响应面法在麦麸膳食纤维饼干研制中的应用

郑绍达

（天津顶园食品有限公司，天津　300457）



响应面法在麦麸膳食纤维饼干研制中的应用

郑绍达

（天津顶园食品有限公司，天津300457）

摘要：采用炒制法对麦麸进行脂肪酶钝化处理，通过正交试验确定最佳处理条件。采用Box- Behnken设计试验，以黄油、白砂糖、麦麸、鸡蛋添加量为自变量，以麦麸膳食纤维饼干感官评价得分为因变量，考察各因素交互作用对响应值的影响，通过响应面分析法优化麦麸膳食纤维饼干配方，研制富含膳食纤维的保健功能饼干。结果表明，麦麸脂肪酶钝化处理最佳条件为5 min，320℃，6 kg；麦麸膳食纤维饼干最佳配方为面粉100 g，黄油34.97 g，白砂糖30.12 g，麦麸19.71 g，鸡蛋8.17 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氢钠0.9 g，碳酸氢铵0.5 g，食盐0.5 g，卵磷脂0.2 g；烘焙参数为面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。

关键词：麦麸；膳食纤维；饼干；响应面法

0　引言

小麦是世界范围内产量最大、分布最广的粮食作物，小麦种植区域主要分布在温带地区，我国东北、华北以及长江中下游平原地区是北半球4个主要产区之一，小麦产量高。麦麸，即小麦麸皮，是小麦加工面粉过程中产生的副产品，资源极为丰富。麦麸中总膳食纤维含量高达35%～50%，还含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、氨基酸等[1]。膳食纤维被营养学界誉为人体必需的“第七大营养素”，具有非常重要的生理功能，如降低血脂和血压、稳定血糖水平、改善便秘、预防肠癌和乳腺癌等[2]。通常麦麸的主要用途是制作饲料，产品附加值较低，大量资源未能得到充分利用。

饼干是一类高糖、高油脂的烘焙产品。随着消费者日益增长的健康意识，有益于人体健康的功能性食品备受青睐。将麦麸适量添加到饼干中，既可以保持酥松口感，又可以增加膳食纤维含量，使其具有一定的保健功能。膳食纤维具有良好的烘烤特性和稳定功能，既可以改善感官品质，又可以强化营养价值，是开发利用膳食纤维的良好方法[3]。

响应面法是一种试验设计与优化方法，它是将响应值作为一个或多个因素水平的函数，通过对复杂的函数关系用一次或二次多项式模型来回归拟合，运用响应曲面和等高线的图形绘制技术，将这种未知的函数关系表现出来，因而可以直观选择各因素的最优化水平，相应得出预测的最佳响应值。响应面法的应用领域非常广泛，是解决实际生产过程中降低生产成本、优化加工工艺、提高产品品质等问题的一种有效方法。试验采用响应面优化法，探讨黄油、白砂糖、麦麸、鸡蛋添加量4个因素对感官评价的交互影响，从而确定麦麸膳食纤维饼干最佳配方，以期为麦麸利用和饼干研发提供参考。

1　材料与方法

1.1材料

麦麸、面粉、黄油、白砂糖、鸡蛋、淀粉、奶粉、碳酸氢钠、碳酸氢铵、食盐、卵磷脂，均为市售。

高速粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司产品；XS225A型分析天平、BINDER型恒温干燥箱、STIK型真空干燥箱、马弗炉、KDN- 04Ⅲ型蛋白质测定仪HYP- 1004型消化炉，上海纤检仪器有限公司产品；DK- S26型电热恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司产品。

无水碳酸钠、乙酸、盐酸、氢氧化钠、甲基橙、乙醚、乙醇、氢氧化钾、酚酞、碘化钾、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸钠、可溶性淀粉、硅藻土、重铬酸钾、MES/2 -（N -吗啉代）乙烷磺酸、TRIS /三羟甲基氨基甲烷、溴甲酚绿、石油醚、丙酮、硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、甲基红、亚甲基蓝、α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶，均为分析纯。

1.2方法

1.2.1脂肪酶钝化处理

新鲜麦麸含有较强活性的脂肪氧化酶和脂肪水解酶，在加工过程中，使得这些脂肪酶分离出来与油脂相互接触生成游离的脂肪酸，即油脂发生氧化酸败而变质，所以必须抑制或钝化麦麸脂肪酶的活性，才能更有效地开发和利用麦麸资源[4]。传统方法主要有化学法和物理法，化学法即采用化学试剂使脂肪酶钝化或失活，成本较高且营养成分损失大；物理法即采用加热、微波、挤压等灭酶方法，安全且营养成分损失小。本试验采用炒制法，具有安全、便捷、适于工业化生产等优点。每次称取不同质量的麦麸，通过补水和烘干的方法调节初始水分含量达到一致，分别采取不同炒制温度和炒制时间进行处理。对在各个条件下处理后的麦麸提油并测定过氧化值，以过氧化值大小判断处理效果[5]。根据单因素试验结果，分别选取炒制质量为4，6，8 kg，炒制温度为280，300，320℃，炒制时间为4，5，6 min，设计三因素三水平正交试验分析，根据极差分析结果确定3个因素对处理结果影响程度排列顺序，并确定最佳水平。

1.2.2基础配方及工艺

基础配方为面粉100 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氢钠0.9 g，碳酸氢铵0.5 g，食盐0.5 g，卵磷脂0.2 g。烘焙参数为面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。工艺流程为原料准备→混料搅拌→面团静置→饼坯成型→烘焙→冷却→成品。

1.2.3单因素试验及响应面优化分析

固定基础配方中各种原料添加量，对黄油添加量（20%，25%，30%，35%，40%，45%）、白砂糖添加量（20%，25%，30%，35%，40%，45%）、麦麸添加量（14%，16%，18%，20%，22%，24%）、鸡蛋添加量（2%，4%，6%，8%，10%，12%）4个因素通过单因素试验得到较适宜的添加量范围。

在单因素试验基础上，运用Design- Expert 8.0.6.1试验设计软件，采用Box- Behnken Design（BBD），以黄油、白砂糖、麦麸、鸡蛋添加量4个因素（自变量）水平为考察对象，以产品感官评价得分作为响应值（因变量）

响应面试验设计的因素与水平设计见表1。

表1　响应面试验设计的因素与水平设计/ %

1.2.4感官评价

将制成的麦麸膳食纤维饼干进行感官评价，感官评价小组由固定的10名评委组成，每种产品的感官评价均由此小组完成，每次感官评价得分为10名评委给出得分的平均值。

麦麸膳食纤维饼干感官评价评分标准见表2。

表2　麦麸膳食纤维饼干感官评价评分标准

1.2.5品质检测

对最佳配方工艺条件下制成的麦麸膳食纤维饼干进行水分（GB5009.3—2010）、碱度（GB/T20980—2007）、酸价和过氧化值（GB/T 5009.37—2003）检测，并对膳食纤维含量（GB/T 5009.88—2008）进行检测[6-9]。

2　结果与分析

2.1正交试验确定麦麸预处理条件

麦麸预处理条件的正交试验设计方案与结果见表3。

表3　麦麸预处理条件的正交试验设计方案与结果

根据试验结果进行极差分析，预处理条件对麦麸过氧化值（POV）的影响程度从大到小顺序为炒制时间（C'）＞炒制温度（B'）＞炒制质量（A'）。极差最大的因素是炒制时间，将它控制在最好水平（过氧化值最低）C'2；极差居中的因素是炒制温度，将它控制在最好水平（过氧化值最低）B'3；极差最小的因素是炒制质量，将它控制在最好水平（过氧化值最低）A'2。所以，麦麸最佳预处理条件为C'2B'3A'2，即炒制时间5 min，炒制温度320℃，炒制质量6 kg。

2.2单因素试验

2.2.1黄油添加量对饼干感官评价的影响

黄油添加量对饼干感官评价的影响见图1。

图1　黄油添加量对饼干感官评价的影响

由图1可知，随着配方中黄油添加量的增加，饼干的感官评价得分先上升后下降。当黄油添加量为35%时，感官评价得分最高，达88分。

2.2.2白砂糖添加量对饼干感官评价的影响

白砂糖添加量对饼干感官评价的影响见图2。

由图2可知，随着配方中白砂糖添加量的增加，饼干的感官评价得分先上升后下降。当白砂糖添加量为30%时，感官评价得分最高，达89分。

2.2.3麦麸添加量对饼干感官评价的影响

麦麸添加量对饼干感官评价的影响见图3。

图2　白砂糖添加量对饼干感官评价的影响

图3　麦麸添加量对饼干感官评价的影响

由图3可知，随着配方中麦麸添加量的增加，饼干的感官评价得分先上升后下降。当麦麸添加量为20%时，感官评价得分最高，达86分。

2.2.4鸡蛋添加量对饼干感官评价的影响

鸡蛋添加量对饼干感官评价的影响见图4。

图4　鸡蛋添加量对饼干感官评价的影响

由图4可知，随着配方中鸡蛋添加量的增加，饼干的感官评价得分先上升后下降。当鸡蛋添加量为8%时，感官评价得分最高，达87分。

2.3响应面优化分析

麦麸膳食纤维饼干生产配方响应面分析试验结果见表4，响应面方差分析结果见表5。

利用Design- Expert 8.0.6.1试验设计软件对表4的数据进行回归分析，获得的二次多元回归模型为：

运用响应面法对试验结果获得的二次多项式回归拟合方程进行方差分析，结果如表5所示。二次多元回归方程中的各个变量（自变量）对响应值（因变量）影响的显著程度由F值检验来判定。若p值越小，则显著程度越高。模型的F值为54.34，大于0.01水平上的F值，而且p值小于0.000 1，说明该模型是极显著的。该模型的失拟度F值等于2.13，小于0.05水平上的F值，而且p值为0.243 4，大于0.05，表明失拟度相对于纯误差是不显著的。拟合度为0.981 9，说明构建的二次多元回归模型拟合度较好，可用来对麦麸膳食纤维饼干感官评价得分进行预测。

AC，AB对饼干感官评价得分影响的等高线和响应面见图5。

表4　麦麸膳食纤维饼干生产配方响应面分析试验结果

表5　响应面方差分析结果

一次项C，交互项AB与AC，以及二次项A2，B2，C2，D2对产品感官评价得分的影响是极显著的（p＜0.000 1）；一次项D的影响是显著的（p＜0.05）；一次项A，B，交互项AD，BC，BD，CD的影响是不显著的。响应面图形是响应值对各个试验因素所构成的三维曲面图，从图上可以找出最佳参数以及各个参数之间的相互作用。由图5可知，响应面图形是开口向下的曲面，表明响应值（因变量）感官评价得分存在最大值，即该响应曲面的最高点。在白砂糖添加量和鸡蛋添加量一定的条件下，随着黄油添加量和麦麸添加量的增大，感官评价得分先上升后下降；在鸡蛋添加量和麦麸添加量一定的条件下，随着黄油添加量和白砂糖添加量的增大，感官评价得分先上升后下降。由此可知，各原料适当的添加量可以改善麦麸膳食纤维饼干的感官评价得分。

通过响应面分析结果可知，可利用该回归方程确定麦麸膳食纤维饼干最佳配方，软件分析得到的感官评价得分预测值为86.8分，在最大响应值时，所考察的4种原料最佳配比为以面粉为基准，黄油34.97 g，白砂糖30.12 g，麦麸19.71 g，鸡蛋8.17 g。为了验证预测值与实际值的差距，采用以上配方工艺进行验证试验，重复3次，得到的饼干感官评价得分平均值为87分。可见，该模型拟合度较好，能够较好地预测试验结果，说明采用响应面法优化麦麸膳食纤维饼干配方，具有指导实际生产的应用价值。

2.4品质检测

测定麦麸麸膳食纤维饼干水分2.23%，碱度0.2%，酸价2.0 mg/g，过氧化值0.036 g/100 g，符合饼干国家标准（GB/T 20980—2007）相关要求[7]。测定麦麸麸膳食纤维饼干总膳食纤维6.13 g/100 g，不溶性膳食纤维5.94 g/100 g，可溶性膳食纤维0.19 g/100 g，符合预包装食品营养标签通则（GB 28050—2011）高或富含膳食纤维的要求[10]。

3　结论

（1）采用炒制法进行麦麸脂肪酶钝化处理，运用正交试验法得到最佳处理条件为5 min，320℃，6 kg。

（2）采用Box- Behnken设计试验，构建的模型拟合度较好，能够较好地预测试验结果，得到最佳配方为面粉100 g，黄油34.97 g，白砂糖30.12 g，麦麸19.71 g，鸡蛋8.17 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氢钠0.9 g，碳酸氢铵0.5 g，食盐0.5 g，卵磷脂0.2 g；烘焙参数为面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。

（3）对最佳配方工艺条件下制成的麦麸麸膳食纤维饼干进行水分、碱度、酸价、过氧化值以及膳食纤维含量检测，均符合食品安全国家标准相关要求，可作为一种保健功能饼干投入市场。

参考文献：

［1］李大川，袁建，石嘉怿，等.麦麸功能成分提取工艺的研究［J］.现代面粉工业，2010，24（6）：37-40.

［2］Jean Brillouet. Fractionation of wheat bran carbohydrate［J］. J Sci. Food Agric，1981（32）：243-251.

［3］Gruppen H，Marsciue J P. Mild isolation of water-insoluble cell wall material from wheat flour：composition of fractions obtained with emphasis on non-starch polysaccharide［J］. Journal of Cereal Science，1989（9）：247-260.

［4］李芳，刘英，陈季旺，等.燕麦麸皮灭酶方法的研究［J］.食品科学，2007，28（4）：204-207.

［5］刘方，姚娣，陈轩，等.麦麸曲奇饼干的研制工艺［J］.安徽农业科学，2014，42（15）：4 789-4 791.

［6］卫生部食品卫生监督检验所. GB 5009.3—2010食品中水分的测定［S］.北京：中国标准出版社，2010.

［7］中国食品发酵研究所. GB/T 20980—2007饼干［S］.北京：中国标准出版社，2007.

［8］上海市卫生防疫站. GB/T 5009.37—2003食用植物油卫生标准的分析方法［S］.北京：中国标准出版社，2003.

［9］中国疾病预防控制中心营养与食品安全所. GB/T 5009.88—2008食品中膳食纤维的测定［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［10］中国疾病预防控制中心. GB 28050—2011预包装食品营养标签通则［S］.北京：中国标准出版社，2011.

Application of Response Surface Methodology in Development of Wheat Bran Dietary Fiber Biscuit

ZHENG Shaoda
（Tianjin Dingyuan Food Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China）

Abstract：The development of dietary fiber biscuit is introduced in this experiment by adding wheat bran as the raw material. The wheat bran lipase passivated using stir- fried method. The optimum treatment conditions are determined by orthogonal test. Box- Behnken Design is used in the experiment，adding proportion of butter，sugar，wheat bran，egg as independent variables，and the sensory evaluation score of wheat bran biscuit as the dependent variable. The influence of the interaction of the independent variables on the response value is investigated. The formula of wheat bran biscuit is optimized by response surface methodology. The results show that the optimum conditions of pretreatment of wheat bran by orthogonal experimental method are 5 min，320℃，6 kg. The optimum formula are flour 100 g，butter 34.97 g，sugar 30.12 g，wheat bran 19.71 g，egg 8.17 g，starch 8 g，milk powder 1 g，sodium bicarbonate 0.9 g，ammonium hydrogen carbonate 0.5 g，salt 0.5 g，lecithin 0.2 g. Baking conditions are surface fire 230℃，bottom fire 180℃，baking time 6 min.

Key words：wheat bran；dietary fiber；biscuit；response surface methodology

作者简介：郑绍达（1985—），男，硕士，工程师，研究方向为粮食制品加工。

收稿日期：2015- 12- 31

文章编号：1671- 9646（2016）03b- 0012- 05

中图分类号：TS213

文献标志码：A

doi：10.16693/j.cnki.1671- 9646（X）.2016.03.030