响应面法优化高纤维杂粮饼干的配方研究

胡克坚，段丽萍，肖新生，阳建章，胡莎，袁志辉，*（.湖南科技学院化学与生物工程学院，湖南永州42599；2.湘南优势植物资源综合利用湖南省重点实验室湖南科技学院，湖南永州，42599）

响应面法优化高纤维杂粮饼干的配方研究

胡克坚1，2，段丽萍1，肖新生1，2，阳建章1，胡莎1，袁志辉1，2，*
（1.湖南科技学院化学与生物工程学院，湖南永州425199；2.湘南优势植物资源综合利用湖南省重点实验室湖南科技学院，湖南永州，425199）

在饼干基本配方的基础上，通过添加富含膳食纤维的大豆粉、玉米粉、荞麦粉优化其配方，对影响高纤维营养杂粮饼干品质的主要因素进行了研究。结果表明，高纤维营养杂粮饼干的最佳配方为：以面粉+大豆粉+玉米粉+荞麦粉为基数，其他辅料分别为其质量的比例计算，面粉45%、大豆粉18%、玉米粉22%、荞麦粉18%、油脂14.75%、白砂糖15.5%、小苏打∶+碳酸氢铵为2.71%。在此条件下饼干中油脂、总糖以及粗纤维的量分别23.95%、27.78%以及8.52%，感官评分为86.75。

响应面法；纤维；杂粮饼干

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们的膳食结构发生了重大变化，饮食越来越精细，因而造成谷物食品精细度提高，而膳食纤维摄入比例相应减少，同时脂肪的摄入量却在不断增加，从而导致许多与膳食结构有关的富贵病，如心脏病、糖尿病、肥胖症、癌症等的发病率不断提高［1］。自20世纪70年代Burkitt Trowell提出膳食纤维假说以来，大量的研究结果表明，膳食纤维对上述的各种疾病有明显的预防和治疗作用［2-4］，并且将其列为“第七大营养素”［5］。因此，研究和开发高纤维食品具有重要的现实意义［6］。饼干是主要焙烤食品之一，深受大众喜爱，具有消费量大、保质期长、贮运方便、营养丰富、老幼皆宜、工业化程度高和易于进行营养强化处理等特点［7］。目前，杂粮原材料的选择为杂粮饼干的研究主要研究方向，因此，研发一种高纤维、营养丰富、具有一定保健功能的新型饼干适应大众需求与市场。本文选用富含膳食纤维的大豆粉、玉米粉、荞麦粉，对影响高纤维营养杂粮饼干品质的主要因素进行了研究。并采用响应面试验得出了高纤维营养杂粮饼干制作的最佳配方和工艺参数，并采用感官评定的方法进行评价。

1　材料与方法

1.1材料与仪器设备

小麦粉（面筋含量为25%～29%）、大豆粉、玉米粉、荞麦粉、小苏打、碳酸氢铵、油脂（金龙鱼食用调和油）、鸡蛋：均购于步步高超市；奶粉、白砂糖、食盐、香兰素；无水乙醚；6mol/L盐酸溶液；0.1%甲基红乙醇溶液；20%氢氧化钠溶液；0.1%转化糖标准溶液；碱性酒石酸铜甲液；碱性酒石酸铜乙液；乙酸锌溶液；10.6%亚铁氰化钾溶液；1.25%硫酸；1.25%氢氧化钾。

搅拌机、远红外电热食品烤箱、电子天平、不锈钢刀、不锈钢24目筛、索氏抽提器、碱式滴定管、古氏坩埚。

1.2工艺流程

1.3感官指标评定方法

选择10名感官评定人员，组成一个感官评定小组，采用百分制评分标准，依照表1中的感官评定标准对饼干的各项感官指标进行打分，感官评分取其平均值［8］。感官评定指标见表1。

表1 感官品质评定标准Table 1　Sensory quality evaluation criteria

1.4理化指标的测定

1.4.1脂肪的测定

索氏提取法［9］。

1.4.2总糖的测定

直接滴定法［9］。

1.4.3粗纤维的测定

重量法［9］。

1.5杂粮饼干杂粮的复配

以感官评分为指标，在基本工艺条件下，考察不同大豆粉、玉米粉、荞麦粉复配下饼干的口感，分别将占面粉质量5%、10%、15%、20%、25%的大豆粉、玉米粉、荞麦粉添加到面粉中，其他辅料用量与基本配方相同，进行焙烤试验。采用正交试验对其进行复配，对上述3种原料进行三因素三水平L9（33）的正交试验，通过对照试验确定饼干最佳的原料配比和用量。

1.6影响杂粮饼干感官品质其他因素分析

1.6.1单因素试验

以感官评分为指标，在基本工艺条件下，考察不同油脂用量、白砂糖用量、疏松剂用量对饼干品质的影响。

1.6.2响应面试验

在单因素试验的基础上，以油脂用量、白砂糖用量、疏松剂用量为考察因素，在单因素优化的基础上，设计响应面试验，以饼干感官评分为响应值，进行响应面试验，确定饼干最佳的口味，响应面试验因素水平见表2。

表2 响应面试验因素水平Table 2　Levels of response surface test

1.7数据分析

利用Excel 2007和Design Expert 8.0.5b软件对数据进行分析。

2　结果与分析

2.1饼干杂粮复配的单因素试验

选取大豆粉、玉米粉、荞麦粉添加量3个因素进行单因素试验，结果见图1。

图1　大豆粉添加量、玉米粉添加量和荞麦粉添加量对饼干品质的影响Fig.1　Effects of soybean powder quantity，corn flour quantity，buckwheat flour quantity on the effect of biscuit quality

由图1知，大豆粉的添加量达到10%～15%时，饼干口味最好，随着大豆粉添加量的升高，饼干的口感呈先上升后下降的趋势，可能是由于大豆粉中的蛋白质与糖产生美拉德反应，对色泽有较大的影响。

玉米粉的添加量对饼干品质的影响相对而言较为平缓。随着含量的增加，饼干品质没有明显变化，增幅越来越小，当含量达到20%以后效果最佳。

荞麦粉添加量对饼干品质影响明显，含量为15%以前，随着含量的增加，饼干品质明显提高，而当添加量超过15%后，感官品质逐渐下降，可能是由于面团性能变差，成形也较难，产品品质下降，口感较粗糙，出现有裂缝的现象，所以荞麦粉的最佳添加量为15%。

2.2饼干杂粮复配的正交试验

选取大豆粉、玉米粉、荞麦粉添加量3个因素的3个水平进行L9（33）的正交试验，饼干杂粮最佳复配的试验因素与水平设计见表3，饼干杂粮最佳复配的正交试验结果见表4。

表3　饼干杂粮最佳选择与复配试验因素与水平设计Table 3　Experimental factor and level design of the best choice of biscuit raw material

表4　饼干原料最佳选择与复配L9（33）的正交试验结果Table 4　Orthogonal experimental results of the best choice of raw materials for the biscuit and the compound

续表4　饼干原料最佳选择与复配L9（33）的正交试验结果Continue table 4　Orthogonal experimental results of the best choice of raw materials for the biscuit and the compound

由表4可以看出，较优的组合为A3B3C3。

综上，饼干原料的复配（以面粉+大豆粉+玉米粉+荞麦粉为基数）为面粉45%、大豆粉18%、玉米粉22%、荞麦粉18%。

2.3影响饼干感官品质其他主要因素分析

选取油脂、白砂糖、疏松剂3个因素进行单因素试验，试验结果见图2。

由图2可知，油脂添加量为15%～20%时，饼干的形态、组织很好，但饼干的口感很硬，而且表面干燥缺少光泽。而油脂添加量为25%时，制得的饼干在口感和外观上都比较好，具有良好的酥松性，表面光滑有光泽。油脂添加量为30%时，虽然饼干的酥松性很好，但油膜相互隔离，使面筋微粒不易互相黏合而形成面筋网络，面团的黏性和弹性降低，使饼干的抗裂能力及面团粘力均很差，容易破裂，但仍能成形，而油脂添加量为35%时，饼干成形比较难，破裂的饼干较多，而且口感太过油腻。由此可见，油脂较佳添加量为25%。

图2　油脂用量、白砂糖用量和小苏打：碳酸氢铵对饼干品质的影响Fig.2　Effects of soil quantity，suga quantity，odium bicarbonate：ammonium bicarbonate on the effect of biscuit quality

白砂糖添加量的多少对饼干的色泽、口感及口味有很较大影响，白砂糖添加量为20%时，在饼干的焙烤过程中发生的焦糖反应较轻微，使饼干的上色不好，白砂糖添加量偏少，还使饼干的口感稍硬；白砂糖添加量为25%时，饼干颜色虽然有所改善，但口感仍稍硬；白砂糖添加量为30%时，饼干的色泽和口感都较好，而且甜味适中；白砂糖添加量为35%时，饼干的口感酥松，但色泽较深而且口味较甜；白砂糖添加量为40%时，饼干的口味过甜。由此可见，白砂糖最佳添加量对30%。

当小苏打、碳酸氢铵比例为0.4∶0.1（g/g）时，饼干的口感较硬，组织不均匀，饼干不够疏松。当小苏打、碳酸氢铵比例为0.6∶0.2（g/g）时，饼干的口感、组织均有所改善，但仍不理想，口感还不够疏松。当小苏打、碳酸氢铵比例为0.8∶0.4（g/g）时，饼干的品质很好，口感酥松，表面光滑有光泽。当小苏打、碳酸氢铵比例为1.0∶0.6（g/g）时，饼干有一种轻微的碱味。当小苏打、碳酸氢铵比例为1.2∶0.8（g/g）时，饼干有明显的碱味。由此可见，疏松剂小苏打与碳酸氢铵最佳比例为0.8∶0.4 （g/g）。

2.4影响饼干感官品质其他主要因素响应面优化试验

响应面试验方案及结果见表5。

表5　感官评分响应面试验方案及结果Table 5　The plan and result of the response surface of the sensory score

采用Design expert 8.0.5b软件对试验结果进行多项拟合回归，得到感官评分（Y）对油脂用量（A）、白砂糖用量（B）、疏松剂用量（C）的二次多项回归模型方程：Y=+86.20-1.13A+1.25B+1.38C-1.00AB-0.25AC-1.50BC-11.72A2-4.47B2-2.23C2

2.5响应面试验模型方差分析

对响应面试验进行回归模型方差分析，结果如表6所示。

由表6知，模型的F=171.04、P＜0.000 1＜0.01，差异极显著；失拟项的P值为0.788 0，不显著，决定系数R2=0.995 5，响应值的变化有99.55%来源于所选因素，即来源于油脂用量、白砂糖用量、疏松剂用量，说明模型拟合度好［10］。回归模型中一次项A、B和C及其二次项的P值均小于0.01，说明试验中3个因素的单次项与二次项都具有极显著影响，而其交互项及缺失项显著性较差。表明试验因素对响应值不是简单的线性关系，而是一种非线性关系［11］。各因素的效应关系为：C（疏松剂用量）＞B（白砂糖用量）＞A（油脂用量）。图3直观地反映了各因素交互作用对响应值的影响，油脂用量和疏松剂的交互作用曲面最为陡峭，表明其对饼干品质的交互作用明显。

表6　回归模型方差分析Table 6　Regression model analysis of variance

图3　各提取因素之间的交互作用影响Fig.3　The interaction between the factors of the extraction

2.6验证性试验

用Design-expert 8.0.5b软件对二次多项式回归方程进行计算，得到饼干最佳的配方为提取油脂用量为14.75%，白砂糖用量为15.5%，小苏打+碳酸氢铵为2.71%，预测值为86.484 6分。此条件下进行试验验证，设置4次平行试验，如下表7所示，得到饼干平均感官评分为86.75分。

表7饼干感官评分Table 7　The sensory svore of biscuit

2.7理化指标测定

在最佳配方条件下，按1.4的方法对饼干的脂肪、总糖、粗纤维的含量进行测定，结果如表8所示。

表8 饼干理化指标的测定Table 8　Determination of physical and chemical indicators of biscuits

3　结论

在不考虑其他因素的情况下，根据正交试验及响应面试验数据分析得到饼干最佳配方：高纤维营养杂粮饼干的最佳配方为（以面粉+大豆粉+玉米粉+荞麦粉为基数，其他辅料分别为其质量的比例计算）：面粉45%、大豆粉18%、玉米粉22%、荞麦粉18%、油脂14.75%、白砂糖15.5%、小苏打+碳酸氢铵为2.71%，此条件饼干感官评分为86.75。由方差分析和各因素交互作用可知各因素的效应关系为：C（疏松剂用量）＞B（白砂糖用量）＞A（油脂用量）。此条件下饼干的形态、组织较好，表面光滑有光泽，口感酥松，甜味适中。本研究可开发成一种高纤维、口感酥松、香甜味美、具有营养保健作用的杂粮饼干。

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Study on Formulation of High-fiber Grains Biscuit by Response Surface Method

HU Ke-jian1，2，DUAN Li-ping1，XIAO Xin-sheng1，2，YANG Jian-zhang1，HU Sha1，YUAN Zhi-hui1，2，*
（1.Department of Biochemistry，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China；2.Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Advantage Plants Resources in Hunan South，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199，Hunan，China）

In the basic formula，based on the addition of dietary fiber-rich soybean powder，corn flour，buckwheat flour，the main factors that affected the quality of grains biscuits were studied.On the base of single factor experiments，the high-fiber grains biscuit optimal were obtained by response surface experiment.Results indicated that the optimal condition were（soybean flour to wheat flour+corn flour+buckwheat flour for the base，and other accessories for the quality ofthe respective pro-rata basis）：45%wheat flour，18%soybean flour，22%corn flour，buckwheat flour 18%，oil 14.75%，15.5%sugar，sodium bicarbonate∶+ammonium bicarbonate=2.71%，vanillin and water amount.Finally，the measured biscuits in fat，total sugar，as well as the amount of crude fiber 23.95%，27.78%and 8.52%and the sensory score was 86.75.

response surface method；dietary fiber；grains biscuit

2015-08-04

永州市科技计划项目“油茶活性因子与水果保鲜构效关系的研究”（永财企指［2013］3号）

胡克坚（1976—），男（汉），实验师，硕士，研究方向：食品工艺。

袁志辉（1981—），男，讲师，硕士，研究方向：天然产物开发与利用。