响应面法优化芦竹苏打饼干的研制

（运城学院生命科学系，山西运城044000）

芦竹（Arundo donax）是一种多年生，高茎的草本植物，茎粗，叶厚。近年来，对芦竹的成分研究及应用越来越多。许多研究表明，芦竹富含生物碱、三萜、甾醇、粗纤维素，粗蛋白质，黄酮，多糖等多种化学物质[1-2]。目前，在国内外，芦竹主要用于饲料、食用菌培养基等，现在也已经研制出一些医药，但目前用于食品方面的研究还较少。

本文在饼干中添加芦竹，经科学配比，研制出一种组织松脆，口感细腻、具备良好保健功能的苏打饼干，丰富了苏打饼干的种类，提升了对芦竹资源的有效利用，增加了产品的附加值，为芦竹资源的开发利用奠定了理论基础。

1 材料与方法

1.1 原辅料

芦竹：运城市绿碧源农林公司。

低筋面粉、植物油、小苏打、白砂糖粉，食盐、酵母：市售。

1.2 试剂及设备

1.2.1 试剂

芦丁（标准品）：上海润捷化学试剂有限公司；亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、浓硫酸、无水乙醇（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂。

1.2.2 设备

KQ-500DE数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；UV600PC紫外可见分光光度计：上海元析仪器有限公司；101A-IEZ干燥箱：上海实验仪器总厂；FA124电子天平：上海舜宇恒平科学仪器公司；TMSPro质构仪：北京盈盛恒泰科技有限公司。

1.3 方法及操作

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 芦竹粉制备

采摘芦竹嫩茎和叶子（生长期15 d以内的）清洗晾干后，先用剪刀剪成小段，鼓风干燥箱50℃条件下干燥，中药粉碎机粉碎成粉末状，再干燥至恒重，备用。

1.3.2.2 油酥处理

将酵母加温水形成悬浊液，油酥按配方：面粉15 g，食用油5 g，食盐1 g和成油酥面团。

1.3.2.3 一阶段面团调制、发酵

面粉35 g、芦竹粉5 g，1.8 g酵母先活化，加入适量的水，和成面团。放入已经提前预热好的温度为35℃、湿度为80%～90%的环境中发酵1 h，待面团体积不断变大，用手指按压面团观察面团是否恢复原状，一阶段发酵结束。

1.3.2.4 二阶段面团调制、发酵

将一阶段醒发好的面团取出，加入剩余的60 g的低筋面粉、食用油15 g、小苏打0.8 g，糖2 g，加入适量的水，和成均匀细腻的面团，放在发酵箱（温度35℃、湿度为80%～90%）发酵0.5 h～1 h，等到面团体积不断膨胀，观察面团内部，明显看到面团内部呈松软针孔状，并伴随面团发酵特有的香气，二阶段发酵结束。

1.3.2.5 擀压与夹酥

把经过二次发酵的面团取出，用擀面杖擀压成中间厚的扁圆状，将油酥放入，从两端向中间折叠成3层，擀成长方形，每擀2次折叠1次，每2次转90°，使面团内部有多层次结构。

1.3.2.6 成型

将模具扣在面片上，用刀具切成厚度为2.0 mm～3.0 mm，大小一致的长方形，用牙签均匀扎一些小孔。

1.3.2.7 烘烤

烤箱预热5 min，温度为上层170℃，下层150℃。烤盘表面刷上一层油，将饼干坯放入烤盘中，5 min后观察饼干颜色，至饼干成浅绿色[4-5]。

1.3.3 单因素试验

苏打饼干的基础配方：低筋面粉95 g，芦竹粉5 g，食用油15 g，小苏打0.8 g，白砂糖2 g，水适量。

1）基础配方除芦竹粉添加量不变，称取芦竹粉添加量分别为 2、4、6、8、10 g/100 g。邀请评审小组对饼干给出感官评分，以确定出芦竹粉的添加量。

2）芦竹粉添加量选用1）得出的最优结果，酵母添加量分别为 1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 g/100 g，其余选用基础配方，邀请评审组成员分别品尝打出分数，酵母的添加量可以基本确定。

3）酵母添加量选用2）得出的最优结果，食用油添加量分别为 10、15、20、25、30 g/100 g，操作同 2）。

4）食用油添加量选用3）的最优结果，小苏打添加量分别为 0.2、0.7、1.2、1.7、2.2 g/100 g，其他依据基础配方添加，操作同3）。

5）小苏打添加量选用4）的最优结果，白砂糖的添加量分别为 1、2、3、4、5 g/100 g，其他依据基础配方添加，操作同 4）。

1.3.4 感官评定

感官评价由外观形态、色泽、香味和口感、组织状态4个方面评分，其中外观形态占20分，色泽占20分，香气和滋味占30分，组织结构占30分。由10位食品专业学生一个评价小组，最后计算平均值[5]。详细感官评价指标[6]见表1。

表1 芦竹苏打饼干感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standard for Arundo donax soda cracker

续表1 芦竹苏打饼干感官评定标准Continue table 1 Sensory evaluation standard for Arundo donax soda cracker

1.3.5 响应面试验

选择1.3.3单因素试验结果中影响较大的4个因素，通过感官评定，设计响应面试验，共进行了29组操作。设定的因素水平见表2。

表2 试验因素水平及编码Table 2 Test factor level and coding

1.3.6 苏打饼干的营养成分分析

对芦竹苏打饼干和未添加芦竹苏打饼干的营养成分蛋白质，纤维素和黄酮成分进行测定和对比，测定时每组做3个平行，分析芦竹粉的添加对3种营养成分含量变化的影响。测定方法如下[7]：

1）蛋白质的测定依据GB 5009.5-2016《食品安全国家标准品中蛋白质的测定》[8]，凯氏定氮法；

2）粗纤维的测定依据GB/T 5009.10-2003《植物类食品中粗纤维的测定》[9]，采用重量法；

3）黄酮的测定依据NY/T 1295-2007《荞麦及其制品中总黄酮含量的测定荞麦及其制品中总黄酮含量的测定》[10]，采用分光光度法。

1.3.7 质构测定

对最佳配方得到的芦竹苏打饼干和未添加芦竹苏打饼干分别进行质构试验。将饼干放于清洁好的测试台上，将探头对准样品的中心位置，测定硬度、弹性、咀嚼性等。质构仪的各项参数设置为：探头型号是P/35，检测速率60 mm/min，压缩成度60%，起始力0.5 N；分别测3个芦竹饼干和未添加芦竹苏打饼干，结果取测量的平均值。

1.4 数据处理

响应面试验的数据处理采用Design-Expert 8.06软件。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果及分析

2.1.1 芦竹粉添加量的影响结果与分析

芦竹粉对饼干品质的影响见图1。

图1 芦竹粉对芦竹苏打饼干品质的影响Fig.1 Effect of reed bamboo powder on quality of reed bamboo soda biscuit

由图1可以看出，芦竹粉的添加会增加其独特的风味和口感，而且增加了营养价值。当芦竹量在4g/100g以下时，产品形态完整，组织结构明显分层，但是芦竹香味较淡，绿色不明显；添加芦竹粉的量达到6 g/100 g时，饼干的质地有层次，口感细腻，淡绿色且芦竹清香味较适宜；当添加芦竹粉量为8 g/100 g时，饼干颜色为暗绿色，口感不佳，芦竹青草味略浓；当添加芦竹粉量为10 g/100 g时，饼干颜色为墨绿色，过深，口感粗糙且芦竹青草味过浓。综合几方面得分芦竹粉合适的添加量为6 g/100 g。

2.1.2 酵母添加量试验结果与分析

添加酵母粉的量对芦竹苏打饼干品质的影响见图2。

由图2可以看出，酵母的增加会促使面团更快更好地完成发酵，使组织有层次感。当添加酵母的量在低于1.8 g/100 g时，随着添加量的增加，评分值不断增加；当添加酵母的量为1.8 g/100 g时，饼干有层次结构，口感疏松，有发酵香味和芦竹清香味；当酵母添加量超过1.8 g/100 g时，苏打饼干品质下降，组织结构变差，饼干表面泡点过多，发酵味过浓，芦竹味体现不明显。所以，添加酵母量为1.8 g/100 g时，研制出的饼干的评分最高，口感疏松。

图2 酵母粉使用量对饼干品质的影响Fig.2 Effect of yeast powder consumption on biscuit quality

2.1.3 食用油添加量试验结果与分析

添加食用油的量对饼干品质的影响见图3。

图3 食用油添加量对产品品质的影响Fig.3 Effect of edible oil content on product quality

食用油会影响苏打饼干的形态、色泽和滋味。当添加食用油的量达10 g/100 g时，饼干有淡香味，表面硬而干燥，形态不完整，口感松软；当添加食用油量为15 g/100 g，饼干表面呈浅绿色，形态整齐，口感较佳；添加量达15 g/100 g以上后，较为油腻，外形不完整，较松散，从营养健康角度上确定最佳添加量为15 g/100 g。

2.1.4 小苏打试验结果

添加小苏打量对饼干品质的影响见图4。

图4 小苏打添加量对产品品质的影响Fig.4 Effect of the amount of baking soda added on the quality of product

由图4可以看出，添加小苏打的量直接关系到饼干的风味和组织结构，当添加量为0.2 g/100 g时，分层不明显，口感较粗糙；添加量为0.7 g/100 g时，评分最高；在0.7 g/100 g以上时，饼干的感官评分不断降低，苏打饼干口感酥松，但出现碱味和苦味，口感极差。最后确定最佳小苏打添加量为0.7 g/100 g。

2.1.5 糖粉添加量试验结果与分析

糖粉添加量对饼干品质和口感的影响见图5。

图5 糖粉添加量对芦竹苏打饼干品质的影响Fig.5 Effect of sugar content on quality of reed bamboo soda biscuit

由图5结果显示，添加糖粉的量会直接关系饼干的外观和风味，添加量为1 g/100 g时，颜色为浅绿色，甜味一般，故评分为72分；当添加量为2 g/100 g，甜度适宜，口感较佳，评分值最高；糖粉添加量过多，甜腻味过重。

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 响应面设计与试验结果

根据响应面法选择最佳原料添加量，试验结果见表3。本试验有29组，其中含5次重复试验。利用ANOVA分析响应面的回归参数，得到以感官评分Y为考察指标的回归模型：

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Response surface test design and results

续表3 响应面试验设计及结果Continue table 3 Response surface test design and results

2.2.2 显著性检验及方差分析

通过Design-Expert 8.06软件，整理得到表4。

表4 显著性检验和方差分析Table 4 Significance test and variance analysis

模型P<0.01，表明模型差异性极显著，失拟项P>0.05，说明失拟项差异不显著，前者表示方程与实际情况拟合程度较好，能够用来反映综合评分与各因素之间的关系，后者说明其他因素对试验影响很小，可以应用于芦竹苏打饼干工艺条件的优化。根据表中F值的大小可以判断各个因素影响饼干品质的强弱顺序。其次序为芦竹粉添加量>小苏打添加量>食用油添加量=酵母添加量。表4中一次项A，二次项A2、C2、D2及A与B的P<0.01，及B2的P<0.05显示分别达到极显著水平和显著水平，说明各考察因素对感官评分的影响具有交互作用。

2.2.3 各因素响应面分析与讨论

不同原料添加量对芦竹苏打饼干的感官评分的影响，根据回归方程做出的响应面图见图6。

图6 各因素的交互作用对结果的综合影响Fig.6 The comprehensive influence of the interaction of various factors on the results

从曲面的陡平程度可以判断出添加量的影响程度，较陡的曲面表明添加量变化的影响较大，反之较小。由图6可看出，芦竹粉添加量和酵母添加量图（即AB）的投影是椭圆，影响较显著，说明芦竹粉添加量和酵母添加量的影响较大，交互作用较强。

2.2.4 最佳工艺参数的确定及验证试验

经过响应面试验确定芦竹苏打饼干最佳配方为芦竹粉添加量为7.03 g/100 g、酵母添加量为1.93 g/100 g、食用油添加量为14.33 g/100 g、小苏打添加量为0.79 g/100 g。该配方的理论值为92.7分。并进行3次验证试验，所得饼干的平均感官评分为91.5分，与实际误差相差1.2，偏差不大，试验结果可靠。

2.3 苏打饼干的营养成分测定结果

对芦竹饼干和苏打饼干的营养成分测定结果见表5。

表5 营养成分测定表Table 5 Results of nutrient composition determination

由表5可以看出，每100 g芦竹苏打饼干中粗蛋白，粗纤维，黄酮含量均比未添加芦竹苏打饼干中含量高，分别提高了1.67%，2.08%，0.1%。表明在苏打饼干中添加芦竹粉在一定程度上提高了饼干中蛋白质、粗纤维和黄酮含量，增加了饼干的保健功能。

2.4 质构测定结果

未添加芦竹苏打饼干和芦竹苏打饼干的质构测定结果见表6。

表6 质构测定结果Table 6 Texture test results

破裂力、硬度、黏附性、咀嚼性这几个指标均可以直观地体现出饼干的口感和品质，由表6可以看出，两者破裂力分别为428.7和359.3，表明用探头将芦竹饼干打碎所用力度较小，间接说明芦竹饼干硬度较小；芦竹饼干的硬度1和硬度2较未添加芦竹苏打饼干有所降低，更适合消费者食用，因为其硬度适中；对于粘附性指标，芦竹饼干降低，黏性减小，不会造成黏牙现象；芦竹苏打饼干咀嚼性低于未添加芦竹苏打饼干。表明咀嚼该饼干所需要的能量较少，口感适宜。

3 结论

通过试验研究得出芦竹苏打饼干的最优配方是：芦竹粉添加量为7.03 g/100 g、酵母添加量为1.93 g/100 g、食用油添加量为14.33 g/100 g、小苏打添加量为0.79 g/100 g。按上述配方做出的苏打饼干制得的苏打饼干色泽良好，口感疏松，无杂质，断面有明显分层，芦竹风味适宜，品质最佳。

芦竹粉的加入使苏打饼干具有独特的色泽和风味，增加了一定量的蛋白质含量、粗纤维和黄酮含量，增强了苏打饼干的保健功能，提升了苏打饼干的附加值，进一步丰富了苏打饼干的种类，是一款新颖的休闲类食品，对于芦竹苏打饼干的市场推广有着重要意义。