響應面法優化龍香芋谷物餅干配方

(江蘇農牧科技職業學院,江蘇泰州 225300)

餅干是一種以油脂、糖和面粉為主要原料的休閑食品。目前,餅干已經從過去的高糖和高油向營養和多功能性方向轉變,如擠花餅干、切片餅干、塑型餅干、谷物餅干、印模餅干、裝飾餅干[1]。

芋頭在中國珠江流域有最多的分布,其次長江流域,主要分布在泰州靖江、泰興、興化沿線,主要品種是龍香芋[2]。芋頭是高纖低脂的保健食品,富含維生素、礦物質、多糖、氨基酸等有益成分,口感軟酥糯滑[3]。目前,芋頭以鮮食為主,深加工的應用不多,而隨著新農村建設、全域旅游等政策的落實,為增加芋頭產業的效益,迫切需要對芋頭進行深入的研究。木糖醇是一種功能性糖醇,具有與白砂糖相同的甜味,具有預防齲齒和預防高血糖的作用[4-5]。

為滿足市場對營養健康產品的需求,本文對常規谷物餅干配方進行改良優化,用營養價值豐富的龍香芋頭粉代替面粉,用木糖醇粉代替部分白砂糖,開發研制出一款符合現代人消費需求的高膳食纖維、低能量的有一定保健功能的龍香芋谷物餅干,為拓寬芋頭資源的開發利用、提升芋頭的綜合利用價值提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮龍香芋頭粉(以下簡稱芋頭粉) 興化農產品批發市場;黃油 新西蘭安佳;木糖醇 天津阿爾發保健品有限公司;食用香精 英國瑞娜;白砂糖、雞蛋 市購。

CKTF-32GS型烤箱 佛山市威士達電器有限公司;TP-313電子天平 北京賽多利斯儀器有限公司;TA-XT2i型質構儀 英國Stable Micro Systems;ADCI-60-C自動色差儀 北京晨科儀器科技有限公司;HH-6數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;高速破壁料理機 飛利浦Avance Collection Innergizer;裱花嘴、不銹鋼盆、橡皮刮刀、手動打蛋器 均購自泰州市溫泰市場。

1.2 龍香芋谷物餅干制作工藝流程

芋頭去皮切塊→蒸熟→取出晾涼→略微壓碎過篩放入料理機→加入蛋黃、黃油、白砂糖、木糖醇等→將芋頭糊攪拌細膩→裝入裱花袋→擠在不粘烤盤或鋪了油紙的烤盤→烤箱預熱175 ℃,烘烤20 min→烤好后取出感官評定。

1.3 實驗設計

以龍香芋谷物餅干質構、色差和感官評分為指標,分別改變芋頭粉、蛋黃、黃油的添加量、白砂糖木糖醇添加比例等參數,通過單因素實驗和中心組合試驗設計評價各因素對成品品質的影響。

1.3.1 單因素實驗設計

1.3.1.1 芋頭粉添加量對成品品質的影響 固定白砂糖10 g、木糖醇10 g、香草精2.5 mL、蛋黃30 g、黃油30 g,考察不同芋頭粉添加量分別為200、250、300、350、400 g對成品品質的影響。

1.3.1.2 黃油添加量對成品品質的影響 固定白砂糖10 g、木糖醇10 g、香草精2.5 mL、雞蛋黃30 g、芋頭粉300 g,考察黃油添加量分別為20、25、30、35、40 g對成品品質的影響。

1.3.1.3 白砂糖木糖醇添加比例對成品品質的影響 固定芋頭粉300 g、香草精2.5 mL、雞蛋黃30 g、考察白砂糖木糖醇添加比例(二者的添加量組合分別為6和14 g(3∶7)、8和12 g(2∶3)、10和10 g(1∶1)、12和8 g(3∶2)、14和6 g(7∶3))對成品品質的影響。

1.3.1.4 蛋黃添加量對成品品質的影響 固定白砂糖10 g、木糖醇10 g、香草精2.5 mL、芋頭粉300 g,考察雞蛋黃添加量分別為20、25、30、35、40 g對成品品質的影響。

1.3.2 Box-Benhnken實驗設計 以芋頭粉、黃油、白砂糖木糖醇添加比例、雞蛋黃4個因素為自變量,以感官評分為指標,設計響應面試驗,因子與水平及編碼見表1。

表1 響應面試驗因子水平及編碼Table 2 Factors and levels of response surface experiment

1.4 餅干品質指標的測定

1.4.1 感官評定標準 參照《GB7100-2015餅干》的感官評分標準進行。由10位有一定品評經驗的食品專業學生組成感官評定小組,男女各占一半,對產品形態(20分)、顏色(20分)、滋味和口感(35分)、結構(15分)、雜質(10分)進行綜合評分,結果取平均值。產品的具體感官評分標準如表2所示[6]。

表2 龍香芋谷物餅干評分標準Table 1 Evaluation criteria of dragon taro grain biscuits

1.4.2 龍香芋谷物餅干質構的測定 采用質構儀測定龍香芋谷物餅干的硬度、咀嚼性和脆性,探頭型號P/36R,測試前速度2.0 mm/s、測試中速度1.0 mm/s及測試后速度1.0 mm/s,壓縮比60%。重復3次取平均值[7]。

1.4.3 龍香芋谷物餅干色差的測定 取樣品的中心部分,將樣品切割成直徑約2 cm、厚度約0.5 cm的薄圓片,通過色差儀測量顏色(L*表示亮度、a*表示紅綠度和b*表示黃藍度)。重復3次后取平均值[8]。

1.5 餅干理化指標的檢測

1.5.1 理化指標的檢測 酸價:參照GB 5009.229-2016中測定方法;過氧化值:參照GB 5009.227-2016中測定方法;脂肪:參照GB5009.6-2016中粗脂肪的測定方法(索氏抽提法)測定。

1.5.2 營養物質測定 按照GB5009.88-2014規定的方法進行膳食纖維的測定。參照GB/T 20977-2007糕點通則中直接滴定法測定總糖。

1.6 數據處理

使用Excel 2010軟件對數據進行統計分析并繪制圖表,用Design Expert 8.0.6進行響應面分析。

表3 不同芋頭粉添加量對餅干品質的影響Table 3 Effect of different amounts of taro powder on taro grain biscuits qua

注:同列均值上標字母不同者表示差異顯著(P<0.05),表4～表6同。

表4 不同的黃油添加量對餅干質量的影響Table 4 Effect of different amounts of butter on taro grain biscuits quality

2 結果與分析

2.1 產品配方的單因素實驗

2.1.1 芋頭粉添加量對餅干質量的影響 芋頭粉添加量對龍香芋谷物餅干的影響如表3所示,由表3可知,芋頭粉添加量由200 g增加至400 g,餅干硬度增加,脆性先上升后下降,咀嚼性呈現下降趨勢,這可能的原因是芋頭中支鏈淀粉受熱膨脹起到空間填充作用,結構更致密[9-10];隨著芋頭粉添加量的增大,餅干a*和b*增大,L*呈先上升后下降的趨勢,說明芋頭的添加可引起色澤加深;當芋頭粉添加量為300 g時,龍香芋谷物餅干的感官評分最高,為85.79分。芋頭粉添加量過少時,面坯不易成型,并且在焙烤后易變形;芋頭粉添加量過多,餅干太脆,不完整,這可能是芋頭粉淀粉含量高,進而影響餅干的延伸性、彈性和韌性。根據以上分析,芋頭粉添加量以300 g左右為最適添加量。

表5 不同白砂糖木糖醇添加比例對餅干的影響Table 5 Effect of different amounts of sugar and xylitol on taro grain biscuits quality

2.1.2 黃油的添加量對餅干質量的影響 從表4可以看出,隨著黃油添加量的增加,餅干的硬度和脆性增加,并且咀嚼性先增大后減少,主要原因是適量的黃油會在淀粉顆粒與蛋白質表面形成薄膜,阻礙面筋的吸水作用,進而面團的吸水性能降低;a*先增大而后穩定,b*上升,L*呈先上升后下降的趨勢,可能與黃油本身的顏色有關;龍香芋谷物餅干的感官評分值首先上升然后平穩的降低;然而,當添加的黃油量太大時,會出現不易攪打、油味濃、并且龍香芋谷物餅干走油的現象。根據以上綜合分析,以黃油添加量30 g左右為宜。

2.1.3 白砂糖木糖醇添加比例對餅干品質的影響 從表5可以看出,添加的木糖醇太多,餅干硬度高。木糖醇添加量逐漸減少時,剛好彌補龍香芋谷物餅干延伸性差的缺點,不但不會影響原有曲奇的口感,而且還使得餅干的口感較清淡,甜度適宜,熱量低,減輕了原來的油膩感[11-12];隨著白糖添加量的增加,餅干的硬度和咀嚼性增大,可能是糖的反水化作用限制面筋蛋白的形成,使成品的口感過硬;a*、b*和L*上升,可能是美拉德反應的結果;隨著白砂糖與木糖醇添加比例的增大,龍香芋谷物餅干感官評分首先上升然后平穩變化。根據以上綜合分析,以白砂糖木糖醇添加比例1∶1(白砂糖添加量10 g、木糖醇添加量10 g左右)為宜。

2.1.4 蛋黃添加量對餅干質量的影響 從表6可以看出,隨著蛋黃添加量升高,硬度和咀嚼性降低,脆性得到改善;龍香芋谷物餅干感官評分先上升然后下降,加入過多的蛋黃,餅干的形態越來越不完整,并且顏色會有點變褐,整體色澤偏白、偏亮、偏黃,蛋黃添加量為30 g時,感官評分值最高達83.67分。因此,蛋黃添加量以30 g左右為宜。

表6 不同蛋黃添加量對餅干的影響Table 6 Effect of different yolk on taro grain biscuits quality

2.2 響應面試驗結果分析

2.2.1 響應面試驗結果 基于單因素實驗結果,根據Box-Benhnken中心組合設計了4因子3水平的響應面試驗,實驗方案根據表2的因子與水平設計,實驗結果見表7。

表7 Box-Benhnken實驗設計與結果Table 7 Design and results of Box-Benhnken experiment

使用Design-Expert8.0.6軟件對表7實驗數據進行多元回歸擬合,各實驗因子對感官評分可用如下函數表示。感官評分Y=88.90+3.65A+2.33B+0.64C+2.04D-1.23AB-1.05AC-1.83AD+0.35BC-3.27BD-1.03CD-6.02A2-5.14B2-0.080C2-3.78D2。

2.2.2 響應面交互作用分析 各因素交互作用結果見圖1(a～f)。從表8和圖1a可以看出,當白砂糖木糖醇添加比例和蛋黃均為零點時,芋頭粉和黃油添加量兩者之間交互作用有一定的顯著性。當芋頭粉和黃油添加量分別不變時,龍香芋谷物餅干的感官評分隨黃油的增加呈現先上升后下降;同時,由等高線疏密程度可以判斷,芋頭粉添加量對龍香芋谷物餅干的感官評分的影響大于黃油。

從表8和圖1b可以看出,當芋頭粉和蛋黃添加量均為零點時,白砂糖木糖醇添加比例和芋頭粉添加量兩者之間交互作用有一定的顯著性。當芋頭粉添加量不變時,龍香芋谷物餅干的感官評分隨白砂糖木糖醇添加比例的增加而增加。當白砂糖木糖醇添加比例增加到一定值時,感官評分變化趨于平緩;當白砂糖木糖醇添加比例不變時,隨著芋頭粉添加量的增加,感官評分呈先上升后下降的趨勢。同時,由等高線疏密程度可以判斷,芋頭粉添加量對龍香芋谷物餅干感官評分的影響較白砂糖木糖醇添加比例的影響大。

由表8和圖1c可知,當白砂糖木糖醇添加比例和黃油添加量均為零點時,蛋黃和芋頭粉添加量兩者之間交互作用有一定的顯著性。當芋頭粉添加量不變時,龍香芋谷物餅干的感官評分隨蛋黃增加呈現先上升后下降的趨勢;當蛋黃添加量不變時,感官評分隨芋頭粉添加量的增加呈現先上升后緩慢下降的趨勢。同時,由等高線疏密程度可以判斷,芋頭粉添加量對龍香芋谷物餅干感官評分的影響較蛋黃添加比例的影響大。

表8 響應面試驗方差分析結果Table 8 Results of ANOVA of response surface experiment

圖1 各因素交互作用的響應面圖Fig.1 Response surface map of interaction of various factors

從表8和圖1d可以看出,交互項BC的交互作用對龍香芋谷物餅干感官評分沒有顯著影響。

從表8和圖1e可以看出,當白砂糖木糖醇添加比例和芋頭粉添加量均為零點時,蛋黃和黃油兩者之間交互作用有一定的顯著性。當黃油添加量不變時,龍香芋谷物餅干芋頭的感官評分隨蛋黃的增加呈現先上升后下降的趨勢,但當蛋黃添加量增加到一定值時,感官評分降低的幅度較小;當蛋黃添加量不變時,感官評分隨著黃油添加量的增加先上升后下降。同時,從等高線疏密程度可以判斷,黃油添加量對龍香芋谷物餅干感官評分的影響大于蛋黃添加量的影響。

從表8和圖1f可以看出,當芋頭粉和黃油添加量均為零時,白砂糖木糖醇添加比例和蛋黃兩者之間交互作用有一定的顯著性。當白砂糖木糖醇添加比例不變時,龍香芋谷物餅干的感官評分隨蛋黃的增加呈現先上升后下降的趨勢,當蛋黃添加量增加到一定值時,感官評分降低的幅度較小;當蛋黃添加量不變時,隨白砂糖木糖醇添加比例的增加,感官評分呈增加的趨勢,當白砂糖木糖醇添加比例增加到一定值時,感官評分的變化趨于平緩。同時,由等高線疏密程度可以判斷,蛋黃添加量對龍香芋谷物餅干感官評分的影響較白砂糖木糖醇添加比例的影響大。

2.2.3 驗證實驗 根據Box-Benhnken實驗獲得的數據結果和回歸方程,使用Design-Expert.8.0.6軟件處理數據,可以獲得一組龍香芋谷物餅干最優配方:芋頭粉添加量300.54 g、黃油添加量30.06 g、白砂糖木糖醇添加比例為1∶1.02、蛋黃添加量30.07 g,在此條件下得到龍香芋谷物餅干的感官評分預測值為90.63。為驗證響應面法的可行性,采用上述優化最佳條件進行龍香芋谷物餅干的驗證性實驗,并通過3組平行實驗,龍香芋谷物餅干的感官評分分別為90.40、90.70、90.10,平均感官評分為90.40,與理論計算值的誤差為0.25%,表明該模型擬合度好,具有實用價值。

2.3 龍香芋谷物餅干的產品特性

2.3.1 感官特性 該產品形態完整,厚薄均勻;表面有光澤,有濃郁芋頭味,斷面結構有層次;餅干表面無異味。

2.3.2 理化指標 根據1.5.1的方法,測得餅干的水分、酸價和過氧化值,結果見表9所示。

表9 龍香芋谷物餅干理化指標Table 9 The physical and chemical indicators ofdragon taro grain biscuits

該產品指標在國家標準GB7100-2015餅干規定范圍之內,因此該產品為合格產品。

2.3.3 營養物質分析 由表10可知,響應面優化的最佳芋頭配方膳食纖維的含量是對照的2.9倍,總糖和脂肪的含量均低于對照。

表10 龍香芋谷物餅干營養物質分析Table 10 The nutrient indicators of dragon taro grain biscuits

3 結論

以芋頭粉、蛋黃和黃油為主要原料,采用感官評定的方法,通過單因素實驗和響應面試驗研究了芋頭粉、黃油、白砂糖木糖醇添加比例、雞蛋黃添加量的影響,得到最佳配方為:芋頭粉添加量300.54 g、黃油添加量30.06 g、白砂糖木糖醇添加比例為1∶1.02、蛋黃添加量30.07 g;最佳條件下龍香芋谷物餅干的感官評分為90.40,與理論計算值的誤差為0.25%,表明該模型擬合度好,具有實用價值。且該配方得到的產品符合感官指標和理化指標的要求。