響應面法優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

（宿州學院生物與食品工程學院，安徽宿州 234000）

近年來，隨著生活水平和健康意識的顯著提高，人們對食物品質和健康問題的重視程度也日益增加。生活節奏的加快使得各種速食代餐食品市場需求呈日益增長趨勢，消費者的需求越來越多元化。曲奇餅干由于攜帶、食用方便，深受消費者喜愛[1]。普通曲奇餅干口味單一、缺乏營養，已不能滿足消費者的飲食和營養需求，故開始在普通曲奇餅干配方的基礎之上進行創新性改造，研發口感良好且營養豐富的功能性代餐曲奇。

牛蒡屬雙年生菊科草本植物，又名惡實、東洋參，不僅含有菊糖，還含有維生素、礦物質、蛋白質、纖維素等多種營養成分，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，其營養成分豐富，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、類胡蘿卜素及各種微量元素，具有補益中氣、潤肺止咳、預防心腦血管疾病、延年益壽等功效[4-5]。關于牛蒡、花生在食品方面的加工和研究不少。花生有關研究集中在其保存和品質方面，王鑫悅等人[6]進行了耐低鈣品種篩選的研究。牛蒡有關研究集中在成分和功效方面，張瑞等人[7]進行了中國臺灣牛蒡根降血糖作用的研究。若能將牛蒡和花生廣泛應用于食品加工中，則能大大提高兩者的經濟效益。

目前，國內曲奇種類繁多，原料、配方及其比例的不同，工藝流程和加工技術的差異，都會影響其品質。在曲奇餅干中加入花生和牛蒡，不僅可以改善風味，提高營養物質含量，還可以拓寬花生與牛蒡的利用途徑。因此，采用單因素試驗確定不同因素對牛蒡花生曲奇餅干品質的影響，通過響應面法優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（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 主要設備

高速多功能粉碎機，浙江愛雪廚房設備有限公司產品；電子分析天平，上海越平科學儀器有限公司產品；恒溫水浴鍋，江蘇國盛實驗儀器廠產品；電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產品；電動打蛋器，杭州九陽生活電器有限公司產品；烤箱，廣州三麥機械設備有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

（1） 原材料預處理。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，待其干燥后進行粉碎處理，過80 目篩，得花生粉和牛蒡粉，密封備用。

（2） 揉制面團。將黃油放入烤箱內加熱軟化至半融化狀態，加入麥芽糖醇、雞蛋，充分攪打，直至膨松、發白。然后按照一定比例加入低筋面粉(過篩)、食鹽、小蘇打、奶粉、牛蒡粉、花生粉，混合攪拌均勻，揉制成面團。

（3） 切片定型。將面團放入模具當中，再放入冰箱中冷卻，冷卻后對其進行切片定型。將定型后的曲奇放入烤箱，防止焙烤過程中膨脹、黏連。

（4） 焙烤、冷卻。設置為上火160℃，下火150℃，焙烤一定時間。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

參考相關文獻[5，8]，確定基本試驗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分為指標，分別考查牛蒡粉用量、花生粉用量、麥芽糖醇用量、焙烤時間對牛蒡花生曲奇餅干品質的影響。

1.3.4 響應面法優化試驗

以單因素試驗結果為基礎，以牛蒡花生曲奇感官評分（Y） 為響應值，對其進行最佳加工工藝的響應面法優化[9-10]。

因素與水平分析見表1。

表1 因素與水平分析

1.3.5 牛蒡花生曲奇感官評價方法

由100 名符合感官評定的人員對曲奇餅干的外觀、色澤、組織、香味、口感等方面進行感官評分[10-14]。

牛蒡花生曲奇的感官評分標準見表2。

表2 牛蒡花生曲奇的感官評分標準

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 牛蒡粉用量對曲奇感官品質的影響

牛蒡粉用量對曲奇餅干感官品質的影響見圖1。

圖1 牛蒡粉用量對曲奇餅干感官品質的影響

由圖1 可知，牛蒡花生曲奇餅干的感官評分會隨牛蒡粉用量的改變而受影響。當用量達到15 g 時，曲奇餅干外形完整、色澤適宜，無異味，口感最佳，感官評分最高；當牛蒡粉用量低于15 g 時，對曲奇餅干感官品質影響相對較小；當用量大于15 g 時，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 花生粉用量對曲奇感官品質的影響

花生粉用量對曲奇餅干感官品質的影響見圖2。

圖2 花生粉用量對曲奇餅干感官品質的影響

由圖2 可知，牛蒡花生曲奇餅干的感官評分會隨花生粉用量的改變而受影響。不斷增加花生粉用量，曲奇餅干感官評分也隨之上升，當花生粉用量達到15 g 時，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 麥芽糖醇用量對曲奇感官品質的影響

麥芽糖醇用量對曲奇餅干感官品質的影響見圖3。

由圖3 可知，牛蒡花生曲奇餅干在焙烤過程中，麥芽糖醇對其色澤及口感發揮著重要作用。當曲奇餅干中的麥芽糖醇用量不斷增加時，其感官評分也隨之上升。當麥芽糖醇用量達到45 g 時，曲奇餅干口感和色澤較佳，感官評分達到最高，而后便呈降低趨勢；當麥芽糖醇用量低于45 g，會導致曲奇餅干甜度不夠，影響口感；若麥芽糖醇用量高于45 g，則會導致曲奇餅干過甜，口感過膩。因此，麥芽糖醇最佳用量為45 g 左右。

2.1.4 焙烤時間對曲奇感官品質的影響

焙烤時間對曲奇餅干感官品質的影響見圖4。

圖4 焙烤時間對曲奇餅干感官品質的影響

由圖4 可知，曲奇餅干在焙烤過程中，焙烤時間對其感官品質具有明顯影響。焙烤時間過短，曲奇餅干未熟透，不易成型且口感不酥脆，感官評分低；焙烤時間過長，曲奇餅干焦煳，呈深褐色，無光澤，口感苦澀；當焙烤時間為20 min 時，曲奇餅干色澤均勻，表面呈金黃色，口感酥脆，感官評分達到最高。因此，最佳焙烤時間為20 min 左右。

2.2 響應面優化試驗結果分析

2.2.1 響應面模型的建立和方差分析

對牛蒡花生曲奇餅干制作工藝進行響應面試驗優化設計，再對所得試驗數據進行多項擬合回歸，得到感官評分（Y） 對牛蒡粉用量（A）、花生粉用量（B）、麥芽糖醇用量（C）、焙烤時間（D） 的二次多項回歸模型：

回歸模型方差與顯著性分析見表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），失擬項不具有顯著差異（p=0.963 0），說明方程擬合性較好，試驗誤差小。該回歸模型的擬合系數R2等于0.985 8，說明Y有98.58%的變化與A，B，C，D有關，能夠較好地描述響應面值和各試驗因素之間的關系。此外，交互項BC對響應值無顯著影響，交互項AB對響應值有顯著影響，其他項的兩兩交互作用對響應值均有極顯著影響。

2.2.2 響應面分析

不同試驗因素交互作用的響應面圖見圖5。

圖5 不同試驗因素交互作用的響應面圖

由圖5 可看出，所有的響應面圖均呈開口朝下的凸面狀，故感官評分存在極大值。響應值在不同試驗條件下受影響的程度與響應面圖形三維曲面坡度的陡峭程度成正相關。此外，當交互作用顯著時，等高線的形狀呈橢圓形，反之呈圓形。由此可見，交互項AB、AC，AD，BD，CD對響應值有顯著影響，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間、花生粉用量和焙烤時間、麥芽糖醇用量和焙烤時間的交互作用對牛蒡花生曲奇餅干的感官品質影響顯著，與方差分析結果一致。

2.2.3 最佳配方的確立及驗證試驗

響應面優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，焙烤時間20.797 min，此條件下感官評分預測值為91.716 分。為方便生產試驗需求，將其調整為牛蒡粉用量16.5 g，花生粉用量14.5 g，麥芽糖醇用量48.6 g，焙烤時間21 min。經過驗證試驗，在此配方下得到的牛蒡花生曲奇餅干感官評分為（91.826±0.360） 分，與預測值相近，說明響應面試驗設計合理，具有可行性。

3 結論

采用響應面試驗優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，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 ℃。在傳統曲奇餅干的基礎上加入牛蒡粉和花生粉，一定程度上豐富了曲奇餅干的營養，香甜可口、口感酥松，帶有牛蒡和花生特有的香味。同時，還將傳統曲奇餅干制作過程中使用的白砂糖替換成麥芽糖醇，無蔗糖低熱量，拓寬了曲奇餅干的受眾范圍，進一步增加了牛蒡和花生的利用途徑。