模糊數學結合響應面法優化蜜桃烏龍茶餅干加工工藝及品質分析

摘要：對一種融合了烏龍茶和水蜜桃風味的營養保健茶餅干的加工工藝進行了研究，以感官得分為指標，采用單因素和響應面試驗，結合模糊數學評價法，探究低筋面粉、速溶烏龍茶粉、水蜜桃粉、糖粉和雞蛋的添加量對蜜桃烏龍茶餅干感官品質和物理性質的影響，進而探索最優配方及對應樣品的抗氧化活性。試驗結果表明，以低筋面粉22 g為基準，當添加速溶烏龍茶粉0.25 g、水蜜桃粉8 g、糖粉5 g、雞蛋5 g時，餅干品質最佳，口感酥脆爽口、軟硬適中、咀嚼性佳、色澤均勻、口味豐富；餅干的1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基清除率達到了（36.43±2.37）%、總抗氧化能力（T-AOC）為（0.022 ±0.003）mmol/g。產品的研制豐富了茶餅干市場產品種類，為烏龍茶資源的開發利用提供了新的渠道和理論參考。

關鍵詞：模糊數學；響應面；水蜜桃粉；速溶烏龍茶；茶餅干；抗氧化活性

中圖分類號：TS272.5 文獻標識碼：A   文章編號：1000－3150（2024）08-40-8

烏龍茶也稱為青茶，主產于我國的閩、粵、臺三省[1]，以其獨特的花果香氣[2]、醇厚甘爽的滋味[3]深受消費者喜愛。此外，烏龍茶因具有降脂減肥、抗衰老、抗氧化、抗腫瘤等保健功效[4-8]，被廣泛應用于各種功能性食品和飲料的開發[9-11]。水蜜桃作為我國重要的經濟作物[12]，具有汁多肉嫩、甘甜香郁、富含營養等特點[13-14]。由于水蜜桃不易運輸和儲藏，為尋求水蜜桃的擴展和延伸應用，部分學者開展了水蜜桃飲料[15-16]、果醬[17-18]及其他深加工食品[19-20]的研究。目前，市場已經證明將水蜜桃與烏龍茶進行復配所形成的飲料產品具有廣泛的認可度，然而將兩者共同應用于餅干加工方面的研究還較少。

本課題用水蜜桃粉與速溶烏龍茶粉結合其他原料，研究一種營養豐富、風味怡人的蜜桃烏龍茶餅干。項目以感官品質為指標，采用模糊數學綜合評價方式，通過單因素與響應面試驗，對蜜桃烏龍茶餅干的工藝配方進行優化，并測定其物理性質與抗氧化活性。一方面利用水蜜桃粉和速溶烏龍茶粉，部分代替面粉，改善餅干的結構特點與食用風味品質，提高其營養保健功效；另一方面，拓寬茶食品深加工的渠道與方向，研究出符合大眾口味的營養健康的餅干，提高茶食品的豐富性與多樣性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

速溶烏龍茶粉：大閩食品（漳州）有限公司；水蜜桃粉：常州市花之語食品有限公司；低筋面粉：寧波江北焙友食品有限公司；玉米油：萊陽魯花濃香花生油有限公司；細鹽、水、小蘇打、糖粉、雞蛋，市售；無水乙醇：分析純，默克股份兩合公司；抗壞血酸（Vc）溶液：江標檢測科技有限公司；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）試劑：上海如吉生物科技有限公司；總抗氧化能力（T-AOC）測試盒：南京建成生物科技公司。

1.2 儀器與設備

電子天平（SQR）、可見分光光度計（V-1100D）：廈門精藝興業科技有限公司； 烤箱（T3-L3820）：廣東美的廚房電器制造有限公司； 低速離心機（SC-3610）：安徽中科中佳科學儀器有限公司；打蛋器（DDQ-A01G1）：小熊電器股份有限公司；亞克力平衡尺（0.5 mm）：溫州法甜廚具有限公司；食品質構儀（TA.new plus）：美國ISENSO公司。

1.3 方法

1.3.1 制作流程

原輔料準備→預處理→面團調制→搟制與成型→冷藏→烘烤→冷卻→成品。

1.3.2 試驗關鍵操作要點

調制面團：先用溫水（60 ℃左右）將速溶烏龍茶粉溶解成茶湯備用，然后加入糖粉、食鹽和小蘇打，再將全蛋液分3次加入，并用打蛋器攪拌至混合液呈均勻黏稠狀；然后將低筋面粉過250 μm篩后與水蜜桃粉直接混合加入前述混合液中，攪拌均勻后，分3次加入玉米油，制做成面團，再經多次揉搓至面團光滑有彈性后放置于案板備用。上述各主輔料的添加量參照后續單因素和響應面試驗設計部分。

搟制成型與冷藏：將面團放置于5 mm厚的亞克力平衡尺下用搟面杖搟制成5 mm厚的餅坯，再用直徑3.5 cm的圓形模具按壓出約7 g的餅坯，放置冰箱冷藏20 min。

烤箱烘烤：底火120 ℃、面火135 ℃，烤箱預熱5 min，溫度達到設定值后將餅坯放入烘烤16 min。

1.3.3 單因素試驗設計

以低筋面粉質量22 g為基準，經過預試驗得到蜜桃烏龍茶餅干的基本配方：速溶烏龍茶粉0.25 g、水蜜桃粉8 g、糖粉5 g、雞蛋5 g、小蘇打1 g、玉米油5 g、食鹽0.05 g、水2 g。試驗工藝流程與其他原輔料添加量不變。設置速溶烏龍茶粉添加量0.05、0.15、0.25、0.35、0.45 g，水蜜桃粉添加量4、6、8、10、12 g，糖粉添加量1、3、5、7、9 g，雞蛋添加量1、3、5、7、9 g，進行單因素試驗。

1.3.4 響應面優化設計

在單因素試驗基礎上，以感官評分為響應值，建立四因素三水平的Box-benhnken中心組合試驗，因素水平如表1所示。對響應面試驗結果進行分析，并由回歸模型的擬合程度判斷試驗的可靠性，再對4個因素的影響大小順序得出結論。

1.3.5 模糊數學感官評價

感官評價標準：參考國標《餅干質量通則》（GB/T 20980—2021）及《食品安全國家標準 餅干》（GB 7100—2015），結合蜜桃烏龍茶餅干產品特質，從形態、色澤、口感與滋味、組織4個方面進行審評，每個審評因素滿分100分（表2）。感官評價小組由具有較高評判能力的10位茶學專業背景的教師和同學組成。

參照劉艷紅等[21]的研究，根據各指標對餅干評分的影響大小，確定形態、色澤、口感與滋味、組織的權重分別為0.20、0.25、0.35、0.20；同時設立蜜桃烏龍茶餅干的因素集U={u1，u2，u3，u4}={形態，色澤，口感與滋味，組織}；建立評語集V={v1，v2，v3，v4}={優，良，中，差}；建立權重集W={α1，α2，α3，α4}={0.20，0.25，0.35，0.20}。

假設感官綜合評價結果向量為Y，對10位參評人員的各項評語等級與頻次進行統計，對各評語等級次數進行歸一化處理[22]，即得到各因素對4項評語等級的隸屬度，對應的隸屬度矩陣即構成模糊評價矩陣R，則模糊感官評定結果向量Y = WR。

1.3.6 質構檢測分析

使用質構儀對蜜桃烏龍茶餅干的彈性、咀嚼性、硬度3個指標進行測定。質構機探頭與模式：球形探頭TA/5 s；測定條件為：速率（前）2.00 mm/s、（中）1.00 mm/s、（后）1.00 mm/s，距離10 mm、時間5 s、觸發力0.049 N。每組至少備3個樣品，每個樣品要平行測定3次。

1.3.7 抗氧化檢測

DPPH自由基清除能力檢測：參照張朝志等[23]的研究，調配A1組與A2組溶液為搗碎0.2 g餅干碎渣均勻混合液，前者加入2 mL的DPPH溶液，后者加入2 mL的無水乙醇，再設A0組為2 mL DPPH+2 mL無水乙醇，以上3組試驗各重復3次，室溫靜置30 min，5 000 r/min離心取上清夜，再使用分光光度計在517 nm處測定抗氧化能力，每組數據測3次，均取平均值。以Vc溶液為空白對照組。最后計算餅干的抗氧化值。DPPH清除率= [1－（A1－A2）/A0 ]× 100%。

T-AOC能力檢測：按試劑盒說明書中的試劑配比配置FRAP溶液作為FeSO4·7H2O的酸性環境底液。利用在酸性環境下抗氧化物質可以還原Fe3+-TPTZ生成藍色Fe2+-TPTZ的特性，在602 nm處獲取吸光度后，便可計算試樣的T-AOC值。

配置各組試劑：取1 g蜜桃烏龍茶餅干粉末，加入4 mL生理鹽水，室溫，設置轉速5 000 r/min離心10 min后，取上清液測定。空白對照組用蒸餾水測定。取適量FeSO4·7H2O，用蒸餾水稀釋至0.15、0.30、0.60、0.90、1.20、1.50 mmol/L的FeSO4溶液測定。

取150 μL各組溶液加入4.8 mL的FRAP溶液，在602 nm處測定其吸光度，每組測試重復3次，取平均值。以FeSO4溶液濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線。所測定各組試劑的T-AOC相應吸光度值所對應的FeSO4標準溶液濃度來表示[23]。

1.4 數據處理與分析

采用Design expert 12.0和Excel 2012處理和分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

根據10名茶學專業教師、學生對單因素試驗20組樣品的感官評價進行模糊數學評價設計與結果分析，結果見表3。

根據表3結果進行分析，舉例說明，10位參評人員對第一組樣品的感官評價投票結果為：A形態=（2，3，5，0）；A色澤 =（2，3，4，1）；A滋味與口感 =（0，2，6，2）；A組織 =（2，2，6，0）。進行歸一化處理后，獲得模糊矩陣R1。

對應的模糊感官評定結果向量計算方法如下：

2.1.1 速溶烏龍茶粉添加量的確定

分別將0.05、0.15、0.25、0.35、0.45 g的速溶烏龍茶粉與其他材料在基準量不變的情況下進行對照試驗，對成品進行感官評價，按照模糊數學評價方式得到評定結果（圖1）。烏龍茶具有多種保健功效[4-7]，添加量提高，有助于提高餅干的營養價值和風味品質；但是速溶烏龍茶粉相對疏松，且內部的抗氧化活性物質可能會使面團彈黏性、結合力和可塑性降低[24]，添加量過多還可能對茶餅干的口味有影響。圖1可見，隨著速溶烏龍茶粉添加量的增加，茶餅干的感官評分呈先上升后下降的趨勢，當速溶烏龍茶粉添加量為0.25 g時，感官評分最高，達到了82.8分，此時產品口感脆酥細膩且烏龍茶風味顯著，色澤均勻且有一定光潤度。添加量過大時，茶葉中的茶多酚會使餅干顯得苦澀粗糙，餅干表面也逐漸更加容易開裂。因此，選擇合適的速溶烏龍茶粉添加量為0.25 g。

2.1.2 水蜜桃粉添加量的確定

分別將4、6、8、10、12 g水蜜桃粉與其他材料在基準量不變的情況下進行對照試驗，對成品進行感官評價，按照模糊數學評價方式得到評定結果（圖2）。與烏龍茶粉添加量類似，水蜜桃粉的添加量不宜過低也不宜過高，太低則營養和風味不足，太高則產品組織酥松易斷裂。由圖2可見，當水蜜桃粉添加量為8 g時，茶餅干感官評分最高，達到了87.1分，此時產品甜香細膩、水蜜桃風味明顯且香氣協調，口感酥脆細膩。添加量過大時餅干表面變得粗糙而不易成型，烘烤時也更容易糊邊。因此，選擇合適的水蜜桃粉添加量為8 g。

2.1.3 糖粉添加量的確定

分別將1、3、5、7、9 g的糖粉與其他材料在基準量不變的情況下進行對照試驗，對成品進行感官評價，按照模糊數學評價方式得到評定結果（圖3）。高溫烘焙時，糖會產生美拉德反應及焦糖化反應，使得其具有較強的黏結性和反水化作用，可以有效提高餅干的可塑性，成品后不易變形[25]。由圖3可知，隨著糖粉添加量的增加，產品感官評分先上升后下降，當糖粉添加量為5 g時，感官評分最高，達到了87.1分，此時產品甜而不膩、表面柔軟有光澤、風味協調。當糖粉過少時，產品不易膨脹，餅坯容易凝結成塊；而添加量過大時餅干會過軟不易成型，甜度也過高不適口。因此，選擇合適的糖粉添加量為5 g。

2.1.4 雞蛋添加量的確定

分別將1、3、5、7、9 g雞蛋與其他材料在基準量不變的情況下進行對照試驗，對成品進行感官評價，按照模糊數學評價方式得到評定結果（圖4）。隨著蛋雞添加量的增加，餅干的感官評分先上升后下降。當雞蛋添加量為5 g時，感官評分最高，達到了83.3分，此時產品金黃明亮、酥松爽口、色澤均勻、口感協調。蛋液過少時，面團濕潤度較低，烘焙后產品全是碎屑不成型且色澤不均勻；添加量過大時則餅干過硬且油水分離而使產品不易成型。因此，選擇合適的雞蛋添加量為5 g。

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 模型建立及方差分析

在單因素試驗基礎上，選擇速溶烏龍茶粉（A）、水蜜桃粉（B）、糖粉（C）、雞蛋（D）添加量為自變量，以模糊數學感官綜合評分（S）為響應值進行響應面分析，試驗設計及結果見表4。

采用Design expert 軟件進行數據處理及擬合，可得到多元二次回歸方程和各因素對響應值的影響：S = 83.67－1.51A－1.51B+1.91C+3.38D－0.56AB+0.18AC+2.79AD－1.74BC－0.81BD +0.84CD +0.61A2－1.62B 2－2.95C 2－3.99D 2。回歸模型方差分析見表5。

由表5可知，模型P < 0.000 1，表明所得方程極顯著，即所設立模型的整個回歸區域擬合表現良好，R2 = 0.954 1，證明試驗數據相關性較好；校正決定系數R2adj = 0.900 5，表明90.05%試驗數據的變異性可以用這個回歸模型解釋。故用此模型進行感官評分的預測是合理的。各因素對響應值的影響大小排序為B>C>D>A。

2.2.2 交互作用影響分析

采用Design-expert軟件得到各因素兩兩交互作用的響應面和等高線圖（圖5）。由圖可知，除雞蛋和糖粉之間無明顯交互作用外，其他各因素間皆有較強的交互作用。沿水蜜桃粉方向的坡度較陡，說明水蜜桃粉對感官品質的影響較為明顯。選用軟件Design expert對試驗結果進行優化，分析獲得最佳配方為：低筋面粉22 g、速溶烏龍茶粉0.25 g、水蜜桃粉8 g、糖粉5 g、雞蛋5 g。

2.2.3 配方驗證試驗

為檢驗模型所預測的最佳配方，對產品進行試驗驗證，當低筋面粉22 g、速溶烏龍茶粉0.25 g、水蜜桃粉8 g、糖粉5 g、雞蛋5 g、小蘇打1 g、玉米油5 g、食鹽0.05 g、水2 g時，此條件下3次重復試驗的感官分數平均值為82.000，模型預測均值為83.446，兩者偏差1.76%，說明試驗方法可行，對配方工藝的優化較準確。此時，產品外表勻整，形態一致，表面光滑無裂痕，色澤棕黃有光澤，桃香馥郁，酥脆甜爽，茶味明顯。

2.3 蜜桃烏龍茶餅干的質構分析

通過響應面法得到最優配方后，進行產品制作，并檢測最優配方蜜桃烏龍茶餅干與原配方餅干（由基礎配方去除茶粉、水蜜桃粉、糖粉、雞蛋得到的對照產品）的質構特性，結果如表6所示。蜜桃烏龍茶餅干的硬度、脆度和咀嚼性明顯高于原配方餅干，說明蜜桃烏龍茶餅干更為酥脆，且更便于保存和運輸。

2.4 抗氧化能力檢測結果

通過DPPH自由基清除率測定可知，最優組蜜桃烏龍茶餅干的DPPH自由基清除率達到了（36.43±2.37）%。通過檢測餅干的T-AOC，得到線性回歸方程為y = 9.903x－0.003，R2 = 0.993，可知蜜桃烏龍茶餅干在吸光度0.215 5下的T-AOC為（0.022±0.003） mmol/g。說明所研制的蜜桃烏龍茶餅干具有較佳的保健效果。

3 小結與討論

模糊數學評價結合響應面法獲得蜜桃烏龍茶餅干優化配方：以低筋面粉22 g為基準，當速溶烏龍茶粉0.25 g、水蜜桃粉8 g、糖粉5 g、雞蛋5 g時，餅干品質最佳。按此配方制作的蜜桃烏龍茶餅干與對照組餅干相比，其硬度、脆度和咀嚼性都明顯提高，產品口感酥脆甜爽、色澤均勻、兼具水蜜桃和烏龍茶風味，且具有一定的抗氧化能力。蜜桃烏龍茶餅干的研制豐富了茶餅干和休閑營養餅干市場的產品種類，為烏龍茶在餅干中的深層次應用提供了技術參考，同時也滿足了消費者對茶餅干產品口感風味的多元化需求。

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