响应面法优化低糖茯苓蛋糕品质改良剂的研究

段飞，胡二坤，张首玉

（河南职业技术学院烹饪食品系，河南郑州450046）

响应面法优化低糖茯苓蛋糕品质改良剂的研究

段飞，胡二坤*，张首玉

（河南职业技术学院烹饪食品系，河南郑州450046）

研究不同品质改良剂对低糖茯苓蛋糕品质的影响，结果表明，低糖茯苓蛋糕中添加黄原胶0.15%、脂肪酶0.01%、木聚糖酶0.25%，能增大蛋糕比容、硬度减小、弹性增大、咀嚼性下降，辅助提高低糖茯苓蛋糕的品质。

品质；改良剂；响应面分析；优化

蛋糕是一种焙烤方便食品[1]。刚制作的蛋糕，内部 组织结构松软、有弹性、口感良好[2]。但是随着贮藏时间的延长，蛋糕就会出现由软变硬，内部组织变粗糙、硬度增大等现象，从而导致蛋糕品质下降。因此，探索提高蛋糕品质的改良剂配方尤为重要[3]。本文就如何利用品质改良剂改善蛋糕品质进行探讨，考察了黄原胶、脂肪酶和木聚糖酶对蛋糕品质的影响，为其他改良剂应用于烘焙制品提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

脂肪酶（酶活10万单位）：义马酶业集团酶生物高科技工程有限公司；木聚糖酶（酶活＞100 000 U/g）：河南仰韶生化工程有限公司；黄原胶：内蒙古阜丰生物科技有限公司；木糖醇（食品级）：河北百味生物科技有限公司；蛋糕粉：广州岭南穗粮谷物股份有限公司；色拉油、蛋糕油、盐、鸡蛋：郑州市郑东新区金泰购物超市。

1.2 仪器与设备

TMS-Pro型食品物性分析仪：美国FTC公司；红菱系列高级食品烤炉：广州红菱电热设备有限公司；FA2004N电子天平：上海菁海仪器有限公司；JM-7LG面粉搅拌器：徐州家乐福机械有限公司；EK813家庭用厨房秤：广东香山衡器集团股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低糖茯苓蛋糕基本配方[4]

蛋糕粉250g、木糖醇135g、茯苓粉50g、鸡蛋500g、蛋糕油20 g、水75 g、色拉油37.5 g、盐3.5 g。

1.3.2 低糖茯苓蛋糕改良剂添加工艺流程

1.3.3 操作要点

1）原料的准备：蛋糕粉过80目筛，茯苓粉过100目筛，备用。

2）调制面糊：将鸡蛋、盐、木糖醇放入搅拌缸，先低速搅打1 min～2 min，再中速搅打至蛋液体积起发一半，放入蛋糕油高速搅拌至体积为原来的2倍～3倍[5]时停止搅打，然后放入蛋糕粉、茯苓粉和改良剂，先低速再高速搅拌至没有颗粒，加水低速拌匀；最后，将色拉油滴入面糊中且搅打均匀。

3）入模：先用油均匀涂刷模盒，然后倒入调制面糊，注入量为模具容积的2/3[6]。

4）焙烤：焙烤前，将烤箱预热至140℃，待温度达到后放入模盒，设定温度为：面火150℃、底火140℃，焙烤30 min后，设定面火温度160℃，底火150℃，焙烤3 min，升温着色，焙烤至蛋糕表面为金黄色[4]。

1.3.4 感官评价指标

感官评价作用一种权威的评价方法是目前通用的方法[7]。感官指标评定由10名经过培训的人员进行评定，蛋糕的感官指标评价见表1。

本试验邀请10名业内人士重点考察了蛋糕的弹性和咀嚼性，并对蛋糕品质进行了综合评价打分。为了提高感官评定的可信度，对同一样品进行5次评分，去掉最大值和最小值后取平均值。

表1 感官指标评定[4]Table 1 Sensory evaluation[4]

2 结果与分析

2.1 不同改良剂对蛋糕品质的影响

以感官指标评分为标准，研究不同添加量的改良剂对蛋糕品质的影响。利用感官评价法，对蛋糕品质进行感官评价，并确定品质改良剂的最佳因素水平。

2.1.1 黄原胶添加量对蛋糕品质的影响

按蛋糕粉质量的百分比计算，黄原胶的添加量分别为0.06%、0.08%、0.10%、0.12%和0.14%，研究不同添加量的黄原胶对低糖茯苓蛋糕感官指标评分的影响，结果见图1。

图1 黄原胶添加量对低糖茯苓蛋糕感官评分的影响Fig.1 Effect of adding amount of gum on the sensory evaluation of low sugar tuckahoe cake

由图1可知，黄原胶的添加量为0.10%时，感官指标评分最高，为90分；但是当黄原胶添加量超过0.10%，感官指标评分开始下降；黄原胶添加量为0.14%时，感官指标评分最低，为60分。所以，从单因素试验结果来看，黄原胶添加量为0.10%最好。

2.1.2 脂肪酶添加量对蛋糕品质的影响

按蛋糕粉质量的百分比计算，脂肪酶的添加量分别为0.006%、0.008%、0.010%、0.012%和0.014%，研究不同添加量的脂肪酶对低糖茯苓蛋糕感官指标评分的影响，结果见图2。

图2 脂肪酶添加量对低糖茯苓蛋糕感官评分的影响Fig.2 Effect of the amount of lipase on the sensory score of low sugar tuckahoe cake

由图2可知，当脂肪酶添加量为0.008%时，蛋糕组织蓬松，绵软，感官指标评分最高，为80分；当脂肪酶的添加量超过0.008%时，感官指标评分下降；当脂肪酶添加量为0.014%时，感官指标评分最低只有55分。所以，从单因素试验结果来看，脂肪酶添加量为0.008%最好。

2.1.3 木聚糖酶添加量对蛋糕品质的影响

按蛋糕粉质量的百分比计算，木聚糖酶的添加量分别为0.10%、0.20%、0.40%、0.60%和0.80%，研究不同添加量的木聚糖酶对低糖茯苓蛋糕感官指标评分的影响，结果见图3。

图3 木聚糖酶添加量对低糖茯苓蛋糕感官评分的影响Fig.3 Effect of xylanase addition on sensory evaluation of low sugar tuckahoe cake

由图3可知，当木聚糖酶添加量为0.20%时，蛋糕组织细腻、富有弹性，口感良好，感官指标评分最高，为89分；当木聚糖酶的添加量超过0.20%时，感官指标评分下降；当木聚糖酶添加量为0.80%时，感官指标评分最低只有60分。所以，从单因素试验结果来看，木聚糖酶添加量为0.2%最好。

2.2 响应面试验

在单因素试验的基础上，根据响应面Box-Bchnken中心组合设计原理，试以黄原胶、脂肪酶和木聚糖酶作为因变量进行响应面试验，以感官指标评分为主要参考标准，设计三因素三水平，共17个试验点的响应面分析试验。

2.2.1 响应面试验因素水平的选取

结合单因素试验结果，对黄原胶、脂肪酶和木聚糖酶3个自变量进行编码，分别用A、B、C表示，用-1、0、1分别代表自变量低、中、高水平，因素水平设计如表2所示，响应面设计试验设计与结果如表3所示。

表2 因素水平设计表Table 2 Factors and levels of design table

表3 响应面设计试验设计与结果Table 3 Design and results of response surface design

本研究选择黄原胶、脂肪酶及木聚糖酶作为蛋糕品质复配改良的3个因素，每个因素选择3个水平进行试验。采用响应面的试验设计，以综合考虑感官评价为响应指标，来最终确定蛋糕品质改良的最佳试验方案。

以A、B、C为自变量，低糖茯苓蛋糕感官指标评分Y为响应值，利用响应面设计分析软件，结果见表4所示。

表4 二次回归模型方差分析结果Table 4 Variance analysis results of theregression models

由表4可知，试验中所选二次多项模型P<0.05，说明二次多项模型显著。失拟项（P=0.006 5<0.05）显著，该模型的决定系数R2=0.985 4，校正决定系数=0.966 7，表明该模型拟合度较好，试验误差很小。因此，可以用此模型来分析3个自变量对低糖茯苓蛋糕感官评分的影响。由F值检验可知，3个自变量对低糖茯苓蛋糕感官评分的影响顺序为：木聚糖酶添加量＞脂肪酶添加量＞黄原胶添加量。且还可以看出黄原胶添加量的二次项和脂肪酶添加量的二次项均达到极显著水平。基于试验编码值的响应值的典型分析见表5。

表5 基于试验编码值的响应值的典型分析Table 5 Typical analysis of response values based on test code

利用Design-Expert软件分析试验结果进行多元回归拟合，得到低糖茯苓蛋糕感官评分对黄原胶添加量（A）、脂肪酶添加量（B）、木聚糖酶添加量（C）的二次多项回归模型为：

2.2.2 响应面试验的优化及验证

黄原胶、脂肪酶、木聚糖酶对低糖茯苓蛋糕感官评分的交互影响动态图，分别见图4、图5和图6。

图4 黄原胶与木聚糖酶交互作用对低糖茯苓蛋糕感官评分的影响Fig.4 Effect of the action of yellow gum and xylanase on the sensory evaluation of low sugar tuckahoe cake

图5 黄原胶与脂肪酶交互作用对低糖茯苓蛋糕感官评分的影响Fig.5 Effect of the action of yellow gum and lipase on the sensory evaluation of low sugar tuckahoe cake

图6 脂肪酶与木聚糖酶交互作用对低糖茯苓蛋糕感官评分的影响Fig.6 Effect of lipase and xylanase on sensory evaluation of low sugar tuckahoe cake

由图4可以看出，脂肪酶的添加量为0.008%时，黄原胶和木聚糖酶对蛋糕感官评分的交互作用。等高线的形状反映了两种因素的交互作用，椭圆形表明这两种因素的交互作用较强。当黄原胶的添加量较少时，适当增加木聚糖酶的添加量，则蛋糕感官评分提高。由此可见，在本试验水平的范围内，随着木聚糖酶添加量的增加，蛋糕感官评分也随之提高。

由图5等高线可以直观地看出，木聚糖酶的添加量为0.2%时，黄原胶与脂肪酶对蛋糕感官评分的交互作用显著。当黄原胶的添加量为0.1%时，蛋糕感官评分为83.17分；而当黄原胶的添加量为0.15%时，蛋糕感官评分为84.56分。可以得出，虽然黄原胶添加量仅升高了0.05%，但蛋糕感官评分明显提高。由此说明，在一定的黄原胶添加量范围内，增加黄原胶添加量有利于提高蛋糕感官评分。

由图6可以看出，黄原胶的添加量为0.1%时，脂肪酶和木聚糖酶对蛋糕感官评分的交互作用。当木聚糖酶添加量较少时，适当增加脂肪酶的添加量，有利于提高蛋糕感官评分。由此说明，在一定范围内，适当增加脂肪酶添加量可以提高蛋糕感官评分。

2.2.3 验证性试验

通过响应面软件分析，对二次多项式回归方程进行求解及验证，结果见表6。

由表6可以看出，改良后低糖茯苓蛋糕的咀嚼性、硬度都明显要低于未经改良低糖茯苓蛋糕，且弹性和感官评分高于未经改良低糖茯苓蛋糕，表明响应面设计的改良剂优化模型合理有效。

表6 试验结果验证Table 6 Verification of test results

2.3 改良后低糖茯苓蛋糕营养成分检测

改良后低糖茯苓蛋糕营养成分见表7。

表7 改良后低糖茯苓蛋糕营养成分Table 7 Improved low sugar tuckahoe cake nutrient composition

由表7所示，改良后低糖茯苓蛋糕的蛋白质、总糖级脂肪含量基本上符合试验设计要求的低糖、低热量、高蛋白的食物的要求。微生物指标均符合国家标准规定。

3 结论

通过单因素和响应面试验确定出低糖茯苓蛋糕改良剂最佳添加量：黄原胶添加量为0.15%，脂肪酶添加量为0.01%，木聚糖酶添加量为0.25%。在低糖茯苓蛋糕配方和工艺条件的基础上，加入黄原胶、脂肪酶和木聚糖酶的最佳添加量，制作出的蛋糕质地松软有弹性、口感绵软细腻，味道纯正，将会有很好的市场前景。

[1]李嘉瑜,宋臻善,郭桦,等.复合海绵蛋糕品质改良剂的研制[J].现代食品科技,2013(2)：383-387

[2]刘海燕,王晓梅,张娟娟,等.海藻酸钠对海绵蛋糕品质的影响[J].粮油食品科技,2014(6)：54-56

[3]孙辉,蔡妮妮,刘青,等.天然改良剂对海绵蛋糕品质的影响[J].武夷学院学报,2015(6)：31-34

[4]张首玉,段飞.无糖茯苓保健蛋糕的工艺研究[J].农产品加工, 2016(5)：24-27

[5]周翠英.低聚木糖在蛋糕中的应用[J].食品工业科技,2004(1)：48

[6]牛铁柱.低糖胡萝卜营养蛋糕的工艺研究[J].食品研究与开发, 2012,33(2)：81-83

[7]赵延伟,耿欣,陈海华,等.面包及蛋糕的质构与感官评价的相关性研究[J].中国农学通报,2012,28(21)：253-259

Optimization of the Quality Improvement of Low Sugar Tuckahoe Cake by Response Surface

DUAN Fei，HU Er-kun*，ZHANG Shou-yu
（College of Cooking and Food，Henan Polytechnic，Zhengzhou 450046，Henan，China）

The effects of different quality modifiers on the quality of low sugar cake were studied.Results showed that，low sugar cake add yellow gum 0.15%，lypase 0.01%，xylanase 0.25%，increase the specific volume，hardness decreases，elasticity increases，decreased chewing，the quality of low sugar cake was improved.

quality；modifying agent；response surface analysis；optimization

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.12.021

2016-09-23

河南职业技术学院2016年度科研基金项目（2016-HZK-09）

段飞（1981—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：食品加工与检测方向研究。

*通信作者：胡二坤（1981—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：粮油、油脂及植物蛋白工程。