響應(yīng)面法優(yōu)化牛蒡花生曲奇加工工藝的研究

王 倩，王文婷，王美晨，程博雯，杜贏凡，湯 萌

（宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽宿州 234000）

近年來(lái)，隨著生活水平和健康意識(shí)的顯著提高，人們對(duì)食物品質(zhì)和健康問(wèn)題的重視程度也日益增加。生活節(jié)奏的加快使得各種速食代餐食品市場(chǎng)需求呈日益增長(zhǎng)趨勢(shì)，消費(fèi)者的需求越來(lái)越多元化。曲奇餅干由于攜帶、食用方便，深受消費(fèi)者喜愛(ài)[1]。普通曲奇餅干口味單一、缺乏營(yíng)養(yǎng)，已不能滿(mǎn)足消費(fèi)者的飲食和營(yíng)養(yǎng)需求，故開(kāi)始在普通曲奇餅干配方的基礎(chǔ)之上進(jìn)行創(chuàng)新性改造，研發(fā)口感良好且營(yíng)養(yǎng)豐富的功能性代餐曲奇。

牛蒡?qū)匐p年生菊科草本植物，又名惡實(shí)、東洋參，不僅含有菊糖，還含有維生素、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)、纖維素等多種營(yíng)養(yǎng)成分，具有抗氧化、抑菌消炎、降低血糖等功效[2-3]。花生是豆科落花生屬植物，其營(yíng)養(yǎng)成分豐富，不僅含有人體所必需的氨基酸，還含有脂肪、碳水化合物、維生素、類(lèi)胡蘿卜素及各種微量元素，具有補(bǔ)益中氣、潤(rùn)肺止咳、預(yù)防心腦血管疾病、延年益壽等功效[4-5]。關(guān)于牛蒡、花生在食品方面的加工和研究不少。花生有關(guān)研究集中在其保存和品質(zhì)方面，王鑫悅等人[6]進(jìn)行了耐低鈣品種篩選的研究。牛蒡有關(guān)研究集中在成分和功效方面，張瑞等人[7]進(jìn)行了中國(guó)臺(tái)灣牛蒡根降血糖作用的研究。若能將牛蒡和花生廣泛應(yīng)用于食品加工中，則能大大提高兩者的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，國(guó)內(nèi)曲奇種類(lèi)繁多，原料、配方及其比例的不同，工藝流程和加工技術(shù)的差異，都會(huì)影響其品質(zhì)。在曲奇餅干中加入花生和牛蒡，不僅可以改善風(fēng)味，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，還可以拓寬花生與牛蒡的利用途徑。因此，采用單因素試驗(yàn)確定不同因素對(duì)牛蒡花生曲奇餅干品質(zhì)的影響，通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化確定最佳加工工藝條件。

1 材料與方法

1.1 主要材料

牛蒡、花生、雞蛋，市售；麥芽糖醇，山東谷碩生物科技有限公司提供；低筋面粉，鹽津克明面粉有限公司提供；黃油，恒天然商貿(mào)（上海） 有限公司提供；奶粉，青島雀巢有限公司提供；小蘇打，京山吉匠食品有限公司提供；食鹽，中鹽東興鹽化股份有限公司提供。

1.2 主要設(shè)備

高速多功能粉碎機(jī)，浙江愛(ài)雪廚房設(shè)備有限公司產(chǎn)品；電子分析天平，上海越平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；恒溫水浴鍋，江蘇國(guó)盛實(shí)驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；電動(dòng)打蛋器，杭州九陽(yáng)生活電器有限公司產(chǎn)品；烤箱，廣州三麥機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1） 原材料預(yù)處理。清洗牛蒡和花生，將其切成均勻小塊，置于50 ℃條件下低溫烘干，待其干燥后進(jìn)行粉碎處理，過(guò)80 目篩，得花生粉和牛蒡粉，密封備用。

（2） 揉制面團(tuán)。將黃油放入烤箱內(nèi)加熱軟化至半融化狀態(tài)，加入麥芽糖醇、雞蛋，充分?jǐn)嚧颍敝僚蛩伞l(fā)白。然后按照一定比例加入低筋面粉(過(guò)篩)、食鹽、小蘇打、奶粉、牛蒡粉、花生粉，混合攪拌均勻，揉制成面團(tuán)。

（3） 切片定型。將面團(tuán)放入模具當(dāng)中，再放入冰箱中冷卻，冷卻后對(duì)其進(jìn)行切片定型。將定型后的曲奇放入烤箱，防止焙烤過(guò)程中膨脹、黏連。

（4） 焙烤、冷卻。設(shè)置為上火160℃，下火150℃，焙烤一定時(shí)間。取出焙烤完成的曲奇，冷卻至室溫，即得到成品。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

參考相關(guān)文獻(xiàn)[5，8]，確定基本試驗(yàn)條件和曲奇配方為低筋面粉用量100 g，黃油用量55 g，雞蛋用量25 g，奶粉用量10 g，食鹽用量1 g，小蘇打用量1 g，以牛蒡花生曲奇餅干的感官評(píng)分為指標(biāo)，分別考查牛蒡粉用量、花生粉用量、麥芽糖醇用量、焙烤時(shí)間對(duì)牛蒡花生曲奇餅干品質(zhì)的影響。

1.3.4 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，以牛蒡花生曲奇感官評(píng)分（Y） 為響應(yīng)值，對(duì)其進(jìn)行最佳加工工藝的響應(yīng)面法優(yōu)化[9-10]。

因素與水平分析見(jiàn)表1。

表1 因素與水平分析

1.3.5 牛蒡花生曲奇感官評(píng)價(jià)方法

由100 名符合感官評(píng)定的人員對(duì)曲奇餅干的外觀、色澤、組織、香味、口感等方面進(jìn)行感官評(píng)分[10-14]。

牛蒡花生曲奇的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 牛蒡花生曲奇的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 牛蒡粉用量對(duì)曲奇感官品質(zhì)的影響

牛蒡粉用量對(duì)曲奇餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖1。

圖1 牛蒡粉用量對(duì)曲奇餅干感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，牛蒡花生曲奇餅干的感官評(píng)分會(huì)隨牛蒡粉用量的改變而受影響。當(dāng)用量達(dá)到15 g 時(shí)，曲奇餅干外形完整、色澤適宜，無(wú)異味，口感最佳，感官評(píng)分最高；當(dāng)牛蒡粉用量低于15 g 時(shí)，對(duì)曲奇餅干感官品質(zhì)影響相對(duì)較小；當(dāng)用量大于15 g 時(shí)，曲奇餅干顏色逐漸加深，外觀不完整，口感不佳。因此，牛蒡粉最佳用量為15 g 左右。

2.1.2 花生粉用量對(duì)曲奇感官品質(zhì)的影響

花生粉用量對(duì)曲奇餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 花生粉用量對(duì)曲奇餅干感官品質(zhì)的影響

由圖2 可知，牛蒡花生曲奇餅干的感官評(píng)分會(huì)隨花生粉用量的改變而受影響。不斷增加花生粉用量，曲奇餅干感官評(píng)分也隨之上升，當(dāng)花生粉用量達(dá)到15 g 時(shí)，曲奇餅干外形完整、色澤均勻、有濃郁花生香味，口感最佳，感官評(píng)分最高。隨花生粉添加量的逐漸增加，曲奇餅干易碎，色澤不均勻。因此，花生粉最佳用量為15 g 左右。

2.1.3 麥芽糖醇用量對(duì)曲奇感官品質(zhì)的影響

麥芽糖醇用量對(duì)曲奇餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖3。

由圖3 可知，牛蒡花生曲奇餅干在焙烤過(guò)程中，麥芽糖醇對(duì)其色澤及口感發(fā)揮著重要作用。當(dāng)曲奇餅干中的麥芽糖醇用量不斷增加時(shí)，其感官評(píng)分也隨之上升。當(dāng)麥芽糖醇用量達(dá)到45 g 時(shí)，曲奇餅干口感和色澤較佳，感官評(píng)分達(dá)到最高，而后便呈降低趨勢(shì)；當(dāng)麥芽糖醇用量低于45 g，會(huì)導(dǎo)致曲奇餅干甜度不夠，影響口感；若麥芽糖醇用量高于45 g，則會(huì)導(dǎo)致曲奇餅干過(guò)甜，口感過(guò)膩。因此，麥芽糖醇最佳用量為45 g 左右。

2.1.4 焙烤時(shí)間對(duì)曲奇感官品質(zhì)的影響

焙烤時(shí)間對(duì)曲奇餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖4。

圖4 焙烤時(shí)間對(duì)曲奇餅干感官品質(zhì)的影響

由圖4 可知，曲奇餅干在焙烤過(guò)程中，焙烤時(shí)間對(duì)其感官品質(zhì)具有明顯影響。焙烤時(shí)間過(guò)短，曲奇餅干未熟透，不易成型且口感不酥脆，感官評(píng)分低；焙烤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，曲奇餅干焦煳，呈深褐色，無(wú)光澤，口感苦澀；當(dāng)焙烤時(shí)間為20 min 時(shí)，曲奇餅干色澤均勻，表面呈金黃色，口感酥脆，感官評(píng)分達(dá)到最高。因此，最佳焙烤時(shí)間為20 min 左右。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面模型的建立和方差分析

對(duì)牛蒡花生曲奇餅干制作工藝進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，再對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)擬合回歸，得到感官評(píng)分（Y） 對(duì)牛蒡粉用量（A）、花生粉用量（B）、麥芽糖醇用量（C）、焙烤時(shí)間（D） 的二次多項(xiàng)回歸模型：

回歸模型方差與顯著性分析見(jiàn)表3。

表3 回歸模型方差與顯著性分析

由表3 可知，該回歸模型存在極顯著差異（p＜0.000 1），失擬項(xiàng)不具有顯著差異（p=0.963 0），說(shuō)明方程擬合性較好，試驗(yàn)誤差小。該回歸模型的擬合系數(shù)R2等于0.985 8，說(shuō)明Y有98.58%的變化與A，B，C，D有關(guān)，能夠較好地描述響應(yīng)面值和各試驗(yàn)因素之間的關(guān)系。此外，交互項(xiàng)BC對(duì)響應(yīng)值無(wú)顯著影響，交互項(xiàng)AB對(duì)響應(yīng)值有顯著影響，其他項(xiàng)的兩兩交互作用對(duì)響應(yīng)值均有極顯著影響。

2.2.2 響應(yīng)面分析

不同試驗(yàn)因素交互作用的響應(yīng)面圖見(jiàn)圖5。

圖5 不同試驗(yàn)因素交互作用的響應(yīng)面圖

由圖5 可看出，所有的響應(yīng)面圖均呈開(kāi)口朝下的凸面狀，故感官評(píng)分存在極大值。響應(yīng)值在不同試驗(yàn)條件下受影響的程度與響應(yīng)面圖形三維曲面坡度的陡峭程度成正相關(guān)。此外，當(dāng)交互作用顯著時(shí)，等高線(xiàn)的形狀呈橢圓形，反之呈圓形。由此可見(jiàn)，交互項(xiàng)AB、AC，AD，BD，CD對(duì)響應(yīng)值有顯著影響，即牛蒡粉用量和花生粉用量、牛蒡粉用量和麥芽糖醇用量、牛蒡粉用量和焙烤時(shí)間、花生粉用量和焙烤時(shí)間、麥芽糖醇用量和焙烤時(shí)間的交互作用對(duì)牛蒡花生曲奇餅干的感官品質(zhì)影響顯著，與方差分析結(jié)果一致。

2.2.3 最佳配方的確立及驗(yàn)證試驗(yàn)

響應(yīng)面優(yōu)化得到牛蒡花生曲奇餅干加工工藝條件為牛蒡粉用量16.543 g，花生粉用量14.478 g，麥芽糖醇用量48.631 g，焙烤時(shí)間20.797 min，此條件下感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為91.716 分。為方便生產(chǎn)試驗(yàn)需求，將其調(diào)整為牛蒡粉用量16.5 g，花生粉用量14.5 g，麥芽糖醇用量48.6 g，焙烤時(shí)間21 min。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)，在此配方下得到的牛蒡花生曲奇餅干感官評(píng)分為（91.826±0.360） 分，與預(yù)測(cè)值相近，說(shuō)明響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理，具有可行性。

3 結(jié)論

采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化牛蒡花生曲奇餅干的配方，確定最佳加工工藝為以100 g 低筋面粉為基礎(chǔ)，牛蒡粉用量16.5 g，花生粉用量14.5 g，麥芽糖醇用量48.6 g，焙烤時(shí)間21 min；此外，黃油用量55 g，雞蛋用量25 g，奶粉用量10 g，食鹽用量1 g，小蘇打用量1 g，烘焙溫度上火160 ℃，下火150 ℃。在傳統(tǒng)曲奇餅干的基礎(chǔ)上加入牛蒡粉和花生粉，一定程度上豐富了曲奇餅干的營(yíng)養(yǎng)，香甜可口、口感酥松，帶有牛蒡和花生特有的香味。同時(shí)，還將傳統(tǒng)曲奇餅干制作過(guò)程中使用的白砂糖替換成麥芽糖醇，無(wú)蔗糖低熱量，拓寬了曲奇餅干的受眾范圍，進(jìn)一步增加了牛蒡和花生的利用途徑。