響應面優化瓜蔞酥性餅干加工工藝

徐海祥，李志方，朱倩，孫官香

江蘇農牧科技職業學院（泰州 225300）

瓜蔞為葫蘆科植物栝樓（Trichosanthes kirilowiiMaxim）或雙邊栝樓（Trichosanthes rosthorniiHarms）的干燥成熟果，瓜蔞作為藥食同源的植物果實，具有清熱化痰、利氣寬胸的功效，可用于痰熱咳嗽、胸悶肋痛等癥[1]。現代研究表明，瓜蔞含有有機酸、油脂、黃酮及其苷類、糖類、氨基酸、生物堿、甾醇及甾醇苷類等生物活性成分，具有擴張冠狀動脈、增加冠狀血流量、提高心肌耐缺氧能力、抑制血小板聚集、降低膽固醇、抗菌、抗腫瘤、抗疲勞、治療胃潰瘍等藥理活性[2]。瓜蔞皮對治療高血壓合并性心肌缺血、急性心肌缺血等癥狀均有幫助[3]。近年來，在我國功能性餅干類休閑食品得到迅速發展，研究探討瓜蔞粉在餅干類休閑食品中的應用，對于豐富市場餅干類食品的花色品種及增加餅干的營養價值和保健功能方面具有重要意義。

以瓜蔞作為食材研究對象的文獻相對較少，已報道文獻主要以瓜蔞作為中藥材原料進行的藥用價值的研究。胡鵬麗等[4]研制一種瓜蔞子山藥酸奶；葉雨琛等[5]探討桔香風味休閑瓜蔞子的制作工藝關鍵技術。但文獻報道及市場上尚未見有瓜蔞在餅干類烘焙產品中的應用研究。試驗將瓜蔞粉添加到酥性餅干配方中，考察對其感官品質、質構特性、色澤、酥脆性等品質的影響，以期為瓜蔞粉在酥性餅干加工中的實際應用提供參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

瓜蔞粉（安徽亳州亳徽草本堂）；低筋面粉（五得利面粉集團有限公司）；綿白糖、起酥油、雞蛋、食鹽、小蘇打（泰州市金之榮食品原料有限公司）。

1.2 儀器與設備

H K-8 6 0磨粉機（廣州旭眾食品機械有限公司）；7L打蛋機[研麥食品機械（上海）有限公司]；HY44三層6盤烘烤箱（青島源麥機械設備有限公司）；SZH-20和面機（廣州旭眾食品機械有限公司）；YMZD-350型壓面機（廣州旭眾食品機械有限公司）；JE2002GE電子天平（美國梅特勒-托利多公司）；WSC-S全自動測色色差儀（上海儀電物理光學儀器有限公司）；TAXT Plus食品物性測試儀（英國 Stable Micro Systems公司）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

原輔料預處理→面團調制→搟壓→成型→烘烤→冷卻→包裝→成品

1.3.2 基本配方[6]

以低筋面粉100 g為基準，瓜蔞粉8 g，綿白糖30 g，起酥油20 g，雞蛋17 g，小蘇打1 g，食鹽0.2 g，純凈水5 g。

1.3.3 操作要點

1.3.3.1 原輔料預處理[7]

將購置的瓜蔞粉放入磨粉機中粉碎至粒徑0.150 mm（100目），存放密封袋中備用。將稱量好的起酥油放入打蛋機高速打發，將蛋液分2次加入其中一起打發至乳白色。將其余稱量好的綿白糖、小蘇打及食鹽用純凈水溶解后依次加入，進行攪打，使其充分混合、乳化，形成均勻的乳濁液，備用。

1.3.3.2 面團調制[8]

將面粉和瓜蔞粉經0.150 mm（100目）孔徑篩過篩后稱量，依次加入乳濁液中進行調粉，在調制過程中調粉速度控制在26 r/min，時間控制在8 min，以防止調粉時間長形成面筋。面團調制結束后，無需靜置，拉伸面團注意觀察會否出現回縮現象，若無回彈韌性即可進行搟壓操作。

1.3.3.3 搟壓成型[9]

將調制好面團用壓面機進行搟壓，搟壓至3 mm即可，通過模具印成餅干所需外形。

1.3.3.4 烘烤冷卻及包裝[10]

將制成的餅干坯放入刷過脫模油烤盤中，小心將烤盤放入已預熱至設定溫度的烤箱中烘烤規定時間，烤箱溫度設置為面火180 ℃、底火160 ℃，烘烤時間設置10 min，烘烤完成后，取出冷卻至室溫再包裝，以防水汽被封在包裝內影響品質，經檢驗合格即得瓜蔞酥性餅干成品。

1.3.4 試驗設計

在酥性餅干基本配方工藝基礎上，選取瓜蔞粉添加量、起酥油添加量、綿白糖添加量及烘烤時間作為影響瓜蔞酥性餅干品質研究因素[11]。以成品的感官品質、質構特性及色差參數為評價指標，以低筋面粉100 g為基準，各因素分別設定6個梯度，經單因素試驗并采用響應面分析法對瓜蔞粉添加量、起酥油添加量、綿白糖添加量及烘烤時間進行選擇優化，確定成品最佳的配方工藝。

在單因素試驗結果的基礎上，分別選取瓜蔞粉添加量、起酥油添加量、綿白糖添加量及烘烤時間的較優工藝參數，以瓜蔞酥性餅干成品感官得分為評價指標，利用Design Expert軟件中的響應面試驗設計法，對影響瓜蔞酥性餅干感官品質的瓜蔞粉添加量、起酥油添加量、綿白糖添加量及烘烤時間4個因素進行響應面試驗分析，優化瓜蔞酥性餅干的配方及工藝條件[12]。響應面試驗因素水平編碼值見表1。

表1 響應面因素水平

1.3.5 瓜蔞酥性餅干感官品質評價標準及指標檢測

1.3.5.1 感官品質評價標準

隨機選取10名經過專業培訓的評鑒員組成感官品質評價小組，在加工完成的瓜蔞酥性餅干試樣中，每個試樣隨機從中抽取10塊，按照感官指標評分標準要求進行評分，總分為100分，去掉1個最高分和1個最低分，其余取平均值作為該試樣的最終感官得分。評分標準如表2所示[13]。

表2 感官品質評分標準

1.3.5.2 瓜蔞餅干物性特性分析（TPA）[14]

利用質構儀，采用直徑2 mm的柱形探頭和帶孔的平臺，測定條件：測前速率1.0 mm/s、測試速率0.5 mm/s、測后速率0.5 mm/s、2次壓縮之間停留時間5 s、形變程度40%、觸動力5 gf。每個樣品測定3次，取平均值。由質構儀測定分析得到樣品物性特性參數。

1.3.5.3 瓜蔞餅干色澤分析[15]

利用WSC-S型全自動測色色差儀分別測定餅干表面色差，記錄結果中的L*、a*、b*值，其中：L*代表亮度，L*值越大代表色澤越白，反之越暗；a*、b*代表不同色彩的不同偏向（+a*代表偏紅、-a*代表偏綠、+b*代表偏黃、-b*代表偏藍）。每組試樣重復測定3次，取其平均值。

1.3.5.4 成品質量檢測

根據GB 7100—2015《食品安全國家標準 餅干》[16]要求，對經試驗確定最優工藝制作的瓜蔞酥性餅干進行各項指標檢測，具體檢測方法詳見GB 5009.227—2016，GB 5009.229—2016，GB 4789.1—2016，GB 4789.2—2016，GB 4789.3—2016和GB 4789.15—2016。

2 結果與分析

2.1 瓜蔞粉添加量對成品品質的影響

2.1.1 瓜蔞粉添加量對成品感官品質的影響

根據圖1可知，6種試樣感官得分在88.53～96.47分之間，與瓜蔞粉零添加的對照樣相比，瓜蔞粉的添加可以改善成品整體的感官品質。瓜蔞粉在0～12 g的低添加量時感官品質上升，對成品感官品質提升有一定的促進作用。瓜蔞粉在12～20 g的高添加量時感官得分呈下降趨勢，即當瓜蔞粉添加超過一定量后，對成品的感官品質有一定的不良影響。這可能是因為適量瓜蔞粉添加到低筋粉中，在調制面團時形成的立體交織網狀結構是一種非面筋結構，添加適量的瓜蔞粉可提高面團結合水的能力，但不會引起面團的收縮與變形，并可適度限制面筋的形成，使面團具有良好的可塑性，改善面團的加工性能。瓜蔞粉添加量較多時，面團與水的結合能力下降，延展性及可塑性變差，導致成品感官品質降低[17]。經綜合感官得分及成本因素，確定瓜蔞粉添加量在8～12 g時，瓜蔞酥性餅干感官品質較優。

圖1 瓜蔞粉添加量對成品感官品質的影響

2.1.2 瓜蔞粉添加量對成品質構特性的影響

采用質構儀對瓜蔞酥性餅干的相關質構特性指標進行檢測，結果見表3。隨著瓜蔞粉添加量增加，瓜蔞餅干的硬度總體上呈現先降后升趨勢，脆性呈現先升后降趨勢，咀嚼性在一定范圍內出現上下波動，無明顯變化趨勢，內聚性呈現先降后升趨勢。瓜蔞粉添加量小于12 g時，餅干硬度、脆性及內聚性皆呈上升趨勢。瓜蔞粉添加量達到12 g時餅干的硬度、咀嚼性、酥脆性及內聚性均好于對照組。添加量大于12 g時成品的硬度及咀嚼性指標均高于對照組，成品品質變差[18]。因此初步確定瓜蔞粉較優添加量為12 g。

表3 瓜蔞粉添加量對成品TPA指標的影響

2.1.3 瓜蔞粉添加量對成品色差的影響

通過色差儀對成品的相關色差參數進行測定，結果見表4。隨著瓜蔞粉添加量的增加，色差L*值呈現下降趨勢，且L*值均小于對照組，說明瓜蔞粉能使成品色差逐步向暗色方向轉變。隨瓜蔞粉添加量增加，色差a*值總體呈現出上升的趨勢后期趨緩，且均大于對照組a*值，說明添加瓜蔞粉后成品的色差紅色逐漸加深。隨著瓜蔞粉添加量增加，色差b*值呈現先升后降趨勢，但均大于對照組b*值，說明隨著瓜蔞粉添加量增加，成品的色差黃色逐漸增加。這可能是由于成品中的糖類和蛋白質在烘烤過程中發生羰氨反應及焦糖化反應生成褐色物質，從而使成品表面色澤亮度L*值降低，紅度及黃度上升[19]。瓜蔞粉添加量12 g時，酥性餅干的b*值達到最大，這時餅干黃色最優，同時a*值紅色適中，呈現出比較誘人的色澤。與對照組比較，通過添加瓜蔞粉能增加酥性餅干的黃色和紅色色澤，因此綜合確定較優瓜蔞粉添加量為12 g。

2.2 起酥油添加量對成品感官品質的影響

由圖2可知，起酥油添加量小于25 g時，成品感官評分較低，口感較粗糙僵硬，內部組織結構及表面粗糙有氣泡，表面光澤較差，外形不佳。起酥油添加量高于25 g時，餅干胚較濕潤，不易成型，黏性及彈性較差，餅干口感較軟且油膩，易破碎。起酥油添加量為25 g時，感官評價得分最高，此時的餅干色澤均勻、呈金黃色，口感酥脆、不油膩，結構細密[20]。因此，從樣品的感官品質比較得出，適宜的起酥油添加量為20～30 g。

2.3 綿白糖添加量對成品感官品質的影響

由圖3可知，綿白糖添加量對瓜蔞酥性餅干的感官品質有明顯影響，因在面團調制過程中添加綿白糖能與面團中蛋白爭奪水分以阻止面筋的形成，從而避免成品口感堅硬或松軟。且綿白糖在焙烤中能發生焦糖化反應以及和餅干坯中蛋白質發生美拉德反應，能對成品起到增香、增甜、呈色的作用，產生誘人色澤及滋氣味，使成品達到期望的感官品質[21]。隨著綿白糖添加量逐漸增多，瓜蔞酥性餅干6種試樣的感官評價得分呈現先上升后下降的趨勢。綿白糖添加量小于35 g時，瓜蔞餅干甜味偏淡，色澤較發白，光澤較暗，餅干不易上色、口感較硬。綿白糖添加量大于35 g時，瓜蔞餅干的甜味逐漸增加，甜膩感較強，色澤過重，質地偏硬，因含糖量較多，色澤較深且口味過甜，容易產生甜膩感，導致成品感官品質下降。添加量為35 g時感官評價得分最高，此時瓜蔞餅干甜度適宜，色澤金黃有光澤，質地松脆。綜合考慮，較優的綿白糖添加量為30～40 g。

圖3 綿白糖添加量對成品感官品質的影響

2.4 烘烤時間對成品感官品質的影響

由圖4可知，隨著烘烤時間的增加，瓜蔞酥性餅干感官得分呈現先升高后降低趨勢。焙烤時間小于10 min時，成品表面呈不均勻的淡金黃色，花紋不清晰，斷面結構不完整，有明顯發白現象。焙烤時間大于10 min時，隨著焙烤時間的延長，餅干表面呈不均勻的黃褐色，有微變形、起泡及明顯焦糊現象[22]。當烘烤時間10 min時，餅干表面平整有光澤，呈金黃色，口感酥脆，內部結構細密均勻，感官得分亦最高。因此，從成品的感官品質得分比較得出，適宜的烘烤時間范圍為8～12 min。

圖4 烘烤時間對成品感官品質的影響

2.5 配方及工藝參數的響應面分析法優化

2.5.1 響應面試驗設計方案及結果

基于單因素試驗結果，根據Box-Behnken中心組合設計四因子三水平的響應面試驗[23]，如表5所示。

表5 響應面試驗設計與結果

利用Design-Expert 12軟件對影響瓜蔞酥性餅干感官得分的4個主要因素的中心組合試驗結果，進行二次多項式回歸擬合，得到響應值Y（感官得分）對影響瓜蔞酥性餅干感官品質的關鍵因素（A、B、C、D）的二次多項回歸模型：Y=97.6+1.65A+1.24B+ 0.858 3C+1.03D-0.525 0AB-0.025 0AC-0.900 0AD+ 0.050 0BC-1.40BD-0.25CD-4.03A2-4.02B2-1.87C2-2.81D2。

2.5.2 回歸模型方差分析

由表6回歸模型的方差分析表明，F值為40.56，P值＜0.000 1，表示該模型具有極顯著性差異。失擬項F值為3.53，且P值為0.117 5＞0.05，即方程失擬項表現不顯著，該模型回歸擬合良好。該模型R2=0.975 9，Radj2=0.951 9，表明該模型可用于分析和預測瓜蔞酥性餅干感官品質的評分[24]。由P值大小可知：A、B、A2、B2、C2、D2對瓜蔞酥性餅干的感官評分有高度顯著影響（P＜0.000 1）；C、D對瓜蔞酥性餅干的感官評分有極影響顯著（P＜0.001）；AD、BD對瓜蔞酥性餅干的感官評分有顯著影響（P＜0.05）。由F值大小可知，各因素對響應值的影響強弱的關系為瓜蔞粉添加量（A）＞起酥油添加量（B）＞烘烤時間（D）＞綿白糖添加量（C）。瓜蔞酥性餅干品質影響的各因素之間交互作用響應曲面圖如圖5所示。

表6 回歸模型的方差分析

圖5 各因素之間交互作用的響應面圖

由圖5可知，當起酥油添加量和綿白糖添加量均為零點時，瓜蔞粉添加量和烘烤時間兩者之間交互作用有一定的顯著性。烘烤時間不變，瓜蔞酥性餅干感官品質隨瓜蔞粉添加量增加呈現先升高后下降趨勢；瓜蔞粉添加量不變，成品感官品質隨烘烤時間的延長呈現先上升后下降趨勢，且變化幅度相對較大，曲面坡度較陡峭，說明瓜蔞粉添加量與烘烤時間的交互作用對瓜蔞酥性餅干感官品質的影響顯著。起酥油添加量與烘烤時間的交互作用對成品感官品質的影響亦顯著，這與方差分析結果一致[25]。同時，由等高線疏密程度可以判斷，瓜蔞粉及起酥油添加量對成品感官得分的影響皆大于烘烤時間。而其他因素相應交互項之間的交互作用對瓜蔞酥性餅干感官得分的影響不顯著。

2.5.3 瓜蔞酥性餅干最優配方工藝參數確定

根據瓜蔞酥性餅干的配方工藝參數試驗結果和回歸方程各項的方差分析，由Design-Expert 12軟件對回歸方程進行計算，得出瓜蔞酥性餅干的最佳配方及工藝條件：瓜蔞粉添加量13.57 g、起酥油添加量22.29 g、綿白糖添加量35.04 g、烘烤時間11.42 min。在此條件下，模型預測的感官得分為97.6分。

為驗證響應面分析法優化的瓜蔞酥性餅干最佳配方工藝條件的可靠性，此條件下進行3次驗證試驗，成品的感官得分分別為97.4，97.7和97.0分，平均感官得分為97.37分，其相對誤差不到1%，表明該模型擬合度好，與模型預測值接近，證實模型的有效性。同時測定樣品物性和色差指標。結果顯示，其硬度為22 106±128.37，脆性為7 957±158.73，內聚性為0.239±0.015，咀嚼性為276±15.58，色差L*值為57.552±1.278，a*值為5.436±1.672，b*值為38.483± 0.261，綜合指標優于瓜蔞粉零添加對照樣品。因此，瓜蔞酥性餅干的最佳配方工藝條件為瓜蔞粉添加量13.57 g、起酥油添加量22.29 g、綿白糖添加量35.04 g、烘烤時間11.42 min。

2.6 產品質量檢測結果

對照GB 7100—2015《食品安全國家標準 餅干》，經對樣品感官、理化、微生物、食品添加劑及污染物限量的檢測，結果均在標準限量范圍內。因此，瓜蔞酥性餅干產品各項指標均符合餅干國家標準的要求。

3 結論

以瓜蔞酥性餅干成品的感官品質、質構特性及色差參數為評價指標，在單因素試驗結果的基礎上，經響應面試驗優化配方工藝并經驗證試驗，得到最佳配方及工藝：以100 g低筋面粉基準，起酥油22.29 g，綿白糖35.04 g，瓜蔞粉13.57 g，小蘇打1 g，食鹽0.2 g，蛋液17 g，水5 g。烘烤溫度控制在面火180 ℃、底火160 ℃，焙烤11.42 min。經此工藝制成的成品感官得分為97.6分，硬度為22 106±128.37，脆性為7 957±158.73，內聚性為0.239±0.015，咀嚼性為276±15.58，色差L*值為57.552±1.278，a*值為5.436±1.672，b*值為38.483±0.261，綜合指標優于對照樣品。在此條件下制作的瓜蔞酥性餅干色澤金黃、口感酥脆，具有瓜蔞獨特風味，且具有瓜蔞的保健價值，產品質量指標符合國家標準規定。