黑木耳荠菜大黄米韧性饼干生产工艺的优化

冯彩月，王正金，王力，赵浩岚，李思瑶，陈瑞琪，张钧雅，杨琳，王欣

（黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319）

饼干作为我们日常生活中主要焙烤食品，消耗量大、老幼皆宜。随着消费者对健康意识的不断增强，研发更多健康美味的饼干新品种，满足不同消费者的需求实乃生产企业当务之急。而国家“十三五”期间提出杂粮主食化和功能化的研发要求，又为饼干的生产研发提供了新的思路和研究方向。

大黄米作为杂粮的一种，具有补中益气、健脾益肺等保健功能[1-2]，其所含有的人体必需八种氨基酸含量均高于大米和小麦，尤其蛋氨酸含量，几乎是大米和小麦的两倍；黑木耳是我国著名的食用菌，从营养价值来说，干制黑木耳中粗蛋白含量高于猪肉约1.5倍，其碳水化合物含量丰富，接近面粉中的相应含量，并含有丰富的钙、磷、铁[3]。还具有抗癌[4]、预防高血压、降低血液黏稠度、清肺等作用；芥菜既是一种野生食材，也是一种天然的中药材，可以和脾、利水、止血、名目、消肿解毒[5-6]。

以大黄米及低筋面粉为主要原料，同时添加黑木耳及荠菜生产一款新型的韧性杂粮饼干。

目前，市场上关于大黄米、黑木耳及荠菜的精深加工产品较少[7]，常见的有大黄米粘豆包、大黄米酒、大黄米汤圆、黑木耳酱、黑木耳多糖、荠菜水饺、荠菜丸子，也有关于大黄米多糖[8]、荠菜多糖[9]、黑木耳酸奶[10]的研究报道。在饼干生产上，目前有少量关于木耳饼干的研发，但都是添加黄油、奶油制成高糖高脂的酥性饼干[11-14]。同时添加大黄米、黑木耳及荠菜制作的韧性饼干[15-16]及相关研究，目前为止还未见报道。此款饼干作为一种休闲食品，其主要原材料都立足于药食同源的食材，符合追求健康生活人群的需要。同时本产品的开发及应用对提高大黄米、木耳的精深加工[17-18]，增加农民经济创收及促进当地经济发展意义深远。

1 材料及方法

1.1 实验材料

中裕蛋糕用低筋小麦粉，滨州泰裕麦业有限公司；珍珠峰东北秋木耳，黑龙江珍珠山绿色食品有限公司；九三非转基因大豆油，黑龙江九三油脂有限责任公司；碳酸氢铵（食品级），河北格贝达生物科技有限公司；干荠菜、大黄米、鸡蛋和白砂糖，大庆华联超市。

1.2 仪器设备

TMS-Pilot型质构仪，美国FTC公司；QZ-150型墅乐压面机，常州市墅乐厨具有限公司；DKL-60型电热食品烤箱，广州格能机电有限公司；FW80型高速粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司。

1.3 工艺流程

原料预处理→原辅料预混→面团调制→辊轧成型→焙烤→冷却→成品

1.4 操作要点

1.4.1 原料预处理

黑木耳、荠菜干清洗除杂、除梗，低温烘干。将大黄米和烘干后的黑木耳、荠菜分别磨粉，100目筛过滤，干燥保存。

1.4.2 面团调制

分别调制大黄米面团、木耳面团和荠菜面团。三种面团除水添加量不以大黄米面团为基准外，木耳面团、荠菜面团的各物料添加量均固定为大黄米面团中相同物料添加量的80%。另大黄米面团中水添加量为10.0 g；荠菜面团中水添加量为10.0 g；木耳面团中水添加量为16.0 g。各面团中膨松剂添加量为粉质物料的1%。称取各原辅料，先将白砂糖用温水配成糖液后，与油、蛋液、膨松剂，搅拌均匀。

1.4.3 辊轧成型

三种面团分别辊轧成薄片后，然后依次叠放在一起，压成2 mm面片后，用模具压形、压花、扎孔。

1.4.4 焙烤

在研究饼干配方时，根据多次预实验结果，将烤箱暂设定为上火温度170℃，下火温度150℃，待温度稳定后放入烤盘，焙烤20 min。

1.4.5 冷却

饼干冷却至室温后，进行各项检测。

1.5 感官评定

感官评定人员根据感官评定标准，从外形、质地、口感、色泽和香味五个方面对饼干的品质进行评分，结果取平均值。详细标准见表1。

1.6 质构分析

利用TMS-Pilot质构仪，采用6 mm圆柱形金属探头进行TPA（二次咀嚼）试验，检测速度60 mm·min-1，测试后速度100 mm·min-1，压缩程度70%，测定黑木耳荠菜大黄米韧性饼干的破裂力、硬度、粘附性及咀嚼性。

1.7 黑木耳荠菜大黄米韧性饼干配方优化

1.7.1 油添加量的选择

固定木耳面团中木耳粉为2.0 g，荠菜面团中荠菜粉为1.0 g，大黄米面团中大黄米粉25.0 g、低筋粉20.0 g、蛋液10.0 g、糖10.0 g，研究大黄米面团中油分别为 3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 g时，对饼干感官评定及质构的影响。

1.7.2 糖添加量的选择

固定木耳面团中木耳粉为2.0 g，荠菜面团中荠菜粉为1.0 g，大黄米面团中大黄米粉25.0 g、低筋粉20.0 g、蛋液10.0 g、油3.5 g，研究大黄米面团中糖分别为 4.0、6.0、8.0、10.0、12.0、14.0 g 时，对饼干感官评定及质构的影响。

1.7.3 大黄米粉添加量的选择

固定木耳面团中木耳粉为2.0 g，荠菜面团中荠菜粉为1.0 g，大黄米面团低筋粉20.0 g，蛋液10.0 g，油3.5 g、糖10.0 g，研究大黄米面团中大黄米粉的添加量分别为 21.0、23.0、25.0、27.0、29.0、31.0 g 时，对饼干感官评定及质构的影响。

1.7.4 木耳粉添加量的选择

固定荠菜面团中荠菜粉为1.0 g，大黄米面团中大黄米 25.0 g、低筋粉 20.0 g、蛋液 10.0 g、油 3.5 g、糖10.0 g，研究木耳面团中木耳粉分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g，对饼干感官评定及质构的影响。

1.7.5 荠菜粉添加量的选择

固定木耳面团中木耳粉为2.0 g，大黄米面团大黄米 25.0 g、低筋粉 20.0 g、蛋液 10.0 g、油 3.5 g、糖10.0 g，研究荠菜面团中荠菜粉分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g，对饼干感官评定及质构的影响。

1.8 响应面法优化配方

在单因素试验结果的基础上，选择大黄米面团中大黄米粉添加量、荠菜面团中荠菜粉添加量、木耳面团中木耳粉添加量，用Design-Expert 8.0.6软件中的中心组合试验Box-Behnken设计方案进行三因素三水平试验，通过感官评定分值及质构结果对饼干配方进行优化。响应面试验设计因素水平表见表2。

表1 感官评分标准Table 1 Sensory identification standards

表2 响应面试验因素水平表Table 2 Factors and levels of response surface experiments

1.9 正交试验优化饼干焙烤条件

影响饼干品质好坏的因素，除配方中原辅料配比是否恰当外，焙烤时上下火温度和焙烤时间也至关重要。通过查找资料及在前期预实验过程中发现，在不合适的温度下，饼干存在鼓底和色泽较淡现象，通过反复摸索后发现，当在上火温度170℃、下火温度150℃、焙烤时间为20 min的一定条件范围内，结合饼干在形状、花纹等设计的改变，可以解决此问题。因此，以上火温度、下火温度和焙烤时间为因素，进行L9（34）正交试验，从而确定饼干焙烤的最优条件，因素水平表见表3。

1.1 0理化指标的检测

按照国标GB 5009.3-2016《食品中水分的测定》、GB 5009.5-2016《食品中蛋白质的测定》、GB 5009.6-2016《食品中脂肪的测定》、GB 5009.4-2016《食品中灰分的测定》中相关要求对饼干的水分、蛋白质、脂肪和灰分进行检测。

表3 焙烤条件正交试验设计因素水平表Table 3 Factors and levels of orthogonal experimental design for baking conditions

1.1 1数据处理方法

每组试验重复10次，采用Microsoft Excel 2010软件计算平均值和标准差。采用SPSS 22软件分析平均值间差异显著性。利用Design-Expert 8.0.6软件中Box-Behnken Design模型进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 黑木耳荠菜大黄米韧性饼干配方优化

2.1.1 油添加量对饼干感官品质、质构的影响

油脂的类型及含量影响面团及饼干的质构及感官评价[19]。通过前期实验可知，当18.0 N<破裂力<30.0 N、22.0 N<硬度<40.0 N、咀嚼性<2.0 N.mm、粘附性<5.0 N.mm时，韧性饼干软硬合适，适口性较好。图1、图2中，随着大黄米面团中油添加量的增加，对各组破裂力影响显著（P<0.05），对各组硬度影响极显著（P<0.01），对各组粘附性、咀嚼性影响不显著（P>0.05）。当油添加量在3.5 g时，感官评分最高，且此时饼干破裂力、硬度、咀嚼性、粘附性均在最佳范围内，适口性好。而当油添加量为3.0 g时，面团的可塑性较差，表面干燥无光泽，饼坯易干裂；继续增加油添加量高于4.0 g后，饼干起酥性增强，饼坯不易塑形，且含油量过大，口感油腻。因此，油的最适添加量选择3.5 g。

图1 油的添加量对饼干感官评分的影响Fig.1 Effect of oil addition on sensory evaluation score of cookies

图2 油的添加量对饼干质构的影响Fig.2 Effect of oil addition on biscuit texture

2.1.2 糖的添加量对饼干感官品质、质构的影响

由图3、图4可知，糖可以显著提高饼干的粘附性，但各组粘附性差异不显著（P<0.05）。当糖添加量为10.0 g时，感官评分最高，此时饼干色泽诱人，咀嚼性最小，口感较佳。继续增加糖的含量，由于糖具有较强的反水化作用，面团中面筋的形成量随着糖的添加而下降，导致面团延展性变差，饼干表面易出现裂纹，不易成型，破裂力和硬度下降，且甜味越来越强，焦糖化反应更加剧烈，饼坯易焦糊。因此，糖的最适添加量为10.0 g。

图3 糖的添加量对饼干感官评分的影响Fig.3 Effect of sugar addition on sensory evaluation score of cookies

图4 糖的添加量对饼干质构的影响Fig.4 Effect of sugar addition on biscuit texture

2.1.3 大黄米粉的添加量对饼干感官品质、质构的影响

由图5、图6可知，添加大黄米为25.0 g时，饼干的感官评分最高，硬度和破裂力最低，口感较佳。当大黄米添加量为21.0 g时，面团的可塑性较差，饼坯不易塑形；当添加量增加到29.0 g以上时，虽然大黄米自身具有胶黏特性，但由于面团中含水量恒定，导致面团过干，饼坯表面出现裂纹，成品质地粗糙，适口度较差。因此，选定大黄米添加量为23.0、25.0、27.0 g进行以下响应面试验。

2.1.4 木耳粉的添加量对饼干感官品质、质构的影响

木耳粉的添加对各组饼干感官评分影响极显著（P<0.01），当木耳粉添加量小于1.5 g时，饼坯可塑性变差，同时饼干成品中木耳特有的黑色不明显。从图7、图8中可知，当木耳粉添加量大于1.5 g时，木耳中胶质成分累积，能充分吸收物料中的液体成分，木耳粉涨润，饼干的破裂力、硬度开始下降。当添加量为2.5 g时，木耳面团光滑柔软，延展性、可塑性俱佳，此时破裂力、硬度、咀嚼性均最低，感官评分最高。继续增加木耳粉到3.0 g时，木耳面团变得粗糙干燥，饼坯中木耳面团部分出现断层现象，饼干的硬度也明显增加，可能因为木耳多糖含量极大时能显著增加饼干的硬度有关[20]。因此选择木耳粉添加量为2.0、2.5和3.0 g进行以下响应面试验。

图7 木耳粉添加量对饼干感官评分的影响Fig.7 Effect of fungus powder addition on sensory evaluation score of cookies

图8 木耳粉添加量对饼干质构的影响Fig.8 Effect of fungus powder flour addition on biscuit texture

2.1.5 荠菜粉的添加量对饼干感官品质、质构的影响

荠菜粉的添加对饼干感官评分影响极显著（P<0.01）。从图9、图10可知，当荠菜粉的添加量小于1.0 g时，饼坯可塑性较差，饼干成品中荠菜特有的绿色不明显。随着添加量的增加，荠菜中纤维和多糖成分累积，充分吸收液体物料而涨润，导致饼干的破裂力、硬度开始下降。当添加量到2.0 g时，荠菜面 团光滑柔软，延展性、可塑性俱佳，破裂力、硬度、咀嚼性达到最低值，此时感官评分最高。继续添加荠菜粉，因无法充分涨润的荠菜粉量渐增，当添加量达到3.0 g时，荠菜面团变得粗糙干燥，且此时产品中荠菜味道过浓，不易选用。因此选择荠菜粉添加量为1.5、2.0和2.5 g进行响应面试验。

图9 荠菜粉添加量对饼干感官评分的影响Fig.9 Effect of shepherd’s purse powder addition on sensory evaluation score of cookies

2.2 黑木耳荠菜大黄米饼干配方的响应面优化

在单因素的基础上，以大黄米面团中大黄米粉添加量、荠菜面团中荠菜粉添加量和木耳面团中木耳粉添加量为三因素，以感官评分、质构TPA中的破裂力、硬度、粘附性和咀嚼性为响应值，利用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面中心组合实验。回归模型显著性检验结果见表4。

图10 荠菜粉添加量对饼干质构的影响Fig.10 Effect of shepherd’s purse powder addition on biscuit texture

表4 回归模型显著性分析Table 4 Significance analysis on regression model

根据Design-Expert 8.0.6软件分析获得最优饼干配方[21-22]，即当大黄米面团中大黄米含量为24.68 g，荠菜面团中荠菜粉含量为2.06 g，木耳面团中木耳粉含量为2.41 g时，可以获得最优的感官评分，预测值为86.95分。将响应面结果中感官评分最高组及优化后组合组进行验证实验，每组做三批次平行样。优化后实验组感官评分为88分，高于响应面最优值组分值（86分）。两种组合的饼干整体上均外形饱满、花纹清晰、内部结构细密均匀、有韧性，且大黄米、黑木耳、荠菜三种材料颜色分布均匀，有本身特有的香味。但相较而言，优化条件组生产的饼干入口后更加细腻，无明显的颗粒感，同时饼干完整出品率更高。

表5 焙烤条件正交试验结果Table 5 The orthogonal test results of baking conditions

2.3 正交试验优化饼干焙烤条件

由于前期预实验已经基本确定了饼干焙烤的条件，为了获得最优条件，采用正交实验进行优化。由表5可知，正交试验饼干焙烤条件最优组合为A2B1C1，即上下火温度均为170℃，焙烤时间为15 min。此组合未在试验组合中出现，故做验证实验。

2.4 焙烤条件验证实验

将最优方案A2B1C1与焙烤条件正交试验中感官评分最高组合A1B1C1各做三组产品，冷却至室温后请感官评定人员按照评定标准进行评定打分。通过SPSS22.0软件分析，两者感官评分无显著差异（P>0.05），但从产品色泽方面来看，组合A1B1C1的上色效果稍优于A2B1C1，为黄白奶油色，有淡淡的茶香味，更能刺激食用者食欲。因此，选定黑木耳荠菜大黄米韧性饼干最优焙烤条件为上火温度190℃、下火温度170℃、焙烤时间15 min。

3 讨论

韧性饼干在生产上容易出现饼干断裂的现象，这也是本产品在研发初期出现过的问题。这是因为面团流变学参数与饼干的质地之间存在极显著的联系[23]，而韧性饼干面团中油和糖的含量对面团的质地又起着很重要的作用。当面团中油和糖添加较少时，面团反水化程度较低，面筋弹性较大，饼干成型率较好。随着油和糖的增加，面团中面筋的形成量随着糖的增加而下降，导致面团反水化作用增强，但同时会造成面团的流散性增大，延展性变差，饼干表面易出现裂纹[24]。同时破裂力和硬度下降，不易成型，且甜味越来越强，焦糖化反应会更加剧烈，饼坯易焦糊。因此，合理的糖、油、面配比是生产高品质韧性饼干和解决饼干断裂现象的关键。

还可通过给饼干打孔防止韧性饼干出现断裂。针孔可以在焙烤时促进排气，使饼干内部水分分布均匀，在饼干出炉后，水分蒸发速度均匀，内外水分含量相当，可防止饼干断裂。

本款饼干在面团制作过程中，先将油、糖和其他辅料充分混匀，再加入面粉、大黄米、木耳、荠菜等原料，其目的是使面粉和大黄米粉在一定浓度的糖、油存在情况下润胀，可限制面筋蛋白质吸水，控制面筋形成的力度，防止饼干断裂[25]。并且最后通过在成型的饼干上打孔扎眼，获得了形态完整的饼干成品。

4 结论

经优化后的黑木耳荠菜大黄米韧性饼干的配方为：大黄米面团中大黄米为24.68 g、低筋面粉20.0 g，蛋液 10.0 g，糖 10.0 g，油 3.5 g，水 10.0 g；荠菜面团中荠菜粉2.06 g、水10.0 g，木耳面团中木耳粉2.41 g、水16.0 g，其他各物料添加量为大黄米面团相应成分的80%。最佳焙烤条件为上火温度190℃、下火温度170℃、焙烤时间15 min。

在此条件下，生产黑木耳荠菜大黄米饼干工艺是可行的，不仅开发了杂粮饼干的新品种，同时为黑龙江特产大黄米、黑木耳附加值提升开发了新的途径。