响应面法优化黑麦酥性饼干配方研究※

王俊颖 许晓云 李子琼 杜慧慧 栗兰杰 翟立公

(1.安徽科技学院，安徽 滁州 233100；2.安徽顶康食品有限公司，安徽 亳州 236800)

黑麦即黑小麦，是一种耐寒作物，分布在黑龙江、内蒙古和青海等高寒、高海拔地区[1]。成熟黑麦营养丰富，碳水化合物含量高，含少量蛋白，多种维生素、矿物质及膳食纤维，其中含碳水化合物80%、蛋白质6%～15%、膳食纤维约17%，另外含有阿魏酸、植物甾醇类、黄酮类化合物等植物化学物质[2]。酥性饼干是以低筋小麦粉为原料，经加工制成的口感酥脆的一类饼干[3-4]。本研究以感官评分和硬度为评价指标，采用单因素及响应面优化实验，研制出的黑麦酥性饼干为黑麦产品开发及深加工提供新思路。

1 实验材料与仪器

1.1 实验材料

黑麦粉(菏泽华瑞食品有限责任公司)；低筋小麦粉(江苏南顺面粉有限公司)；白砂糖(广州福正东海食品有限公司)；碳酸氢钠(天津市永大化学试剂有限公司)；新西兰安家黄油(恒天然商贸有限责任公司)；鸡蛋(市售)；奶粉(安徽达诺入夜股份有限公司)。

1.2 实验仪器

电子分析秤(天津市电子实业有限责任公司，FA-2004-B)；长帝电烤箱(CKF-30BS)；物性质构分析仪(Brookfield Engineering Aboratories，CT3-10000)。

2 试验工艺

2.1 饼干制作工艺

工艺流程：黄油软化+蛋清液+奶粉、小苏打溶解均匀→混匀→加入白砂糖、黑麦粉与低筋粉混合均匀→调制→成型→烘烤→出锅冷却→成品

2.2 饼干制作操作要点

面团的调制：将黄油放入盆中加入蛋液，搅拌均匀；分别加入糖、水溶后的小苏打、奶粉、水等混合均匀，再加入黑麦粉与低筋粉进行面团调制，面温控制25℃～30℃，改善并提高面片工艺性能和饼干质量。

成型：将饼干制成大小、厚度均匀一致的圆形(烤盘内刷一层油以防粘底)。

焙烤：将烤盘置于已预热的烤箱中，顶温控制200℃，底温控制180℃，焙烤时间为12min，焙烤后的饼干为金黄色。

冷却：将饼干取出，降至室温，即得成品。

3 试验方法

3.1 硬度测定

采用型号为CT3-10000物性质构分析仪，探头型号A39。设定仪器测前速度1.0mm/s，测后速度1.0mm/s，探头下压距离10mm，循环次数为2次。从每组饼干样品随机取5块饼干分别进行测试，并且每块饼干样品需打3个孔。测试时将饼干放置于样品台上表面正中心，探头慢慢下降直至穿破饼干，测得数据，然后记下数据求其平均值，测得饼干硬度。

3.2 感官评分

由5名食品专业人士组成的评审小组，从色泽、外形、气味、口感共四个方面对黑麦饼干进行评分，取平均值，从而选出黑麦饼干的最佳观感评价分值。评定方法见表1。

表1 黑麦酥性饼干感官评分表

3.3 单因素试验设计

3.3.1 黄油添加量的确定

取黑麦粉与低筋粉比例为1∶2 共200g,白砂糖10%，奶粉8%，小苏打0.4%，鸡蛋50g，黄油添加量分别为30%、35%、40%、45%、50%。确定黄油最适添加量。

3.3.2 黑麦粉与低筋粉比例添加量的确定

取黄油35%，白砂糖10%，奶粉8%，小苏打0.4%，鸡蛋50g，黑麦粉与低筋粉比例添加量分别为1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1。确定黑麦粉与低筋粉比例最适添加量。

3.3.3 白砂糖添加量的确定

取黑麦粉与低筋粉比例为1∶2共200g，黄油35%，奶粉8%，小苏打0.4%，鸡蛋50g，白砂糖添加量分别为5%、10%、15%、20%、25%。确定出白砂糖最适添加量。

3.3.4 奶粉添加量的确定

取黑麦粉与低筋粉比例为1∶2共200g,黄油35%，白砂糖10%，小苏打0.4%，鸡蛋50g，奶粉添加量分别为5%、8%、11%、14%、17%。确定奶粉最适添加量。

3.3.5 小苏打添加量的确定

取黑麦粉与低筋粉比例为1∶2共200g,黄油35%，白砂糖10%，奶粉8%，鸡蛋50g，小苏打添加量分别为0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%。确定小苏打最适添加量。

3.4 Box-Behnken试验设计

在单因素实验的基础上，确定各因素的最佳水平范围，采用响应面中心组合试验设计，研究各参数对考察指标的影响规律，并得到最佳工艺条件。以黄油%(A)、黑麦粉与低筋粉比例(B)、白砂糖%(C)、奶粉%(D)为自变量，以感官评分和硬度为响应值，其因素水平编码见表2，响应面试验设计及结果见表3。

表2 响应面实验设计因素水平表

4 单因素实验结果与讨论

4.1 不同黄油添加量感官评分和硬度结果及分析

图1 不同黄油添加量感官评分和硬度结果

由图1可知，随着黄油添加量增加，感官评分和硬度变化趋势均一致。随着黄油添加量的增加，感官评分和硬度逐渐上升，当添加量达到40%和45%时感官评分和硬度分别出现缓慢下降。添加量较少时饼干有严重开裂变形，口感偏硬，表面干燥无光泽现象。从以上两个方面数据比较得出黄油添加量为40%较适宜，此时感官评分为92分，硬度达到3 572g。

4.2 不同黑麦粉与低筋粉比例添加量感官评分和硬度结果及分析

图2 不同黑麦粉与低筋粉比例添加量感官评分和硬度结果

由图2可知，随着黑麦粉与低筋粉比例添加量变化，感官评分和硬度不呈明显线性关系，但当比例为2∶1时硬度达到最大，比例为1∶2时感官评分达到最大。黑麦粉过多饼干出现明显苦味并且颜色过焦现象。由两个方面数据比较得出黑麦粉与低筋粉比例添加量为1∶2最佳，此时感官评分为91分，硬度达到2 869g。

4.3 不同白砂糖添加量感官评分和硬度结果及分析

图3 不同白砂糖添加量感官评分和硬度结果

由图3可知，感官评分随白砂糖添加量增大而增大。但当添加量达到20%后感官评分开始下降，添加量为25%时硬度达到最大。白砂糖添加量较小时饼干色泽差，甜味太淡。由上两个方面数据比较得出白砂糖添加量为20%较适宜，此时感官评分为88分，硬度达到3 814.3g。

4.4 不同奶粉添加量感官评分和硬度结果及分析

图4 不同奶粉添加量感官评分和硬度结果

由图4可知，感官评分随奶粉添加量增大而增大。但当添加量达到14%后感官评分开始下降，添加量为17%时硬度达到最大。奶粉添加量较大时饼干色泽差，甜味过浓。由上两个方面数据比较得出奶粉添加量为14%最佳，此时感官评分为93分，硬度达到3 564g。

4.5 不同小苏打添加量感官评分和硬度结果及分析

图5 不同小苏打添加量感官评分和硬度结果

由图5可知，感官评分随小苏打添加量增大而增大。当添加量达到0.6%后硬度开始下降。小苏打添加量越大饼干口感细腻，饼干酥松。由上两个方面数据比较得出奶粉添加量为0.7%最佳，此时感官评分为83分，硬度达到3 562.5g。

4.6 综合结果分析

由多次试验结果综合可知，黄油和黑麦粉与低筋粉比例添加量是影响黑麦酥性饼干的最主要因素，接下来依次是奶粉和白砂糖以及小苏打的用量。黑麦酥性饼干的最佳配方为黄油40%、黑麦粉与低筋粉比例为1∶2、奶粉14%、白砂糖20%、小苏打0.70%，在此条件下制作的黑麦酥性饼干其感官评分最高。

5 响应面试验结果

5.1 模型建立与数据分析

5.1.1 感官评分标准

利用Design-expert 7.0软件对表3中实验数据进行二次线性回归拟合，得到数学模型二次项回归方程为：

Y1=+91.00+3.08*A+0.17*B+6.75*C+3.67* D-3.00*A* B-0.75*A*C+0.50*A* D+3.50 *B*C+2.50*B*D-0.50*C*D-12.42*A2-8.29*B2-7.67*C2+0.96*D2

试验结果知响应面二次回归方程及显著性，具体见表4。

表3 响应面试验设计及结果

表4 响应面二次回归方程及显著性

注：*P<0.05表示显著差异；**P<0.000 1表示极显著差异；-表示不显著。

由表4可以看出，三因素对黑麦酥性饼干的影响均达到显著水平(P<0.05)；而在本试验所建立的数学模型中，四因素交互作用都不显著。在所选择的水平范围内，各因素对感官评分的影响程度大小分别为：A>B>C,即黄油>黑麦粉与低筋粉比例>白砂糖。

5.1.2 硬度

利用Design-expert 7.0软件对表3中实验数据进行二次线性回归拟合，得到数学模型二次项回归方程为：

Y2=+2 307.20+2 685.09*A+172.01*B+802.27*C-85.08*D-245.620 00*A*B-13.705 00*A*C+20.801 33*A*D+213.126 67*B*C-354.855 56*B*D-32.316 67*C*D+28.198 73*A2+944.472 59*B2+42.384 13* C2+92.395 09* D2

试验结果可知，响应面二次回归方程及显著性，具体见表5。

表5 响应面二次回归方程及显著性

注：*P<0.05表示显著差异；**P<0.000 1表示极显著差异；-表示不显著。

由表5可以看出，四因素对黑麦酥性饼干的影响均达到显著水平(P<0.05)；而在本试验所建立的数学模型中，四因素交互作用都显著。在所选择的水平范围内，各因素对感官评分的影响程度大小分别为：A>B>C>D,即黄油>黑麦粉与低筋粉比例>白砂糖>奶粉。

5.2 响应面分析

5.2.1 感官评分分析

利用二次回归方程所做的响应面如图1-图3所示。由此可知，在优化最佳制备工艺：黄油40%，黑麦粉与低筋粉比例1∶2，白砂糖20%。

图1 黄油和黑麦粉与低筋粉比例对黑麦酥性饼干影响的响应面

图2 黑麦粉与低筋粉比例和白砂糖对黑麦酥性饼干影响的响应面

图3 白砂糖和黄油对黑麦酥性饼干影响的响应面

5.2.2 硬度分析

利用二次回归方程所做的响应面如图4-图6所示。由此可知，在优化最佳制备工艺为：黄油35%，黑麦粉与低筋粉比例5∶4，白砂糖20%。

图4 黄油和黑麦粉与低筋粉比例对黑麦酥性饼干影响的响应面

图5 白砂糖和黄油对黑麦酥性饼干影响的响应面

图6 黑麦粉与低筋粉比例和白砂糖对黑麦酥性饼干影响的响应面

5.3 验证试验

5.3.1 感官评分验证试验

为了操作的便利性和可行性，将工艺适当调整为：黄油40%，黑麦粉与低筋粉比例1∶2，白砂糖20%。在此条件下制作黑麦酥性饼干，进行验证试验，3次平行实验重复性良好，感官评分平均得分达92.42分，标准差为0.36%，与理论预测值相比，相对误差仅0.06%，见表6。因此，采用响应面法优化得到最佳工艺准确可靠，具有实用价值。

表6 工艺条件结果

5.3.2 硬度验证试验

为了操作的便利性和可行性，将工艺适当调整为：黄油35%，黑麦粉与低筋粉比例5∶4，白砂糖20%。在此条件下制作黑麦酥性饼干，进行验证试验，3次平行实验重复性良好，平均硬度为3 526.30g，标准差为12%，与理论预测值相比，相对误差仅0.49%，见表7。因此，采用响应面法优化得到最佳工艺准确可靠，具有实用价值。

表7 工艺条件结果

6 结论

经过多次实验及感官评分与硬度分析，通过响应面分析后，黑麦酥性饼干的制作最佳方案为：黄油35%、黑麦粉与低筋粉比例1∶2、白砂糖20%、奶粉14%、小苏打0.7%、鸡蛋50g、膨松剂适量，固定条件：烤箱顶温200℃、底面温度180℃、时间为12min。此时黑麦酥性饼干软硬适中，口感最佳，香甜可口，表面金黄，入口酥脆。