響應面法優化傳統切糕制作工藝

王雨，陳國剛，毛惠娟，江英

（石河子大學食品學院，新疆石河子832000）

切糕是瑪仁糖在新疆外地區民眾在不知道名稱的情況下根據販賣時的特點所賦予的名稱，是一種新疆維吾爾族民眾采用傳統特色制作工藝，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、營養豐富，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養價值和藥用價值，素有“干果之王”、“西域珍品”之稱，具有滋陰補腎、補腦安神、抗癌防癌、增強免疫力及降血脂等功效[2-6]；葡萄干保存了鮮果的天然風味，色、香、味俱佳，含有豐富的糖類、有機酸、礦物質、維生素等營養成分[7-9]。還具有廣泛的健康功效，如降低心血管疾病的患病風險、降低齲齒的風險、增加飽腹感及降低能量攝入等[10]；核桃有著“萬歲子”、“長壽果”、“美容果”等美譽，被歷代醫學家和養生學家視為益壽精品[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，在批量化生產還存在著許多問題：①加工制作工藝落后，產品多為初加工；②切糕都為家庭式小作坊加工，沒有形成產業鏈；③生產過程中沒有關鍵技術指標，產品還是傳統制作工藝加工；④低檔產品較多，不注重包裝、廣告等銷售手段。

響應面法是一種應用廣泛的試驗優化方法，由于采用了更為合理的試驗設計，它可以有效快速地確定多因子系統的最佳條件，已應用于多種優化實踐中[17-20]。因此，本研究擬用響應面法對影響切糕感官評價的4個因素進行分析，進而確定切糕的最優配比，以便切糕的工業化生產。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生、葡萄干、巴旦木、核桃：新疆石河子農貿市場；大米糖稀、葡萄糖?。菏惺郏称芳?。

1.2 儀器與設備

XY2000C型電子天平：常州市幸運電子設備有限公司；DL-1單聯電子可調電爐：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：上海森信實驗儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 傳統切糕制作方法

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→關火→翻至均勻→倒入模具→壓模成型→烘干→切塊，包裝

操作要點：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。將干果按不同質量比放入鍋中小火翻炒，快速加入糖稀后關火，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，當切糕烘干到可用手取下時即可。

1.3.2 單因素試驗

以切糕感官評價為指標，考察干果質量比（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積混合的復合糖稀）對切糕感官評價的影響。根據結果選取復合糖稀作為最佳糖稀。固定其它干果與花生質量比為1∶2，砂糖添加量10 g考察不同添加量（10、15、20、25、30、35 mL）的糖稀對切糕感官評價的影響；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量比（1∶1、1∶1.5、1 ∶2、1 ∶2.5、1 ∶3、1 ∶3.5）對切糕感官評價的影響；固定其它干果與花生質量比1∶2及糖稀添加量20 mL，考察砂糖添加量（0、5、10、15、20、25 g）對切糕感官評價的影響。為了實際操作中方便取量，將單因素（其他干果與花生的質量比）拆分設置為響應面試驗兩個單獨因素，即花生添加量和其他干果添加量，根據最佳質量比結果，在干果總量100 g基礎上調整為具體添加量數值。

1.3.3 響應面優化設計

以單因素試驗結果為依據，采用Box—Behnken中心組合設計原理，以花生添加量，其他干果添加量，糖稀和蔗糖4個因素，分別用A、B、C、D表示，進行響應面分析試驗，確定切糕最佳制作工藝。試驗設計見表1，試驗重復3次。

表1 切糕制作工藝Box—Behnken設計因素水平Table 1 Level of Box-Behnken design factors for Xinjiang nuts cake making process

1.3.4 切糕的感官評價

參考汪名春以及侯智德等[21-22]的評價方法，選擇10人組成感官評價鑒定小組，在評定前先對10人進行感官評價培訓。以色澤、形態、口感、風味這4個指標對產品進行評價，每項指標分為5個等級，各25分，總分為100分。根據切糕感官評定標準給分（見表2），結果去掉最高分和最低分后取平均值。

表2 切糕的感官評價標準Table 2 Sensory evaluation criteria of Xinjiang nuts cake

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 糖稀對切糕的影響

糖稀種類對切糕感官評價的影響見表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異。因此選取大米糖稀與葡萄糖稀等量混合的復合糖稀作為最佳糖稀。

表3 糖稀種類對比Table 3 Comparison of syrup species

糖稀添加量對切糕感官評價的影響見圖1。由圖1可以看出當糖稀添加量為25 mL時，切糕的感官評價得分最高，因此選擇25 mL作為最佳糖稀添加量。

圖1 糖稀添加量對切糕感官評價的影響Fig.1 The effect of syrup addition on sensory evaluation of Xinjiang nuts cake

2.1.2 干果添加量對切糕的影響

干果添加量對切糕感官評價的影響見圖2。由圖2可以看出，當其他干果與花生的質量比為1∶2時，感官評價得分最高，此時的切糕色澤均一，有較好的品相，因此選擇1∶2為最佳質量比。在此質量比前提下，選取合適的花生添加量及其他干果添加量作為響應面的因素進行優化試驗。

圖2 干果添加量對切糕感官評價的影響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

砂糖添加量對切糕感官評價的影響見圖3。由圖3可以看出，當砂糖添加量為15 g時，感官評價得分最高，且當砂糖添加量為0時，切糕的感官評價得分最低，因此制作切糕時添加砂糖是必不可少的。

圖3 砂糖添加量對切糕感官評價的影響Fig.3 Effect of Sugar addition on sensory Evaluation of Xinjiang nuts cake

2.2 響應面法試驗結果及分析

2.2.1 響應面法設計及結果

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個因素，以感官評價為響應值，對切糕的制作工藝條件作四因素三水平的響應面分析試驗，一共27個試驗點，表4為具體的試驗方案和結果。

2.2.2 響應面模型的建立及顯著性分析

利用Design Expert8.0.6軟件對正交試驗的結果進行回歸擬合分析，得到擬合全變量二次回歸方程：

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

表4 切糕制作工藝的Box—Behnken試驗結果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 響應曲面及等高線分析結果

對構建的回歸模型進行響應面分析，考察了各因素間交互作用與響應值之間的響應曲面圖，結果見圖4。從圖4可以看出：等高線的中心區域，感官評價最高，由中心向邊緣逐漸降低。響應曲面圖曲線越陡則該因素對切糕感官評價的影響越顯著，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切糕感官評價得分的影響不大。根據以上分析可以看出4個試驗因素與響應值的關系模擬與試驗所得數據吻合，因此響應面法可以用來對切糕制作工藝進行優化。

2.2.4 驗證試驗

圖4 各因素交互效應對感官評價的響應面曲圖和等高線圖Fig.4 Response surface and contour map of sensory evaluation of interaction effects of various factors

為了驗證該法的可靠性以及可行性，用最佳的條件進行試驗?？紤]到試驗的可行性，將切糕的最佳質量比調整為花生添加量為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進行3次驗證試驗，優化后感官評價得分為94.82分，與模型預測值（95.50分）相近，由以上結果可知，利用響應面法優化切糕制作工藝是合理可行的。

3 結論

通過響應面法對切糕的制作工藝進行優化，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個因素對切糕感官評價的影響。結果表示，影響切糕感官評價的排序為：C（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，感官評價得分為95.50分，本研究為切糕制作工藝提供了一定的理論依據。