響應(yīng)面法優(yōu)化傳統(tǒng)切糕制作工藝

王雨，陳國(guó)剛，毛惠娟，江英

（石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子832000）

切糕是瑪仁糖在新疆外地區(qū)民眾在不知道名稱的情況下根據(jù)販賣時(shí)的特點(diǎn)所賦予的名稱，是一種新疆維吾爾族民眾采用傳統(tǒng)特色制作工藝，選用核桃仁、玉米飴、葡萄干、葡萄汁、芝麻、巴旦木、棗等原料熬制而成的民族特色食品。其口味純正、口感香醇、酸甜適度、清香襲人、甜而不膩、營(yíng)養(yǎng)豐富，無任何人工添加劑，是地道的純天然無公害食品[1]。傳統(tǒng)切糕的制作工藝是將糖稀按一定比例倒入鍋中加熱，不停攪拌后加入核桃仁、葡萄干、巴旦木、腰果等各種干果混合，最后倒入模具，待其干燥成型后由小商販裝在推車上進(jìn)行售賣。制作切糕使用的干果可以是一種也可是多種，最傳統(tǒng)的切糕都是僅以核桃為原料，因此切糕又被稱為“核桃瑪仁糖”，但這樣制作的切糕價(jià)格昂貴且口味單一，因此市面上常見的切糕通常都是以花生、瓜子仁為主要原料，配以其他干果。其中，巴旦木、核桃、葡萄干是最常見的配料。巴旦木仁有著極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，素有“干果之王”、“西域珍品”之稱，具有滋陰補(bǔ)腎、補(bǔ)腦安神、抗癌防癌、增強(qiáng)免疫力及降血脂等功效[2-6]；葡萄干保存了鮮果的天然風(fēng)味，色、香、味俱佳，含有豐富的糖類、有機(jī)酸、礦物質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分[7-9]。還具有廣泛的健康功效，如降低心血管疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)、降低齲齒的風(fēng)險(xiǎn)、增加飽腹感及降低能量攝入等[10]；核桃有著“萬歲子”、“長(zhǎng)壽果”、“美容果”等美譽(yù)，被歷代醫(yī)學(xué)家和養(yǎng)生學(xué)家視為益壽精品[11]。核桃蛋白中含18種氨基酸，包含人體所需的8種必需氨基酸且比例適合[12-13]。核桃在防治心腦血管疾病[14]、延緩衰老[15]及糖尿病[16]等方面均有一定療效。

新疆切糕目前還處于小作坊式生產(chǎn)，在批量化生產(chǎn)還存在著許多問題：①加工制作工藝落后，產(chǎn)品多為初加工；②切糕都為家庭式小作坊加工，沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈；③生產(chǎn)過程中沒有關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，產(chǎn)品還是傳統(tǒng)制作工藝加工；④低檔產(chǎn)品較多，不注重包裝、廣告等銷售手段。

響應(yīng)面法是一種應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)優(yōu)化方法，由于采用了更為合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，它可以有效快速地確定多因子系統(tǒng)的最佳條件，已應(yīng)用于多種優(yōu)化實(shí)踐中[17-20]。因此，本研究擬用響應(yīng)面法對(duì)影響切糕感官評(píng)價(jià)的4個(gè)因素進(jìn)行分析，進(jìn)而確定切糕的最優(yōu)配比，以便切糕的工業(yè)化生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生、葡萄干、巴旦木、核桃：新疆石河子農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；大米糖稀、葡萄糖稀：市售，食品級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

XY2000C型電子天平：常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司；DL-1單聯(lián)電子可調(diào)電爐：金壇市文華儀器有限公司；WK2102美的電磁爐及配套濃縮鍋（直徑275 mm，高80 mm）：廣東美的生活電器制造有限公司；DGG-9053A恒溫干燥箱：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 傳統(tǒng)切糕制作方法

花生及其他干果（核桃、巴旦木、葡萄干等）→去皮，篩選→洗凈干燥→小火翻炒→混入糖稀→關(guān)火→翻至均勻→倒入模具→壓模成型→烘干→切塊，包裝

操作要點(diǎn)：花生、核桃、巴旦木、葡萄干等干果選取外殼無黑爛的上等品，去皮后將干果洗凈放入烘箱，在溫度40℃～45℃下干燥24 h。將干果按不同質(zhì)量比放入鍋中小火翻炒，快速加入糖稀后關(guān)火，在模具上抹一層植物油防止切糕粘連，待糖稀與干果混合物混合均勻后倒入模具，壓平，使切糕成2 cm～3 cm厚度的成品后入烘箱干燥，在溫度60℃～65℃下干燥18 h，當(dāng)切糕烘干到可用手取下時(shí)即可。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

以切糕感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，考察干果質(zhì)量比（其他干果：花生）、砂糖添加量、糖稀種類及糖稀添加量作為單因素。固定其它干果與花生質(zhì)量比為1∶2，砂糖添加量10 g，考察不同種類20 mL糖?。ù竺滋窍　⑵咸烟窍〖岸叩润w積混合的復(fù)合糖?。?duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響。根據(jù)結(jié)果選取復(fù)合糖稀作為最佳糖稀。固定其它干果與花生質(zhì)量比為1∶2，砂糖添加量10 g考察不同添加量（10、15、20、25、30、35 mL）的糖稀對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響；固定糖稀添加量20 mL及砂糖添加量10 g，考察其他干果與花生的質(zhì)量比（1∶1、1∶1.5、1 ∶2、1 ∶2.5、1 ∶3、1 ∶3.5）對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響；固定其它干果與花生質(zhì)量比1∶2及糖稀添加量20 mL，考察砂糖添加量（0、5、10、15、20、25 g）對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響。為了實(shí)際操作中方便取量，將單因素（其他干果與花生的質(zhì)量比）拆分設(shè)置為響應(yīng)面試驗(yàn)兩個(gè)單獨(dú)因素，即花生添加量和其他干果添加量，根據(jù)最佳質(zhì)量比結(jié)果，在干果總量100 g基礎(chǔ)上調(diào)整為具體添加量數(shù)值。

1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)

以單因素試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，采用Box—Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，以花生添加量，其他干果添加量，糖稀和蔗糖4個(gè)因素，分別用A、B、C、D表示，進(jìn)行響應(yīng)面分析試驗(yàn)，確定切糕最佳制作工藝。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，試驗(yàn)重復(fù)3次。

表1 切糕制作工藝Box—Behnken設(shè)計(jì)因素水平Table 1 Level of Box-Behnken design factors for Xinjiang nuts cake making process

1.3.4 切糕的感官評(píng)價(jià)

參考汪名春以及侯智德等[21-22]的評(píng)價(jià)方法，選擇10人組成感官評(píng)價(jià)鑒定小組，在評(píng)定前先對(duì)10人進(jìn)行感官評(píng)價(jià)培訓(xùn)。以色澤、形態(tài)、口感、風(fēng)味這4個(gè)指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)，每項(xiàng)指標(biāo)分為5個(gè)等級(jí)，各25分，總分為100分。根據(jù)切糕感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)給分（見表2），結(jié)果去掉最高分和最低分后取平均值。

表2 切糕的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of Xinjiang nuts cake

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 糖稀對(duì)切糕的影響

糖稀種類對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響見表3。由表3可以看出，大米糖稀與葡萄糖稀兩者按體積比1∶1組成的復(fù)合糖稀制成的切糕成型、干燥情況、粘手程度、彈性、黏附性等性狀比單一糖稀都優(yōu)異。因此選取大米糖稀與葡萄糖稀等量混合的復(fù)合糖稀作為最佳糖稀。

表3 糖稀種類對(duì)比Table 3 Comparison of syrup species

糖稀添加量對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響見圖1。由圖1可以看出當(dāng)糖稀添加量為25 mL時(shí)，切糕的感官評(píng)價(jià)得分最高，因此選擇25 mL作為最佳糖稀添加量。

圖1 糖稀添加量對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響Fig.1 The effect of syrup addition on sensory evaluation of Xinjiang nuts cake

2.1.2 干果添加量對(duì)切糕的影響

干果添加量對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響見圖2。由圖2可以看出，當(dāng)其他干果與花生的質(zhì)量比為1∶2時(shí)，感官評(píng)價(jià)得分最高，此時(shí)的切糕色澤均一，有較好的品相，因此選擇1∶2為最佳質(zhì)量比。在此質(zhì)量比前提下，選取合適的花生添加量及其他干果添加量作為響應(yīng)面的因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

圖2 干果添加量對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effect of dry fruit addition on sensory evaluation of Xinjiang nuts cake

2.1.3 砂糖添加量的確定

砂糖添加量對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響見圖3。由圖3可以看出，當(dāng)砂糖添加量為15 g時(shí)，感官評(píng)價(jià)得分最高，且當(dāng)砂糖添加量為0時(shí)，切糕的感官評(píng)價(jià)得分最低，因此制作切糕時(shí)添加砂糖是必不可少的。

圖3 砂糖添加量對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響Fig.3 Effect of Sugar addition on sensory Evaluation of Xinjiang nuts cake

2.2 響應(yīng)面法試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 響應(yīng)面法設(shè)計(jì)及結(jié)果

選取提取花生添加量，其他干果添加量，糖稀添加量及砂糖添加量4個(gè)因素，以感官評(píng)價(jià)為響應(yīng)值，對(duì)切糕的制作工藝條件作四因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，一共27個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，表4為具體的試驗(yàn)方案和結(jié)果。

2.2.2 響應(yīng)面模型的建立及顯著性分析

利用Design Expert8.0.6軟件對(duì)正交試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析，得到擬合全變量二次回歸方程：

響應(yīng)面多元二次分析見表5，此表的模型P值＜0.000 1，表明響應(yīng)面回歸模型極顯著，失擬項(xiàng)（P值=0.493 5＞0.05）不顯著，說明非試驗(yàn)因素對(duì)模型的影響不大。決定系數(shù)R2為0.942 7，這表明該模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合較好，94.27%的響應(yīng)值變化可以通過擬合模型進(jìn)行解釋。校正后的決定系數(shù)R2Adj為0.905 7，與R2接近，說明了模型有充分的準(zhǔn)確性和通用性，因此可以通過此模型來預(yù)測(cè)切糕的最佳制作工藝。在回歸方程中，根據(jù)F值大小可知，影響切糕感官評(píng)價(jià)的4個(gè)因素順序?yàn)椋篊（糖?。綛（其他干果）＞D（砂糖）＞A（花生），其中一次項(xiàng)中A、B、D對(duì)感官評(píng)價(jià)影響顯著（P＜0.05），C 對(duì)感官評(píng)價(jià)影響極顯著（P＜0.000 1）。相互項(xiàng)中AB、AC對(duì)感官評(píng)價(jià)影響顯著（P＜0.05），AD對(duì)感官評(píng)價(jià)影響極顯著（P＜0.000 1）。平方項(xiàng)中D2對(duì)感官評(píng)價(jià)影響顯著（P＜0.05），A2、B2、C2對(duì)感官評(píng)價(jià)影響極顯著（P＜0.000 1）。

表4 切糕制作工藝的Box—Behnken試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Box-Behnken test results of Xinjiang nuts cake making process

表5 切糕制作工藝的二次多項(xiàng)式模型的方差分析Table 5 Analysis of variance of quadratic polynomial model of Xinjiang nuts cake making process

2.2.3 響應(yīng)曲面及等高線分析結(jié)果

對(duì)構(gòu)建的回歸模型進(jìn)行響應(yīng)面分析，考察了各因素間交互作用與響應(yīng)值之間的響應(yīng)曲面圖，結(jié)果見圖4。從圖4可以看出：等高線的中心區(qū)域，感官評(píng)價(jià)最高，由中心向邊緣逐漸降低。響應(yīng)曲面圖曲線越陡則該因素對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響越顯著，曲線越平滑說明影響不顯著。

由圖4（a）可以看出，花生添加量與其他干果添加量等高線呈橢圓形，說明兩兩交互作用顯著；由4（b）可以看出，花生添加量與糖稀添加量等高線也呈橢圓形，兩兩交互作用也較顯著。圖4（c）中坡面極為陡峭，說明花生添加量與砂糖添加量的交互作用極顯著，圖4（d），4（e）及 4（f）等高線表面都較光滑，說明兩兩交互作用對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)得分的影響不大。根據(jù)以上分析可以看出4個(gè)試驗(yàn)因素與響應(yīng)值的關(guān)系模擬與試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)吻合，因此響應(yīng)面法可以用來對(duì)切糕制作工藝進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

圖4 各因素交互效應(yīng)對(duì)感官評(píng)價(jià)的響應(yīng)面曲圖和等高線圖Fig.4 Response surface and contour map of sensory evaluation of interaction effects of various factors

為了驗(yàn)證該法的可靠性以及可行性，用最佳的條件進(jìn)行試驗(yàn)?？紤]到試驗(yàn)的可行性，將切糕的最佳質(zhì)量比調(diào)整為花生添加量為61 g，其他干果添加量為31 g，糖稀的添加量為29 mL，砂糖量為15 g進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，優(yōu)化后感官評(píng)價(jià)得分為94.82分，與模型預(yù)測(cè)值（95.50分）相近，由以上結(jié)果可知，利用響應(yīng)面法優(yōu)化切糕制作工藝是合理可行的。

3 結(jié)論

通過響應(yīng)面法對(duì)切糕的制作工藝進(jìn)行優(yōu)化，考察花生添加量，其他干果添加量，糖稀添加量和砂糖添加量4個(gè)因素對(duì)切糕感官評(píng)價(jià)的影響。結(jié)果表示，影響切糕感官評(píng)價(jià)的排序?yàn)椋篊（糖?。綛（其他干果）＞D（砂糖）＞A（花生）。最終確定切糕的最佳配比為花生添加量為61 g，其他干果添加量為31 g，糖稀的添加量29 mL，砂糖量為15 g，感官評(píng)價(jià)得分為95.50分，本研究為切糕制作工藝提供了一定的理論依據(jù)。