響應面法優化紅薯蔓越莓復合餅干工藝

白海娜

（吉林化工學院 生物與食品工程學院，吉林吉林 132022）

紅薯中含維生素、膳食纖維等多種元素，營養豐富，被譽為營養最均衡的保健食品之一[1-2]。紅薯產品的加工符合當代食品工業快速發展的需求。近些年來，紅薯日益受到重視，出現各式各樣的紅薯食品，但紅薯加工技術還不成熟，未能得到充分開發[3]。因此，應大力開發紅薯相關食品，提高其產品加工層次，促進其發展。本研究以紅薯為主要原料，同時添加具有活性成分的蔓越莓[4-7]，研制紅薯蔓越莓復合餅干，在單因素實驗的基礎上，利用響應面分析法對配方進行優化，最終確定餅干的最佳配方。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅薯制泥（自制）（紅薯取除不能使用部分，清洗干凈，放入烤箱烘烤至熟，去皮取肉，搗碎成泥）；低筋面粉、黃油、白砂糖、雞蛋和蔓越莓干均為市售食品級。

1.2 儀器與設備

VH-11 型遠紅外食品烘爐，東莞燦烽食品機械有限公司；SZM-10 型攪拌機，濟南翔隆食品機械有限公司。

1.3 餅干制作流程

餅干制作工藝流程為紅薯泥→加入輔料→和成面團→醒發→造型切片→烘烤→成品[8-9]。

1.4 單因素實驗

實驗以100 g 低筋面粉制作紅薯蔓越莓復合餅干為研究目標，對黃油、白砂糖、紅薯泥和蔓越莓干4個因素進行單因素研究[10-12]，分析它們對餅干感官的影響。

1.4.1 黃油添加量設計

固定白砂糖40 g、紅薯泥60 g、蔓越莓干20 g的添加量，分別加入10 g、15 g、20 g、25 g 和30 g黃油進行感官評價，篩選出最佳的黃油添加量。

1.4.2 白砂糖添加量設計

固定黃油20 g、紅薯泥60 g、蔓越莓干20 g 的添加量，分別加入30 g、35 g、40 g、45 g 和50 g 白砂糖進行感官評價，篩選出最佳的白砂糖添加量。

1.4.3 紅薯泥添加量設計

固定白砂糖40 g、黃油20 g、蔓越莓干20 g 的添加量，分別加入50 g、55 g、60 g、65 g 和70 g 紅薯泥進行感官評價，篩選出最佳的紅薯泥添加量。

1.4.4 蔓越莓干添加量設計

固定白砂糖40 g、紅薯泥60 g、黃油20 g 的添加量，分別加入15 g、20 g、25 g、30 g 和35 g 蔓越莓干進行感官評價，篩選出最佳的蔓越莓干添加量。

1.5 紅薯蔓越莓復合餅干的響應面優化實驗

為了確定紅薯蔓越莓復合餅干的最佳配方，在單因素實驗基礎上，選取紅薯泥添加量、白砂糖添加量、黃油添加量和蔓越莓干添加量進行響應面優化實驗。響應面實驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面實驗因素與水平

1.6 感官評價

采用表2的評分標準[13]對餅干進行感官判定。

表2 感官評分表

1.7 統計分析

每組實驗分別做3 個平行，計算平均值與標準差。采用Origin 7.5 軟件繪制圖形。響應面分析采用Design Expert 7.0.0 軟件處理。

2 結果與分析

2.1 紅薯蔓越莓復合餅干研制的單因素結果

2.1.1 黃油添加量對餅干品質的影響

由圖1可知，黃油添加量在10～20 g 時，隨著黃油添加量的增多，餅干感官評分也隨之提高，在黃油添加量為20 g 時，餅干感官評分達到最高。隨著黃油添加量的繼續增加，感官評價分數開始下降。黃油添加量的增多，使餅干面團水分蒸發受到影響，導致烘烤的餅干過軟，不易成型，外形結構不規則。因此，選取最適黃油添加量為20 g。

圖1 黃油添加量對餅干品質的影響

2.1.2 白砂糖添加量對餅干品質的影響

由圖2可知，在白砂糖添加量在30～40 g時，隨著白砂糖添加量的增多，感官評分也隨之提高，在白砂糖添加量為40 g 時，餅干感官評分達到最高。隨著白砂糖添加量的繼續增加，餅干感官評分開始下降。白砂糖在餅干烘烤過程中會產生焦化作用，美化餅干的外觀、色澤。白砂糖添加量過少時，餅干顏色不夠美觀，但添加量過多時，餅干的表層會因美拉德反應而褐變，產生焦黃色，甚至焦糊；也會降低面團的彈性，使烘烤出來的餅干收縮變形。另外，白砂糖有滲透性，其較強的吸水性會影響面筋的脹潤度。因此，最適白砂糖的添加量為40 g。

圖2 白砂糖添加量對餅干品質的影響

2.1.3 紅薯泥添加量對餅干品質的影響

由圖3可知，隨著紅薯泥添加量的增加，餅干感官評分呈現先升高后降低趨勢。紅薯中有大量的膳食纖維、淀粉等多糖。當紅薯泥添加量過多時，在多糖的影響下，餅干容易出現顏色不均，易焦糊，口感僵硬的現象，導致感官品質下降。此外，紅薯泥添加量過高，還會影響面團的性質，使面團含水過多，難以成型，而且成本也會相應提高。因此，紅薯泥的最適添加量為60 g。

圖3 紅薯泥添加量對餅干品質的影響

2.1.4 蔓越莓干添加量對餅干品質的影響

由圖4可知，蔓越莓干添加量在15～25 g 時，隨著蔓越莓干添加量的增多，感官評價分數也隨之提高，當蔓越莓干添加量在25 g 時，餅干感官評分最高。當蔓越莓干添加量繼續增加時，餅干感官評分開始下降。蔓越莓干是粒狀輔料，在面團中的比重過大，會影響攪拌，顆粒感增加，影響組織結構，降低餅干的品質和口感。因此，蔓越莓干的最適添加量為25 g。

圖4 蔓越莓干添加量對餅干品質的影響

2.2 響應面優化實驗

2.2.1 響應面優化實驗結果

紅薯蔓越莓復合餅干的響應面實驗結果見表3。

表3 響應面實驗結果

2.2.2 響應面回歸模型方差分析

通過響應面分析法對表4進行二次回歸擬合分析，得到餅干各個因素的回歸方程為Y=97.00+0.51X1+0.53X2+0.73X3+0.48X4+0.01X1X2+0.26X1X3-5.00×10-3X1X4-0.30X2X3+0.29X2X4+0.18X3X4-1.03X12-0.90X22-0.74X32-0.87X42。利用Design Expert 7.0.0 軟件對實驗數據進行分析，結果見表4。

由表4可知，模型P＜0.000 1，說明該模型的差異是極顯著的；失擬項P=0.964 7 ＞0.05，失擬項不顯著，說明回歸方程擬合較好。通過Design-Expert 7.0 軟件分析得出回歸方程，進行回歸模型方差分析。由F檢驗可得影響餅干品質的因素主次順序依次為黃油添加量＞白砂糖添加量＞紅薯泥添加量＞蔓越莓干添加量。

表4 響應面回歸模型方差分析

2.2.3 響應面結果分析

等高線和3D 響應面圖可表明單個因素變量的實驗水平與響應值之間的關系，以及兩個單因素變量間的交互作用。由圖5響應面曲線可以看出，當紅薯泥X1、白砂糖X2、黃油X3和蔓越莓干X4取值較小時，效應面曲線較陡，說明4 個因素對餅干品質的影響較大。由圖5等高線可以看出，各因素之間交互作用并不顯著。

圖5 各因素交互作用對餅干品質影響的3D 響應面圖以及等高線圖

綜上，由響應面分析得出紅薯蔓越莓復合餅干的最佳配方為低筋面粉添加量100 g，紅薯泥添加量56.58 g，黃油添加量36.36 g，白砂糖添加量37.69 g，蔓越莓干添加量26.90 g，感官評分預測值為97.44 分。考慮到實驗的可操作性，將預測配方值進行調整，即低筋面粉添加量為100 g，紅薯泥添加量為56.5 g，黃油添加量為36.5 g，白砂糖添加量為37.5 g，蔓越莓干添加量為27.0 g，并進行實驗，得到餅干感官評分為97.98 分，與預測值接近，表明優化模型良好。

3 結論

本研究以紅薯泥、蔓越莓干為主要原料制作餅干。利用響應面分析法進行優化，獲得紅薯蔓越莓復合餅干的最佳配方為低筋面粉添加量100 g，紅薯泥添加量56.5 g，黃油添加量36.5 g，白砂糖添加量37.5 g，蔓越莓干添加量27.0 g。紅薯蔓越莓復合餅干為紅薯資源的開發和利用奠定基礎。