響應(yīng)面法優(yōu)化紅茶燕麥曲奇制備工藝

季姍姍，郭 旭，梁 月，戰(zhàn)瀛汐，常 南,*

（1.沈陽醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院，遼寧 沈陽 110034；2.沈陽市食品安全與風險評價研究重點實驗室，遼寧 沈陽 110034；3.沈陽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，遼寧 沈陽 110022）

紅茶是世界上產(chǎn)量和消費量最大的茶類之一，在食品加工、藥品開發(fā)和保健品領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。紅茶屬于全發(fā)酵茶，富含茶多酚、茶多糖、生物堿等功效成分。茶多酚是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，具有抗氧化性和抗菌能力[2]，多用于食品保鮮和防腐[3]。茶多酚中的表沒食子兒茶素沒食子酸酯（Epigallocatechin gallate，EGCG）是一種天然的免疫抑制劑，能夠改善免疫防御功能[4-5]，此外EGCG還可作為膳食補充劑安全有效地預(yù)防阿爾茲海默癥[6]。一些體內(nèi)外試驗表明，茶多糖具有降血糖、抗腫瘤、抗菌、抗皮膚老化、增強免疫力等作用[7-10]。燕麥（Avena sativaL.）是禾本科燕麥屬的一種作物[11]，具有高蛋白、高膳食纖維、低血糖生成指數(shù)等營養(yǎng)特性和調(diào)控血糖、降低血脂、增強免疫、潤腸通便等功能特性[12-13]。利用燕麥粉代替部分小麥粉，可以調(diào)節(jié)曲奇的膳食結(jié)構(gòu)，減少人體對精制谷物的依賴[14]，在降低飽和反式脂肪酸含量的情況下，不影響曲奇的感官品質(zhì)[15]。

李娜等[16]研究了燕麥粉對面團特性和餅干品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，添加燕麥粉的面團硬度增大，黏聚性、黏著性先增大后減??；燕麥餅干的硬度和咀嚼性增大、彈性降低。王杰等[17]將超微茶粉添加到曲奇餅干中，降低了餅干的硬度、咀嚼性和脆性，并證明超微茶粉的加入可以抑制微生物生長，延長餅干保質(zhì)期。Zhu等[18]將紅茶粉添加到小麥粉中，小麥粉的流變學分析表明，其糊化黏度、流動曲線的稠度指數(shù)、儲能模量和損耗模量升高，且面團的抗氧化活性增強。

為了提高曲奇膳食纖維含量及營養(yǎng)價值，同時保持酥脆口感，改善產(chǎn)品風味，本研究利用燕麥粉部分替代小麥粉，并加入紅茶粉，采用單因素及響應(yīng)面試驗，確定小麥粉與燕麥粉配比、紅茶粉添加量、木糖醇添加量、黃油添加量、脫脂奶粉添加量、烘烤溫度以及烘烤時間等，獲得最佳制備工藝條件，具有較強的商業(yè)推廣價值及市場前景。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

低筋小麥粉，青島星華糧油食品有限公司；紅茶粉，西安全奧生物科技有限公司；燕麥粉，惠州市道田坊食品有限公司；木糖醇，浙江華康藥業(yè)股份有限公司；脫脂乳粉、黃油，新西蘭恒天然集團。

1.1.2 儀器與設(shè)備

EK3840 電子秤，廣東香山衡器集團股份有限公司；SM2-521H 電烤箱，新麥機械(無錫)有限公司；EGK166L打蛋器，合肥榮事達電子集團有限公司；裱花嘴，三能器具（無錫）有限公司；TA.XTC-18質(zhì)構(gòu)儀，上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料預(yù)處理

將黃油室溫軟化至能用手指輕松按壓出洞的狀態(tài)；用電子天平稱量各項材料所需用量，分開存放備用。

1.2.2.2 黃油打發(fā)

將木糖醇倒入軟化好的黃油中，用刮刀輕輕翻拌至無顆粒，用打蛋器對混合好的黃油進行攪打，黃油攪打至體積變大，顏色微微發(fā)白，紋路呈羽毛狀。

1.2.2.3 混合制糊

將小麥粉、燕麥粉、紅茶粉以及脫脂乳粉依次加入到打發(fā)好的黃油中，用刮刀以“Z”字形切拌至表面無干粉，用打蛋器攪打至面糊呈細膩順滑狀。

1.2.2.4 成型

將混合好的面糊裝入裱花袋，用刮板把面糊推至前端，將裱花嘴垂直烤盤，先擠出少許面糊，然后邊轉(zhuǎn)圈邊稍微提起，轉(zhuǎn)到起點位置即可收起。

1.2.2.5 烘烤

設(shè)置烤箱烘烤溫度及時間，待烤箱預(yù)熱好后，將曲奇放入烤箱中烘烤。烘烤結(jié)束，取出曲奇冷卻至室溫再包裝。

1.2.3 單因素試驗設(shè)計

基本制作工藝及配方：小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比5.0∶1，紅茶粉添加量4.9%，木糖醇添加量15%，脫脂乳粉添加量10%，黃油添加量30%，烘烤溫度（面火溫度200 ℃，底火溫度180 ℃），烘烤時間20 min。原料添加量以小麥粉與燕麥粉總質(zhì)量計。

在基本制作工藝及配方的基礎(chǔ)上，以曲奇感官評分為考察指標，分別對小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比（4.0∶1、4.5∶1、5.0∶1、5.5∶1、6.0∶1）、紅茶粉添加量（4.0%、4.3%、4.6%、4.9%、5.2%）、木糖醇添加量（14.4%、14.7%、15.0%、15.3%、15.6%）、黃油添加量（25%、30%、35%、40%、45%）、脫脂乳粉添加量（8%、10%、12%、14%、16%）、面火溫度（140、160、180、200、220 ℃）、底火溫度（140、160、180、200、220 ℃）以及烘烤時間（16、18、20、22、24 min）7個因素進行單因素試驗。

1.2.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗基礎(chǔ)上，綜合考慮對曲奇感官品質(zhì)、營養(yǎng)價值、成本價格等影響較大的指標，以小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比、紅茶粉添加量、黃油添加量、木糖醇添加量為主要影響因素，以感官評分為響應(yīng)值，利用Design-Expert 13.0.1.0按照表1進行響應(yīng)面試驗設(shè)計。

表1 響應(yīng)面試驗因素和水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.2.5 感官評價

采用感官評價法對紅茶燕麥曲奇成品進行評定，由學習過感官評定知識的食品專業(yè)本科學生（5男、5女）組成感官評定小組，分別從曲奇的色澤、外觀形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、氣味、口感5個方面進行感官評價，滿分為100分，紅茶燕麥曲奇的感官評分標準詳見表2。

表2 紅茶燕麥曲奇感官評分標準Table 2 Sensory scoring criteria of black tea cookie

1.2.6 餅干質(zhì)構(gòu)分析方法

采用TA.XTC-18 質(zhì)構(gòu)儀，選取P/36R 探頭，對3種樣品進行質(zhì)構(gòu)測定。測定參數(shù)設(shè)為：測定前速度2 mm/s；測定中速度1 mm/s；測定后速度2 mm/s；2次壓縮之間停留時間為5 s，壓縮百分比50%。每種樣品進行3次測定，結(jié)果取平均值。取硬度、黏著性、咀嚼性、彈性、脆性，結(jié)合感官分析對A（未添加紅茶粉）、B兩組曲奇進行質(zhì)構(gòu)分析并與對照組曲奇進行對比。

A組曲奇配方：小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比5.5∶1，木糖醇添加量15%，黃油添加量36%，脫脂乳粉添加量12%。

B組曲奇配方：小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比5.5∶1，紅茶粉添加量4.6%，木糖醇添加量15%，黃油添加量36%，脫脂乳粉添加量12%。

上述兩組曲奇餅干在面火溫度180 ℃，底火溫度160 ℃，烘烤時間22 min 的條件下制成，冷卻后進行質(zhì)構(gòu)測定。

對照組曲奇配方：以小麥粉質(zhì)量計，木糖醇添加量15%，脫脂乳粉添加量10%，黃油添加量30%，烘烤溫度（面火溫度200 ℃，底火溫度180 ℃），烘烤時間20 min。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2021及Design-Expert 13.0.1.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比的確定

由圖1 可知，隨著燕麥粉所占比例的逐漸增大，紅茶燕麥曲奇產(chǎn)品的感官評分呈現(xiàn)先升后降的趨勢。當燕麥粉占比較小時，曲奇中的燕麥香氣過淡，感官評分較低；當燕麥粉占比過大時，產(chǎn)品中的茶香被燕麥香氣所掩蓋，產(chǎn)品組織粗糙，口感較硬，品質(zhì)較差。當小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比為5.5∶1時，曲奇燕麥香氣適中，組織細膩，口感較好。因此，確定適宜的小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比為5.5∶1。

圖1 小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比對曲奇感官評分的影響Fig.1 Effect of the ratio of wheat flour and oat flour on the cookie sensory score

2.1.2 紅茶粉添加量的確定

由圖2可以看出，當紅茶粉添加量為4.6%時，紅茶燕麥曲奇感官品質(zhì)最佳。當紅茶粉添加量過少，紅茶燕麥曲奇的紅茶香味較淡；紅茶粉添加量過多，產(chǎn)品中茶香較濃，掩蓋了曲奇原有的奶香味，且成品表面紅茶粉顆粒過多，影響外觀。因此，確定適宜的紅茶粉添加量為4.6%。

圖2 紅茶粉添加量對曲奇感官評分的影響Fig.2 Effects of black tea powder addition on the cookie sensory score

2.1.3 木糖醇添加量的確定

由圖3 可知，當木糖醇添加量為15.3%時，紅茶燕麥曲奇的感官評分最高。木糖醇不僅是天然甜味劑，而且吸濕性很低，可以延長產(chǎn)品的貨架期[19]。當木糖醇添加量較少時，曲奇餅干甜味缺失；反之，當木糖醇添加量較高時，味道過甜，掩蓋了茶香和燕麥香氣。因此，確定適宜的木糖醇添加量為15.3%。

圖3 木糖醇添加量對曲奇感官評分的影響Fig.3 Effect of xylitol addition on the cookie sensory score

2.1.4 黃油添加量的確定

由圖4 可以看出，當黃油添加量為35%時，感官評分最高，曲奇酥脆程度最好。當黃油添加量低于35%時，曲奇表面容易開裂，口感過硬；當黃油添加量過高，曲奇不易成型，口感較為油膩。因此，確定適宜的黃油添加量為35%。

圖4 黃油添加量對曲奇感官評分的影響Fig.4 Effect of butter addition on the cookie sensory score

2.1.5 脫脂乳粉添加量的確定

由圖5 所示，脫脂乳粉添加量達到12%時，產(chǎn)品奶香味適宜，感官評分最高。當脫脂乳粉添加量過少時，曲奇奶香味較淡，口感單一；而脫脂乳粉添加過量時，產(chǎn)品奶香味較重，影響燕麥和紅茶香氣的體現(xiàn)，曲奇口感不夠清爽。因此，確定適宜的脫脂乳粉添加量為12%。

圖5 脫脂乳粉添加量對曲奇感官評分的影響Fig.5 Effect of addition of skim milk powder on the cookie sensory score

2.1.6 烘烤溫度的確定

如圖6 所示，當面火溫度達到180 ℃時，紅茶燕麥曲奇的感官評分最高。溫度過低會導致曲奇表面顏色淺，內(nèi)部未熟透，有生面粉的味道，影響成品酥脆的口感；而溫度過高會使曲奇表面顏色過深，影響外觀，且糊味掩蓋了茶香以及燕麥香氣，口感較差。因此，確定適宜的面火溫度為180 ℃。

圖6 面火溫度對曲奇感官評分的影響Fig.6 Effect of surface fire temperature on the cookie sensory score

由圖7 可以看出，當?shù)谆饻囟冗_到160 ℃時，紅茶燕麥曲奇的感官評分最高。底火溫度越低，曲奇底部顏色越淺，內(nèi)部組織較軟，導致冷卻后的成品不夠酥脆；而溫度高于160 ℃時，曲奇底部顏色過深，有糊味且發(fā)苦，影響曲奇酥脆的口感。因此，確定適宜的底火溫度為160 ℃。

圖7 底火溫度對曲奇感官評分的影響Fig.7 Effect of primer temperature on the cookie sensory score

2.1.7 烘烤時間的確定

由圖8 可以看出，隨著烘烤時間的延長，曲奇產(chǎn)品的感官評分呈先升后降的趨勢，當烘烤時間達到22 min 時，曲奇的感官評分最高。烘烤時間過短，曲奇表面上色不均勻，內(nèi)部組織濕軟未熟透，影響成品口感；烘烤時間過長，曲奇成品外表顏色過深，邊緣呈焦色，味道發(fā)苦且有糊味，掩蓋了曲奇本身的奶香味以及茶香。因此，確定適宜的烘烤時間為22 min。

圖8 烘烤時間對曲奇感官評分的影響Fig.8 Effect of baking time on the cookie sensory score

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果

2.2.1 Box-Behnken試驗方案及結(jié)果

響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。試驗采用Design-Expert 13.0.1.0統(tǒng)計分析軟件對表3數(shù)據(jù)進行分析，獲得感官評分（Y）和小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比（A）、紅茶粉添加量（B）、黃油添加量（C）、木糖醇添加量（D）的二次多項回歸模型方程為：

表3 紅茶燕麥曲奇響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Experimental design and results of the response surface test of black tea oat cookies

2.2.2 方差分析

根據(jù)表4回歸模型的方差分析結(jié)果可知，回歸模型P值＜0.000 1，說明此模型極顯著，失擬項P=0.062 3＞0.05，不顯著；決定系數(shù)R2=0.995 8，表明有99.58%的數(shù)據(jù)可以用此回歸方程進行解釋，回歸方程擬合度良好，可信度較高。其中一次項A、B、C、D，交互項AB、AD、BD以及二次項A2、B2、C2、D2的影響均為極顯著（P＜0.01）。各因素對紅茶燕麥曲奇感官評分影響順序為：小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比（A）＞紅茶粉添加量（B）＞木糖醇添加量（D）＞黃油添加量（C）。

表4 回歸方程方差分析Table 4 Analysis of variance of regression equations

2.2.3 各因素交互作用對紅茶燕麥曲奇感官評分的影響

圖9～圖14為各因素間交互作用對曲奇感官評分影響的響應(yīng)面分析?？梢钥闯?，小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比和紅茶粉添加量交互作用的響應(yīng)曲面陡峭（圖9），說明其添加量的變化對響應(yīng)值影響較大，交互作用顯著；小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比和木糖醇添加量（圖11）、紅茶粉添加量和木糖醇添加量（圖13）交互作用的響應(yīng)曲面陡峭，且等高線呈明顯的橢圓形，說明交互作用極顯著。小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比和黃油添加量（圖10）、紅茶粉添加量和黃油添加量（圖12）、黃油添加量和木糖醇添加量（圖14）交互作用的響應(yīng)曲面相對較為平緩，說明交互作用不顯著。

圖9 小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比和紅茶粉添加量的交互作用對紅茶燕麥曲奇感官評分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.9 Response surface and contour map of the effects of interaction between mass ratio of wheat flour to oat flour and black tea powder addition on the sensory score of black tea oat cookies

圖10 小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比和黃油添加量的交互作用對紅茶燕麥曲奇感官評分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.10 Response surface and contour map of the effects of interaction between mass ratio of wheat flour to oat flour and butter addition on the sensory score of black tea oat cookies

圖11 小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比和木糖醇添加量的交互作用對紅茶燕麥曲奇感官評分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.11 Response surface and contour map of the effects of interaction between mass ratio of wheat flour to oat flour and xylitol addition on the sensory score of black tea oat cookies

圖12 紅茶粉添加量和黃油添加量的交互作用對紅茶燕麥曲奇感官評分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.12 Response surface and contour map of the effects of interaction between black tea powder addition and butter addition on the sensory score of black tea oat cookies

圖13 紅茶粉添加量和木糖醇添加量的交互作用對紅茶燕麥曲奇感官評分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.13 Response surface and contour map of the effects of interaction between black tea powder addition and xylitol addition on the sensory score of black tea oat cookies

圖14 黃油添加量和木糖醇添加量的交互作用對紅茶燕麥曲奇感官評分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.14 Response surface and contour map of the effects of interaction between butter addition and xylitol addition on the sensory score of black tea oat cookies

2.2.4 優(yōu)化結(jié)果及驗證

通過響應(yīng)面試驗得到最優(yōu)配方條件為：小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比5.574∶1，紅茶粉添加量4.658%，黃油添加量36.421%，木糖醇添加量15.371%，采用此配方制備紅茶燕麥曲奇感官評分預(yù)測為90.729 分。為了方便試驗，選取小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比5.5∶1，紅茶粉添加量為4.6%，黃油添加量為36%，木糖醇添加量為15%進行驗證試驗。結(jié)果表明，按照該配方制作的紅茶燕麥曲奇感官評分達90.6分，與預(yù)測值接近，說明本試驗優(yōu)化的結(jié)果準確可靠，具有一定的參考價值。

2.3 紅茶燕麥餅干質(zhì)構(gòu)分析

硬度是質(zhì)構(gòu)儀探頭壓縮樣品時變形力的最大峰值[20]。由表5可以看出，A組曲奇的硬度顯著高于對照組（P＜0.05），分析原因認為燕麥粉的加入，一定程度影響小麥面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成，曲奇質(zhì)地變硬。B組曲奇的硬度略低于A組，可能因為紅茶粉使餅干內(nèi)部組織空隙增多，且降低了油脂和蛋白質(zhì)間的結(jié)合力，因此硬度有所降低，但仍顯著高于對照組（P＜0.05），口感更酥脆。

表5 不同處理曲奇質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果Table 5 Results of texture determination of cookie with different treatments

黏著性表示在探頭與樣品接觸時用以克服樣品和與之接觸探頭之間的引力，模擬餅干與牙齒的黏合強度。如表5所示，A組和B組曲奇黏著性均顯著低于對照組（P＜0.05）。當黏著性過大時，餅干口感發(fā)黏，添加燕麥粉和紅茶粉使黏著性降低，口感較好。

咀嚼性可以解釋為咀嚼固體食物所需要的能量[21]。由表5 可以看出，A 組曲奇的咀嚼性顯著高于對照組（P＜0.05）；而相對于A 組，B 組咀嚼性有所下降，數(shù)值接近于對照組。分析原因可能是燕麥粉中的膳食纖維增大了餅干的咀嚼性，但紅茶粉會使曲奇內(nèi)部酥松，從而使咀嚼性降低。

彈性是指樣品在被擠壓變形后“回彈”的程度。由表5 可以看出，A 組和B 組曲奇的彈性均顯著低于對照組（P＜0.05）。小麥粉中面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了餅干彈性，但燕麥粉和紅茶粉替代了部分小麥粉，以及燕麥粉中的β-葡聚糖等多糖類物質(zhì)，影響了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，導致曲奇彈性降低。

脆性也是反映曲奇餅干口感的重要指標之一。由表5 可見，A 組脆性顯著高于對照組（P＜0.05），B組脆性顯著低于A 組（P＜0.05），但顯著高于對照組（P＜0.05）。脆性與硬度呈正相關(guān)，適宜提高脆性可賦予曲奇較好的口感，提高酥脆感。

3 結(jié)論

利用單因素及響應(yīng)面試驗獲得曲奇最佳制備工藝為：小麥粉與燕麥粉質(zhì)量比5.5∶1，紅茶粉添加量4.6%，木糖醇添加量15%，黃油添加量36%，脫脂乳粉添加量12%，面火溫度180 ℃，底火溫度160 ℃，烘烤時間22 min。質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果表明，添加燕麥粉及紅茶粉后，曲奇餅干硬度、咀嚼性、脆性增加，黏著性和彈性降低。按照最佳工藝條件制作的曲奇口感酥脆、質(zhì)地均勻細膩，同時增加了膳食纖維及茶多酚等營養(yǎng)元素，且具有燕麥香氣以及紅茶香，符合現(xiàn)代人們對口味多元化以及健康的需求，具有較強的商業(yè)推廣價值及市場前景。