马铃薯鲜薯酥脆饼干的配方优化

高婧妍，傅宝尚，刘欣欣，祁立波，温成荣

（大连工业大学食品学院，国家海洋食品工程技术研究中心，海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，辽宁大连 116034）

马铃薯（Solanum tuberosumL.）是茄科属木本类植物，对生长环境要求低，在全球种植范围广、面积大，我国种植面积和产量位居世界第一[1,2]。马铃薯营养价值高，脂肪含量低，热量低，可以提供大量的直连淀粉，也是植物中完全蛋白质的重要来源，还含有丰富的膳食纤维和维生素等，可作为主食或蔬菜[3]。马铃薯中高含量的赖氨酸和色氨酸可以弥补传统谷物主食中的不足[4]，其已成为继水稻、小麦、玉米之后的世界第四大粮食作物[5]。欧美国家将马铃薯作为主食食用有着悠久历史，而我国大部分地区的饮食习惯是将马铃薯作为蔬菜食用，仅在西北、西南、东北等马铃薯主产区有将马铃薯蒸、煮、烤后作为主食食用的习惯，但食用的频率远低于水稻、小麦、玉米。我国启动马铃薯主食化战略以来，马铃薯产业快速发展，各类新型的马铃薯主食产品涌现，如以马铃薯泥、全粉、生粉等与面粉、米粉等混合制成的马铃薯面包、馒头、面条、米线等传统主食[6,7]，以及薯片、饼干、糕点等休闲食品[8]，这些产品更加符合目前消费者的需求。

饼干是消费者喜爱的烘焙食品之一，多以小麦粉为主要原料，加入糖类、油脂、膨松剂等原料烘焙而成。随着人们对健康需求的增强，薯类、果蔬、花卉、坚果等被广泛应用于饼干。马铃薯饼干主要是将马铃薯全粉或马铃薯泥替代部分的面粉[4,9]，而马铃薯全粉的生产会造成环境污染、营养损失和成本增加等问题，因此，采用马铃薯泥生产马铃薯饼干是重要发展方向。为此，本文在传统饼干制备的基础上，以马铃薯泥占总量50%以上为基本配方，采用单因素结合响应面优化方法，探索马铃薯泥与低筋面粉比例、碳酸氢铵与小苏打比例、鸡蛋液与棕榈油比例对马铃薯饼干的质构、色差及感官的影响，确定其最佳配方。本文研究可为马铃薯鲜薯在休闲食品中的应用提供理论依据和实际参考。

1 材料与方法

1.1 材料

马铃薯（大西洋），甘肃薯香园农业科技有限公司；低筋面粉，新良粮油加工有限责任公司；糖霜，佛山市层层高食品有限公司；淡奶油，青岛雀巢有限公司；棕榈油，天津市聚龙粮油有限公司；小苏打，安琪酵母股份有限公司；碳酸氢铵，四川省高宇化工有限公司；鸡蛋市售。

1.2 设备及仪器

SCC-WE101型万能蒸烤箱，德国Rational公司；KVL40厨师机，东莞德龙健伍电器有限公司；W-053498压面机，华联盛通贸易有限公司；DDQ-A30D2打蛋器，广东小熊电器有限公司；TA.XT.Plus物性测试仪，英国SMS公司。

1.3 饼干制备

将马铃薯在相对湿度0%、温度200 ℃条件下烘烤1 h，冷却至室温后去皮切块，捣泥备用。将棕榈油、鸡蛋液和淡奶油混合，用打蛋器搅打2 min至均匀，得到乳化浆。将马铃薯泥、乳化浆、低筋面粉、糖霜、小苏打、碳酸氢铵加入和面机中，用0.5档搅打2 min至均匀，得到面团。并将面团擀制成厚度为1.0 mm，大小为2.80×2.80 cm的饼干生胚。采用两段式烘烤工艺，第一段140 ℃烘烤10 min，第二段120 ℃烘烤15 min。

1.4 单因素试验

以马铃薯泥60%、低筋面粉15%、小苏打0.45%、碳酸氢铵0.18%、鸡蛋液5.93%、棕榈油5.93%、糖霜6.82%、淡奶油5.69%为基本配方，分别研究不同的马铃薯泥与低筋面粉比例：A1（10:5）、A2（11:4）、A3（13:2）、A4（12:3）、A5（14:1），碳酸氢铵与小苏打比例：B1（6.5:0.5）、B2（5:2）、B3（3.5:3.5）、B4（2:5）、B5（0.5:6.5），以及鸡蛋液与棕榈油比例：C1（1:9）、C2（3:7）、C3（5:5）、C4（7:3）、C5（9:1）对饼干剪切力、色差和感官评分的影响。

1.5 响应面试验设计

在单因素试验基础上，选取马铃薯泥与低筋面粉比例、鸡蛋液与棕榈油比例、碳酸氢铵与小苏打比例为因素，进行三因素三水平试验设计，确定饼干的最优配方。表1为响应面试验设计因素水平表。

表1 响应面实验因素水平表Table 1 Design level table of response surface methodology

1.6 指标测定

1.6.1 剪切力

采用TA.XT.Plus物性测试仪对饼干进行剪切力测试。选择HDP/BS探头，测前速度1.0 mm/s，测试速度1.0 mm/s，测后速度10.0 mm/s，压缩距离20 mm。

1.6.2 色差

采用 Hunter Lab Pro测色仪进行三点测试，用L*、a*、b*三个值标定颜色，L*值代表明亮度，a*值和b*值代表色度，a*值越大越偏红，越小越偏绿；b*值越大越黄红，越小越偏蓝。每组样品测3次取平均值[10]。

1.6.3 感官评价

选择10名感官评价员依据感官评分标准[4]，对样品进行评价。主要评价指标为形态、色泽、口感、回味，满分为100分[11,12]，评价标准见表2。

表2 饼干感官评价标准与细则Table 2 Standard and rules of sensory evaluation of biscuits

1.7 数据分析

试验数据采用平均值±标准偏差形式表示，运用软件Design-Expert 8.0.6处理响应面试验结果，Excel软件处理其余数据，且用 SPSS22.0软件进行单因素显著性分析[13]。

2 结果与分析

2.1 马铃薯泥与低筋面粉比例对饼干品质的影响

由图1a可知，随着马铃薯泥与低筋面粉比例的增大，饼干的剪切力从3000 g左右逐渐降低到1000 g左右。A2和A3没有显著性差异，饼干的品质比较稳定，剪切力在2000~2500 g之间。面团中的面筋蛋白吸收润胀形成弹性和延展性的面筋网状结构，马铃薯泥的添加会破坏这种面筋结构，导致饼干剪切力降低[14]。

由图1b可知，随马铃薯泥与低筋面粉比例的增大，饼干的亮度L*值逐渐减小，各组之间皆存在显著性差异，饼干的亮度降低；对于红色度 a*值，A1、A2、A3、A4各组没有显著性差异，而A5显著升高，说明高含量马铃薯泥使饼干红色度增强；而 A1、A2、A5的b*值有显著性差异（p<0.05），A1、A3、A4之间以及 A2、A3、A4、A5之间差异不显著。色差的变化主要是因为糖霜等在高温烘烤过程中发生焦糖化反应以及氨基酸和还原糖发生美拉德反应[15]。

由图1c可知，随着马铃薯泥与低筋面粉比例的增大，饼干的感官评分呈先增大后减小的趋势，A3的感官评分最高且超过80分。A1、A2之间没有显著性差异，A4、A5之间没有显著性差异，A1、A2、A4、A5之间以及A1、A2、A3之间差异不显著。当马铃薯泥与低筋面粉比例小时，面团太硬，不利于饼干压制成型，易皱缩导致饼干太硬，马铃薯的滋味弱。当马铃薯泥与低筋面粉比例大于 12:3时，饼干的色泽太暗，马铃薯泥水分过多，导致面团太黏，压制饼干时不易成型，饼干表面不光滑，有较多孔隙。李瑜等研究也表明马铃薯泥添加量较少时，制成的饼干几乎没有马铃薯特有的芳香味；添加量过高时，面团较软，难成型，不易制作，饼干外形不规整[16]。根据色差、剪切力和感官评分的综合分析，A3的色泽呈金黄色，具有马铃薯特有的香味，饼干品质最佳。

图1 马铃薯泥与低筋面粉比例对饼干剪切力（a）、色差（b）和感官评分（c）的影响Fig.1 Effect of the ratio of mashed potato tolow-gluten flour on the shear force (a), color difference (b) and sensory score (c) of biscuits

2.2 碳酸氢铵与小苏打比例对饼干品质的影响

由图2a可以知道，随碳酸氢铵与小苏打比例的增加，饼干的剪切力从2500 g以上显著降低到低于1000 g（p<0.05）。由图2b可知，碳酸氢铵添加量增加使饼干的L*值显著增大（p<0.05），饼干的色泽变亮；a*值先减小后趋于平稳，B1、B2、B3之间有显著性差异（p<0.05），B3、B4、B5之间没有显著性差异，说明饼干的红色度变弱至平稳；b*值各组之间没有显著性差异，说明饼干的黄色度没有明显变化。由图2c可知，随着碳酸氢铵与小苏打比例的不断增大，饼干的感官评分先增大后缓慢减小，B2和 B3的感官评分都大于80分。牛希跃等[17]研究表明，碳酸氢铵分解后产生的气体比小苏打多，制品更酥松，但添加过多使产品表面产生气泡并且内部孔洞过大，过于蓬松，质构下降，导致色泽不佳，氨味太重。综合剪切力、色差、感官评分结果，B2饼干的质量较好。

图2 碳酸氢铵与小苏打比例对饼干剪切力（a）、色差（b）和感官评分（c）的影响Fig.2 Effect of the ratio of ammonium bicarbonate to sodium bicarbonate on the shear force (a), color difference (b) and sensory score (c) of biscuits

2.3 鸡蛋液与棕榈油比例对饼干品质的影响

由图3a可知，随鸡蛋液与棕榈油比例的增加，饼干的剪切力从1700 g左右逐渐增大到4000 g以上，其中C2和C3没有显著性差异，且剪切力在2000~2500 g之间。由图3b可知，随鸡蛋液与棕榈油比例的增加，L*值呈显著增大（p<0.05），饼干的色泽变亮；饼干的a*值呈逐渐减小的趋势，除C3、C4之间无显著性差异（p>0.05），其他各组都有显著性差异（p<0.05），说明饼干的红色度降低；饼干的b*值变化没有明显规律，C1、C3之间无显著性差异，C2、C4之间无显著性差异，C5与C2、C4之间有显著性差异（p<0.05）。由图3c可知，随鸡蛋液与棕榈油比例的增加，饼干的感官评分先增大后减小。C2、C5之间无显著性差异，C3具有最高的感官评分值且高于80分，但其与C4之间无显著性差异。冯彩丽等研究也表明，一定量的鸡蛋液可以改善饼干剪切力、色泽和感官评分，过量会稀释棕榈油导致面团过黏，难成型，且产生腥味[18]。而棕榈油添加量高，饼干走油，颜色暗，口感粗糙[19]。综合剪切力、色差、感官评分结果，C3饼干的质量较好。

图3 鸡蛋液与棕榈油比例对饼干剪切力（a）、色差（b）和感官评分（c）的影响Fig.3 Effect of the ratio of liquid whole egg to palm oil on the shear force (a), color difference (b) and sensory score (c) of biscuits

2.4 响应面试验结果与分析

在单因素实验结果的基础上，以饼干感官评分为指标，根据Box-Behnken设计方案[20]，对饼干进行三因素三水平响应面分析试验，结果见表3。

表3 Box-Behnken试验设计与结果Table 3 The experimental design and results of Box-Behnken

以马铃薯酥脆饼干感官评分（Y）为响应值，通过回归拟合，可以用公式1的回归方程表示各实验因素对响应值的影响：

由表4可知，响应面回归模型具有显著性（p<0.05），失拟项无显著性差异（p=0.6216），说明该模型能充分拟合，可以用此回归方程来确定马铃薯饼干的最佳配方。因素B马铃薯饼干品质的影响达到极显著性水平（p<0.01），因素 A 的影响达到显著性水平（p<0.05）。二次项 B2对马铃薯酥脆饼干综合品质的影响达到极显著水平（p<0.01），二次项 C2的影响达到显著性水平（p<0.05）。各因素的效应关系为：B>A>C。

表4 回归模型方差分析Table 4 Regression model analysis of variance

由图4可知，碳酸氢铵与小苏打比例、马铃薯泥与低筋面粉比例的响应曲面坡度较陡峭，其等高线呈椭圆形，表明两者交互作用变化明显。鸡蛋液与棕榈油比例的响应曲面坡度和碳酸氢铵与小苏打比例的响应曲面坡度较明显，其等高线是椭圆状，表明两者交互作用变化非常明显。鸡蛋液：棕榈油的响应曲面坡度和马铃薯泥：低筋面粉的响应曲面坡度较明显，其等高线是椭圆状，表明鸡蛋液：棕榈油与马铃薯泥：低筋面粉两者交互作用显著[21]。

图4 各反应因素之间的交互作用Fig.4 Interactions between the reaction factors

2.5 验证试验

应用Design-Expert 8.0.6软件对二次多项式回归方程进行计算，确定最佳配方参数为马铃薯泥与低筋面粉比例为11:4，碳酸氢铵与小苏打比例为5.53:1.47，鸡蛋液与棕榈油比例为5.78:4.22，即马铃薯泥55%，低筋面粉20%，碳酸氢铵0.50%，小苏打0.13%，鸡蛋液6.86%，棕榈油5.00%，此条件下马铃薯鲜薯酥脆饼干预测感官得分为86.88。对以上得到的马铃薯鲜薯酥脆饼干的最佳配方进行验证试验，设置4次平行试验，如表5所示，得到马铃薯鲜薯酥脆饼干平均感官评分为 87.20，与理论预测值较为接近，偏差为0.37%，说明模型拟合程度较好，具有实用价值。

表5 饼干感官评分Table 5 The sensory score of biscuits

3 结论

本文以马铃薯鲜薯为原料，制备了马铃薯泥添加量为50%以上的马铃薯鲜薯酥脆饼干。研究了马铃薯泥与低筋面粉比例、碳酸氢铵与小苏打比例、鸡蛋液与棕榈油比例对饼干的剪切力、色差和感官评分等的影响，并在单因素试验的基础上，按 Box-Behnken设计试验，运用响应面分析法建立二阶多项式非线性回归方程和数值模型，优化马铃薯鲜薯酥脆饼干配方。结果表明，马铃薯鲜薯酥脆饼干的最佳配方为马铃薯泥 55%、低筋面粉 20%、碳酸氢铵 0.50%、小苏打0.13%、鸡蛋液6.86%、棕榈油5.00%、糖霜6.82%、淡奶油5.69%。制得的饼干色泽金黄，马铃薯香味和滋味浓郁，口感酥脆，风味独特。