響應(yīng)面優(yōu)化瓜蔞酥性餅干加工工藝

徐海祥，李志方，朱倩，孫官香

江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院（泰州 225300）

瓜蔞為葫蘆科植物栝樓（Trichosanthes kirilowiiMaxim）或雙邊栝樓（Trichosanthes rosthorniiHarms）的干燥成熟果，瓜蔞作為藥食同源的植物果實，具有清熱化痰、利氣寬胸的功效，可用于痰熱咳嗽、胸悶肋痛等癥[1]?，F(xiàn)代研究表明，瓜蔞含有有機酸、油脂、黃酮及其苷類、糖類、氨基酸、生物堿、甾醇及甾醇苷類等生物活性成分，具有擴張冠狀動脈、增加冠狀血流量、提高心肌耐缺氧能力、抑制血小板聚集、降低膽固醇、抗菌、抗腫瘤、抗疲勞、治療胃潰瘍等藥理活性[2]。瓜蔞皮對治療高血壓合并性心肌缺血、急性心肌缺血等癥狀均有幫助[3]。近年來，在我國功能性餅干類休閑食品得到迅速發(fā)展，研究探討瓜蔞粉在餅干類休閑食品中的應(yīng)用，對于豐富市場餅干類食品的花色品種及增加餅干的營養(yǎng)價值和保健功能方面具有重要意義。

以瓜蔞作為食材研究對象的文獻相對較少，已報道文獻主要以瓜蔞作為中藥材原料進行的藥用價值的研究。胡鵬麗等[4]研制一種瓜蔞子山藥酸奶；葉雨琛等[5]探討桔香風(fēng)味休閑瓜蔞子的制作工藝關(guān)鍵技術(shù)。但文獻報道及市場上尚未見有瓜蔞在餅干類烘焙產(chǎn)品中的應(yīng)用研究。試驗將瓜蔞粉添加到酥性餅干配方中，考察對其感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性、色澤、酥脆性等品質(zhì)的影響，以期為瓜蔞粉在酥性餅干加工中的實際應(yīng)用提供參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

瓜蔞粉（安徽亳州亳徽草本堂）；低筋面粉（五得利面粉集團有限公司）；綿白糖、起酥油、雞蛋、食鹽、小蘇打（泰州市金之榮食品原料有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

H K-8 6 0磨粉機（廣州旭眾食品機械有限公司）；7L打蛋機[研麥食品機械（上海）有限公司]；HY44三層6盤烘烤箱（青島源麥機械設(shè)備有限公司）；SZH-20和面機（廣州旭眾食品機械有限公司）；YMZD-350型壓面機（廣州旭眾食品機械有限公司）；JE2002GE電子天平（美國梅特勒-托利多公司）；WSC-S全自動測色色差儀（上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司）；TAXT Plus食品物性測試儀（英國 Stable Micro Systems公司）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

原輔料預(yù)處理→面團調(diào)制→搟壓→成型→烘烤→冷卻→包裝→成品

1.3.2 基本配方[6]

以低筋面粉100 g為基準，瓜蔞粉8 g，綿白糖30 g，起酥油20 g，雞蛋17 g，小蘇打1 g，食鹽0.2 g，純凈水5 g。

1.3.3 操作要點

1.3.3.1 原輔料預(yù)處理[7]

將購置的瓜蔞粉放入磨粉機中粉碎至粒徑0.150 mm（100目），存放密封袋中備用。將稱量好的起酥油放入打蛋機高速打發(fā)，將蛋液分2次加入其中一起打發(fā)至乳白色。將其余稱量好的綿白糖、小蘇打及食鹽用純凈水溶解后依次加入，進行攪打，使其充分混合、乳化，形成均勻的乳濁液，備用。

1.3.3.2 面團調(diào)制[8]

將面粉和瓜蔞粉經(jīng)0.150 mm（100目）孔徑篩過篩后稱量，依次加入乳濁液中進行調(diào)粉，在調(diào)制過程中調(diào)粉速度控制在26 r/min，時間控制在8 min，以防止調(diào)粉時間長形成面筋。面團調(diào)制結(jié)束后，無需靜置，拉伸面團注意觀察會否出現(xiàn)回縮現(xiàn)象，若無回彈韌性即可進行搟壓操作。

1.3.3.3 搟壓成型[9]

將調(diào)制好面團用壓面機進行搟壓，搟壓至3 mm即可，通過模具印成餅干所需外形。

1.3.3.4 烘烤冷卻及包裝[10]

將制成的餅干坯放入刷過脫模油烤盤中，小心將烤盤放入已預(yù)熱至設(shè)定溫度的烤箱中烘烤規(guī)定時間，烤箱溫度設(shè)置為面火180 ℃、底火160 ℃，烘烤時間設(shè)置10 min，烘烤完成后，取出冷卻至室溫再包裝，以防水汽被封在包裝內(nèi)影響品質(zhì)，經(jīng)檢驗合格即得瓜蔞酥性餅干成品。

1.3.4 試驗設(shè)計

在酥性餅干基本配方工藝基礎(chǔ)上，選取瓜蔞粉添加量、起酥油添加量、綿白糖添加量及烘烤時間作為影響瓜蔞酥性餅干品質(zhì)研究因素[11]。以成品的感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性及色差參數(shù)為評價指標(biāo)，以低筋面粉100 g為基準，各因素分別設(shè)定6個梯度，經(jīng)單因素試驗并采用響應(yīng)面分析法對瓜蔞粉添加量、起酥油添加量、綿白糖添加量及烘烤時間進行選擇優(yōu)化，確定成品最佳的配方工藝。

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別選取瓜蔞粉添加量、起酥油添加量、綿白糖添加量及烘烤時間的較優(yōu)工藝參數(shù)，以瓜蔞酥性餅干成品感官得分為評價指標(biāo)，利用Design Expert軟件中的響應(yīng)面試驗設(shè)計法，對影響瓜蔞酥性餅干感官品質(zhì)的瓜蔞粉添加量、起酥油添加量、綿白糖添加量及烘烤時間4個因素進行響應(yīng)面試驗分析，優(yōu)化瓜蔞酥性餅干的配方及工藝條件[12]。響應(yīng)面試驗因素水平編碼值見表1。

表1 響應(yīng)面因素水平

1.3.5 瓜蔞酥性餅干感官品質(zhì)評價標(biāo)準及指標(biāo)檢測

1.3.5.1 感官品質(zhì)評價標(biāo)準

隨機選取10名經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的評鑒員組成感官品質(zhì)評價小組，在加工完成的瓜蔞酥性餅干試樣中，每個試樣隨機從中抽取10塊，按照感官指標(biāo)評分標(biāo)準要求進行評分，總分為100分，去掉1個最高分和1個最低分，其余取平均值作為該試樣的最終感官得分。評分標(biāo)準如表2所示[13]。

表2 感官品質(zhì)評分標(biāo)準

1.3.5.2 瓜蔞餅干物性特性分析（TPA）[14]

利用質(zhì)構(gòu)儀，采用直徑2 mm的柱形探頭和帶孔的平臺，測定條件：測前速率1.0 mm/s、測試速率0.5 mm/s、測后速率0.5 mm/s、2次壓縮之間停留時間5 s、形變程度40%、觸動力5 gf。每個樣品測定3次，取平均值。由質(zhì)構(gòu)儀測定分析得到樣品物性特性參數(shù)。

1.3.5.3 瓜蔞餅干色澤分析[15]

利用WSC-S型全自動測色色差儀分別測定餅干表面色差，記錄結(jié)果中的L*、a*、b*值，其中：L*代表亮度，L*值越大代表色澤越白，反之越暗；a*、b*代表不同色彩的不同偏向（+a*代表偏紅、-a*代表偏綠、+b*代表偏黃、-b*代表偏藍）。每組試樣重復(fù)測定3次，取其平均值。

1.3.5.4 成品質(zhì)量檢測

根據(jù)GB 7100—2015《食品安全國家標(biāo)準 餅干》[16]要求，對經(jīng)試驗確定最優(yōu)工藝制作的瓜蔞酥性餅干進行各項指標(biāo)檢測，具體檢測方法詳見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 結(jié)果與分析

2.1 瓜蔞粉添加量對成品品質(zhì)的影響

2.1.1 瓜蔞粉添加量對成品感官品質(zhì)的影響

根據(jù)圖1可知，6種試樣感官得分在88.53～96.47分之間，與瓜蔞粉零添加的對照樣相比，瓜蔞粉的添加可以改善成品整體的感官品質(zhì)。瓜蔞粉在0～12 g的低添加量時感官品質(zhì)上升，對成品感官品質(zhì)提升有一定的促進作用。瓜蔞粉在12～20 g的高添加量時感官得分呈下降趨勢，即當(dāng)瓜蔞粉添加超過一定量后，對成品的感官品質(zhì)有一定的不良影響。這可能是因為適量瓜蔞粉添加到低筋粉中，在調(diào)制面團時形成的立體交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是一種非面筋結(jié)構(gòu)，添加適量的瓜蔞粉可提高面團結(jié)合水的能力，但不會引起面團的收縮與變形，并可適度限制面筋的形成，使面團具有良好的可塑性，改善面團的加工性能。瓜蔞粉添加量較多時，面團與水的結(jié)合能力下降，延展性及可塑性變差，導(dǎo)致成品感官品質(zhì)降低[17]。經(jīng)綜合感官得分及成本因素，確定瓜蔞粉添加量在8～12 g時，瓜蔞酥性餅干感官品質(zhì)較優(yōu)。

圖1 瓜蔞粉添加量對成品感官品質(zhì)的影響

2.1.2 瓜蔞粉添加量對成品質(zhì)構(gòu)特性的影響

采用質(zhì)構(gòu)儀對瓜蔞酥性餅干的相關(guān)質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)進行檢測，結(jié)果見表3。隨著瓜蔞粉添加量增加，瓜蔞餅干的硬度總體上呈現(xiàn)先降后升趨勢，脆性呈現(xiàn)先升后降趨勢，咀嚼性在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)上下波動，無明顯變化趨勢，內(nèi)聚性呈現(xiàn)先降后升趨勢。瓜蔞粉添加量小于12 g時，餅干硬度、脆性及內(nèi)聚性皆呈上升趨勢。瓜蔞粉添加量達到12 g時餅干的硬度、咀嚼性、酥脆性及內(nèi)聚性均好于對照組。添加量大于12 g時成品的硬度及咀嚼性指標(biāo)均高于對照組，成品品質(zhì)變差[18]。因此初步確定瓜蔞粉較優(yōu)添加量為12 g。

表3 瓜蔞粉添加量對成品TPA指標(biāo)的影響

2.1.3 瓜蔞粉添加量對成品色差的影響

通過色差儀對成品的相關(guān)色差參數(shù)進行測定，結(jié)果見表4。隨著瓜蔞粉添加量的增加，色差L*值呈現(xiàn)下降趨勢，且L*值均小于對照組，說明瓜蔞粉能使成品色差逐步向暗色方向轉(zhuǎn)變。隨瓜蔞粉添加量增加，色差a*值總體呈現(xiàn)出上升的趨勢后期趨緩，且均大于對照組a*值，說明添加瓜蔞粉后成品的色差紅色逐漸加深。隨著瓜蔞粉添加量增加，色差b*值呈現(xiàn)先升后降趨勢，但均大于對照組b*值，說明隨著瓜蔞粉添加量增加，成品的色差黃色逐漸增加。這可能是由于成品中的糖類和蛋白質(zhì)在烘烤過程中發(fā)生羰氨反應(yīng)及焦糖化反應(yīng)生成褐色物質(zhì)，從而使成品表面色澤亮度L*值降低，紅度及黃度上升[19]。瓜蔞粉添加量12 g時，酥性餅干的b*值達到最大，這時餅干黃色最優(yōu)，同時a*值紅色適中，呈現(xiàn)出比較誘人的色澤。與對照組比較，通過添加瓜蔞粉能增加酥性餅干的黃色和紅色色澤，因此綜合確定較優(yōu)瓜蔞粉添加量為12 g。

2.2 起酥油添加量對成品感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，起酥油添加量小于25 g時，成品感官評分較低，口感較粗糙僵硬，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及表面粗糙有氣泡，表面光澤較差，外形不佳。起酥油添加量高于25 g時，餅干胚較濕潤，不易成型，黏性及彈性較差，餅干口感較軟且油膩，易破碎。起酥油添加量為25 g時，感官評價得分最高，此時的餅干色澤均勻、呈金黃色，口感酥脆、不油膩，結(jié)構(gòu)細密[20]。因此，從樣品的感官品質(zhì)比較得出，適宜的起酥油添加量為20～30 g。

2.3 綿白糖添加量對成品感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，綿白糖添加量對瓜蔞酥性餅干的感官品質(zhì)有明顯影響，因在面團調(diào)制過程中添加綿白糖能與面團中蛋白爭奪水分以阻止面筋的形成，從而避免成品口感堅硬或松軟。且綿白糖在焙烤中能發(fā)生焦糖化反應(yīng)以及和餅干坯中蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，能對成品起到增香、增甜、呈色的作用，產(chǎn)生誘人色澤及滋氣味，使成品達到期望的感官品質(zhì)[21]。隨著綿白糖添加量逐漸增多，瓜蔞酥性餅干6種試樣的感官評價得分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。綿白糖添加量小于35 g時，瓜蔞餅干甜味偏淡，色澤較發(fā)白，光澤較暗，餅干不易上色、口感較硬。綿白糖添加量大于35 g時，瓜蔞餅干的甜味逐漸增加，甜膩感較強，色澤過重，質(zhì)地偏硬，因含糖量較多，色澤較深且口味過甜，容易產(chǎn)生甜膩感，導(dǎo)致成品感官品質(zhì)下降。添加量為35 g時感官評價得分最高，此時瓜蔞餅干甜度適宜，色澤金黃有光澤，質(zhì)地松脆。綜合考慮，較優(yōu)的綿白糖添加量為30～40 g。

圖3 綿白糖添加量對成品感官品質(zhì)的影響

2.4 烘烤時間對成品感官品質(zhì)的影響

由圖4可知，隨著烘烤時間的增加，瓜蔞酥性餅干感官得分呈現(xiàn)先升高后降低趨勢。焙烤時間小于10 min時，成品表面呈不均勻的淡金黃色，花紋不清晰，斷面結(jié)構(gòu)不完整，有明顯發(fā)白現(xiàn)象。焙烤時間大于10 min時，隨著焙烤時間的延長，餅干表面呈不均勻的黃褐色，有微變形、起泡及明顯焦糊現(xiàn)象[22]。當(dāng)烘烤時間10 min時，餅干表面平整有光澤，呈金黃色，口感酥脆，內(nèi)部結(jié)構(gòu)細密均勻，感官得分亦最高。因此，從成品的感官品質(zhì)得分比較得出，適宜的烘烤時間范圍為8～12 min。

圖4 烘烤時間對成品感官品質(zhì)的影響

2.5 配方及工藝參數(shù)的響應(yīng)面分析法優(yōu)化

2.5.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果

基于單因素試驗結(jié)果，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計四因子三水平的響應(yīng)面試驗[23]，如表5所示。

表5 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果

利用Design-Expert 12軟件對影響瓜蔞酥性餅干感官得分的4個主要因素的中心組合試驗結(jié)果，進行二次多項式回歸擬合，得到響應(yīng)值Y（感官得分）對影響瓜蔞酥性餅干感官品質(zhì)的關(guān)鍵因素（A、B、C、D）的二次多項回歸模型：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 回歸模型方差分析

由表6回歸模型的方差分析表明，F(xiàn)值為40.56，P值＜0.000 1，表示該模型具有極顯著性差異。失擬項F值為3.53，且P值為0.117 5＞0.05，即方程失擬項表現(xiàn)不顯著，該模型回歸擬合良好。該模型R2=0.975 9，Radj2=0.951 9，表明該模型可用于分析和預(yù)測瓜蔞酥性餅干感官品質(zhì)的評分[24]。由P值大小可知：A、B、A2、B2、C2、D2對瓜蔞酥性餅干的感官評分有高度顯著影響（P＜0.000 1）；C、D對瓜蔞酥性餅干的感官評分有極影響顯著（P＜0.001）；AD、BD對瓜蔞酥性餅干的感官評分有顯著影響（P＜0.05）。由F值大小可知，各因素對響應(yīng)值的影響強弱的關(guān)系為瓜蔞粉添加量（A）＞起酥油添加量（B）＞烘烤時間（D）＞綿白糖添加量（C）。瓜蔞酥性餅干品質(zhì)影響的各因素之間交互作用響應(yīng)曲面圖如圖5所示。

表6 回歸模型的方差分析

圖5 各因素之間交互作用的響應(yīng)面圖

由圖5可知，當(dāng)起酥油添加量和綿白糖添加量均為零點時，瓜蔞粉添加量和烘烤時間兩者之間交互作用有一定的顯著性。烘烤時間不變，瓜蔞酥性餅干感官品質(zhì)隨瓜蔞粉添加量增加呈現(xiàn)先升高后下降趨勢；瓜蔞粉添加量不變，成品感官品質(zhì)隨烘烤時間的延長呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，且變化幅度相對較大，曲面坡度較陡峭，說明瓜蔞粉添加量與烘烤時間的交互作用對瓜蔞酥性餅干感官品質(zhì)的影響顯著。起酥油添加量與烘烤時間的交互作用對成品感官品質(zhì)的影響亦顯著，這與方差分析結(jié)果一致[25]。同時，由等高線疏密程度可以判斷，瓜蔞粉及起酥油添加量對成品感官得分的影響皆大于烘烤時間。而其他因素相應(yīng)交互項之間的交互作用對瓜蔞酥性餅干感官得分的影響不顯著。

2.5.3 瓜蔞酥性餅干最優(yōu)配方工藝參數(shù)確定

根據(jù)瓜蔞酥性餅干的配方工藝參數(shù)試驗結(jié)果和回歸方程各項的方差分析，由Design-Expert 12軟件對回歸方程進行計算，得出瓜蔞酥性餅干的最佳配方及工藝條件：瓜蔞粉添加量13.57 g、起酥油添加量22.29 g、綿白糖添加量35.04 g、烘烤時間11.42 min。在此條件下，模型預(yù)測的感官得分為97.6分。

為驗證響應(yīng)面分析法優(yōu)化的瓜蔞酥性餅干最佳配方工藝條件的可靠性，此條件下進行3次驗證試驗，成品的感官得分分別為97.4，97.7和97.0分，平均感官得分為97.37分，其相對誤差不到1%，表明該模型擬合度好，與模型預(yù)測值接近，證實模型的有效性。同時測定樣品物性和色差指標(biāo)。結(jié)果顯示，其硬度為22 106±128.37，脆性為7 957±158.73，內(nèi)聚性為0.239±0.015，咀嚼性為276±15.58，色差L*值為57.552±1.278，a*值為5.436±1.672，b*值為38.483± 0.261，綜合指標(biāo)優(yōu)于瓜蔞粉零添加對照樣品。因此，瓜蔞酥性餅干的最佳配方工藝條件為瓜蔞粉添加量13.57 g、起酥油添加量22.29 g、綿白糖添加量35.04 g、烘烤時間11.42 min。

2.6 產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果

對照GB 7100—2015《食品安全國家標(biāo)準 餅干》，經(jīng)對樣品感官、理化、微生物、食品添加劑及污染物限量的檢測，結(jié)果均在標(biāo)準限量范圍內(nèi)。因此，瓜蔞酥性餅干產(chǎn)品各項指標(biāo)均符合餅干國家標(biāo)準的要求。

3 結(jié)論

以瓜蔞酥性餅干成品的感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性及色差參數(shù)為評價指標(biāo)，在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，經(jīng)響應(yīng)面試驗優(yōu)化配方工藝并經(jīng)驗證試驗，得到最佳配方及工藝：以100 g低筋面粉基準，起酥油22.29 g，綿白糖35.04 g，瓜蔞粉13.57 g，小蘇打1 g，食鹽0.2 g，蛋液17 g，水5 g。烘烤溫度控制在面火180 ℃、底火160 ℃，焙烤11.42 min。經(jīng)此工藝制成的成品感官得分為97.6分，硬度為22 106±128.37，脆性為7 957±158.73，內(nèi)聚性為0.239±0.015，咀嚼性為276±15.58，色差L*值為57.552±1.278，a*值為5.436±1.672，b*值為38.483±0.261，綜合指標(biāo)優(yōu)于對照樣品。在此條件下制作的瓜蔞酥性餅干色澤金黃、口感酥脆，具有瓜蔞獨特風(fēng)味，且具有瓜蔞的保健價值，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)符合國家標(biāo)準規(guī)定。