响应曲面法优化猕猴桃薏米饼干制作工艺

申煜丽，宋 爽，钱志鹏， 魏 月

（河北农业大学 理工学院，河北 沧州 061100）

薏米不仅是一种历史悠久的食物，而且是中国主要的出口农产品之一[1]，其中富含脂肪、蛋白质、粗纤维等人体所需的物质，以及人体所必需的8种氨基酸，是典型的绿色健康食物[2]。薏米作为糖尿病患者常食用的谷物之一，具有降血脂、降血糖、提高免疫力、抵抗炎症、扩张血管、降低患肿瘤疾病等功效，因此将薏米作为原料，加工成一种具有较高营养价值的饼干，已成为健康、便捷休闲食品生产的发展趋势[3]。

猕猴桃又称“奇异果”，富含大量的膳食纤维、钙、钾、维C等物质。其中，维C的含量比苹果等其他水果高数十倍，钙含量比苹果高17倍[4-6]。此外，猕猴桃是一种含糖量少的药食同源水果，具有抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、降血糖、提高人体免疫、抗疲劳等药用价值[7-8]，尤其在防治糖尿病方面备受人们重视，其主要的降糖活性成分为水溶性多糖[9-11]。

饼干作为一种酥脆美味、保存时间长的便携食品深受消费者喜爱，但目前绝大多数饼干都是高油高糖类产品，不适合糖尿病病人食用，随着人们保健意识的增强，具有降血糖等功能的保健型饼干市场前景广阔[12-13]。

试验将以薏米粉、猕猴桃、低筋面粉为主要原料，木糖醇、植物油、全蛋液、食盐、小苏打为辅料，通过单因素试验和响应面分析研制出一款猕猴桃薏米饼干。猕猴桃薏米饼干使薏米和猕猴桃潜在的营养价值得到了充分利用，并为高血糖和糖尿病患者提供了一种既营养又具有独特风味的新型保健食品，可以创造良好的社会效益和经济效益的同时也具有重要的实际意义。

1 仪器与材料

1.1 仪器

KA1-2D型食品烘炉，广东省三水区白坭镇厨中宝厨具厂产品；YP5001N型电子天平，上海菁海仪器有限公司产品；BCD-227SKH型冰箱，青岛海尔股份有限公司产品；MJ-WBL2531H型搅拌机，广东美的生活电器产品。

1.2 材料

低筋面粉，巨野吉白面粉有限公司提供；薏米粉，枣庄市食里香谷物销售有限公司提供；木糖醇，龙力生物科技股份有限公司提供；植物油，金海食品工业有限公司提供；小苏打，海天生物化工有限公司提供；食盐，山东岱岳制盐有限公司提供；猕猴桃、鸡蛋，市售。

2 试验方法

2.1 工艺流程

原材料预处理→称量→原辅料混合→面团调制→揉压成型→烘焙→冷却→成品。

2.2 操作要点

2.2.1 原材料处理

选用新鲜成熟的猕猴桃，洗净去皮后放进水果搅拌机中搅碎，直到猕猴桃浆中无猕猴桃果肉颗粒为止，搅拌完成后的猕猴桃浆备用。

2.2.2 面团的调制

在容器中加入称好的低筋面粉、薏米粉、猕猴桃，搅拌均匀然后加入食盐、小苏打、蛋液、植物油继续搅拌揉捏，直到面团软硬适度、组织均匀、弹性适中、不黏手为止，需要注意的是不要过度搅拌揉捏面团，过度揉捏会使饼干的酥松度受到影响。

2.2.3 饼干成型

用饼干模具将揉制好的面团进行挤压，制作若干小块饼干。要求饼干尺寸适中、厚度匀称、形状良好，轻放到烘焙托盘中。

2.2.4 烘烤

将烘焙托盘上的饼干胚进行整理后，将托盘放于烤箱中进行饼干烘烤，烘烤条件设置为面火180℃，底火175℃，烘烤时间为15 min，并注意观察饼干烘烤情况。焙烤温度直接影响饼干的感官效果，如外形、口感等[14]。

2.2.5 冷却

烘烤成型后的饼干冷却至室温即为饼干成品。

2.3 感官评定

采用感官评定的方法，选6位学生作为感官评定员，按照感官评分标准对猕猴桃薏米饼干进行评分，总分100分，以平均分计，最后以平均分的高低反映感官品质。

饼干感官评分标准见表1。

2.4 单因素试验

选取薏米粉用量、猕猴桃用量、木糖醇用量、植物油用量4个主要因素进行四因素五水平单因素试验，以制作饼干的感官评分为指标，确定各个单因素的最佳值。

2.4.1 薏米粉用量的优化

固定薏米粉与低筋面粉总量为70 g，分别添加10，15，20，25，30 g薏米粉，研究不同用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，其他材料用量为猕猴桃20 g，植物油15 g，木糖醇12 g，蛋液18 g，小苏打0.5 g，食盐0.4 g。

2.4.2 猕猴桃用量的优化

分别添加16，18，20，22，24 g猕猴桃，研究不同用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，其他材料用量为薏米粉15 g，低筋面粉55 g，植物油15 g，木糖醇12 g，其他辅料用量不变。

2.4.3 木糖醇用量的优化

分别添加10，12，14，16，18 g木糖醇，研究不同用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，其他材料用量为薏米粉15 g，低筋面粉55 g，猕猴桃20 g，植物油15 g，其他辅料用量不变。

2.4.4 植物油用量的优化

分别添加12，13，14，15，16 g植物油，研究不同用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，其他材料用量为薏米粉15 g，低筋面粉55 g，猕猴桃20 g，木糖醇14 g，其他辅料用量不变。

2.5 响应面试验设计

根据单因素试验结果，使用Design Expert 8.0.6软件进行响应面试验设计，采用Box-behnken模型，确定薏米粉用量、猕猴桃用量、木糖醇用量、植物油用量4个因素为自变量，成品感官评分为考查指标，进行29组试验，每组试验做3个平行，取其平均值。

猕猴桃薏米饼干响应面试验因素与水平设计见表2。

表2 猕猴桃薏米饼干响应面试验因素与水平设计/g

3 结果与分析

3.1 单因素试验结果与分析

3.1.1 薏米粉用量的确定

固定薏米粉与低筋面粉总量为70 g，分别添加10，15，20，25，30 g的薏米粉，研究不同用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，其他原辅材料用量为猕猴桃20 g，植物油15 g，木糖醇12 g，蛋液18 g，小苏打0.5 g，食盐0.4 g。待饼干冷却后对饼干成品进行感官评定。

薏米粉用量对猕猴桃薏米饼干感官评定的影响见图1。

图1 薏米粉用量对猕猴桃薏米饼干感官评定的影响

由图1可知，薏米粉用量为15 g时，感官评价最高，此时的饼干既有饼干的特有香味也有薏米的香味，口感酥脆，内置结构均匀，风味最佳，薏米粉用量低于15 g时，饼干酥脆性较低，薏米风味较淡。薏米粉用量高于15 g时，饼干成型较差、口感粗糙。

3.1.2 猕猴桃用量的确定

分别添加16，18，20，22，24 g的猕猴桃，研究不同用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，其他材料用量为薏米粉15 g，低筋面粉55 g，植物油15 g，木糖醇12 g，其他辅料用量不变。待饼干冷却后对饼干成品进行感官评定。

猕猴桃用量对猕猴桃薏米饼干感官评定的影响见图2。

由图2可知，猕猴桃用量为20 g时，感官评价最高，此时的饼干成型最好，口感酥脆，内置结构均匀，色泽均匀，风味最佳。猕猴桃用量低于或高于20 g，在饼干胚的成型和饼干的组织结构上都有所欠缺。

图2 猕猴桃用量对猕猴桃薏米饼干感官评定的影响

3.1.3 木糖醇用量的确定

分别添加10，12，14，16，18 g的木糖醇，研究不同用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，其他材料用量为薏米粉15 g，低筋面粉55 g，猕猴桃20 g，植物油15 g，其他辅料用量不变。待饼干冷却后对饼干成品进行感官评定。

木糖醇用量对猕猴桃薏米饼干感官评定的影响见图3。

图3 木糖醇用量对猕猴桃薏米饼干感官评定的影响

由图3可知，木糖醇用量为14 g时，感官评价最高，此时的饼干口感和风味最佳。木糖醇用量低于14 g时，甜味明显降低，口感较差。木糖醇用量高于14 g时，口感略甜，对于高血糖和糖尿病人群来说不太容易被接受。对于一些特殊人群，如高血压和糖尿病患者，可能会担心饼干中的含糖量，木糖醇是营养型蔗糖替代品，适合糖尿病患者食用。木糖醇是一种功能性甜味剂，不需要胰岛素就可以透入到细胞中，代谢速度较快，不会升高血糖[15]。对于烘焙食品，无糖甜味剂木糖醇的使用提高了产品的整体品质，改善了产品的风味。此外，木糖醇不仅可以提高饼干的色泽和香味，增强饼干的甜度，调节面筋的弹性，木糖醇发酵较难，不利于微生物的生长繁殖，还具有抗氧化作用，可以延长食品的保质期。

3.1.4 植物油用量的确定

分别添加12，13，14，15，16 g植物油，研究不同用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，其他材料用量为低筋面粉55 g，薏米粉15 g，猕猴桃20 g，木糖醇14 g，其他辅料用量不变。待饼干冷却后对饼干成品进行感官评定。

植物油用量对猕猴桃薏米饼干感官评定的影响见图4。

图4 植物油用量对猕猴桃薏米饼干感官评定的影响

由图4可知，植物油用量为14 g时，感官评价最高，此时的饼干色泽均匀呈淡黄色，口感酥松、有饼干和薏米粉特有的香味。而植物油用量低于14 g时，饼干口感较粗糙，内置结构较差。植物油用量高于14 g时饼干胚会发生变形的情况，饼干成型也较差。

除上述4种材料之外，还有一些辅料在饼干的制作中同样发挥着重要作用。例如，饼干中加入食盐可以增加风味、增强面筋、改善色泽[16]，使饼干具有咸味，刺激人们的味觉，突出饼干的甜味，食盐能使面团中的面筋质地变紧密，增加面团的强度和弹性。在饼干制作过程中小苏打（下称化学膨胀剂）在烘烤时受热分解，产生大量的二氧化碳气体，填充在饼干内部，在饼干内部结构中形成细致紧密的气孔，饼干中的小苏打还是一种膨松剂，水溶液呈弱碱性在65℃以上会开始分解，并释放出二氧化碳，与酸和液体结合，发生化学反应，小苏打对二氧化碳释放气泡，使烘烤高度上升，做饼干时加入小苏打才会使饼干酥脆，同时也可以使色泽鲜亮，小苏打添加量对饼干的色泽、风味等有一定影响，但影响效果不明显，但是对饼干的形态及组织结构影响较为显著[17]。如果饼干中的苏打粉加入量太大，会对饼干的风味造成影响，人们食用后会出现暂时味觉失灵、心率不稳等症状。饼干中加入鸡蛋后，鸡蛋中的蛋白质在受热以后会发生凝固现象，从而使水分损失较少，这样饼干成熟后体积会大，口感也会有柔韧度。鸡蛋可以提供饼干制品中的脂肪、蛋白质等营养物质，还会使饼干内部色泽呈金黄色，其乳化作用使饼干的结构均一、风味奇特。

3.2 响应面试验结果与分析

3.2.1 响应面试验设计与结果

根据单因素结果使用Design Expert 8.0.6软件，采用Box-behnken模型，进行四因素三水平的试验设计。

响应面分析试验方案及结果见表3。

3.2.2 方差分析

利用Design Expert软件对表3响应面试验方案及试验结果数据进行多元回归拟合，得到各因子对响应值的二次多项回归模型为：

表3 响应面分析试验方案及结果

运用响应面分析法对猕猴桃薏米饼干拟合的回归方程进行方差和显著性分析。

回归方程的方差分析见表4。

由表4可知，该模型p＜0.000 1，说明该模型达到了极显著水平，且失拟项p=0.412 9＞0.05（不显著），表明该回归方程拟合度高，试验误差小，可反映出猕猴桃薏米饼干的感官评分与各因素之间的关系。且该回归模型一次项猕猴桃用量（B）、植物油用量（D）、二次项A2、B2、C2、D2、交互项AB、AC、AD、BD均达到极显著水平，一次项薏米粉用量（A）达到显著水平。所选取的四因素水平范围内，F值的大小代表了各因素对饼干感官评分影响的强弱，F值越大，说明影响作用越强。由F值可得出各因素对猕猴桃薏米饼干的感官评分影响强弱的顺序为D＞B＞A＞C。

表4 回归方程的方差分析

根据模型系数R2=0.983 5，校正系数R2Adj=0.967 0，预测系数为0.920 8得知，该模型的真实值与预测值的相关性很好，该模型选择正确，此回归模型方差分析可以进一步有效分析和预测该工艺条件下各因素对猕猴桃薏米饼干的影响效果，更有效地验证工艺条件的准确性。

3.2.3 响应面的交互效应分析

响应面图形是响应值感官评分对各试验因素的函数图形，通过响应面图形可以很直观地看出各参数和最佳参数之间的交互作用。

猕猴桃用量与薏米粉用量交互作用响应面分析结果见图5，木糖醇用量与薏米粉用量交互作用响应面分析结果见图6，猕猴桃用量与木糖醇用量交互作用响应面分析结果见图7，猕猴桃用量与植物油用量交互作用响应面分析结果见图8。

由图5可知，猕猴桃用量与薏米粉的交互效应对成品感官得分影响的响应面的坡度较陡，表明感官评分受交互因素的影响较大，而且感官评分均随着猕猴桃和薏米粉用量的增加，呈现先增加后减小的趋势，分别在20 g和15 g达到最大值，且等高线椭圆度较大，交互效应显著。因此，在猕猴桃用量20 g，薏米粉用量15 g时，两者交互作用效果最好，猕猴桃薏米饼干感官评分最高。

图5 猕猴桃用量与薏米粉用量交互作用响应面分析结果

由图6可知，木糖醇用量与薏米粉的交互效应对成品感官得分影响的响应面的坡度较陡，感官评分均随着木糖醇和薏米粉用量的增加，呈现先增加后减小的趋势，分别在14 g和15 g达到最大值，且等高线呈椭圆形，交互效应显著。由此可见，木糖醇用量过高或者过低都会影响成品的口感，同时薏米用量也会影响成品的营养价值和口感，添加量过高时食用略有粗糙感，添加量过少则起不到降血糖的作用。因此，木糖醇和薏米粉最佳用量为14 g和15 g时，饼干感官评分最高。

图6 木糖醇用量与薏米粉用量交互作用响应面分析结果

由图7可知，猕猴桃用量与木糖醇的交互效应对成品感官得分影响的响应面坡度较陡，感官评分均随着猕猴桃和木糖醇用量的增加，呈现先增加后减小的趋势，分别在20 g和14 g达到最大值，且等高线呈椭圆形，交互效应显著。猕猴桃和木糖醇都会增加饼干的甜度。因此，猕猴桃用量20 g，木糖醇用量14 g时，两者交互作用效果最好，饼干甜度最佳。

图7 猕猴桃用量与木糖醇用量交互作用响应面分析结果

由图8可知，猕猴桃用量与植物油用量的交互效应对成品感官得分影响的响应面的坡度较陡，等高线呈椭圆形，交互效应显著。且感官评分均随着猕猴桃用量和植物油用量的增加，呈现先增加后减小的趋势，分别在20 g和15 g时达到最大值。

图8 猕猴桃用量与植物油用量交互作用响应面分析结果

利用Design Expert设计对响应面试验结果进行优化，得出最佳工艺参数为薏米粉15.18 g，猕猴桃20.13 g，木糖醇14.05 g，植物油14.89 g，在此条件下猕猴桃薏米饼干感官得分理论值为90.423 9分。实际操作条件为薏米粉15 g，猕猴桃20 g，木糖醇14 g，植物油15 g，在此条件下猕猴桃薏米饼干感官评分为90.14分。结果表明，响应面法优化猕猴桃薏米饼干加工工艺的可靠性较高。

4 结论

在单因素试验的基础上，通过感官评分，利用响应面试验分析研究了薏米粉用量、猕猴桃用量、木糖醇用量、植物油用量对猕猴桃薏米饼干品质的影响，确定了回归方程，对回归方程进行方差分析，结果显示该模型的拟合度极高，能很好地预测饼干产品感官随各因素的变化规律，各因素的最佳用量为薏米粉15 g，猕猴桃20 g，木糖醇14 g，植物油15 g。该配方制备的饼干为高血糖和糖尿病患者提供了一种既营养又健康的新型食品，充分发挥食品原料的生理功能，改善饼干营养价值低、品种单一的现状。