响应面法优化猴头菇戚风蛋糕配方工艺研究

严康玲，于立梅,2,3,4，白卫东,2,3,4，曾晓房,2,3,4，肖更生,2,3,4，董 浩,2,3,4,*

（1.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州 510225；2.广东省岭南特色食品科学与技术重点实验室，广东广州 510225；3.农业农村部岭南特色食品绿色加工与智能制造重点实验室，广东广州 510225；4.现代农业工程创新研究院，广东广州 510225）

猴头菇又名猴头菌，是猴头菇属的一个菌科，属担子菌门、层菌纲、非褶菌目等[1]。猴头菇是食药兼用菌之一，不但具有保肝、健脾、养胃及助消化等功效[2]，还富含蛋白质、粗纤维、氨基酸、多肽和多糖[3]，并含有萜类、甾醇、多酚和腺苷等生物活性物质[4-5]。研究表明，猴头菇有防治胃病，保护胃黏膜[6]、缓解溃疡性结肠炎[7-8]、预防和治疗糖尿病[9]、抗肿瘤[10]、降血糖[11]、抗氧化和增强免疫力等作用[12-15]。由于猴头菇采后的后熟效应强，质量迅速下降，鲜菇的大规模生产和销售受到制约[16]。目前，猴头菇的加工产品主要集中在罐头、果脯、风味醋、饮料、保健酸奶、猴头菇酒和风味酱等[2,17-18]，市场上鲜有猴头菇蛋糕产品。因此，猴头菇的加工技术已逐渐成为研究热点，进一步开发猴头菇功能性食品，具有较大的潜力与市场前景。

戚风蛋糕作为烘焙食品中的主流产品，因其口感柔软，色泽诱人深受消费者的喜爱[19-20]。戚风蛋糕是乳沫类和面糊类混合而成，制作时蛋白与蛋黄需分别打发，通常被作为蛋糕胚[21]。由于市面上的戚风蛋糕的营养成分与口味较为单一，人们不仅对食品的色、香、味的要求越来越高，而且对天然、营养、保健食品需求量增加。为了进一步满足消费者对蛋糕口味多样与营养的需求，通过加入部分功能性原料来制备蛋糕。王改芳等[22]以苦荞为主要原材料，研制出苦荞蛋糕组织柔软且有弹性。裴隆彬等[23]研制出的桑黄猴头菇银耳复合蛋糕营养价值高且口感细腻。丘文聪等[24]研制出的桑葚无糖天使蛋糕持水性强且结构紧实不松散。将猴头菇粉作为辅料加入戚风蛋糕中，制作成一种口感柔软、组织细腻并有弹性猴头菇风味的功能性蛋糕。

在戚风蛋糕中添加猴头菇粉既能丰富蛋糕的口味增加戚风蛋糕的营养保健成分，又提高了猴头菇的经济附加值。本研究以保留猴头菇的营养和风味为目的，通过单因素实验和响应面法确定猴头菇戚风蛋糕的最佳配方，在此配方做出的产品与市售戚风蛋糕进行质构对比分析，以期为新型戚风蛋糕的开发和标准化生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

低筋面粉 山东佳士博粮油食品有限公司；猴头菇粉 陕西艾特生物科技有限公司；鸡蛋 购于广州好又多超市；塔塔粉 佛山市层层高食品有限公司；绵白糖 江西巧嫂食品有限公司；牛奶 北京三元食品股份有限公司；水牛奶蛋糕 福建一嘉食品有限公司；小布丁蛋糕 河北忆多美食品有限公司；纯鲜蛋糕 安徽省小岗盼盼食品有限公司；金龙鱼玉米油 益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司；盐酸、氢氧化钠、氯化钾、冰乙酸、硫酸铜、硫酸钾、磷酸二氢钾、亚铁氰化钾 分析纯，成都市科龙化工试剂厂；平板计数琼脂培养基、月桂基硫酸盐胰蛋白胨、结晶紫中性红胆盐琼脂 北京索莱宝科技有限公司。

KONIKA 打蛋机 广州市赛思达机械有限公司；FKB-2 电力层烤箱 佛山市华旗汇食品设备有限公司；I -2000 至尊电子秤 永康市戎睿商贸有限公司；BCD -215WTM（E）美的冰箱 广东美的厨房电器制造有限公司；TFC -250 质构仪 北京盈盛恒泰科技有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 配方设计 猴头菇戚风蛋糕的基础配方为低筋面粉添加100 g，猴头菇粉添加20 g，牛奶添加75 g，绵白糖添加95 g，玉米油添加45 g，鸡蛋添加225 g，塔塔粉添加1 g[25]。通过预制试验中发现猴头菇粉、绵白糖、鸡蛋的添加量对猴头菇戚风蛋糕的感官评分影响较显著。在此配方的基础上，以猴头菇戚风蛋糕的感官品质为评分标准，将猴头菇粉、绵白糖、鸡蛋的添加量设置为3 个因素，通过单因素实验确定最佳添加量，对猴头菇戚风蛋糕制备工艺通过构建Box-Behnken 多元回归模型进行研究。

1.2.2 工艺流程 根据基础配方，确定制作猴头菇戚风蛋糕生产工艺流程见图1。

图1 猴头菇戚风蛋糕生产工艺流程Fig.1 Production process of Hericium erinaceus Chiffon cake

1.2.3 操作要点 混匀：将牛奶、玉米油、绵白糖混合均匀，用40 目面粉筛网过筛低筋面粉和猴头菇粉沿Z 字型划动搅拌至均匀无颗粒。接着分次加入蛋黄，为了防止面筋的生成，在搅拌蛋黄糊的过程中注意不要过度搅拌，拌匀即可[22]。

搅拌起泡：先将蛋白和绵白糖、塔塔粉慢速（2～4 档）搅拌至糖融，再中高速（5～7 档）搅拌至蛋白呈湿性发泡状态。

混合面糊：先在蛋黄糊中加入少量的蛋白糊搅拌均匀，然后将混合好的面糊加入到剩下的蛋白糊中并搅拌均匀。在此过程应注意翻拌手法同时应尽量快速完成，以防蛋白消泡。

入模：模具边涂上一层玉米油，将混合好的面糊装入模具，倒至模具的八分满，上下震荡两次排气，以防气泡的产生，影响产品的组织结构。

烘烤：将烤箱提前10 min 预热，面火控制在170 ℃，底火155 ℃条件下烘烤35 min 左右即可，蛋糕烘烤过程中不能中途打开烤箱门，防止热胀冷缩导致产品收缩[26]。

冷却：烘烤完毕后震盘，放在桌面上室温冷却后脱模。

1.2.4 单因素实验设计 按照配方设计及工艺制作蛋糕，在猴头菇戚风蛋糕制作过程中，猴头菇粉加量、绵白糖添加量、鸡蛋添加量对产品的色泽、口感、外形、组织结构影响显著。设定以100 g 低筋面粉为计，工艺步骤相同的前提下，固定牛奶添加量75 g、玉米油添加量45 g、绵白糖添加量95 g、鸡蛋添加量225 g、塔塔粉添加量1 g，探究猴头菇粉添加量10、15、20、25、30 g 对蛋糕质构特性以及感官评分的影响；固定牛奶添加量75 g、玉米油添加量45 g、猴头菇粉添加量20 g、鸡蛋添加量225 g、塔塔粉添加量1 g，探究绵白糖添加量90、95、100、105、110 g对蛋糕质构特性以及感官评分的影响；固定牛奶添加量75 g、玉米油添加量45 g、绵白糖添加量95 g、猴头菇粉添加量20 g、塔塔粉添加量1 g，探究鸡蛋添加量125、175、225、275、325 g 对蛋糕质构特性以及感官评分的影响。

1.2.5 响应面试验设计 基于单因素实验结果，选取猴头菇粉添加量、绵白糖添加量、鸡蛋添加量3 个因素。采用三因素三水平进行响应面分析试验因素及水平见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Response surface test factor level table

1.2.6 感官评定 请10 名食品专业人员按照戚风蛋糕的感官评分标准，对猴头菇戚风蛋糕进行感官测评。感官评价标准主要从蛋糕的色泽、口感、外形和组织结构四个方面进行评定，其评分标准如表2 所示[27]。

表2 感官评定标准Table 2 Sensory evaluation criteria

1.2.7 质构测定 采用质构仪对蛋糕的弹性、咀嚼性、硬度指标进行分析，并参考黄潇等[28]的改进方法测量蛋糕质构特性，将样品切成3 cm×3 cm×1 cm 的块状试样，测试样品为猴头菇戚风蛋糕和市售戚风蛋糕。测试在TPA 模式下进行，使用直径75 mn 圆盘式探头，测试速度为120 mm/min，压缩比例为75%，起始力为0.375 N，每个样品测定3 次取平均值，以确定猴头菇戚风蛋糕的质构参数[29-30]。

1.2.8 理化指标和微生物指标测定 依据国家标准，对猴头菇戚风蛋糕的干燥失重、脂肪、蛋白质、维生素C、过氧化值、酸价、菌落总数、大肠菌群、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等理化与微生物指标进行测定，如表3 所示。

表3 理化与微生物指标测定方法Table 3 Physicochemical and microbiological index determination methods

1.3 数据处理

每组实验均为3 次平行，数据以平均值±标准差表示。通过Microsoft Office Excel 2016 软件进行数据统计，SPSS 17.0 软件进行差异显著性分析，采用Origin 2018 软件进行绘图，采用Design-Expert 10.0软件对猴头菇戚风蛋糕进行响应面试验设计及模型构建，P<0.05 表示差异显著，P<0.01 表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 猴头菇粉添加量对戚风蛋糕质构与感官评分的影响

猴头菇粉添加量对猴头菇戚风蛋糕的口感和风味起主导作用。由图2（a）可见，猴头菇粉添加量对蛋糕的硬度、弹性、咀嚼性有显著性差异（P<0.05）。当猴头菇粉添加量为20 g 时，蛋糕的软硬度适中且有弹性；当猴头菇粉添加量为30 g 时，蛋糕的硬度与咀嚼性最大、弹性最小，这是由于猴头菇粉的过量添加导致蛋糕紧实、口感偏干硬[38]。从图2（b）可见，感官评分呈先升高后降低趋势，当猴头菇粉添加量为10 g 时，蛋糕的猴头菇特有风味不明显，颜色偏浅褐色；当猴头菇粉添加量为25～30 g 时，则蛋糕的猴头菇风味偏重并带有苦味，失去戚风蛋糕应有的风味，组织粗糙，口感变差，产品感官评分降低。综上，选用猴头菇粉添加量为20 g，感官评分达到峰值，产品的品质最优。

图2 猴头菇粉添加量对戚风蛋糕质构与感官评分的影响Fig.2 Effect of Hericium erinaceus powder on texture and sensory score of Chiffon cake

2.2 绵白糖添加量对戚风蛋糕质构与感官评分的影响

绵白糖添加量对猴头菇戚风蛋糕的口感和组织结构起主导作用。由图3（a）可见，绵白糖添加量在95～100 g 之间，其蛋糕的硬度无显著差异（P>0.05）；绵白糖在100～105 g 之间，其蛋糕的弹性和咀嚼性也无显著差异（P>0.05），当绵白糖添加量为95 g 时，蛋糕内部组织均匀，硬度适中，弹性与咀嚼性最好。从图3（b）可看出，感官评分先升至最大值，然后随着绵白糖的添加而快速下降。当加入90 g 的绵白糖时，蛋糕的甜味不足，蛋腥味偏重、颜色偏淡，可能是由于绵白糖添加量少导致美拉德反应不足[39]；当绵白糖添加量为100～110 g 时，则蛋糕的甜味过重，内部气孔偏大，容易烤焦、外形塌陷，影响产品的感官品质。综上，选择绵白糖添加量为95 g 时，产品的品质达到最优。

图3 绵白糖加量对戚风蛋糕质构与感官评分的影响Fig.3 The influence of the amount of soft white sugar on the texture and sensory score of Chiffon cake

2.3 鸡蛋添加量对戚风蛋糕质构与感官评分的影响

鸡蛋添加量对猴头菇戚风蛋糕的膨发和柔软度起主导作用。由图4（a）可见，鸡蛋的添加量对蛋糕的硬度、弹性、咀嚼性有显著性影响（P<0.05）。当鸡蛋添加量为125 g 时，蛋糕的硬度与咀嚼性最大、弹性最小，质地偏硬且干裂影响蛋糕的口感与品质；随着鸡蛋添加量的增加，蛋糕的硬度与咀嚼性减小，弹性增大。当鸡蛋添加量为225 g 时，蛋糕富有弹性且硬度适中易咀嚼，由此确定为最佳添加量。从图4（b）可看出，感官评分先升后降，当添加125 g 鸡蛋时，蛋糕的蛋白过少、组织不够细腻、口感不够柔软可能是由于鸡蛋含量偏少，蛋白打发中无法包裹大量空气，造成蛋糕膨胀不足、质地不够蓬松[24]。当添加275～375 g 鸡蛋时，则蛋糕的蛋腥味偏重，口感变差，湿度过大，容易凹陷不平，影响产品的感官品质。综上，选鸡蛋添加量为225 g。

图4 鸡蛋添加量对戚风蛋糕质构与感官评分的影响Fig.4 Effect of egg addition on texture and sensory score of Chiffon cake

2.4 响应面优化试验结果及分析

2.4.1 响应面回归模型的建立与分析 通过单因素实验结果，构建Box-Behnken 设计试验模型，通过拟合二次方程确定最佳配方，并选取猴头菇粉、绵白糖、鸡蛋添加量作为影响因素，试验结果见表4。

表4 响应面设计方案及结果Table 4 Response surface design and result

利用Design-Expert 10.0 软件对实验数据进行拟合分析，得到感官评分与猴头菇粉、绵白糖、鸡蛋添加量之间二次回归模型Y=90.35+2.46A-1.77B+1.71C+0.59AB+1.51AC-0.57BC-2.96A2-3.21B2-3.63C2。

方差分析结果如表5 所示，猴头菇戚风蛋糕感官测评得分回归模型显著性检验F值为27.08，P<0.0001，表明回归模型达到极显著水平；失拟项检验F值为0.97，P=0.4902>0.05，失拟项检验不显著，表示该模型成立，能够利用该模型来预测猴头菇戚风蛋糕该配方条件对感官评分的影响。其中一次项A、B、C 和二次项A2、B2、C2极显著（P<0.01）；交互项AC 显著（P<0.05）。比较F值大小可知，影响猴头菇戚风蛋糕感官评分的因素，按顺序排列依次为A>B>C。通过响应面优化分析，得到猴头菇戚风蛋糕的最佳配方参数为：猴头菇粉添加量22.40 g，绵白糖添加量93.68 g，鸡蛋添加量为242.85 g，其制作的猴头菇戚风蛋糕感官评分预测值为91.48 分。

表5 响应面模型方差分析Table 5 Response surface model analysis of variance

2.4.2 响应面曲图分析 响应面曲面的陡峭程度能反映猴头菇戚风蛋糕感官评定影响，曲面陡度越大，说明两因素交互作用越显著[40-41]；等高线的形状可反映出交互作用的强弱，椭圆的等高线表示两个因素之间有显著交互作用，圆形的等高线表示相反[42]。由图6 可知，猴头菇戚风蛋糕的感官评分，随各因素的增大呈先升高后降低趋势，其中AC 响应曲面比较陡峭，等高线是椭圆形，表明各因素之间有明显的交互作用。由图5 和图7 可知，响应曲面陡度适中，等高线形状呈圆形，说明各因素之间的交互作用很小，这与方差分析结果一致。

图5 猴头菇粉添加量与绵白糖添加量交互作用Fig.5 Interaction between Hericium erinaceus powder and soft white sugar

图6 猴头菇粉添加量与鸡蛋添加量交互作用Fig.6 Interaction between Hericium erinaceus powder and egg

图7 绵白糖添加量与鸡蛋添加量交互作用Fig.7 Interaction between the added amount of soft white sugar and the added amount of eggs

2.4.3 配方参数优化及验证试验 经过响应面回归分析，得到猴头菇戚风蛋糕最佳配方：猴头菇粉添加量22.4 g 绵白糖添加量93.68 g 鸡蛋添加量242.85 g。在此优化条件下，猴头菇戚风蛋糕的感官评分预测值为91.48 分。结合响应面分析，其最终实验优化的猴头菇戚风蛋糕配方参数为：猴头菇粉添加量22.40 g，绵白糖添加量93.70 g，鸡蛋添加量242.85 g，以此配方做3 组平行试验，得到猴头菇戚风蛋糕感官评分为91.16±1.05 分，与理论预测值相近，表明这种配方优化方案具有较高的可行性。

2.5 质构测试结果

由质构实验得到蛋糕的相关参数：硬度、弹性、咀嚼性和胶粘性，质构测试结果见表6。

表6 市售蛋糕与自制猴头菇戚风蛋糕质构参数Table 6 Texture parameters of market cakes and self-made Hericium erinaceus Chiffon cakes

针对蛋糕的硬度、弹性、咀嚼性三个关键特征，与三款市售不同品牌的蛋糕进行质构与感官评分比较分析。由表6 可知，猴头菇戚风蛋糕硬度为3.31±0.73 N 与市售蛋糕硬度相接近，咀嚼性为7.6±0.62 mJ比市售蛋糕的小，弹性达到10.6±1.33 mm，由此得出猴头菇戚风蛋糕松软可口有弹性，组织细腻无空心硬块。虽然在色泽上略逊于市售蛋糕，这可能是猴头菇粉褐色代入和其含有酚类物质在高温烘烤中氧化而导致的颜色加深[43]，但均在消费者可接受范围内。猴头菇戚风蛋糕感官评分整体高于市售戚风蛋糕，基本可为消费者接受。

2.6 理化指标及微生物指标测定结果

由表7 可知，利用最优配方进行猴头菇戚风蛋糕的制作，测定其各项理化及微生物指标结果均符合国家安全质量标准要求。产品的干燥失重为35.9%，脂肪为12.2%，蛋白质为9.59%，过氧化值为0.032 g/100 g，酸价为0.77 mg/g，其中蛋糕的沙门氏菌未检出，菌落总数<430 CFU/g、大肠杆菌<10 CFU/g、金黄色葡萄球菌<10 CFU/g 检测结果在国家允许的食品安全范围内，表明猴头菇戚风蛋糕可进行商业化生产。

表7 猴头菇戚风蛋糕理化指标与微生物指标测定结果Table 7 Results of physical and chemical indicators and microbiological indicators of Hericium erinaceus Chiffon cakes

3 结论

通过单因素实验与响应面优化，得出猴头菇戚风蛋糕的最佳配方：猴头菇粉添加量22.40 g，低筋面粉100 g，牛奶添加量75 g，绵白糖添加量93.70 g，玉米油添加量45 g，鸡蛋添加量242.85 g，塔塔粉1 g。在此条件下制得猴头菇戚风蛋糕的感官评分为91.16±1.05 分。相较于市售蛋糕，猴头菇戚风蛋糕具有弹性高，硬度与咀嚼性低的特点，根据最优配方制作出的猴头菇戚风蛋糕，口感柔软有弹性，组织结构细腻，气孔大小均匀，为促进功能性烘焙食品开发和标准化生产提供理论参考。