模糊評判結(jié)合響應面法優(yōu)化小米太谷餅配方

張紅旗，魏一翔，陳樹俊,

（1.山西省食品研究所（有限公司），山西太原 030024；2.山西大學生命科學學院，山西太原 030006）

小米（millet）又稱為谷子、粟，其栽培歷史悠久[1]；富含氨基酸、礦物質(zhì)、脂肪酸、碳水化合物等營養(yǎng)物質(zhì)[2]，具有很高營養(yǎng)價值[3]；可以提供許多優(yōu)質(zhì)蛋白[4?5]，其中大多為低過敏性蛋白[6]。小米脂肪屬于優(yōu)質(zhì)脂肪[7]，含有人必需且不能自身合成的亞油酸、亞麻酸等[8?9]，其中，油酸具有軟化血管的功能[10]。中醫(yī)認為，小米具有健胃除濕[11]和改善睡眠[12]等作用。綜上所述，小米具有極大的開發(fā)潛力。

太谷餅是山西一種傳統(tǒng)食品，歷史悠久，具有香、酥、綿、軟等特點，深受大眾喜愛。張倩茹等[13]進行了功能性葡萄籽太谷餅工藝的研究，最后生產(chǎn)出口感松軟、香味濃郁的葡萄籽太谷餅。楊利玲等[14]將部分面包粉換成小米粉和燕麥粉，研制小米燕麥粗雜糧面包，風味獨特，營養(yǎng)價值高。目前，市場上主要以原味太谷餅為主，配以紅棗、黑芝麻等其他口味，略顯單一，且目前尚沒有將小米加入太谷餅中進行新產(chǎn)品開發(fā)的研究，因此將小米代替部分面粉加入到太谷餅中開發(fā)出新型、具有小米營養(yǎng)及風味的太谷餅，可以增加傳統(tǒng)太谷餅種類，使小米營養(yǎng)功能在太谷餅中得到體現(xiàn)，同時增加小米產(chǎn)品種類，推動太谷餅和小米產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展。

本研究利用營養(yǎng)價值豐富的小米開發(fā)出功能性小米太谷餅，運用模糊數(shù)學法進行感官評價，并結(jié)合質(zhì)構(gòu)儀和色差儀進行品質(zhì)評價，通過響應面法優(yōu)化出小米太谷餅的最佳配方，為太谷餅新產(chǎn)品的開發(fā)提供一些新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥粉、白砂糖、植物油、食用小蘇打、食用堿、淀粉糖漿、雞蛋、芝麻 超市；小米 晉中市豐谷源種植專業(yè)合作社；β-胡蘿卜素 標準品，北京索萊寶科技有限公司；其他試劑為分析純。

YMD-20 烤箱 廣州市鈺麥烘焙設(shè)備有限公司；TMS-Pro 質(zhì)構(gòu)儀 北京盈盛恒泰科技有限責任公司；NS-A-1608 色差儀 深圳市三恩馳科技有限供公司；高速多功能粉碎機 永康市鉑歐五金制品有限公司；SC-3614 離心機 安徽中科科學儀器有限公司；UV-5100 紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 小米粉的制備 挑選干凈完整的小米，將小米放入高速多功能粉碎機進行粉碎，粉碎之后過100 目篩，密封避光保存，備用。

1.2.2 小米太谷餅的制作工藝 輔料配制：將食用小蘇打和食用堿用水融化后，再將白砂糖、食用油、雞蛋和淀粉糖漿以及剩余水攪拌均勻備用。

和面步驟：將小麥粉和小米粉混合均勻（此后簡稱為“混粉”），將攪拌好的輔料加入，和成面團靜置15 min。

餅坯成型：將和好的面團揉光揉勻，制成45 g 的餅坯，并在表面粘上芝麻仁。

烘烤過程：將烤箱提前預熱，然后將制作好的餅坯整齊擺放于烤盤上，烤箱溫度設(shè)定為180 ℃，烘烤時間為15 min。

1.2.3 單因素實驗設(shè)計 經(jīng)預實驗結(jié)果確定小米太谷餅初步配方：混粉為100 g，分別添加雞蛋、淀粉糖漿、水、食用小蘇打、食用堿為混粉質(zhì)量分數(shù)的10%、12.5%、17.5%、0.8%、0.3%。單因素實驗條件為：固定白砂糖添加量20%，植物油添加量25%，考察小米粉添加量（15%、20%、25%、30%、35%）對感官評分和硬度的影響，固定小米粉添加量25%，植物油添加量25%，考察白砂糖添加量（10%、15%、20%、25%、30%）對感官評分和硬度的影響，固定小米粉添加量25%，白砂糖添加量25%，考察植物油添加量（15%、20%、25%、30%、35%）對感官評分和硬度的影響。

1.2.4 響應面優(yōu)化實驗 根據(jù)單因素實驗結(jié)果，對小米粉添加量（A）、白砂糖添加量（B）、植物油添加量（C）3 個因素進行 Box-Behnken 試驗，試驗設(shè)計見表1。

表1 小米太谷餅響應面試驗因素水平表Table 1 Factor level table of response surface experiment of millet Taigu cake

1.2.5 模糊數(shù)學感官評價體系建立

1.2.5.1 對象集合Y的確定 對象集合指待評價的全部產(chǎn)品的集合，設(shè)評價對象集為Y，Y={y1，y2，y3………yi}，yi表示各組待測小米太谷餅。

1.2.5.2 評價因素集U 的確定 在本實驗中建立小米太谷餅感官評價因素集 U={u1，u2，u3，u4}，其中，u1～u4分別代表小米太谷餅的色澤、香氣、形態(tài)、口感。

1.2.5.3 分數(shù)集合W 的確定 小米太谷餅評價等級需要賦予不同的分數(shù)，來組成一個集合。本實驗將A，B，C，D 四個等級按梯度賦予以下分數(shù)，因此，本實驗中W={w1，w2，w3，w4}={90，80，70，60}。

1.2.5.4 權(quán)重集V 的確定 權(quán)重是指不同評級因素所占的比重[15]。本實驗中V={v1，v2，v3，v4}，v1、v2、v3、v4分別表示小米太谷餅色澤、香氣、形態(tài)、口感的權(quán)重系數(shù)值。運用二元對比法來確定權(quán)重，通過選取10 名評價人員進行打分，各因素兩兩對比，認為重要的因素記1 分，次要因素記0 分，因素自身比較記1 分，其中一個因素得分與總分100 分的比值即為某因素的權(quán)重[16]。

1.2.5.5 感官評價標準的確定 根據(jù)GB/T 16291.1-2012 中的要求進行感官評價培訓，評價環(huán)境參照GB/T 13868-2009 中要求的環(huán)境進行設(shè)置。選取10 名品評員（5 男5 女）參照小米太谷餅感官評分標準（表2）進行評價，在進行評價前，禁止抽煙、喝酒、吃辛辣食物，將樣品隨機編碼放入白色盤中，觀察樣品，看有無異物，聞其氣味，品評其滋味，品評完一個之后進行漱口[17]。

表2 小米太谷餅感官評分標準Table 2 Sensory scoring standards for millet Taigu cake

1.2.6 小米太谷餅品質(zhì)測定 質(zhì)構(gòu)測定：用TMSPro 質(zhì)構(gòu)儀對小米太谷餅進行測定，選取TPA 模式，測定參數(shù)為：探頭：5 mm 圓柱形金屬探頭，測前速度：60 mm/min，測試速度：60 mm/min，回程速度：60 mm/min，起始力：0.05 N，壓縮比例：35%，每個樣品平行測定三次。

色澤測定：在測定之前進行具有黑色和白色標準的校準。色澤采CIE-L*a*b*色空間方法表示，L*，a*，b*分別代表亮度，紅色-綠色之間和黃-藍色之間的變化，其中，+a*為紅色，-a*為綠色；+b*為黃色，-b*為藍色[18]。每組測定3 次，計算平均值。

黃色素含量測定：參考文獻[19]，將太谷餅磨成粉末，提取條件為：料液比1：3.4（g/mL）、乙醇體積分數(shù)95%，提取時間2.7 h，標準品為β-胡蘿卜素。

水分含量的測定參照GB5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》；蛋白質(zhì)含量的測定參照GB5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質(zhì)的測定》；脂肪含量的測定參照GB5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本實驗采用Microsoft-Excel 2019 和SPSS 23進行基本數(shù)據(jù)處理和顯著性分析，采用Origin 8.5 進行作圖、采用Design-expert 8.0.6 進行響應面設(shè)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小米太谷餅單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1 感官評價指標權(quán)重的確定 由表3 可知，各項感官評價指標權(quán)重分別為色澤0.18，香氣0.30，形態(tài)0.20，口感0.32。即V={0.18，0.30，0.20，0.32}。

表3 小米太谷餅感官評價指標權(quán)重分配表Table 3 Weight distribution table of sensory evaluation index of millet Taigu cake

2.1.2 小米粉添加量對產(chǎn)品感官評分、硬度和色度值的影響 由圖1 可知，在小米粉添加量逐漸增加的過程中，感官評分先增高后降低，在小米粉添加量為25%時，感官評分達到最高值，此時小米太谷餅具有良好的外觀和口感，具有小米的香氣。適當添加量的小米粉不僅可以提高小米太谷餅的色澤，還可以增加香氣，提升口感。隨著小米粉的增加，小米太谷餅的硬度會增加，影響口感。徐向波等[20]在研究小米黃油曲奇餅干時也表明隨著小米粉的增加感官評分先增加后降低。小米太谷餅的硬度隨小米粉的增加而增加。這是因為小米粉幾乎不含面筋蛋白，不利于面團形成面筋結(jié)構(gòu)，使面團的持氣性下降，太谷餅硬度增加[21]。

圖1 小米粉添加量對感官評分和硬度的影響Fig.1 Effects of millet flour addition on sensory scores and hardness

由表4 可知，小米太谷餅L*和b*值均隨著小米粉添加量的增加而增加，但對a*值影響不顯著（P>0.05），L*值增加表明小米太谷餅的亮度增加，b*值增加，說明了產(chǎn)品向黃色方向變化[22]；產(chǎn)生這些變化的主要原因是：小米自身是黃色，添加到小麥粉中改變了色差值，且隨著小米粉的增加，小米太谷餅不斷變黃。綜合感官評價和質(zhì)構(gòu)方面評價，可知小米粉的添加量在25%左右最好。

表4 小米粉添加量對小米太谷餅色度值的影響Table 4 Effects of millet flour addition on chroma value of millet Taigu cake

2.1.3 白砂糖添加量對產(chǎn)品感官評分和硬度的影響

由圖2 可知，隨著糖的增加，小米太谷餅的硬度逐漸降低，推測原因是：在白砂糖的添加量逐漸增加的過程當中，會產(chǎn)生反水化作用，且會增強，這種作用導致小米太谷餅的硬度降低[23]。糖的作用必不可少，可以讓小米太谷餅具有甜味，形成酥松的口感。感官評分先增加后降低，在白砂糖添加量在25%左右感官評價值最高。這是由于高溫焙烤下，糖通過焦糖化和美拉德反應產(chǎn)生特殊風味，且糖具有反水化作用，使面團具有良好的可塑性，適量添加糖不僅可以提升口感，還可以保持產(chǎn)品花紋和外形。隨著添加量增加，會使小米太谷餅甜度增加、口感下降。這與鄭藝梅等[24]優(yōu)化發(fā)芽糙米百香果曲奇餅干配方時認為隨著糖粉增加，感官評分先增加后降低的結(jié)論一致。

2.1.4 植物油添加量對產(chǎn)品感官評分和硬度的影響由圖3 可知，隨著植物油的增加，小米太谷餅的硬度逐漸降低，主要原因為：油添加量少時，小米太谷餅外表無光澤，面筋形成較多，硬度過大，口感差；油添加過多時，硬度變小，容易破碎，不易于運輸。小米太谷餅感官評分隨著油的增加先升高后降低，在添加量為30%時感官評分最高。隨著植物油添加量的增加，不僅使面團的黏度和彈性下降，同時過量的油脂添加還會影響產(chǎn)品風味，造成口感下降。綜合評定可知，選取添加量為30%最佳。這與陳倩[25]研究隨著油的增加復配薄脆餅干的感官評分先增加后降低的結(jié)論一致。

圖3 植物油添加量對感官評分和硬度的影響Fig.3 Effects of vegetable oil addition on sensory scores and hardness

2.2 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果與分析

2.2.1 感官評價結(jié)果

2.2.2 模糊矩陣的建立 根據(jù)感官評分結(jié)果(表5)，對其建立模糊數(shù)學關(guān)系矩陣進行運算。評價對象y1（實驗號1）的矩陣其余評價對象參照y1。

表5 小米太谷餅感官評價數(shù)據(jù)采集表Table 5 Sensory evaluation data collection table of millet Taigu cake

2.2.3 響應面試驗結(jié)果 應用Design-expert 8.0.6軟件進行回歸分析，得出小米粉添加量、白砂糖添加量、植物油添加量三個因素與小米太谷餅感官評分響應面值之間的結(jié)果，見表6。

表6 小米太谷餅響應面設(shè)計及結(jié)果Table 6 Response surface design and results of millet Taigu cake

2.2.4 回歸模型的建立與方差分析 關(guān)于小米太谷餅的二次多項式回歸方程如下：

由表7 可知，回歸模型屬于極顯著（P<0.0001）?？捎么四Ｐ瓦M行模擬及預測，因為模型失擬P=0.1375>0.05，不顯著，方程的決定系數(shù)R2=0.9954，校正后R2Adj=0.9896，表明該模型擬合程度高。一次項小米粉添加量（A）對感官評分有極顯著影響（P<0.01），白砂糖添加量（B）對感官評分有顯著影響（P<0.05），一次項影響程度為：A>B>C，AC、BC、A2、B2、C2對感官評分均有極顯著影響（P<0.01）。

表7 回歸方程方差分析Table 7 Analysis of variance of regression equation

從圖4 中可以看出，在小米添加量為20%～30%，白砂糖添加量為20%～30%，植物油添加量為25%～35%時，小米太谷餅感官評分均是先增加后降低，且在曲面最高點感官評分最大。BC 兩因素的傾斜程度最大，AC 兩因素的傾斜程度次之，AB 兩因素傾斜程度最小，表明白砂糖添加量和植物油添加量這兩個因素之間對小米太谷餅感官評分的交互影響最顯著。綜上所述，三個因素對小米太谷餅交互影響程度由大到小為：BC>AC>AB，這與之前得到的方差分析結(jié)果相符。

圖4 各因素交互作用對感官評分的影響Fig.4 The influence of various factors interaction on sensory scores

2.2.5 驗證實驗 對小米太谷餅來說，其感官評分越高，越受人們喜歡，所得配方也最佳。通過響應面試驗分析，預測小米太谷餅最佳配方為：小米粉添加量25.74%，白砂糖添加量25.30%，植物油添加量29.80%。在該配方下，預測所得感官評分為85.11分。為適應實際操作，將實驗條件定為小米粉添加量26%、白砂糖25%、植物油30%，按照前述方法制作小米太谷餅，產(chǎn)品色澤均一，呈金黃色，小米香味突出，酥松可口，甜而不膩，沒有粘牙感。在此配方下制作的小米太谷餅感官評分為85.46±2.12 分，在預測值附近，可靠性高。

2.3 小米太谷餅品質(zhì)分析

將小米太谷餅與普通不加小米的太谷餅（以下統(tǒng)稱傳統(tǒng)太谷餅，實驗室制作，其余材料的配方和小米太谷餅優(yōu)化后的配方一致）進行了品質(zhì)分析（如表8），對于色差值來講，小米太谷餅的L*和b*值均比傳統(tǒng)太谷餅大，且具有顯著性的差異（P<0.05），表明小米太谷餅與傳統(tǒng)太谷餅相比亮度增加，同時黃度也增加。而a*值變化不大。相比于傳統(tǒng)太谷餅，小米太谷餅的水分變化差異不顯著（P>0.05）。黃色素含量顯著增加了0.026 mg/100 g，蛋白質(zhì)含量顯著增加了0.86 g/100 g，脂肪含量顯著增加了1.68 g/100 g（P<0.05）。

表8 小米太谷餅和傳統(tǒng)太谷餅品質(zhì)比較Table 8 Quality comparison of millet Taigu cake and traditional Taigu cake

3 結(jié)論

本研究通過建立小米太谷餅的模糊數(shù)學感官評價體系，運用響應面優(yōu)化得到小米太谷餅最佳配方。在方差分析中，各因素對小米太谷餅感官評分影響由大到小為:小米粉添加量>白砂糖添加量>植物油添加量。小米太谷餅最佳配方為:小麥粉74 g、小米粉26 g、白砂糖25 g、植物油30 g、淀粉糖漿12.5 g、水17.5 g、食用小蘇打0.8 g、食用堿0.3 g、雞蛋10 g，產(chǎn)品的顏色均一，表面呈金黃色，外形完整形態(tài)一致，酥松可口，小米香味典型，在此配方下小米太谷餅感官評分為 85.46±2.12 分，與預測值相符，亮度增加，黃色素含量也顯著增加，營養(yǎng)品質(zhì)更好，為新品種太谷餅的開發(fā)及小米雜糧產(chǎn)品的開發(fā)提供了依據(jù)。