模糊感官评定结合响应面优化香椿苏打饼干工艺

刘艳红，孙瑞雪，刘玉洁，王 景，刘生杰

（1.阜阳师范大学 信息工程学院，安徽阜阳 236000；2.阜阳师范大学 生物与食品工程学院，安徽阜阳 236000）

0 引言

香椿含多种维生素和人体所需的蛋白质、磷酸盐、铁、钙、钾等营养物质[1]，还含有抑制多种致病菌成分及丰富的多酚类抗氧化成分[2]，具有清热解毒，辅助治疗肠道疾病和泌尿系统感染等作用[3]。因此，香椿具有较高的药用和食用价值。但是，香椿季节时令性强、易腐烂变质、贮藏时间短的特点限制了香椿的食用、生产加工及经济价值[4]。目前香椿的食用多以鲜食和腌制品为主，关于香椿的研究多集中在对香椿中黄酮类、萜类、多糖类、多酚类等活性物质的提取、分离、鉴定，和香椿的保鲜与贮藏技术，以及香椿芽休眠解除及其机理等方面[5]，关于香椿在焙烤、发酵等面制食品中的应用研究较少。

超微粉碎技术应用广泛，经超微粉碎的物料，粒径更细小，营养成分更易被人体吸收，功效作用更能完全发挥[6]。苏打饼干是一种质地酥脆的发酵型饼干[7]，具有增进食欲、缓解便秘、调节人体酸碱平衡等功效[8]。模糊感官评定是利用模糊数学的方法，将模糊信息数学化、定量化，处理评定人员的感官检验数据，减少人为评定因素的影响，从而获得较为科学、客观的感官评价结果[9]。该法在肉制品、发酵制品、焙烤制品、饮料等食品的感官评价中广泛应用[10]。

本研究利用超微粉碎技术制备超微香椿粉，将其与传统小麦面粉混合制成香椿苏打饼干。结合模糊感官评定方法，通过单因素和响应面试验对香椿苏打饼干的工艺配方进行优化。一方面，以香椿粉代替部分小麦粉制作苏打饼干，利用香椿中有益活性物质，改善食品的结构特点，提高苏打饼干的营养保健功效；另一方面，将香椿制成超微香椿粉作为食品加工的原辅材料，拓宽香椿在食品产业中的应用渠道，增加食品行业产品的多样性。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

超微香椿粉：将新鲜香椿经烫漂和真空冷冻干燥处理后粉碎过100目筛，真空避光保存备用；面粉、油脂、小苏打、酵母、植物黄油、食用盐均为市售。

YXD-F90型远红外食品烤箱（上海一喜食品机械有限公司）；JA2003型分析天平（上海越平科学仪器有限公司）；DHWS-P250型恒温恒湿醒发箱（合肥华德利科学器材有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 香椿苏打饼干制备工艺流程

香椿苏打饼干工艺流程如图1所示。

图1 香椿苏打饼干工艺流程Fig.1 The technological process of Toon soda biscuit

1.2.2 操作要点

（1）面团调制，称取一定量酵母用30 ℃左右的温水融化，然后加入到低筋小麦粉中揉成面团。

（2）第一次发酵，将调好的面团用保鲜膜盖住，放入30 ℃、80%湿度的发酵箱中，发酵时间控制在1.5～3 h，直至面团发酵到原来体积的2～3倍。

（3）包油酥，称取食用油脂，与面粉、超微香椿粉、盐、小苏打制成油酥，包入到第一次发酵好的面团中。

（4）第二次发酵，将包好油酥的面团用保鲜膜盖住，在温度26～30 ℃、湿度80%的条件下，发酵 2 h 左右。

（5）辊压，将第二次发酵后的面团沿一个方向擀平，然后折叠继续擀平，重复3～5次。

（6）成型，将包好油酥的面团擀成厚度均匀的面胚，用模具压制成型，再用牙签在面饼上戳大小相同的细孔。

（7）烘烤，调节烤箱面火 180 ℃、底火 170 ℃，放入烤盘烘烤10 min至成熟。

（8）冷却，冷却至室温装袋密封即得成品。

1.2.3 单因素试验设计

选取超微香椿粉、食用油脂、食用盐的添加量和第一次发酵时间作为单因素试验的因素变量[11]。根据预试验结果分析，超微香椿粉的量分别取：1%、2%、3%、4%；食用油脂的量分别取：7%、9%、11%、13%；食用盐的量分别取：1%、1.5%、2%、2.5%；第一次发酵时间分别取 1.5 h、2 h、2.5 h、3 h。通过感官评定结合模糊评定分别讨论各因素对香椿苏打饼干品质的影响。

1.2.4 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，以感官评分为指标，以超微香椿粉、食用油脂、食用盐的添加量和第一次发酵时间为变量因素[12]，进行响应面试验。

响应面试验设计见表1。

1.2.5 模糊感官评定

模糊感官评定是将具有“模糊性”的因素数量化，科学合理地分析和评定食品加工产品等事物的分析方法，能客观反映食品的感官信息，减少人为的主观性和片面性。

因素集U、评语集V及权重集X的确定：

决定香椿苏打饼干品质的有色泽、口感、组织结构和风味4个评价指标，因此因素集U={色泽 u1、口感 u2、组织结构 u3、风味 u4}，其中 ui为第i个因素。

对于每个评价指标有优、良、中、差4个评定等级，因此评语集 V={优 v1、良 v2、中 v3、差 v4}，其中vi为第i个因素。参照李新旺等[8]的研究，制定香椿苏打饼干感官评分标准如表2，采用百分制打分。

表2 香椿苏打饼干感官评定Tab.2 Sensory evaluation form of Toon soda biscuit （单位：分）

参考孟祥忍[13]和晋圣坤[14]等的研究，根据各因素对香椿苏打饼干感官评定的影响作用，确定各因素的权重分别为组织结构（0.10）、口感（0.35）、色泽（0.15）、风味（0.40），因此权重集X=（0.10，0.35，0.15，0.40），且 0.10+0.35+0.15+0.40=1。

参考谢秀玲[10]等的研究，假设食品感官因素综合评判结果向量为Y，对10位评定人员的各项评语等级次数进行统计，各评语等级次数除以10即为各因素对4项评语等级的隶属度，得到的隶属度矩阵即构成模糊评定矩阵R，该矩阵R与权重集X合成为模糊感官评定结果向量Y，即Y=XR。

1.2.6 数据统计分析

利用Design-Expert软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果及分析

2.1.1 超微香椿粉对饼干品质的影响

超微香椿粉提高了苏打饼干的保健功能，但香椿粉中的抗氧化等活性成分物质可能会使面团结合力、黏弹性和可塑性变差，同时还可能影响饼干的色泽和口感[15]。因此，香椿粉添加要适量，才能保证香椿苏打饼干特有的风味和品质。

对分别添加1%、2%、3%、4%超微香椿粉的饼干进行评定，得到评价矩阵分别为R1、R2、R3、R4。评定结果如表3所示。

表3 香椿粉添加量的感官评定结果Tab.3 Sensory evaluation results of the adding amount of Chinese toon powder

根据最大隶属度原则[16]，当香椿添加量为1%时，模糊感官评定向量中最大值为0.30，出现在“中”级；当香椿添加量为2%时，模糊感官评定向量中最大值为0.33，出现在“优”级；当香椿添加量为3%时，模糊感官评定向量中最大值为0.32，出现在“中”级；当香椿添加量为4%时，模糊感官评定向量中最大值为0.30，出现在“中”级。综合上述结果，当香椿添加量为2%时，香椿苏打饼干的模糊感官评定结果最好。

2.1.2 油脂对饼干品质的影响

油脂能赋予食品酥脆口感和浓郁香味，增加食品营养价值和风味，使食品组织结构层次分明，有利于食品的塑型[17]。在香椿苏打饼干制作过程中，食用油脂添加量过低时，饼干表面干燥无光泽，口感较硬不酥松，组织结构层次不分明，香味不足；当食用油脂添加量过高时，饼干口感较油腻，不易塑型，形态不佳。

对油脂添加量分别为7%、9%、11%、13%时的饼干进行评定，得到评价矩阵分别为R1、R2、R3、R4，归一化处理后得到4个向量：

同理，当油脂添加量分别为7%、9%、11%、13%时，香椿苏打饼干的模糊感官价结果依次为“中”、“优”、“良”、“良”。因此，当油脂添加量为9%时，香椿苏打饼干的模糊感官评定结果最好。

2.1.3 盐对饼干品质的影响

盐具有增强面团中面筋弹性和坚韧性的特点，能提高面团的抗胀力和保气性[18]。适量的盐能提高组织渗透压，抑制除酵母菌以外其他杂菌的作用，改善饼干口味。但是，过高的盐浓度同样会抑制酵母菌的活性，使其发酵作用减弱，影响饼干的口感和风味。

对盐添加量分别为1%、1.5%、2%、2.5%时的饼干进行评定，得到评价矩阵分别为R1、R2、R3、R4，归一化处理后得到4个向量：

同理，当盐添加量分别为1%、1.5%、2%、2.5%时，香椿苏打饼干的模糊感官价结果依次为“良”、“优”、“良”、“差”。因此，当盐添加量为1.5%时，香椿苏打饼干的模糊感官评定结果最好。

2.1.4 第一次发酵时间对饼干品质的影响

随着发酵时间延长，酵母呼吸和发酵作用产生的CO2可使面筋的网络结构处于膨胀状态，使面团呈膨松状。若发酵时间过长，面团中产生CO2气体使面筋中的膨胀力超出其本身的抗胀限度而塌架，甚至出现“产酸”情况。若发酵时间过短，饼干面团尚未完全发酵产生充足CO2，会使饼干组织结构差，口感不酥脆，感官评定分值下降[19]。

对第一次发酵时间分别为1.5 h、2 h、2.5 h、3 h时的饼干进行评定，得评价矩阵分别为R1、R2、R3、R4，归一化处理后得到4个向量：

同理，当第一次发酵时间分别为 1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h 时，香椿苏打饼干的模糊感官价结果依次为“中”、“良”、“优”、“差”。因此，当第一次发酵时间为2.5 h时，香椿苏打饼干的模糊感官评定结果最好。

2.2 响应面试验结果及分析

2.2.1 响应面试验方案设计及结果

基于单因素试验和模糊感官评定，对影响香椿苏打饼干感官品质的4个因素（即油脂添加量A、第一次发酵时间B、食用盐添加量C和超微香椿粉添加量D），采用Box-Behnken试验设计继续对香椿苏打饼干工艺参数进行优化。试验结果见表4。

表4 Box-Behnken试验设计及结果Tab.4 Box-Behnken experimental design results

2.2.2 回归方程的拟合及方差分析

利用Design-Expert软件对试验结果进行回归分析，得到拟合全变量的二次回归方程如下：

回归方程方差分析结果如表5所示。

表5 回归方程方差分析结果Tab.5 Variance analysis results of regression equation

2.2.3 各因素交互作用对香椿苏打饼干感官评分的影响

利用Design-Expert软件得到响应面图和等高线图，直观分析各因素对饼干感官评分的影响规律和各因素间的交互作用强弱。响应面的曲面陡峭程度与各因素对感官评分影响显著性成正相关[20-22]。等高线形状及轴变化密集度与各因素交互作用的强弱有关，一般等高线轴变化密集呈椭圆形，因素间交互作用强；等高线轴变化不密集呈圆形，因素间交互作用弱。

由图6和图7可知，香椿粉添加量和油脂添加量、香椿粉添加量和盐添加量，因素间交互作用较弱；由图2-5可知，发酵时间和油脂添加量、盐添加量和油脂添加量、发酵时间和盐添加量、发酵时间和香椿粉添加量，因素间交互作用较强，其中发酵时间与盐添加量之间的交互作用最强。

图2 发酵时间和油脂添加量的等高线图Fig.2 Contour map of fermentation time and oil adding amount

图3 盐添加量和油脂添加量的等高线图Fig.3 Contour map of salt and oil adding amounts

图4 发酵时间和盐添加量的等高线图Fig.4 Contour map of fermentation time and salt adding amount

图5 发酵时间和香椿粉添加量的等高线图Fig.5 Contour map of fermentation time and Toon powder adding amount

图6 香椿粉添加量和油脂添加量的等高线图Fig.6 Contour map of Toon powder and oil adding amount

图7 香椿粉添加量和盐添加量的等高线图Fig.7 Contour map of Toon powder and salt adding amount

经二次回归方程进行响应面分析，得到香椿苏打饼干感官评分最高时各因素水平：超微香椿粉为1.9%，油脂添加量为9.2%，盐添加量为1.5%，第一次发酵时间为2.5 h，预测感官评分可达到86.6分。考虑实际操作的可行性，取各因素最佳水平值：超微香椿粉为2%，油脂添加量为9%，盐添加量为1.5%，第一次发酵时间为152 min。

2.3 模型验证试验

根据响应面试验的最优配方，在超微香椿粉为2%，油脂为9%，盐为1.5%，第一次发酵时间为152 min的条件下进行3次平行试验得到感官评分为85.3分。与回归方程预测值相吻合，表明该方程与实际情况拟合较好，对香椿苏打饼干感官品质评分具有可靠的预测性。

3 结语

通过模糊感官评定结合响应面分析，得到香椿苏打饼干感官评分的二次回归模型，回归方程高度显著（P＜0.000 1），失拟项不显著（P＞0.05），表明该方程对试验研究拟合较好，预测性良好。优化香椿苏打饼干的最佳工艺参数：超微香椿粉2%，油脂9%，盐1.5%，第一次发酵时间152 min。在此工艺配方条件下制作的香椿苏打饼干色泽均匀、内部结构层次分明、酥松爽口，具有特有的香椿气味。