雞蛋2個（約100 g），水適量。以餅干感官評分為評價指標，分別考察地皮菜添加量（5，8，11，14和17 g）、黃油添加量（5.5，7.5，9.5，11.5和13.5 g）、白砂糖添加量（6，9，12，15和18 g）和烘焙條件（條件1：底火180 ℃，面火200 ℃，烘烤12 min；條件2：底火200 ℃，面火180 ℃，烘烤12 min；條件3：底火180 ℃，面火200 ℃，烘烤15 min；條件4：底火200 ℃，面火180 ℃，烘烤15 min）對地皮菜餅干品質(zhì)的影響。

1.3.4 地皮菜餅干響應面優(yōu)化試驗設計

在單因素試驗基礎上進行Box-Behnken試驗設計，以地皮菜添加量、白砂糖添加量和黃油添加量三個因素為自變量，以感官評分為響應值，設計響應面試驗，各因素水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素水平表 單位：g

1.3.5 地皮菜餅干感官評價標準

以地皮菜餅干的色澤、口感、風味、組織狀態(tài)和外觀五項質(zhì)量指標作為感官評定項目[16-17]。評定小組選取10名具有相關專業(yè)背景的評價員，拿出有編號的餅干讓評價員觀察品嘗，品嘗前需用清水漱口，品嘗完餅干后仍需用清水漱口，第一塊餅干與下一塊餅干品嘗的時間間隔要大于2 min，重復3次，給出感官評價，取平均值。感官評價標準如表2所示。

表2 地皮菜餅干感官評價標準

.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)運用Office Excel軟件進行分析和處理，p＜0.05表示差異顯著，p＜0.01表示差異極顯著。響應面試驗的數(shù)據(jù)處理采用Design-Expert 12軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 地皮菜添加量對餅干感官品質(zhì)的影響

地皮菜顏色翠綠、氣味獨特，加入餅干中會賦予餅干特殊的顏色和獨特的風味，地皮菜粉末會讓餅干有獨特的顆粒感，使餅干的口感層次更豐富。地皮菜添加量對餅干感官品質(zhì)的影響如圖1所示。

圖1 地皮菜添加量對餅干品質(zhì)的影響

由圖1可知：地皮菜餅干感官評分隨地皮菜添加量先上升后下降。在30 g面粉、2個雞蛋的情況下，當?shù)仄げ颂砑恿繛? g時，地皮菜的風味不足，餅干感官評分為90.1分；當?shù)仄げ颂砑恿繛? g時，地皮菜餅干的口感最好，感官評分最高達到94.3分；隨著地皮菜添加量繼續(xù)增加，地皮菜餅干感官評分隨之逐漸下降，這是因為隨著地皮菜添加量的增多，餅干更容易焦糊，硬度增大，且地皮菜的顆粒感太重，同時減少餅干的酥脆感，影響地皮菜餅干的口感。所以地皮菜添加量選擇8 g最為適宜。

2.1.2 白砂糖添加量對餅干感官品質(zhì)的影響

白砂糖是一種常見的調(diào)味品，可以豐富餅干的口感，賦予餅干甜味，保持餅干中的水分，并且有一定的防腐保質(zhì)功能。糖在烘烤中會與氨基酸類成分發(fā)生焦糖化反應，使餅干具有獨特的焦糖味，色澤也更加誘人[18]。白砂糖添加量對餅干品質(zhì)的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2 白砂糖添加量對餅干品質(zhì)的影響

由圖2可知：地皮菜餅干感官評分隨白砂糖添加量先上升后下降。在30 g面粉、2個雞蛋的情況下，當白砂糖添加量為6 g時，餅干甜度太小，地皮菜的氣味過于濃厚，掩蓋了餅干本身的香氣，餅干感官評分為93.1分；當白砂糖添加量為9 g時，地皮菜餅干甜度適宜，口感最好，感官評分最高達到95.7分；隨著白砂糖的添加量繼續(xù)增加，地皮菜餅干甜度變大，口感甜膩，地皮菜的獨特香味被掩蓋，感官評分隨之下降。綜合評定，白砂糖添加量選擇9 g為宜。

2.1.3 黃油添加量對餅干感官品質(zhì)的影響

黃油營養(yǎng)豐富，可以增加餅干的酥脆性，賦予餅干特殊甜香味，也可以輕微改變餅干的色澤，使餅干的口感更加豐富。黃油添加量對餅干品質(zhì)的影響結(jié)果如圖3所示。

圖3 黃油添加量對餅干品質(zhì)的影響

由圖3可知：地皮菜餅干感官評分隨黃油添加量先上升后下降。在30 g面粉、2個雞蛋的條件下，當黃油的添加量為9.5 g時，餅干的感官評分最高達到97.4分。當黃油添加量過低時，地皮菜餅干組織粗糙，不夠酥脆，餅干香氣也不夠明顯；當黃油添加量過高時，餅干易碎，組織松散，口感油膩，黃油的甜香味掩蓋了地皮菜本身的青草香味，影響了餅干的口感，且不利于健康[16]。因此黃油的最適添加量在9.5 g左右。

2.1.4 烘烤條件對餅干感官品質(zhì)的影響

烘烤條件對餅干的感官品質(zhì)也有較大的影響，其結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出：當?shù)谆馂?00 ℃，面火溫度為180 ℃，烘烤12 min時，地皮菜餅干的感官評分最高，為95.2分，此時餅干的品質(zhì)最好，色澤暗綠，斷面疏松多孔，口感良好，硬度適中。當烘烤12 min，底火180 ℃，面火200 ℃時，地皮菜餅干色澤為暗綠色，硬度適中，但內(nèi)部有部分夾生的情況。在烘烤時間15 min的條件下，底火180 ℃，面火200 ℃，餅干外部呈輕微焦黃色，過硬過干；底火200 ℃，面火180 ℃，餅干外部焦黃，并有難聞焦糊味。因此，烘烤條件選擇底火溫度200 ℃、面火溫度180 ℃、烘烤時間12 min。

圖4 烘焙條件對餅干品質(zhì)的影響

2.2 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果

2.2.1 響應面試驗結(jié)果與方差分析

以 Design-Expert 12軟件作為數(shù)據(jù)擬合和處理工具，進行響應面試驗設計。在單因素試驗的基礎上，以感官評分為響應值，選取地皮菜添加量（A）、黃油添加量（B）和白砂糖添加量（C）進行三因素三水平響應面優(yōu)化試驗，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 響應面分析試驗方案與結(jié)果

利用Design-Expert 12軟件將試驗數(shù)據(jù)進行處理，得出以感官評分為目標函數(shù)的二次多項回歸方程：感官評分Y=96.56-0.075A-0.15B+0.30C+0.275AB-0.275AC-0.675BC-1.04A2-1.69B2-1.79C2。式中，A、B、C分別為地皮菜、黃油和白砂糖的添加量。

利用Box-Behnken響應面分析法對地皮菜餅干擬合的回歸方程進行方差和顯著性分析，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，p值＜0.05，表示模型具有顯著性，且失擬項不顯著（p=0.170 6＞0.05），說明預測值與試驗值相關，該回歸方程對數(shù)據(jù)進行了較好擬合，可以用該模型分析和預測地皮菜餅干的感官評分結(jié)果。對模型回歸方程系數(shù)的顯著性試驗表明一次項A、B、C及二次項AB、AC、BC對感官評分影響不顯著（p＞0.05），二次項A2對感官評分的影響顯著（p＜0.05），二次項B2、C2對感官評分有極顯著的影響（p＜0.01）。另外，通過比較該模型各因素的F值的大小，判定各因素的主次關系：F值越大，則該因素對試驗結(jié)果的影響越大，所以對地皮菜餅干的感官評分的影響因素主次順序為C＞B＞A（白砂糖添加量＞黃油添加量＞地皮菜添加量）。

表4 回歸方程的方差分析

2.2.2 響應面分析

響應面3D曲面變化及等高線圖能夠反映因素的交互作用，3D曲面圖越陡峭，說明各因素對感官評分的影響越顯著，等高線圖橢圓形表示交互作用顯著，接近圓形表示交互作用不顯著。響應面的3D圖和等高線圖結(jié)果如圖5所示。

圖5是響應面試驗交互作用結(jié)果3D圖，體現(xiàn)了地皮菜添加量、黃油添加量和白砂糖添加量任意一個變量不變時，其余兩個變量交互作用對地皮菜餅干感官評分的影響。感官評分與三個因素之間均呈開口向下的拋物線關系，說明在試驗選用的取值范圍內(nèi)，存在最佳點，可使感官評分達到最大值。從響應面曲面圖的坡度及等高線圖的形狀來看，BC兩因素交互作用的響應面曲面圖最陡峭、等高線圖呈橢圓形，說明BC兩因素對感官評分的影響最大，AC兩因素對感官評分的影響與AB兩因素對感官評分的影響基本相同，C對地皮菜餅干品質(zhì)的影響比A、B更大，這與上述方差分析的結(jié)果一致。

圖5 各因素交互作用對餅干感官評分影響的曲面圖和等高線圖

2.3 最佳試驗配方的確定及驗證性試驗

通過Box-Behnken試驗所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，利用Design-Expert 12軟件處理得到的結(jié)果顯示，地皮菜添加量為7.82 g、黃油添加量為9.36 g、白砂糖添加量為9.30 g時感官評分值最高，為96.58分?？紤]到實際操作性，將試驗條件修改為地皮菜添加量7.9 g、黃油添加量9.4 g、白砂糖添加量9.3 g，在此條件下進行3次平行試驗，得到的感官平均分為96.7分，與預測值較接近，得到的地皮菜餅干色澤鮮艷，具有地皮菜特有的漂亮的綠色，質(zhì)地均勻，口感酥脆，具有地皮菜的特殊口感和風味，測定結(jié)果穩(wěn)定，試驗結(jié)果可靠。說明回歸方程具有較高的準確性，有一定的實用價值。

3 結(jié)論

以感官評價為指標，在單因素試驗的基礎上，采用響應面Box-Behnken試驗設計優(yōu)化地皮菜餅干加工工藝，得出地皮菜餅干的最佳工藝。最佳烘焙條件為底火溫度200 ℃、面火溫度180 ℃、烘烤時間12 min；地皮菜餅干的最佳配方為低筋面粉30 g、雞蛋2個、地皮菜添加量7.9 g、黃油添加量9.4 g、白砂糖添加量9.3 g。此條件下得到的地皮菜餅干色澤鮮艷，具有地皮菜特有的漂亮的綠色，質(zhì)地均勻，口感酥脆，具有地皮菜的特殊口感和風味。地皮菜餅干富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，如膳食纖維、必需氨基酸等，對維持人體健康有一定幫助作用，符合當代人對健康的需求，地皮菜餅干既擴大了地皮菜的應用，也豐富了餅干的品種，符合餅干未來的發(fā)展方向。