响应面优化瓜蒌酥性饼干加工工艺

徐海祥，李志方，朱倩，孙官香

江苏农牧科技职业学院（泰州 225300）

瓜蒌为葫芦科植物栝楼（Trichosanthes kirilowiiMaxim）或双边栝楼（Trichosanthes rosthorniiHarms）的干燥成熟果，瓜蒌作为药食同源的植物果实，具有清热化痰、利气宽胸的功效，可用于痰热咳嗽、胸闷肋痛等症[1]。现代研究表明，瓜蒌含有有机酸、油脂、黄酮及其苷类、糖类、氨基酸、生物碱、甾醇及甾醇苷类等生物活性成分，具有扩张冠状动脉、增加冠状血流量、提高心肌耐缺氧能力、抑制血小板聚集、降低胆固醇、抗菌、抗肿瘤、抗疲劳、治疗胃溃疡等药理活性[2]。瓜蒌皮对治疗高血压合并性心肌缺血、急性心肌缺血等症状均有帮助[3]。近年来，在我国功能性饼干类休闲食品得到迅速发展，研究探讨瓜蒌粉在饼干类休闲食品中的应用，对于丰富市场饼干类食品的花色品种及增加饼干的营养价值和保健功能方面具有重要意义。

以瓜蒌作为食材研究对象的文献相对较少，已报道文献主要以瓜蒌作为中药材原料进行的药用价值的研究。胡鹏丽等[4]研制一种瓜蒌子山药酸奶；叶雨琛等[5]探讨桔香风味休闲瓜蒌子的制作工艺关键技术。但文献报道及市场上尚未见有瓜蒌在饼干类烘焙产品中的应用研究。试验将瓜蒌粉添加到酥性饼干配方中，考察对其感官品质、质构特性、色泽、酥脆性等品质的影响，以期为瓜蒌粉在酥性饼干加工中的实际应用提供参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

瓜蒌粉（安徽亳州亳徽草本堂）；低筋面粉（五得利面粉集团有限公司）；绵白糖、起酥油、鸡蛋、食盐、小苏打（泰州市金之荣食品原料有限公司）。

1.2 仪器与设备

H K-8 6 0磨粉机（广州旭众食品机械有限公司）；7L打蛋机[研麦食品机械（上海）有限公司]；HY44三层6盘烘烤箱（青岛源麦机械设备有限公司）；SZH-20和面机（广州旭众食品机械有限公司）；YMZD-350型压面机（广州旭众食品机械有限公司）；JE2002GE电子天平（美国梅特勒-托利多公司）；WSC-S全自动测色色差仪（上海仪电物理光学仪器有限公司）；TAXT Plus食品物性测试仪（英国 Stable Micro Systems公司）。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

原辅料预处理→面团调制→擀压→成型→烘烤→冷却→包装→成品

1.3.2 基本配方[6]

以低筋面粉100 g为基准，瓜蒌粉8 g，绵白糖30 g，起酥油20 g，鸡蛋17 g，小苏打1 g，食盐0.2 g，纯净水5 g。

1.3.3 操作要点

1.3.3.1 原辅料预处理[7]

将购置的瓜蒌粉放入磨粉机中粉碎至粒径0.150 mm（100目），存放密封袋中备用。将称量好的起酥油放入打蛋机高速打发，将蛋液分2次加入其中一起打发至乳白色。将其余称量好的绵白糖、小苏打及食盐用纯净水溶解后依次加入，进行搅打，使其充分混合、乳化，形成均匀的乳浊液，备用。

1.3.3.2 面团调制[8]

将面粉和瓜蒌粉经0.150 mm（100目）孔径筛过筛后称量，依次加入乳浊液中进行调粉，在调制过程中调粉速度控制在26 r/min，时间控制在8 min，以防止调粉时间长形成面筋。面团调制结束后，无需静置，拉伸面团注意观察会否出现回缩现象，若无回弹韧性即可进行擀压操作。

1.3.3.3 擀压成型[9]

将调制好面团用压面机进行擀压，擀压至3 mm即可，通过模具印成饼干所需外形。

1.3.3.4 烘烤冷却及包装[10]

将制成的饼干坯放入刷过脱模油烤盘中，小心将烤盘放入已预热至设定温度的烤箱中烘烤规定时间，烤箱温度设置为面火180 ℃、底火160 ℃，烘烤时间设置10 min，烘烤完成后，取出冷却至室温再包装，以防水汽被封在包装内影响品质，经检验合格即得瓜蒌酥性饼干成品。

1.3.4 试验设计

在酥性饼干基本配方工艺基础上，选取瓜蒌粉添加量、起酥油添加量、绵白糖添加量及烘烤时间作为影响瓜蒌酥性饼干品质研究因素[11]。以成品的感官品质、质构特性及色差参数为评价指标，以低筋面粉100 g为基准，各因素分别设定6个梯度，经单因素试验并采用响应面分析法对瓜蒌粉添加量、起酥油添加量、绵白糖添加量及烘烤时间进行选择优化，确定成品最佳的配方工艺。

在单因素试验结果的基础上，分别选取瓜蒌粉添加量、起酥油添加量、绵白糖添加量及烘烤时间的较优工艺参数，以瓜蒌酥性饼干成品感官得分为评价指标，利用Design Expert软件中的响应面试验设计法，对影响瓜蒌酥性饼干感官品质的瓜蒌粉添加量、起酥油添加量、绵白糖添加量及烘烤时间4个因素进行响应面试验分析，优化瓜蒌酥性饼干的配方及工艺条件[12]。响应面试验因素水平编码值见表1。

表1 响应面因素水平

1.3.5 瓜蒌酥性饼干感官品质评价标准及指标检测

1.3.5.1 感官品质评价标准

随机选取10名经过专业培训的评鉴员组成感官品质评价小组，在加工完成的瓜蒌酥性饼干试样中，每个试样随机从中抽取10块，按照感官指标评分标准要求进行评分，总分为100分，去掉1个最高分和1个最低分，其余取平均值作为该试样的最终感官得分。评分标准如表2所示[13]。

表2 感官品质评分标准

1.3.5.2 瓜蒌饼干物性特性分析（TPA）[14]

利用质构仪，采用直径2 mm的柱形探头和带孔的平台，测定条件：测前速率1.0 mm/s、测试速率0.5 mm/s、测后速率0.5 mm/s、2次压缩之间停留时间5 s、形变程度40%、触动力5 gf。每个样品测定3次，取平均值。由质构仪测定分析得到样品物性特性参数。

1.3.5.3 瓜蒌饼干色泽分析[15]

利用WSC-S型全自动测色色差仪分别测定饼干表面色差，记录结果中的L*、a*、b*值，其中：L*代表亮度，L*值越大代表色泽越白，反之越暗；a*、b*代表不同色彩的不同偏向（+a*代表偏红、-a*代表偏绿、+b*代表偏黄、-b*代表偏蓝）。每组试样重复测定3次，取其平均值。

1.3.5.4 成品质量检测

根据GB 7100—2015《食品安全国家标准 饼干》[16]要求，对经试验确定最优工艺制作的瓜蒌酥性饼干进行各项指标检测，具体检测方法详见GB 5009.227—2016，GB 5009.229—2016，GB 4789.1—2016，GB 4789.2—2016，GB 4789.3—2016和GB 4789.15—2016。

2 结果与分析

2.1 瓜蒌粉添加量对成品品质的影响

2.1.1 瓜蒌粉添加量对成品感官品质的影响

根据图1可知，6种试样感官得分在88.53～96.47分之间，与瓜蒌粉零添加的对照样相比，瓜蒌粉的添加可以改善成品整体的感官品质。瓜蒌粉在0～12 g的低添加量时感官品质上升，对成品感官品质提升有一定的促进作用。瓜蒌粉在12～20 g的高添加量时感官得分呈下降趋势，即当瓜蒌粉添加超过一定量后，对成品的感官品质有一定的不良影响。这可能是因为适量瓜蒌粉添加到低筋粉中，在调制面团时形成的立体交织网状结构是一种非面筋结构，添加适量的瓜蒌粉可提高面团结合水的能力，但不会引起面团的收缩与变形，并可适度限制面筋的形成，使面团具有良好的可塑性，改善面团的加工性能。瓜蒌粉添加量较多时，面团与水的结合能力下降，延展性及可塑性变差，导致成品感官品质降低[17]。经综合感官得分及成本因素，确定瓜蒌粉添加量在8～12 g时，瓜蒌酥性饼干感官品质较优。

图1 瓜蒌粉添加量对成品感官品质的影响

2.1.2 瓜蒌粉添加量对成品质构特性的影响

采用质构仪对瓜蒌酥性饼干的相关质构特性指标进行检测，结果见表3。随着瓜蒌粉添加量增加，瓜蒌饼干的硬度总体上呈现先降后升趋势，脆性呈现先升后降趋势，咀嚼性在一定范围内出现上下波动，无明显变化趋势，内聚性呈现先降后升趋势。瓜蒌粉添加量小于12 g时，饼干硬度、脆性及内聚性皆呈上升趋势。瓜蒌粉添加量达到12 g时饼干的硬度、咀嚼性、酥脆性及内聚性均好于对照组。添加量大于12 g时成品的硬度及咀嚼性指标均高于对照组，成品品质变差[18]。因此初步确定瓜蒌粉较优添加量为12 g。

表3 瓜蒌粉添加量对成品TPA指标的影响

2.1.3 瓜蒌粉添加量对成品色差的影响

通过色差仪对成品的相关色差参数进行测定，结果见表4。随着瓜蒌粉添加量的增加，色差L*值呈现下降趋势，且L*值均小于对照组，说明瓜蒌粉能使成品色差逐步向暗色方向转变。随瓜蒌粉添加量增加，色差a*值总体呈现出上升的趋势后期趋缓，且均大于对照组a*值，说明添加瓜蒌粉后成品的色差红色逐渐加深。随着瓜蒌粉添加量增加，色差b*值呈现先升后降趋势，但均大于对照组b*值，说明随着瓜蒌粉添加量增加，成品的色差黄色逐渐增加。这可能是由于成品中的糖类和蛋白质在烘烤过程中发生羰氨反应及焦糖化反应生成褐色物质，从而使成品表面色泽亮度L*值降低，红度及黄度上升[19]。瓜蒌粉添加量12 g时，酥性饼干的b*值达到最大，这时饼干黄色最优，同时a*值红色适中，呈现出比较诱人的色泽。与对照组比较，通过添加瓜蒌粉能增加酥性饼干的黄色和红色色泽，因此综合确定较优瓜蒌粉添加量为12 g。

2.2 起酥油添加量对成品感官品质的影响

由图2可知，起酥油添加量小于25 g时，成品感官评分较低，口感较粗糙僵硬，内部组织结构及表面粗糙有气泡，表面光泽较差，外形不佳。起酥油添加量高于25 g时，饼干胚较湿润，不易成型，黏性及弹性较差，饼干口感较软且油腻，易破碎。起酥油添加量为25 g时，感官评价得分最高，此时的饼干色泽均匀、呈金黄色，口感酥脆、不油腻，结构细密[20]。因此，从样品的感官品质比较得出，适宜的起酥油添加量为20～30 g。

2.3 绵白糖添加量对成品感官品质的影响

由图3可知，绵白糖添加量对瓜蒌酥性饼干的感官品质有明显影响，因在面团调制过程中添加绵白糖能与面团中蛋白争夺水分以阻止面筋的形成，从而避免成品口感坚硬或松软。且绵白糖在焙烤中能发生焦糖化反应以及和饼干坯中蛋白质发生美拉德反应，能对成品起到增香、增甜、呈色的作用，产生诱人色泽及滋气味，使成品达到期望的感官品质[21]。随着绵白糖添加量逐渐增多，瓜蒌酥性饼干6种试样的感官评价得分呈现先上升后下降的趋势。绵白糖添加量小于35 g时，瓜蒌饼干甜味偏淡，色泽较发白，光泽较暗，饼干不易上色、口感较硬。绵白糖添加量大于35 g时，瓜蒌饼干的甜味逐渐增加，甜腻感较强，色泽过重，质地偏硬，因含糖量较多，色泽较深且口味过甜，容易产生甜腻感，导致成品感官品质下降。添加量为35 g时感官评价得分最高，此时瓜蒌饼干甜度适宜，色泽金黄有光泽，质地松脆。综合考虑，较优的绵白糖添加量为30～40 g。

图3 绵白糖添加量对成品感官品质的影响

2.4 烘烤时间对成品感官品质的影响

由图4可知，随着烘烤时间的增加，瓜蒌酥性饼干感官得分呈现先升高后降低趋势。焙烤时间小于10 min时，成品表面呈不均匀的淡金黄色，花纹不清晰，断面结构不完整，有明显发白现象。焙烤时间大于10 min时，随着焙烤时间的延长，饼干表面呈不均匀的黄褐色，有微变形、起泡及明显焦糊现象[22]。当烘烤时间10 min时，饼干表面平整有光泽，呈金黄色，口感酥脆，内部结构细密均匀，感官得分亦最高。因此，从成品的感官品质得分比较得出，适宜的烘烤时间范围为8～12 min。

图4 烘烤时间对成品感官品质的影响

2.5 配方及工艺参数的响应面分析法优化

2.5.1 响应面试验设计方案及结果

基于单因素试验结果，根据Box-Behnken中心组合设计四因子三水平的响应面试验[23]，如表5所示。

表5 响应面试验设计与结果

利用Design-Expert 12软件对影响瓜蒌酥性饼干感官得分的4个主要因素的中心组合试验结果，进行二次多项式回归拟合，得到响应值Y（感官得分）对影响瓜蒌酥性饼干感官品质的关键因素（A、B、C、D）的二次多项回归模型：Y=97.6+1.65A+1.24B+ 0.858 3C+1.03D-0.525 0AB-0.025 0AC-0.900 0AD+ 0.050 0BC-1.40BD-0.25CD-4.03A2-4.02B2-1.87C2-2.81D2。

2.5.2 回归模型方差分析

由表6回归模型的方差分析表明，F值为40.56，P值＜0.000 1，表示该模型具有极显著性差异。失拟项F值为3.53，且P值为0.117 5＞0.05，即方程失拟项表现不显著，该模型回归拟合良好。该模型R2=0.975 9，Radj2=0.951 9，表明该模型可用于分析和预测瓜蒌酥性饼干感官品质的评分[24]。由P值大小可知：A、B、A2、B2、C2、D2对瓜蒌酥性饼干的感官评分有高度显著影响（P＜0.000 1）；C、D对瓜蒌酥性饼干的感官评分有极影响显著（P＜0.001）；AD、BD对瓜蒌酥性饼干的感官评分有显著影响（P＜0.05）。由F值大小可知，各因素对响应值的影响强弱的关系为瓜蒌粉添加量（A）＞起酥油添加量（B）＞烘烤时间（D）＞绵白糖添加量（C）。瓜蒌酥性饼干品质影响的各因素之间交互作用响应曲面图如图5所示。

表6 回归模型的方差分析

图5 各因素之间交互作用的响应面图

由图5可知，当起酥油添加量和绵白糖添加量均为零点时，瓜蒌粉添加量和烘烤时间两者之间交互作用有一定的显著性。烘烤时间不变，瓜蒌酥性饼干感官品质随瓜蒌粉添加量增加呈现先升高后下降趋势；瓜蒌粉添加量不变，成品感官品质随烘烤时间的延长呈现先上升后下降趋势，且变化幅度相对较大，曲面坡度较陡峭，说明瓜蒌粉添加量与烘烤时间的交互作用对瓜蒌酥性饼干感官品质的影响显著。起酥油添加量与烘烤时间的交互作用对成品感官品质的影响亦显著，这与方差分析结果一致[25]。同时，由等高线疏密程度可以判断，瓜蒌粉及起酥油添加量对成品感官得分的影响皆大于烘烤时间。而其他因素相应交互项之间的交互作用对瓜蒌酥性饼干感官得分的影响不显著。

2.5.3 瓜蒌酥性饼干最优配方工艺参数确定

根据瓜蒌酥性饼干的配方工艺参数试验结果和回归方程各项的方差分析，由Design-Expert 12软件对回归方程进行计算，得出瓜蒌酥性饼干的最佳配方及工艺条件：瓜蒌粉添加量13.57 g、起酥油添加量22.29 g、绵白糖添加量35.04 g、烘烤时间11.42 min。在此条件下，模型预测的感官得分为97.6分。

为验证响应面分析法优化的瓜蒌酥性饼干最佳配方工艺条件的可靠性，此条件下进行3次验证试验，成品的感官得分分别为97.4，97.7和97.0分，平均感官得分为97.37分，其相对误差不到1%，表明该模型拟合度好，与模型预测值接近，证实模型的有效性。同时测定样品物性和色差指标。结果显示，其硬度为22 106±128.37，脆性为7 957±158.73，内聚性为0.239±0.015，咀嚼性为276±15.58，色差L*值为57.552±1.278，a*值为5.436±1.672，b*值为38.483± 0.261，综合指标优于瓜蒌粉零添加对照样品。因此，瓜蒌酥性饼干的最佳配方工艺条件为瓜蒌粉添加量13.57 g、起酥油添加量22.29 g、绵白糖添加量35.04 g、烘烤时间11.42 min。

2.6 产品质量检测结果

对照GB 7100—2015《食品安全国家标准 饼干》，经对样品感官、理化、微生物、食品添加剂及污染物限量的检测，结果均在标准限量范围内。因此，瓜蒌酥性饼干产品各项指标均符合饼干国家标准的要求。

3 结论

以瓜蒌酥性饼干成品的感官品质、质构特性及色差参数为评价指标，在单因素试验结果的基础上，经响应面试验优化配方工艺并经验证试验，得到最佳配方及工艺：以100 g低筋面粉基准，起酥油22.29 g，绵白糖35.04 g，瓜蒌粉13.57 g，小苏打1 g，食盐0.2 g，蛋液17 g，水5 g。烘烤温度控制在面火180 ℃、底火160 ℃，焙烤11.42 min。经此工艺制成的成品感官得分为97.6分，硬度为22 106±128.37，脆性为7 957±158.73，内聚性为0.239±0.015，咀嚼性为276±15.58，色差L*值为57.552±1.278，a*值为5.436±1.672，b*值为38.483±0.261，综合指标优于对照样品。在此条件下制作的瓜蒌酥性饼干色泽金黄、口感酥脆，具有瓜蒌独特风味，且具有瓜蒌的保健价值，产品质量指标符合国家标准规定。