響應面法優化陳皮-甘草餅干配方

張衍旭，邱智東，高英鑫，王野諶，胡夢茹，董雪蓮*

長春中醫藥大學藥學院（長春 130117）

陳皮是蕓香科植物及其栽培變種的成熟干燥果皮，具有健脾理氣、燥濕化痰等功能[1]*。

陳皮揮發油是重要的活性成分，占總質量的2%～4%，具有柑橘特有的芳香氣味，因此被廣泛用于食品調味品、醫藥衛生等領域[2-3]*。陳皮中黃酮類成分具有抗氧化、抑菌等藥理學作用，其中橙皮苷、桔皮素、川陳皮素被作為保健因子加入食品中[4]*。甘草為豆科植物甘草、脹果甘草、光果甘草的干燥根和根莖，是一種藥食兩用資源。甘草中甘草甜素和蔗糖是甘草甜味的主要來源，其中甘草甜素的甜度為蔗糖的200倍，是一種重要的食品甜味劑[5-7]*。甘草中甘草酸、甘草黃酮、甘草多糖作為甘草主要活性成分，具有抗炎、抗病毒、調節免疫功能等作用，在保健食品方面應用廣泛[8]*。

餅干主要以小麥面粉為原料，通過加入雞蛋、牛奶、糖等輔料制備成面團，經烘焙制成的日常休閑食品[9]*。因其易于儲存、食用方便而深受消費者歡迎，市面上餅干以高油脂高糖為主，通過添加著色劑、甜味劑以增加餅干風味，營養價值低。試驗旨在開發一款添加陳皮、甘草的餅干，提高餅干的風味口感和營養價值，并對陳皮、甘草等藥食兩用中藥材在食品方向應用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

陳皮、甘草（河北仁心藥業有限公司）；低筋面粉（新鄉市新良糧油加工有限公司）；黃油（四川新希望有限公司）；果葡糖漿（山東魯糖生物科技有限公司）；水（杭州哇哈哈集團有限公司）。

DE-300 g萬能高速粉碎機（浙江紅景天工貿有限公司）；JM-A5002電子天秤（超澤衡器設備有限公司）；恒溫烘箱（上海博迅醫療生物儀器股份有限公司）；YXQ-50SII立式壓力蒸汽滅菌鍋（上海博迅醫療生物儀器股份有限公司）；MG38CB-AA電烤箱（美的集團）。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

洗凈→烘干→粉碎→提取（甘草提取液、陳皮提取液）→混勻（果葡糖漿、水、黃油、低筋面粉）→和面→靜置（4 ℃、30 min）→成型→烘烤→冷卻→包裝

1.2.2 操作要點

烘干：洗凈后的陳皮、甘草置于常壓烘箱中60 ℃烘干8 h。

粉碎：分別取陳皮、甘草藥材，使用萬能粉碎機粉碎，藥材粉末過5號篩（0.18 mm孔徑）。

提取：分別取30 g陳皮、甘草藥材粉末，加水500 mL后煎煮1 h，煎煮2次，合并煎液，濃縮至100 mL。

烘烤：烤箱180 ℃預熱5 min，將成形后的餅干坯放入烤箱，溫度180 ℃，烘烤30 min。

冷卻：將餅干放置至室溫，挑選外形完整、顏色均勻的餅干。

1.2.3 單因素試驗設計

以陳皮提取液添加量、甘草提取液添加量、黃油添加量、果葡糖漿添加量為單因素，每個因素設置5個水平。考察陳皮提取液添加量（3%，5%，7%，9%和11%）時，固定低筋面粉100 g，甘草提取液添加量、黃油添加量、果葡糖漿添加量分別為7%，14%和12%；考察甘草提取液添加量（3%，5%，7%，9%和11%）時，固定低筋面粉添加量100 g，陳皮提取液添加量、黃油添加量、果葡糖漿添加量分別為7%，14%和12%；考察黃油添加量（10%，12%，14%，16%和18%）時，固定低筋面粉添加量100 g，陳皮提取液添加量、甘草提取液添加量、果葡糖漿添加量分別為7%，7%和12%；考察果葡糖漿添加量（8%，10%，12%，14%和16%）時，固定低筋面粉添加量100 g，陳皮提取液添加量、甘草提取液添加量、黃油添加量分別為7%，7%和14%。以感官評分為指標，考察這些因素對陳皮-甘草餅干品質的影響。

1.2.4 響應面試驗設計

在單因素試驗基礎上，以陳皮提取液添加量（A）、甘草提取液添加量（B）、黃油添加量（C）、果葡糖漿添加量（D）作為因素，感官評分為指標，使用Design-Expert 8.0.6軟件設計Box-Behnken試驗，見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素和水平 單位：%

1.2.5 感官評分方法

隨機選擇10位食品專業學生對樣品進行感官評分，以外觀形狀、組織結構、色澤、口感、氣味為評分標準，收集全部數據，取平均值為感官評分。感官指標評分標準見表2。

表2 感官指標評分標準

1.2.6 微生物指標檢測

菌落總數參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗 菌落總數測定》方法測定；大腸菌群根據GB 4789.3—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》方法測定；霉菌、酵母菌計數參照GB 4789.15—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗 霉菌和酵母菌計數》方法測定。

1.3 數據處理

采用SPSS 23.0、Design Expert 8.0.6和Excel軟件對試驗數據進行分析，單因素試驗數據使用Origin軟件繪制圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 陳皮提取液添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響

陳皮提取液添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響見圖1。

陳皮作為傳統的藥食兩用中藥，因其具有理氣健脾、燥濕化痰的功效，在食品保健方向應用廣泛，如陳皮酸梅湯、陳皮酒、陳皮山楂酸奶等[10-13]*。由圖1可知，陳皮提取液添加量7%時，陳皮-甘草餅干的感官評分達到最大值84分。此時，陳皮-甘草餅干外觀完整、顏色均勻、口感松脆、咸甜適中，有陳皮特有的藥材香氣。陳皮提取液添加量小于7%時，陳皮-甘草餅干口感一般，陳皮風味淡。陳皮提取液添加量大于7%時，陳皮-甘草餅干口感發苦，陳皮氣味過大，風味不佳。

圖1 陳皮提取液添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響

2.1.2 甘草提取液添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響

甘草提取液添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響見圖2。

甘草作為藥食兩用的中藥材，具有調節免疫力、抗氧化、抗病毒等功效。甘草提取物在食品中經常被用作甜味劑、抗氧化劑、抗菌劑、增味劑等[14-15]*。由圖2可知，甘草提取液添加量逐漸增加時，陳皮-甘草餅干的感官評分也逐漸增大。甘草提取液添加量5%時，陳皮-甘草餅干的感官評分達到最大值87分。甘草提取液添加量小于5%時，陳皮-甘草餅干口感偏澀，甘草香甜味不足，顏色偏黃。甘草提取液添加量大于5%時，陳皮-甘草餅干口感偏甜，風味不佳，顏色為棕褐色。

圖2 甘草提取液添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響

2.1.3 黃油添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響

黃油添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響見圖3。

黃油是一種常見的乳制品，其所含的反式脂肪酸較少，短鏈脂肪酸較多，易被人體消化吸收，有增加免疫力、防治癌癥和心血管疾病、預防腸胃道疾病等功效[16]*。使用黃油可以明顯增加餅干香氣，增強口感。由圖3可知，黃油添加量逐漸增加時，陳皮-甘草餅干感官評分呈現先增大后減小的趨勢。黃油添加量14%時，感官評分達到最大值84分，此時陳皮-甘草餅干口感松脆，咸甜適中，香味濃郁。黃油添加量小于14%時，陳皮-甘草餅干咸度不足，香味一般，口感不佳。黃油添加量大于14%時，陳皮-甘草餅干咸度較大，顏色不均勻，有焦褐色。

圖3 黃油添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響

2.1.4 果葡糖漿添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響

果葡糖漿添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響見圖4。

圖4 果葡糖漿添加量對陳皮-甘草餅干感官評分的影響

果葡糖漿是果糖和葡萄糖組成的一種混合糖漿，具有流動性好、溶解度高的特點。果葡糖漿受熱發生美拉德反應，可產生焦糖風味[17-18]*。使用果葡糖漿調節陳皮-甘草餅干的甜度，改善口感，使其風味更加明顯。由圖4可知，果葡糖漿添加量12%時，陳皮-甘草餅干咸甜可口，香味明顯。果葡糖漿添加量大于12%時，餅干過甜，口感較差。

2.2 響應面試驗

2.2.1 回歸模型建立與方差分析

響應面設計試驗方案及結果見表3。利用Design-Expert 8.0.6軟件對表3中的試驗數據進行回歸擬合，得到標準方程：Y=87.78-0.48A+0.91B-1.47C-0.77D-0.18AB-0.13AC+0.85AD-0.68BC-0.025BD-0.88CD-1.96A2*-2.0B2*-8.9C2*-10.71D2*。方差分析結果見表4。二次回歸模型的F=138.86，P＜0.000 1，表明回歸模型極顯著；失擬性檢驗F=0.42，P=0.878 5＞0.05，失擬項不顯著，說明模型可接受，即表明該模型可用于評估變量參數對陳皮-甘草餅干感官評分的影響，即可用于評估陳皮-甘草餅干的感官評分。模型的確定系數R2*=0.985 7，信噪比=44.443，說明該模型能解釋98.57%響應值的變化，擬合效果好。黃油添加量對陳皮-甘草餅干感官評分影響極顯著，果葡糖漿添加量和甘草提取液添加量對陳皮-甘草餅干感官評分影響較顯著，陳皮提取液添加量對陳皮-甘草餅干感官評分影響顯著。影響順序為黃油添加量＞甘草提取液添加量＞果葡糖漿添加量＞陳皮提取液添加量。

表3 響應面試驗設計及結果

表4 響應面試驗方差分析

接表4

2.2.2 響應面交互作用分析

各因素交互作用對陳皮-甘草餅干感官評分影響的響應面圖及等高線圖見圖5和圖6。

由圖5可知，響應面圖傾斜度較高，等高線較密，趨近橢圓形。說明陳皮提取液添加量與果葡糖漿添加量交互作用對感官評分影響顯著，與方差分析結果一致。果葡糖漿添加量不變時，隨著陳皮提取液的添加量增大，感官評分呈現先增大后減小的趨勢；陳皮提取液添加量不變時，隨著果葡糖漿添加量的升高，感官評分先增大再減小。由圖6可知，黃油添加量與果葡糖漿添加量交互作用對感官評分影響顯著。

圖5 陳皮提取液添加量和果葡糖漿添加量交互作用對感官評分影響的響應面圖

圖6 黃油添加量和果葡糖漿添加量交互作用對感官評分影響的響應面圖

通過 Design-Expert 8.0.6軟件對建立的回歸方程進行參數優化分析，可得陳皮-甘草餅干的最佳工藝配方：陳皮提取液添加量6.72%、甘草提取液添加量5.48%、黃油添加量13.72%、果葡糖漿添加量11.87%。此時陳皮-甘草餅干感官評分預測值為88.0分。

2.2.3 驗證試驗

通過試驗驗證上述回歸模型預測陳皮-甘草餅干感官評分的可靠性。基于試驗操作優化調整陳皮提取液添加量6.7%、甘草提取液添加量5.5%、黃油添加量13.7%、果葡糖漿添加量11.9%。對調整后工藝方案進行3次平行試驗，感官評分平均值為87.8分，結果與預測值接近。說明該模型可用于陳皮-甘草餅干的工藝優化，具有參考意義。

2.3 微生物指標檢測結果

微生物指標檢測結果見表5。陳皮-甘草餅干的菌落總數、大腸桿菌數、霉菌、酵母的檢出量均符合標準。

表5 微生物指標檢測結果

3 結論

以陳皮提取液、甘草提取液為原料，以感官評分為標準，采用單因素試驗與Box-Behnken響應面法相結合確定陳皮-甘草餅干的最佳配方：陳皮提取液添加量6.7%、甘草提取液添加量5.5%、黃油添加量13.7%、果葡糖漿添加量11.9%。以該配方制備的陳皮-甘草餅干外觀完整，呈棕黃色，顏色均勻，口感松脆，富有陳皮、甘草特有的香氣。微生物檢測指標符合國家標準，是一款具有健脾益胃、補中益氣的食品。此次試驗為陳皮、甘草等藥食兩用的中藥在食品領域開發提供新思路。