基于响应面全青稞无蔗糖饼加工优化※

姜元华 熊婷婷 刘 强 陈可鑫

(四川旅游学院,四川 成都 610100)

青稞,禾本科小麦族大麦属,主要分布在我国青海、西藏等高寒地区,是藏族人民的主要食品原料,符合“三高两低”(高蛋白质、高纤维、高维生素,低糖、低脂肪)的现代饮食结构[1-2],近年来逐渐成为研究热点。

低聚果糖属于功能性低聚糖,因其不能被消化道和病原菌所利用,在肠道内仅作为益生菌的增殖因子与食物来源,从而对宿主的健康产生积极的影响[3]。目前广泛运用于益生菌粉[4]、发酵乳制品[5-6]等保健产品中,保健功能主要在肠道消化、免疫功能等方面,在烘焙产品中使用罕见。

本实验以青稞全粉为原材料,采用模糊综合得分的品质评价结合响应面法,优化全青稞无蔗糖饼干的配方与关键工艺,以期研发出满足大众营养健康需求的杂粮饼干,丰富饼干品种,也为青稞功能性食品的多样化发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

实验室自制青稞粉(康青8号):2020年在甘孜州农科所八美农场实验田种植,供实验室使用;低聚果糖:浙江安详生物科技有限公司;谷朊粉:封丘县华丰粉业有限公司;黄油:浙江金澳艺发食品科技有限公司;熟土豆泥:浙江茗皇天然食品开发股份有限公司;Devondale(德运)奶粉、鲜鸡蛋:四川成都龙泉驿区永辉超市。

1.2 仪器与设备

XYF-3K远红外线食品烤炉:广州红菱电热设备有限公司;JYC-21HEC05电磁炉:九阳股份有限公司;TMS-PRO型高精度专业食品物性分析仪:美国FTC公司;DC-P3新型全自动测色差计:北京市兴光测色差仪器公司;EK813 0.1g高精准厨房烘焙秤:广东香山衡器集团股份有限公司;厨师机:中山市维利士电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 全青稞无蔗糖饼干制作的加工工艺

基础配方:以100g青稞粉为基准,黄油55%、低聚果糖35%、鸡蛋17%、奶粉10%、谷朊粉2%、熟土豆泥5%。

工艺流程:

低聚果糖、鸡蛋液

↓

黄油(软化)→预混→原料配比→面团调制→注模→冷冻定型→切片→烘烤→冷却→成品

操作要点:以青稞粉100g为基准,分别称取黄油55%、低聚果糖35%、鸡蛋液17%、奶粉10%、谷朊粉2%、熟土豆泥5%备用;黄油软化后加入低聚果糖,将准备好的鸡蛋打至蛋白和蛋清均匀混合,分3次倒入黄油中搅拌均匀;称量好的青稞粉、奶粉、谷朊粉、熟土豆泥依次加入混合均匀的调浆中,低速搅拌混合均匀后,制成光滑面团;面团放入模具中压紧,-4℃冷冻1h;定型完成后切为4mm厚的饼干坯;烤箱提前预热至上下火165℃,焙烤时间25min(15min后翻面);烘烤完成后,待饼干冷却至室温后,密封包装得成品。

1.3.2 实验设计

1.3.2.1 单因素实验

在预实验基础上,对全青稞无蔗糖饼干的主要辅料和关键工艺进行研究和筛选,以100g青稞粉为基准,分别研究低聚果糖(25%、30%、35%、40%、45%)、谷朊粉(2%、3%、4%、5%、6%)、黄油(50%、55%、60%、65%、70%)、焙烤温度(155℃、160℃、165℃、170℃、175℃)、焙烤时间(15min、20min、25min、30min、35min)对成品饼干的感官品质、色泽特性及质构特性的影响。

1.3.2.2 响应面优化设计

根据响应面实验设计原理,参照董雪萌等[7]的方法,在单因素实验的基础上,选取低聚果糖、谷朊粉、烘烤温度3个因素,以成品品质综合评分为考察指标,采取3因素3水平的响应面方法确定各因素对饼干品质的影响效果以及最优参数。实验因素与水平编码如表1所示。

表1 因素水平编码设计

1.4 检测指标

1.4.1 色泽特性的测定

色差:参照JJG 595-2002 《测色色差计》检定规程,在室温环境条件下,用色差计测定产品的颜色变化。每组待测样品做5次平行,分别记录L*、a*、b*值。

1.4.2 TPA质构测定

质构特性测定:参考赖攀等[8]的方法进行改进。采用TMS-Pro物性仪,选用TA/5探头进行测定,设置检测参数为:高度30mm、形变量60%、速度60mm/min、最小感应力为0.375N,压缩间隔时间5s。每个样品测定5次平行,取其平均值。

1.4.3 感官特性的测定

采用观察品尝法,参照GB 7100—2015《饼干卫生标准》、GB/T 20980—2007《饼干》以及参考文献[9-10],选择色泽、气味、滋味、口感、组织形态5个方面建立感官评分标准。评定小组成员由10名经过感官评定培训的食品专业人员担任,感官评定细则见表2。

表2 全青稞无蔗糖饼干感官评价标准

1.4.4 品质综合评分

根据加工经验结合参考文献[10],最终得到全青稞无蔗糖饼干的品质评价表达式F,得分数值越大说明全青稞无蔗糖饼干的品质越好。

品质综合评分:

F=L*×a1+a*×a2+b*×a3+硬度×a4+感官评分×a5

(1)

式(1)中:a1、a2、a3、a4、a5为各评价指标在评价体系中所占的权重,其数值分别为 0.1、0.1、0.1、0.3和 0.4。

1.5 数据处理

每个处理组设有5个重复,数据统计分析采用Microssoft Excel软件,数据处理采用SPSS 26.0软件,响应面综合评价法采用Desig-Expert 8.0.6软件分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 低聚果糖添加量对全青稞无蔗糖饼干品质的影响

随着低聚果糖添加量的增加,由于原料间美拉德反应速率的加快,可观察到饼干的色泽愈来愈深,由表3可知,随着低聚果糖添加量的增大,L*、a*、综合评分均呈现先升后降的趋势;在添加量为30%时,全青稞无蔗糖饼干感官评分最高为86.01;在添加量为35%时,综合得分取得最大值71.70。综上,低聚果糖的较优添加量为30%～40%。

表3 低聚果糖添加量对全青稞无蔗糖饼干品质的影响

2.1.2 谷朊粉添加量对全青稞无蔗糖饼干品质的影响

由表4可知,随着谷朊粉添加量的增加,全青稞无蔗糖饼干的L*、a*呈递增趋势,感官得分和综合得分均呈先增后降的趋势,在添加量为4%时感官得分取最大值86.3,在添加量为5%综合得分取得最大值80.19。综上,谷朊粉的较优添加量为4%～6%。

表4 谷朊粉添加量对全青稞无蔗糖饼干品质的影响

2.1.3 烘烤温度对全青稞无蔗糖饼干品质的影响

随着烘焙温度的升高,饼干口感变得松脆,同时产生更多风味物质,进一步提高感官评分。但当温度过高时,部分物料发生焦煳化,导致风味和口感变差,感官评分也随之降低。由表5可知,随着焙烤温度的增大,全青稞无蔗糖饼干的L*、b*和感官评分均呈现先升后降的趋势,在165℃时,L*、b*和感官评分达最大值分别为25.97、7.77和90.68,综合得分在170℃时去达最优值72.70。综上,较优烘烤温度是160℃～170℃。

表5 焙烤温度对全青稞无蔗糖饼干品质的影响

2.2 基于响应面优化显著影响综合品质的关键工艺点

2.2.1 响应面实验设计与结果

以低聚果糖添加量、谷朊粉添加量、焙烤温度分别作为自变量A、B、C,以综合评分为考察指标,设计Box-Benhnken实验,设计结构矩阵及实验结果见表6。

2.2.2 模型的建立与显著性检验

利用 Box-Behnken设计进行回归拟合分析,得到的回归拟合方程,如下:

Y=84.20+1.09×A-1.52×B-0.062×C+2.29×AB+0.67×AC-1.49×BC-2.96×A2-0.76×B2-4.37×C2。

由表7可知,模型P<0.0001(极显著),而失拟项P=0.2080>0.05(不显著),表明模型具有较好的拟合性,试验误差较小。回归系数R2=0.9799,表明97.99%的响应值数据可以用该模型进行解释,其变异系数0.93%低于15.00%,表明模型的重现性较好,能够与产品实际综合品质较好吻合。从各因素的显著水平差异可知,对全青稞无蔗糖饼干品质综合评分的影响顺序为B>A>C,因素A低聚果糖添加量,因素B谷朊粉添加量,二次项A2、C2及交互项AB、BC对全青稞无蔗糖饼干品质综合评分影响极显著(P<0.01)。

表7 回归模型的方差分析结果

利用Design Expert 8.0.6软件分析得到各因素交互用作对饼干品质主成分综合评分影响的响应面图(图1、图2、图3)。

图1 低聚果糖添加量与谷朊粉添加量交互对全青稞无蔗糖饼干品质综合评分的影响

图2 低聚果糖添加量与焙烤温度交互对全青稞无蔗糖饼干品质综合评分的影响

图3 谷朊粉添加量与焙烤温度交互对全青稞无蔗糖饼干品质综合评分的影响

2.2.3 最佳条件的预测及验证实验

根据回归模型预测,拟合得出全青稞无蔗糖饼干的最佳参数为:低聚果糖添加量35.52%、谷朊粉添加量4.19%、烘烤温度165.20℃,此条件下全青稞无蔗糖饼干的品质综合评分的预测值为84.86。为了实际生产中操作的便利,将回归方程优化后的工艺条件调整为:低聚果糖添加量为35%、谷朊粉添加量为4%、焙烤温度为165℃,进行 5次平行实验,得到的全青稞无蔗糖饼干品质综合得分为84.62,与预测值基本一致,证实了该模型的有效性。

3 结论

通过单因素实验确定全青稞无蔗糖饼干的原料配方比,以100g青稞粉为基准,原辅料配方与关键工艺为:黄油添加量为55%,烘烤时间为25min,低聚果糖添加量范围为30%～40%,谷朊粉添加范围为4%～6%,焙烤温度范围为160℃～170℃。在此基础上进行响应面优化实验得到:在低聚果糖添加量为35%、谷朊粉添加量为4%、焙烤温度165℃条件下制得的全青稞无蔗糖饼干综合品质最好,其中低聚果糖与谷朊粉对饼干的品质综合评分有显著影响。