响应曲面法优化槐花饼干加工工艺的研究
2014-11-24唐长波戴茂华
唐长波+戴茂华
摘 要:该文研究了槐花饼干的配方及加工工艺,考察了槐花粉、白砂糖和油脂的添加量对饼干感官品质的影响。在单因素试验的基础上,应用响应曲面分析法对主要因素进行优化,确定了槐花饼干最佳配方:面粉50g,槐花粉用量7.5g,白砂糖用量7.6g,油脂用量10.6g,水用量22.5g,小苏打0.35g,碳酸氢铵0.2g,磷脂0.5g,食盐0.2g,甜味剂2.5g。
关键词:槐花饼干;响应曲面分析;加工工艺;最佳配方
中图分类号 TS210 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2014)21-110-05
槐花,又名槐米、槐蕊、槐花米等,是豆科植物槐(Styphnolobium japonicum L.)的干燥花蕾或花,微寒、味苦[1]。槐花中不仅含有丰富的蛋白质、脂肪、多种维生素和矿物质[2],而且含有丰富的黄酮、多糖、三萜皂甙、植物甾类、鞣质、氨基酸及槐花米甲、乙、丙素等多种活性物质[3-5]。其中,芦丁和三萜皂甙等药用成分,能够增强毛细血管韧性、防止冠状动脉硬化、降低血压、改善心肌循环[6-7];而黄酮类物质则有助于降低心肌耗氧量,使冠脉、脑血管流量增加,具有抗心律失常、软化血管,降血糖、血脂,抗氧化,消除抗体内自由基、抗衰老作用,增加机体免疫力等作用[8-9]。除了丰富的营养价值和多种保健功能,槐花还具有独特的清香,烘烤过后的槐花所具有特殊香味更是备受人们的青睐。近年来,槐花作为一种风味物质和营养基料被逐渐添加到食品中,从而赋予食品一定的营养和功能特性,如槐花酒、槐花饮料、槐花酸奶、槐花醋等[10-13],但是以槐花为原料的饼干、面包类的加工工艺研究却非常少。为此,本研究将槐花粉作为辅料添加入饼干,以感官评定为指标,对饼干中槐花粉、白砂糖、油脂、水等添加量以及槐花饼干的加工工艺进行优化,使槐花的营养保健成分得以充分利用,同时还赋予饼干天然的槐花清香,从而形成营养型、保健型并具特殊风味的西点食品。
1 材料与方法
1.1 材料与设备 新鲜槐花蕾,饼干专用粉,精炼植物油,优级白砂糖,小苏打,食盐,均为市售。SC-20L多功能食品搅拌机:广州三麦机械设备有限公司;JFSD-100电动粉碎机:中谷机械设备有限公司;XTF-3E远红外食品烤炉:广州红菱电热设备有限公司;JA1003电子天平:上海良平仪表仪器有限公司;模具等。
1.2 槐花的粉碎[14] 采购新鲜、无污染、无病虫的槐花花蕾备用,在45℃条件下烘干13~14h,然后进行粉碎并过60目筛,形成均匀的槐花粉,置于4℃冰箱中冷藏。
1.3 槐花饼干制作方法
1.3.1 基本配方 面粉50g,精炼植物油8g,白砂糖10g,小苏打0.35g,碳酸氢铵0.2g,磷脂0.5g,食盐0.2g,甜味剂2.5g,水22.5g[15]。
1.3.3 操作要点
1.3.3.1 原辅料预处理与辅料预混 准确称量各种原辅料,面粉与槐花粉拌匀过筛;将称好的辅料混合,搅拌均匀,并使混和液充分乳化形成乳浊液。
1.3.3.2 面团调制 将事先混匀的面粉与槐花粉加入到辅料中,采用快速搅拌,面团成型时温度一般以26~32℃为宜。
1.3.3.3 静置与成型 将面团用纱布覆盖并静置10min左右,使面团温度降低并减少筋性,但面团不能静置时间太长,防止面团发硬、组织松散而无法成型;用饼干模具使其成型,要求成型规则,花纹清晰,表面光滑,无裂纹,面饼厚度为1.2cm左右。
1.3.3.4 烘焙与冷却 面火温度控制为148℃,底火温度控制为118℃,时间为22~25min,然后将面火温度调整到158℃,底火温度为130℃,烘烤时间为2min,烘烤后的饼干颜色为深黄色;将烘烤完成的产品自然条件下降温至38℃左右,时间20min,使饼干中水分散发。
1.4 影响饼干感官品质的因素分析
1.4.1 单因素分析 槐花粉用量、白砂糖用量、油脂用量为影响饼干的感官品质,在保持其他因素不变的条件下对这3项因素进行单因素试验,分别探讨各因素对饼干感官品质的影响。
1.4.2 Box-Behnken试验设计 结合单因素试验结果,根据Box-Behnken设计原理,以上述3个因素为自变量,以槐花饼干感官品质评分为响应值进行优化,共设计17个试验点,其中12个分析因子,5个中心点。通过统计分析软件Design-Expert8.0.5进行实验设计和数据分析,确定槐花饼干的最优的生产工艺配方[16]。
1.5 感官评判方法[17] 由20位西点烘焙技师组成感官品评小组,从饼干色泽、外型、结构、口感和风味等5个方面进行评价,评分标准见表1。槐花饼干感官质量值域为U,则U=[外型(u1)+口感(u2)+色泽(u3)+风味(u4)+结构(u5)],评定集为V,v=[好(v1),一般(v2),差(v3)]。根据参考资料,确定权重集为X=[0.15,0.15,0.15,0.40,0.15],即产品质量特性中外型占15分,口感占40分,色泽占15分,风味占15分,结构占15分,总计100分。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果分析
2.1.1 不同槐花粉用量对产品质量的影响 面粉用量50.0g,分别添加3.0g、4.5g、6.0g、7.5g槐花粉,其它辅料用量与基本配方相同,不同槐花粉添加量对饼干感官品质影响。槐花粉添加量在3.0g以下时,产品结构细密均匀、片型整齐,但没有体现出槐花特有的色泽与风味;添加量4.5g时,略有槐花香味且色泽呈淡黄色;当添加量6.0g时,饼干组织结构细密均匀,呈现均匀的黄褐色且有槐花清香;添加量7.5g以上时,饼干的组织结构就比较粗糙且口感差,槐花风味过重。综合分析以上结果,槐花粉最佳添加量应为6.0g。endprint
2.1.2 不同白砂糖用量对产品质量的影响 面粉用量50.0g,添加槐花粉6.0g,白砂糖添加量分别为6.0g、8.0g、10.0g、12.0g,其它辅料添加量与基本配方相同,不同白砂糖添加量对饼干感官品质影响见图3。由图3可知,不同白砂糖的添加量显著影响饼干的色泽、口感以及及风味,当白砂糖在6.0g以下时,饼干组织结构受到影响,口感偏硬并且黏牙;白砂糖的添加量为8.0g,焦糖化反应适中,能很好显现饼干的黄褐色,并且口感酥松,味道纯正;当添加量大于10.0g时,焦糖化反应明显,饼干中槐花蕾出现焦化,形成了深褐色。
2.1.3 不同油脂用量对产品质量的影响 面粉用量50.0g,槐花粉添加量6.0g,白砂糖添加量8.0g,油脂添加量分别为5.5g、8.0g、10.5g、13.0g时,其它辅料用量与基本配方相同,不同油脂用量对饼干品质影响见图4。由图4可知,油脂的添加量为8.0g以下时,槐花饼干口感偏硬且表面干燥缺乏光泽;油脂的添加量为10.5g时,其口感及外观均良好;油脂的添加量为13.0g时,虽然酥松性好,而面筋微粒受油膜隔离的影响而不易形成面筋网络,使面团粘性及弹性显著降低,并且饼干面团粘力以及抗裂能力均较差,容易破裂。因而油脂的适宜添加量为10.5g。
2.2 响应面试验[18-19]
2.2.1 响应曲面设计与结果 在单因素试验的基础上,根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理,选取槐花粉用量(X1)、白砂糖用量(X2)和油脂用量(X3)对饼干感官品质效果影响显著的3个因素进行响应面分析。以X1、X2、X3,为自变量,以感官品质评分为响应值,设计3水平3因素的响应面分析实验。共有17个试验点,其中12个位析因点,5个位零点以估计误差。
2.2.2 响应面结果分析 响应面的方差分析结果见表4所示,模型的可靠性可由方差分析及相关系数来考察。模型F=71.48,P<0.000 1,说明试验所选用的二次多项模型具有高度的显著性。另外,根据表4结果分析,X1、X2、X1*X3、X2*X3、X1*X1不显著,而X3、X1*X2、X2*X2、X3*X3极显著影响,F失拟=0.79,失拟项P=0.5613>0.05,表明失拟不显著。由此可见,该模型能够较好地描述各因素与响应值之间的真实关系,可以利用该回归方程确定槐花饼干最佳工艺配方。该回归模型的调整确定系数为R2Adj=0.975 4,即该模型能解释97.54%响应值的变化,模型拟合程度良好,试验误差小,说明应用响应曲面法优化槐花粉饼干工艺配方是可行的。
2.2.3 各因素及交互作用对槐花粉饼干感官品质的影响 根据回归方程做响应面,考察拟合的响应面的形状,分析槐花粉用量、白砂糖用量和油脂用量对槐花饼干感官品质的影响,其响应面如图5、图6和图7所示。图5表示槐花粉用量和白砂糖用量对槐花饼干感官品质的交互作用情况,由图5中等高线图可知,等高线沿水解时间方向变化相对密集,说明白砂糖用量对响应值的影响比槐花粉用量大;图6表示槐花粉用量和油脂用量对槐花饼干感官品质的交互作用情况,图6中,等高线沿油脂用量方向变化相对密集,说明油脂用量对响应值的影响比槐花粉用量大;由图7可知,等高线密度白砂糖用量和油脂用量方向相当,可知对响应值的影响相当。为进一步确定因素组合,采用Design-Expert软件对实验模型进行典型性分析。经进一步优化得到槐花粉饼干最优工艺配方参数为:槐花粉用量为7.5g,白砂糖用量为7.6g,油脂用量为10.6g,此最优工艺下槐花粉饼干感官品质得分理论值为88.9。
2.2.4 验证试验 为了检验模型的准确性,根据模型得到槐花饼干最优配方(面粉50g,槐花粉用量为7.5g,白砂糖用量为7.6g,油脂用量为10.6g,水用量22.5g,小苏打0.35g,碳酸氢铵0.20g,磷脂0.50g,食盐0.20g,甜味剂2.50g)进行试验,结果显示,实际测得感官评分为88.1,与Design expert 软件理论预测值88.9仅相差0.90%,说明该模型参数准确可靠。按照此配方生产的槐花饼干色泽均匀、外形完整、口感酥松爽口并具有槐花香味,说明该产品配方切实可靠,具备生产操作性。
3 结论
本研究采用响应面分析法优化槐花粉饼干的工艺配方,以槐花粉用量、白砂糖用量、油脂用量为主要因素进行Box Behnken 试验,建立了槐花粉饼干感官评价的回归方程为
试验结果表明,当加工工艺中槐花粉用量7.5g,白砂糖用量7.6g,油脂用量10.6g时,感官评分达到88.1,与Design expert 软件预测的88.9仅相差0.90%,说明该模型可靠。在各影响因子中,水解时间对响应值的影响比底物浓度大,酶浓度对响应值的影响比水解时间大,酶浓度和底物浓度对响应值的影响相当。
参考文献
[1]国家药典委员会.中国药典[M].北京:化学工业出版社,2000.
[2]李娆娆,原思通,肖永庆.中药槐花化学成分、药理作用及炮制研究进展[J].中国中医药信息杂志,2002,9(6):77-82.
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[4]吴虹霁,兰昌云,陈 媛.槐花的研究进展[J].广东微量元素科学,2006,13(6):1-6.
[5]范文秀,张玉泉,王泽云,等.洋槐叶和槐花中营养成分分析的研究[J].广东微量元素科学,2004,11(11):51-53.
[6]El-Dondity,S.E.Khalifa,T.L.;Ammar,H.A.;et al.Chemical and biological study of Sophora japponica L.growing in Egypt[J].Al-Azhar J.Pharm Sci,1999,24:230-231.
[7]董艳芬,李坚.槐花的现代研究与临床应用[J].中医药信息,2001,18(6):21-23.
[8]郭建平,孙其荣,周全.葛根药理作用研究进展[J].中草药,1995(3):163-165.
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[11]李凤英,李润丰,崔蕊静,等.槐花保健饮料的研制[J].中国食品学报,2007,7(2):70-74.
[12]吴录萍,张少颖,李倩.槐花酸奶的工艺研究[J].农产品加工(学刊),2013,334(11):33-35.
[13]李凤英,郑立红,肖月娟,等.槐花醋酿制工艺的研究[J].中国食品学报,2008,8(1):38-43.
[14]李凤英.桑叶保健袋泡茶的研制[J].食品工业科技,2004,25(1):92-93.
[15]刘江汉.焙烤工业实用手册[M].北京:中国轻工业出版社,2008:235-238.
[16]王鸿磊,王红艳,刘鹏丽,等.响应面法优化胶冻样芽孢杆菌发酵条件的研究[J].中国农学通报,2012,28(8):63-67.
[17]唐长波,李世超,戴茂华.桑叶保健饼干的研制[J].食品研究与开发,2011,32(11):127-130.
[18]Box G E P.Hunter W G,Hunter J S.Statistics for experiments:An introduction to design,data analysis and model building[M].New York:Wiley,1990.
[19]赵华,王虹,任晶.响应面法对玉米黄色素提取工艺的优化[J].粮食与饲料工业,2010(12):42-44.
(责编:张宏民)endprint
2.1.2 不同白砂糖用量对产品质量的影响 面粉用量50.0g,添加槐花粉6.0g,白砂糖添加量分别为6.0g、8.0g、10.0g、12.0g,其它辅料添加量与基本配方相同,不同白砂糖添加量对饼干感官品质影响见图3。由图3可知,不同白砂糖的添加量显著影响饼干的色泽、口感以及及风味,当白砂糖在6.0g以下时,饼干组织结构受到影响,口感偏硬并且黏牙;白砂糖的添加量为8.0g,焦糖化反应适中,能很好显现饼干的黄褐色,并且口感酥松,味道纯正;当添加量大于10.0g时,焦糖化反应明显,饼干中槐花蕾出现焦化,形成了深褐色。
2.1.3 不同油脂用量对产品质量的影响 面粉用量50.0g,槐花粉添加量6.0g,白砂糖添加量8.0g,油脂添加量分别为5.5g、8.0g、10.5g、13.0g时,其它辅料用量与基本配方相同,不同油脂用量对饼干品质影响见图4。由图4可知,油脂的添加量为8.0g以下时,槐花饼干口感偏硬且表面干燥缺乏光泽;油脂的添加量为10.5g时,其口感及外观均良好;油脂的添加量为13.0g时,虽然酥松性好,而面筋微粒受油膜隔离的影响而不易形成面筋网络,使面团粘性及弹性显著降低,并且饼干面团粘力以及抗裂能力均较差,容易破裂。因而油脂的适宜添加量为10.5g。
2.2 响应面试验[18-19]
2.2.1 响应曲面设计与结果 在单因素试验的基础上,根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理,选取槐花粉用量(X1)、白砂糖用量(X2)和油脂用量(X3)对饼干感官品质效果影响显著的3个因素进行响应面分析。以X1、X2、X3,为自变量,以感官品质评分为响应值,设计3水平3因素的响应面分析实验。共有17个试验点,其中12个位析因点,5个位零点以估计误差。
2.2.2 响应面结果分析 响应面的方差分析结果见表4所示,模型的可靠性可由方差分析及相关系数来考察。模型F=71.48,P<0.000 1,说明试验所选用的二次多项模型具有高度的显著性。另外,根据表4结果分析,X1、X2、X1*X3、X2*X3、X1*X1不显著,而X3、X1*X2、X2*X2、X3*X3极显著影响,F失拟=0.79,失拟项P=0.5613>0.05,表明失拟不显著。由此可见,该模型能够较好地描述各因素与响应值之间的真实关系,可以利用该回归方程确定槐花饼干最佳工艺配方。该回归模型的调整确定系数为R2Adj=0.975 4,即该模型能解释97.54%响应值的变化,模型拟合程度良好,试验误差小,说明应用响应曲面法优化槐花粉饼干工艺配方是可行的。
2.2.3 各因素及交互作用对槐花粉饼干感官品质的影响 根据回归方程做响应面,考察拟合的响应面的形状,分析槐花粉用量、白砂糖用量和油脂用量对槐花饼干感官品质的影响,其响应面如图5、图6和图7所示。图5表示槐花粉用量和白砂糖用量对槐花饼干感官品质的交互作用情况,由图5中等高线图可知,等高线沿水解时间方向变化相对密集,说明白砂糖用量对响应值的影响比槐花粉用量大;图6表示槐花粉用量和油脂用量对槐花饼干感官品质的交互作用情况,图6中,等高线沿油脂用量方向变化相对密集,说明油脂用量对响应值的影响比槐花粉用量大;由图7可知,等高线密度白砂糖用量和油脂用量方向相当,可知对响应值的影响相当。为进一步确定因素组合,采用Design-Expert软件对实验模型进行典型性分析。经进一步优化得到槐花粉饼干最优工艺配方参数为:槐花粉用量为7.5g,白砂糖用量为7.6g,油脂用量为10.6g,此最优工艺下槐花粉饼干感官品质得分理论值为88.9。
2.2.4 验证试验 为了检验模型的准确性,根据模型得到槐花饼干最优配方(面粉50g,槐花粉用量为7.5g,白砂糖用量为7.6g,油脂用量为10.6g,水用量22.5g,小苏打0.35g,碳酸氢铵0.20g,磷脂0.50g,食盐0.20g,甜味剂2.50g)进行试验,结果显示,实际测得感官评分为88.1,与Design expert 软件理论预测值88.9仅相差0.90%,说明该模型参数准确可靠。按照此配方生产的槐花饼干色泽均匀、外形完整、口感酥松爽口并具有槐花香味,说明该产品配方切实可靠,具备生产操作性。
3 结论
本研究采用响应面分析法优化槐花粉饼干的工艺配方,以槐花粉用量、白砂糖用量、油脂用量为主要因素进行Box Behnken 试验,建立了槐花粉饼干感官评价的回归方程为
试验结果表明,当加工工艺中槐花粉用量7.5g,白砂糖用量7.6g,油脂用量10.6g时,感官评分达到88.1,与Design expert 软件预测的88.9仅相差0.90%,说明该模型可靠。在各影响因子中,水解时间对响应值的影响比底物浓度大,酶浓度对响应值的影响比水解时间大,酶浓度和底物浓度对响应值的影响相当。
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[12]吴录萍,张少颖,李倩.槐花酸奶的工艺研究[J].农产品加工(学刊),2013,334(11):33-35.
[13]李凤英,郑立红,肖月娟,等.槐花醋酿制工艺的研究[J].中国食品学报,2008,8(1):38-43.
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[16]王鸿磊,王红艳,刘鹏丽,等.响应面法优化胶冻样芽孢杆菌发酵条件的研究[J].中国农学通报,2012,28(8):63-67.
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[19]赵华,王虹,任晶.响应面法对玉米黄色素提取工艺的优化[J].粮食与饲料工业,2010(12):42-44.
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2.1.2 不同白砂糖用量对产品质量的影响 面粉用量50.0g,添加槐花粉6.0g,白砂糖添加量分别为6.0g、8.0g、10.0g、12.0g,其它辅料添加量与基本配方相同,不同白砂糖添加量对饼干感官品质影响见图3。由图3可知,不同白砂糖的添加量显著影响饼干的色泽、口感以及及风味,当白砂糖在6.0g以下时,饼干组织结构受到影响,口感偏硬并且黏牙;白砂糖的添加量为8.0g,焦糖化反应适中,能很好显现饼干的黄褐色,并且口感酥松,味道纯正;当添加量大于10.0g时,焦糖化反应明显,饼干中槐花蕾出现焦化,形成了深褐色。
2.1.3 不同油脂用量对产品质量的影响 面粉用量50.0g,槐花粉添加量6.0g,白砂糖添加量8.0g,油脂添加量分别为5.5g、8.0g、10.5g、13.0g时,其它辅料用量与基本配方相同,不同油脂用量对饼干品质影响见图4。由图4可知,油脂的添加量为8.0g以下时,槐花饼干口感偏硬且表面干燥缺乏光泽;油脂的添加量为10.5g时,其口感及外观均良好;油脂的添加量为13.0g时,虽然酥松性好,而面筋微粒受油膜隔离的影响而不易形成面筋网络,使面团粘性及弹性显著降低,并且饼干面团粘力以及抗裂能力均较差,容易破裂。因而油脂的适宜添加量为10.5g。
2.2 响应面试验[18-19]
2.2.1 响应曲面设计与结果 在单因素试验的基础上,根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理,选取槐花粉用量(X1)、白砂糖用量(X2)和油脂用量(X3)对饼干感官品质效果影响显著的3个因素进行响应面分析。以X1、X2、X3,为自变量,以感官品质评分为响应值,设计3水平3因素的响应面分析实验。共有17个试验点,其中12个位析因点,5个位零点以估计误差。
2.2.2 响应面结果分析 响应面的方差分析结果见表4所示,模型的可靠性可由方差分析及相关系数来考察。模型F=71.48,P<0.000 1,说明试验所选用的二次多项模型具有高度的显著性。另外,根据表4结果分析,X1、X2、X1*X3、X2*X3、X1*X1不显著,而X3、X1*X2、X2*X2、X3*X3极显著影响,F失拟=0.79,失拟项P=0.5613>0.05,表明失拟不显著。由此可见,该模型能够较好地描述各因素与响应值之间的真实关系,可以利用该回归方程确定槐花饼干最佳工艺配方。该回归模型的调整确定系数为R2Adj=0.975 4,即该模型能解释97.54%响应值的变化,模型拟合程度良好,试验误差小,说明应用响应曲面法优化槐花粉饼干工艺配方是可行的。
2.2.3 各因素及交互作用对槐花粉饼干感官品质的影响 根据回归方程做响应面,考察拟合的响应面的形状,分析槐花粉用量、白砂糖用量和油脂用量对槐花饼干感官品质的影响,其响应面如图5、图6和图7所示。图5表示槐花粉用量和白砂糖用量对槐花饼干感官品质的交互作用情况,由图5中等高线图可知,等高线沿水解时间方向变化相对密集,说明白砂糖用量对响应值的影响比槐花粉用量大;图6表示槐花粉用量和油脂用量对槐花饼干感官品质的交互作用情况,图6中,等高线沿油脂用量方向变化相对密集,说明油脂用量对响应值的影响比槐花粉用量大;由图7可知,等高线密度白砂糖用量和油脂用量方向相当,可知对响应值的影响相当。为进一步确定因素组合,采用Design-Expert软件对实验模型进行典型性分析。经进一步优化得到槐花粉饼干最优工艺配方参数为:槐花粉用量为7.5g,白砂糖用量为7.6g,油脂用量为10.6g,此最优工艺下槐花粉饼干感官品质得分理论值为88.9。
2.2.4 验证试验 为了检验模型的准确性,根据模型得到槐花饼干最优配方(面粉50g,槐花粉用量为7.5g,白砂糖用量为7.6g,油脂用量为10.6g,水用量22.5g,小苏打0.35g,碳酸氢铵0.20g,磷脂0.50g,食盐0.20g,甜味剂2.50g)进行试验,结果显示,实际测得感官评分为88.1,与Design expert 软件理论预测值88.9仅相差0.90%,说明该模型参数准确可靠。按照此配方生产的槐花饼干色泽均匀、外形完整、口感酥松爽口并具有槐花香味,说明该产品配方切实可靠,具备生产操作性。
3 结论
本研究采用响应面分析法优化槐花粉饼干的工艺配方,以槐花粉用量、白砂糖用量、油脂用量为主要因素进行Box Behnken 试验,建立了槐花粉饼干感官评价的回归方程为
试验结果表明,当加工工艺中槐花粉用量7.5g,白砂糖用量7.6g,油脂用量10.6g时,感官评分达到88.1,与Design expert 软件预测的88.9仅相差0.90%,说明该模型可靠。在各影响因子中,水解时间对响应值的影响比底物浓度大,酶浓度对响应值的影响比水解时间大,酶浓度和底物浓度对响应值的影响相当。
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(责编:张宏民)endprint