響應面法優化胡蘿卜曲奇餅干制作工藝的研究

潘旭琳，劉曉慧，2，宋麗冉

（1.黑龍江八一農墾大學 食品學院，黑龍江 大慶163319；2.浙江智泓科技有限公司，浙江 嘉興314117）

胡蘿卜，又稱土人參、長壽菜，富含營養成分，既有醫藥價值又有食療價值，尤其所富含的胡蘿卜素，是人體維A的重要來源物質[1]。其中，β-胡蘿卜素有防癌抗癌、降血壓、保護心腦血管、預防粥狀動脈硬化、調節血糖、提高免疫力、防過敏、促消化等功效[2-3]，還可以抑制幽門螺旋桿菌的生長及其引起的胃炎[4]。目前，胡蘿卜的食用方法還是以餐桌為主，另外也可加工成飲料、酸奶、醬泥、胡蘿卜脯、胡蘿卜花色腸、脫水干制品、胡蘿卜粉及胡蘿卜保健酒等[5]，在面食上的應用主要是應用于蔬菜掛面的制作中。但因胡蘿卜特有的味道，在應用上還有很多局限。

餅干作為速食食品，攜帶、食用都很方便。傳統的餅干有小食餅干、夾心餅干、曲奇餅干等。隨著人們生活水平的提高，餅干市場的需求呈增長趨勢，消費需求也更加多元化，各種蔬菜餅干、雜糧餅干、高鈣餅干和其他具有保健功能的餅干等都有研究報道[6-9]。曲奇餅干口感疏松、香味濃郁，深受消費者喜愛，在前人的研究中，添加了蔬菜、雜糧、藥食同源等成分或其他特殊類型的曲奇餅干的研制已經被報道[10-14]，而添加胡蘿卜成分的曲奇餅干制作卻鮮有報道，因此具有研究探索的價值。以胡蘿卜粉與低筋面粉為原料，按照一定配比混合成混粉，添加白砂糖、黃油、雞蛋液，通過感官評分，并結合硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性的測定，應用響應面法優化制作工藝，探究胡蘿卜曲奇餅干的最佳工藝配方，以及將胡蘿卜應用于曲奇餅干制作的新途徑，以期將來再延伸應用于普通的餅干、蛋糕、面包等的制作中。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 試驗材料

胡蘿卜粉，興化市良知食品有限公司提供；黃油，浙江金澳藝發食品科技有限公司提供；低筋面粉、白砂糖、雞蛋，均為市售。

1.1.2 試驗設備

XYF-K型遠紅外線食品烤爐，廣州紅菱電熱設備有限公司產品；TMS-PRO型食品物性分析儀（質構儀），美國FTC公司產品；刮刀、裱花袋、圓形模具等。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

胡蘿卜粉、面粉過80目篩，混勻成混粉，黃油室溫下軟化30 min，雞蛋液打碎攪勻，濾出泡沫，與混粉混合均勻，裱花袋擠壓成型，烤箱上、下火均為170℃，預熱3min，放入曲奇餅干，烤制10 min后，上火調至150℃，再烤制20 min，取出，冷卻后再裝袋。

1.2.3 試驗方案設計

胡蘿卜粉和低筋面粉混合成混粉，分別研究胡蘿卜粉和低筋面粉的混合比例、白砂糖、黃油、雞蛋液的用量對胡蘿卜曲奇餅干的感官及硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性等指標的影響，通過響應面法進行制作工藝優化。但因目前國家標準或法規中還沒有質構標準，尚且無法科學量化評價，因此測定的指標作為配合感官評定的參考指標[15-16]。

（1）單因素試驗。①胡蘿卜粉、低筋面粉混粉比例的確定。在50 g的混粉中，設置胡蘿卜粉與低筋面粉質量配比分別為1.5∶8.5，2.0∶8.0，2.5∶7.5，3.0∶7.0，3.5∶6.5，固定白砂糖用量15 g，黃油用量35 g，雞蛋液用量15 g，進行單因素試驗，根據表1的感官評分進行評價，用質構儀進行指標測定，以確定50 g混粉中胡蘿卜粉和低筋面粉的最佳比例。②白砂糖用量的確定。在50 g的混粉中，設置白砂糖用量分別為9，12，15，18，21 g，固定胡蘿卜粉與低筋面粉質量配比3.0∶7.0，黃油用量35 g，雞蛋液用量15 g，進行單因素試驗，根據表1的感官評分進行評價，用質構儀進行指標測定，以確定50 g混粉中白砂糖的最佳用量。③黃油用量的確定。在50 g的混粉中，設置黃油用量分別為25，30，35，40，45 g，固定胡蘿卜粉與低筋面粉質量配比3.0∶7.0，白砂糖用量15 g，雞蛋液用量15 g，進行單因素試驗，根據表1的感官評分進行評價，用質構儀進行指標測定，以確定50 g混粉中黃油的最佳用量。④雞蛋液用量的確定。在50 g的混粉中，設置雞蛋液用量分別為5，10，15，20，25 g，固定胡蘿卜粉與低筋面粉質量配比3.0∶7.0，白砂糖用量15 g，黃油用量35 g，進行單因素試驗，根據表1的感官評分進行評價，用質構儀進行指標測定，以確定50 g混粉中雞蛋液的最佳用量。

（2）響應面法優化試驗。通過單因素試驗確定的最佳配比和最佳用量，以混粉比例、白砂糖、黃油、雞蛋液4個因素作為自變量，分別以X1、X2、X3、X4表示，進行響應面法優化試驗。

因素與水平設計見表1。

表1 因素與水平設計

1.2.4 評定方法

（1）感官評定。由12名具有豐富食品方面知識的評分者從口感、色澤、風味、組織結構等方面對胡蘿卜曲奇餅干進行感官評定，參照QB 1433.5—92《餅干-曲奇餅干》結合胡蘿卜風味制定評定標準。

感官評定標準見表2。

表2 感官評定標準

（2）指標測定。使用食品物性分析儀進行硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性測定。選取100 N力量感應元，圓柱型探頭。參數設置：探頭上升為25 mm，檢測前后速度均為60 mm/min，起始力為1.5 N，形變量為25%，每組測定3個樣品，結果取其平均值。

1.2.5 數據處理

采用SAS 8.2軟件進行響應面優化模型的建立和數據分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 混粉質量配比對胡蘿卜曲奇餅干的影響

混粉質量配比對感官評分的影響見圖1，混粉質量配比對硬度、彈性的影響見圖2，混粉質量配比對膠黏性、咀嚼性的影響見圖3。

圖1 混粉質量配比對感官評分的影響

圖2 混粉質量配比對硬度、彈性的影響

圖3 混粉質量配比對膠黏性、咀嚼性的影響

胡蘿卜粉的添加是為了在傳統曲奇餅干里增加有益于人們身體健康的成分，理論上添加越多越好，但由于胡蘿卜特有的氣味，過多添加胡蘿卜粉會影響到感官評分。由圖1可知，當胡蘿卜粉與低筋面粉質量配比為3.0∶7.0時，胡蘿卜曲奇的感官評分最高，制得的胡蘿卜曲奇口感酥脆，顏色呈金黃色。由圖2可知，隨著胡蘿卜粉用量增加，胡蘿卜曲奇餅干的硬度先略升高后持續降低，可能是因為胡蘿卜粉面筋蛋白的含量低，使面團結構疏松，降低了硬度[17]，這與盧智等人[18]利用質構儀分析復合果蔬曲奇的結果相吻合。彈性呈逐漸上升趨勢，彈性適中有助于良好的口感，且曲奇餅干不易碎。由圖3可知，膠黏性和咀嚼性同樣略呈現上升趨勢，適當的膠黏性對曲奇餅干的質地有著一定的改善作用[19]，咀嚼性反映了咀嚼時需要的能量，但并非越低越好，入口即碎并不能獲得高的感官評分。人體對于食物的感官享受是個復雜的神經反射和心理感受的過程，硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性并不能夠完全模擬出口腔對食物的感官反應[20]，但能夠看出，一般硬度低的評分會較高，呈負相關，可見酥松還是符合大眾的口感需求。綜合考慮，確定胡蘿卜粉與低筋面粉的最佳質量配比為3.0∶7.0。

2.1.2 白砂糖用量對胡蘿卜曲奇餅干的影響

白砂糖用量對感官評分的影響見圖4，白砂糖用量對硬度、彈性的影響見圖5，白砂糖用量對膠黏性、咀嚼性的影響見圖6。

圖4 白砂糖用量對感官評分的影響

白砂糖是曲奇餅干的甜味劑，在烘烤的過程中發生美拉德反應，產生焦糖香氣和誘人的色澤。由圖4可知，當用量為15 g時，此時其口感酥松、色澤均勻、甜度適中，當白砂糖用量過高時，味道過于甜膩，反而掩蓋了曲奇本身的香氣，面團軟黏，餅干顏色也會變成深褐色。由圖5可知，白砂糖用量為9～15 g時，硬度略有增加，當超過15 g以后，硬度增幅較大，對曲奇餅干的口感影響較大，這主要是因為白砂糖在烘烤過程中發生焦糖化，導致曲奇發硬，白砂糖對硬度的影響較大[21]。彈性受白砂糖用量的影響不大，隨著用量的增加，彈性略有增加，但用量超過18 g，產品會出現塌陷現象，由圖6可知，超過18 g以后，膠黏性和咀嚼性都增加較大，且過高的糖分發生的焦糖化會使感官變差。綜合考慮，確定最佳白砂糖用量為15 g。

圖5 白砂糖用量對硬度、彈性的影響

圖6 白砂糖用量對膠黏性、咀嚼性的影響

2.1.3 黃油用量對胡蘿卜曲奇餅干的影響

黃油用量對感官評分的影響見圖7，黃油用量對硬度、彈性的影響見圖8，黃油用量對膠黏性、咀嚼性的影響見圖9。

圖7 黃油用量對感官評分的影響

圖8 黃油用量對硬度、彈性的影響

圖9 黃油用量對膠黏性、咀嚼性的影響

黃油中脂類氧化降解產生的酮類物質是曲奇餅干的香氣的主要供應物質[21]。由圖7可知，在黃油用量不斷增加時，感官評分出現了先上升后下降的趨勢，黃油用量過低，曲奇餅干口感硬，不夠酥松，隨著用量增加，硬度持續下降，黃油的用量對硬度的影響較大，圖8的硬度值變化曲線說明了這一點，曲奇的硬度隨黃油用量的增多呈現了明顯的下降趨勢，彈性呈先下降后上升，可見適量的黃油可以使餅干松軟適度。但黃油用量過多時，面團黏性弱，不易定型，花紋不清晰，發生塌陷，餅干過酥，入口即碎，使感官變差，圖9的膠黏性和咀嚼性都體現了這一點。故適當的黃油用量可使得曲奇的硬度適中，彈性更符合咀嚼的舒適度，結合感官評分、硬度及彈性。綜合考慮，確定最佳黃油用量為35 g。

2.1.4 雞蛋液用量對胡蘿卜曲奇餅干的影響

雞蛋液用量對感官評分的影響見圖10，雞蛋液用量對硬度、彈性的影響見圖11，雞蛋液用量對膠黏性、咀嚼性的影響見圖12。

圖10 雞蛋液用量對感官評分的影響

由于加入了黃油，油脂含量高，雞蛋液當中的卵磷脂可以使面團當中的油脂以乳化狀態分散均勻，防止油脂“走油”[22]，而且適量的蛋液能增加曲奇的蓬松度，但雞蛋液用量過多，會因蛋腥味影響風味，蛋液里的蛋白質發生美拉德反應，使顏色加深[23]，且會掩蓋胡蘿卜和曲奇餅干特有的香氣。由圖10可知，感官評分先升后降，雞蛋液用量為15 g時，感官評分最高。由圖11可知，雞蛋液可以降低硬度，增加曲奇餅干的酥松程度，增加彈性，但口感過于疏松會影響結構的完整，導致感官變差。由圖12可知，膠黏性和咀嚼性都隨著雞蛋液用量的增加而出現了較為明顯的增長趨勢，添加雞蛋液可以增強面團黏力，易于定型，從而影響了曲奇的咀嚼性和膠黏性。綜合考慮，確定最佳雞蛋液用量為15 g。

圖11 雞蛋液用量對硬度、彈性的影響

圖12 雞蛋液用量對膠黏性、咀嚼性的影響

2.2 響應面優化試驗結果與分析

試驗安排及試驗結果見表3。

表3 試驗安排及試驗結果

采用SAS 8.2統計軟件對感官評分進行響應面回歸分析（RSREG），以確定最佳配方。

回歸方程的方差分析見表4，回歸方程各項的方差分析見表5。

由表4、表5可知，二次回歸模型的F值為9.16，p＜0.01，大于0.01水平上的F值，失擬項的F值為3.26，大于0.01水平上的F值，p值為0.102 2，p＞0.05，該模型擬合結果好，一次項、二次項和交互項的F值均大于0.01水平上的F值，說明對產品感官評分有極顯著的影響。

表4 回歸方程的方差分析

表5 回歸方程各項的方差分析

二次回歸模型參數見表6。

由表6可知，各因素對產品感官影響顯著，胡蘿卜粉∶低筋面粉的影響顯著，p＜0.05；白砂糖、黃油、雞蛋液的用量影響極顯著，p＜0.01；黃油和雞蛋液的用量有交互作用，p＜0.01。以產品感官評分為Y值，得出以胡蘿卜粉∶低筋面粉、白砂糖、黃油、雞蛋液編碼值為自變量的四元二次回歸方程為：

優化后的制備工藝及感官評分見表7。

表7 優化后的制備工藝及感官評分

感官評分最高時的混粉質量配比為3.25∶6.75，白砂糖15.34 g，黃油38.21 g，雞蛋液11.45 g，該條件下得到的最大評分為90.40分。

2.3 驗證試驗結果

驗證試驗結果見表8。

表8 驗證試驗結果

按照最優值進行驗證試驗，重復3次。由表8可知，產品感官的評分為90±1分，驗證值與理論值90.40分非常接近，相對偏差不超過5%，重現性良好。結果表明，該模型能較好地反映出制備胡蘿卜曲奇餅干的工藝條件。

3 結論

以胡蘿卜粉、低筋面粉為原料，按照質量配比制成混粉，添加白砂糖、黃油、雞蛋液，響應面法對感官評分進行分析，優化工藝配方，模型擬合程度較高，結合硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性等指標，得到胡蘿卜曲奇餅干最佳工藝條件為胡蘿卜粉與低筋面粉質量配比為3.25∶6.75，在50 g混粉中，白砂糖用量15.34 g，黃油用量38.21 g，雞蛋液用量11.45 g，烘烤溫度為上下火170℃，烤制10 min，上火調至150℃，再烤制20 min，在此條件下制作出的胡蘿卜曲奇餅干顏色褐黃、外形完整，口感酥松，有胡蘿卜甜香氣味，無蛋腥味。