響應(yīng)面法優(yōu)化香芋豌豆餅干配方

（廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院餐旅學(xué)院，廣東 廣州 510430）

香芋營(yíng)養(yǎng)豐富并具有一定藥用價(jià)值，主要種植于我國(guó)珠江流域。每100 g香芋中含淀粉約21 g、粗蛋白3.5 g、鈣含量約為 52 mg、硒 2.2 mg、維生素 C 約 7 mg[1]，由于其口感軟糯，在食品工業(yè)中常用于湯圓、月餅和脆片產(chǎn)品中[2]。豌豆（Pisum sativum L.）豆科一年生攀援草本，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值全面，其蛋白質(zhì)含量20%～28%，淀粉含量48%～52%，粗纖維含量6%～8%，脂肪含量1%～2.7%[3]。豌豆蛋白含有豐富的必需氨基酸，例如賴氨酸含量為7.2%，可作為必需氨基酸的良好來(lái)源。豌豆淀粉在食品工業(yè)中常用于制作粉絲和涼粉，豌豆蛋白可用于優(yōu)良乳化劑，豌豆多肽可用于乳粉的生產(chǎn)等[4]，豌豆膳食纖維可潤(rùn)腸通便。添加到面粉中，強(qiáng)化面團(tuán)筋力，同時(shí)豌豆富含葉綠素和多酚物質(zhì)；因此將豌豆粉代替部分面粉應(yīng)用于餅干中，與香芋粉復(fù)配彌補(bǔ)香芋中蛋白質(zhì)不足[5]，同時(shí)香芋酥軟口感可彌補(bǔ)豌豆的不足，餅干外觀淺綠具有很高的市場(chǎng)視覺(jué)沖擊力[6]。本試驗(yàn)將香芋和豌豆添加到餅干中，開(kāi)發(fā)研究一種符合現(xiàn)代需求的低熱量、低脂、低碳水化合物的高膳食纖維餅干，為香芋和豌豆的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香芋、豌豆、雞蛋、小蘇打、黃油：市售；白砂糖：北京中糖世紀(jì)食品有限公司。

HH-S8數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州市儀都儀器有限公司；800Y高速多功能粉碎機(jī)：永康市鉑歐五金制品有限公司；AL204型電子天平：上海精密儀器儀表有限公司；101-A1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：廣州市索科生物科技有限公司；SEC-2Y電子紅外烤箱：珠海三麥機(jī)械有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理

將香芋清洗去皮切丁，豌豆清洗去皮，分別放置于鼓風(fēng)干燥箱中50℃烘6 h，再用粉粹機(jī)粉粹，80目過(guò)篩成香芋粉和豌豆粉。

1.2.2 工藝流程

黃油軟化+糖粉→攪打1 min～2 min發(fā)白即可→分3次加入雞蛋攪拌2 min～3 min→香芋粉、豌豆粉、低筋面粉[7]→攪拌→酥皮機(jī)碾壓厚度至4 mm→壓模成型→烘烤（上火190℃，下火160℃，烘烤20 min）→冷卻→整理→包裝→成品[8]

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 黃油的添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

固定香芋粉40 g、豌豆粉20 g、低筋粉40 g、白砂糖 35 g、雞蛋黃 25 g，考察黃油添加量[9]分別為 45、50、55、60、65 g對(duì)成品品質(zhì)的影響。

1.2.3.2 雞蛋黃的添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

固定香芋粉40 g、豌豆粉20 g、低筋粉40 g、黃油50 g、白砂糖35 g，考察雞蛋黃添加量分別為20、25、30、35、40 g 對(duì)成品品質(zhì)的影響[10]。

1.2.3.3 白砂糖的添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

固定香芋粉40 g、豌豆粉20 g、低筋粉40 g、黃油50 g、雞蛋黃25 g，考察白砂糖添加量分別為25、30、35、40、45 g 對(duì)成品品質(zhì)的影響[11]。

1.2.3.4 香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比對(duì)餅干品質(zhì)的影響

固定白砂糖35 g、雞蛋黃25 g、黃油50 g、低筋粉40 g、固定香芋粉和豌豆粉總量為60 g，考察香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比[12-13]分別為 3 ∶7、4 ∶6、5 ∶5、6 ∶4、7 ∶3 對(duì)成品品質(zhì)的影響。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素基礎(chǔ)上進(jìn)行Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比、白砂糖、雞蛋黃3個(gè)因素為自變量，以感官評(píng)分為指標(biāo)[14]，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，因子與水平及編碼見(jiàn)表1。

表1 因素水平編碼Table 1 Factors and levels in central composite design

1.3 餅干感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

參照GB7100—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)餅干》中感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)選由10位具有食品專業(yè)背景的組成感官評(píng)定人員，男女各占一半，對(duì)產(chǎn)品形態(tài)（20分）、顏色（30分）、滋味和口感（30分）、結(jié)構(gòu)（20分）進(jìn)行綜合評(píng)分[15-16]，結(jié)果取平均值。感官評(píng)分表見(jiàn)表2。

表2 餅干感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與細(xì)則Table 2 Standard and rules of comprehensive quality grading of biscuits

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 黃油的添加量對(duì)香芋豌豆餅干感官品質(zhì)的影響

黃油的添加量對(duì)香芋豌豆餅干的感官品質(zhì)影響見(jiàn)圖1。

由圖1可知，隨著黃油添加量增加，餅干的感官評(píng)分越高然后趨于平穩(wěn)，主要原因是黃油在淀粉顆粒與蛋白質(zhì)表面形成一層薄膜，阻礙面筋吸水作用[17]，但黃油過(guò)多不易攪打，油味濃不利于健康餅干概念。因此，確定以黃油添加量55 g為適宜。

圖1 黃油添加量對(duì)餅干感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effects of adding butter on sensory quality of biscuits

2.1.2 雞蛋黃的添加量對(duì)香芋豌豆餅干感官品質(zhì)的影響

雞蛋黃添加量對(duì)餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 雞蛋黃添加量對(duì)餅干感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of adding yolk on sensory quality of biscuits

從圖2可以看出，隨著雞蛋黃添加量的增加，香芋豌豆餅干感官品質(zhì)先上升然后下降，加入過(guò)多的雞蛋黃，餅干的形態(tài)越來(lái)越不完整[18-19]，并且顏色會(huì)變深，在雞蛋黃添加量為30 g時(shí)，餅干感官評(píng)分最高，因此，選擇以雞蛋黃添加量30 g左右為適宜。

2.1.3 白砂糖的添加量對(duì)香芋豌豆餅干感官品質(zhì)的影響

白砂糖添加量對(duì)餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖3。

圖3 白砂糖添加量對(duì)餅干感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of adding sugar on sensory quality of biscuits

如圖3所示，隨著白砂糖的添加增大，餅干感官評(píng)分先增加后降低，可能由于白砂糖過(guò)量會(huì)限制面筋蛋白的形成[20-21]，使得餅干口感變硬。因此選擇白砂糖在35 g左右，綜合評(píng)分最佳。

2.1.4 香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比對(duì)香芋豌豆餅干感官品質(zhì)的影響

在固定香芋粉和豌豆粉總量為60 g，考察不同香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比對(duì)品質(zhì)的影響，如圖4所示。

圖4 香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比對(duì)餅干感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effects of the ratio of taro powder to pea powder on sensory quality of biscuits

在香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比7∶3時(shí)，由于香芋粉過(guò)高，餅干硬度會(huì)增加導(dǎo)致感官品質(zhì)最低，隨著質(zhì)量比中豌豆粉的增加，面筋蛋白含量增加提高面團(tuán)的延展性和黏度[22-23]，口感會(huì)變得酥脆，但豌豆粉過(guò)量時(shí)又會(huì)造成餅干硬度過(guò)大，Amritpal Kaur等[24]認(rèn)為低筋粉更有益于形成餅干的酥松口感，所以在餅干粉中加入適量豌豆粉不但可以提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還可以改善餅干的口感，因此，選擇香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比在6∶4左右，餅干感官評(píng)分值最佳。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

基于單因素試驗(yàn)結(jié)果，按照Box-Behnken試驗(yàn)方案進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Box-Behnken design and test results

續(xù)表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Continue table 3 Box-Behnken design and test results

將所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Minitab17軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到以感官評(píng)分為目標(biāo)函數(shù)的二次多項(xiàng)回歸方差：香芋豌豆餅干感官品質(zhì)（Y）對(duì)A香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比、B白砂糖添加量、C雞蛋黃添加量的二次多項(xiàng)回歸方程：感官評(píng)分值Y=-413.3+92.19A+9.56B+8.68C-7.850A2-0.0990B2-0.1080C2-0.435AB-0.330AC-0.015 0BC。

回歸模型方差分析見(jiàn)表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of the regression equation for the yield xylan

由表4回歸模型方差分析結(jié)果可知，F(xiàn)值為37.53，P值＜0.000 1，表示該模型具有極顯著性。并且失擬項(xiàng)F值為1.77，P=0.381不顯著，說(shuō)明該回歸方程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了較好擬合，可以用該模型分析和預(yù)測(cè)香芋豌豆餅干的感官評(píng)分結(jié)果，對(duì)模型回歸方程系數(shù)的顯著性試驗(yàn)表明 A、B、C、A2、C2極顯著，B2、AB、AC 顯著，對(duì)香芋豌豆餅干的感官評(píng)分的影響因素的主次順序?yàn)锳＞B＞C。

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

響應(yīng)曲面坡變化和等高線能反映因素的交互作用，三維空間曲面圖越陡峭，說(shuō)明各因素對(duì)響應(yīng)值影響越顯著[25-26]，等高線圖表示同一橢圓形區(qū)域內(nèi)，橢圓形表示交互作用顯著，反之接近圓形表明交互作用不明顯可以忽略[27-28]。響應(yīng)曲面坡變化和等高線圖見(jiàn)圖5～圖 7。

圖5 香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比和白砂糖交互作用等高線和響應(yīng)面Fig.5 Contour plots and response surface the effects of taro pea powder ratio and sugar

由圖5可知，在雞蛋黃添加量為30 g時(shí)響應(yīng)曲面的坡度較陡，表明香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比和白砂糖添加量對(duì)感官評(píng)分的交互作用顯著。表明香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比的變化比白砂糖的影響大，選擇香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比在6∶4～5.5∶4.5之間，白砂糖添加量在34 g～40 g之間可以取得較好的感官評(píng)分。

由圖6可知，在白砂糖添加量為35 g時(shí)，隨著豌豆粉比例和雞蛋黃添加量的增加，餅干感官評(píng)分先升高后降低，響應(yīng)面相對(duì)陡峭，表明香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比和雞蛋黃添加量對(duì)感官評(píng)分的影響較大，但豌豆粉比例過(guò)高，感官評(píng)分下降，因此選擇香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比在6∶4～5.5∶4.5之間，雞蛋黃添加量在28 g～33 g之間可以取得較好的感官評(píng)分。

由圖7可知，在香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比為6∶4時(shí)，響應(yīng)曲面的坡度較平緩，表明雞蛋黃和白砂糖對(duì)餅干感官評(píng)分的交互作用不顯著。由響應(yīng)面圖可知，當(dāng)白砂糖添加量一定時(shí)，隨著雞蛋黃添加量的增加，感官評(píng)分值增大再下降。當(dāng)雞蛋黃添加量不變，隨著白砂糖增大，感官評(píng)分先升高再下降。當(dāng)白砂糖添加量在34 g～40 g，雞蛋黃添加量在28 g～33 g，餅干感官評(píng)分較佳。

圖6 香芋粉豌豆粉質(zhì)量比和雞蛋黃交互作用等高線和響應(yīng)面Fig.6 Contour plots and response surface the effects of taro pea powder ratio and egg yolks

圖7 雞蛋黃和白砂糖交互作用等高線和響應(yīng)面Fig.7 Contour plots and response surface the effects of egg yolks and sugar

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)Box－Benhnken試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果和回歸方程，使用Minitab17軟件處理數(shù)據(jù)，可以獲得香芋豌豆餅干最優(yōu)配方：香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比為5.808 1∶4.191 9、白砂糖添加量為36.666 7 g、蛋黃添加量31.262 6 g，在此條件下得到香芋谷物餅干的感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為91.007 5。為驗(yàn)證響應(yīng)面法的可行性，同時(shí)考慮到提試驗(yàn)的可控性和可行性，對(duì)最佳條件進(jìn)行修正：香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比為6∶4、白砂糖添加量為37 g、蛋黃添加量31 g。按上述試驗(yàn)條件進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，與預(yù)測(cè)值比較可知，響應(yīng)面法所得的豌豆餅干參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

本文以香芋粉豌豆粉、雞蛋黃和白砂糖為主要原料，采用感官評(píng)定得方法，通過(guò)單因素和Box-Behnken中心組合試驗(yàn)方案，進(jìn)行響應(yīng)面分析結(jié)合實(shí)際確定最佳工藝條件為：香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比為6∶4（香芋粉豌豆粉添總量為60 g）、白砂糖添加量為37 g、蛋黃添加量31 g、黃油添加量55 g。香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比、白砂糖添加量、蛋黃添加量對(duì)餅干得感官評(píng)分值的效果影響極顯著；香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比和白砂糖添加量、香芋粉與豌豆粉質(zhì)量比和雞蛋黃添加量的交互項(xiàng)對(duì)感官評(píng)分的交互作用顯著；雞蛋黃和白砂糖對(duì)餅干感官評(píng)分的交互作用不顯著。因此，利用響應(yīng)面法分析香芋豌豆餅干的配方，科學(xué)合理，而且方法簡(jiǎn)單高效，為今后進(jìn)一步新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。