響應面法優化黃粉蟲餅干加工工藝

（呂梁學院生命科學系，山西呂梁033000）

黃粉蟲又被稱作面包蟲，含有多種營養物質，如蛋白質、維生素、脂肪等，其中蛋白質的含量極為豐富，是一種優良的動物蛋白資源，黃粉蟲含有人體所必需的8種氨基酸，此外還含有兒童所需的組氨酸和精氨酸等[1-5]。黃粉蟲已被廣泛用于食品加工中，是一種理想的蛋白質資源[6-8]。

餅干是日常生活中常見的一種食品，食用方便又便于攜帶，具有廣闊的開發與利用前景[9-10]。但由于其蛋白質含量低，脂肪含量高，不適合過多食用。本文將黃粉蟲與餅干結合起來開發出一種新的餅干，即黃粉蟲餅干，它改變了餅干營養價值的局限性，實現了動、植物營養互補的目的，同時在風味上也更加具有獨特性。

此前有對黃粉蟲蛋白營養餅干采用正交試驗設計獲得最佳工藝的研究[11]，但是通過正交試驗未能得到黃粉蟲蛋白乳的最適添加量，只是給出了10%～12%的大概范圍，因此黃粉蟲蛋白營養餅干的最佳工藝有待進一步優化。本文采用響應面法優化黃粉蟲餅干的加工工藝，通過對多元二次回歸方程的分析來尋找最優工藝參數[12-13]。通過對黃粉蟲餅干的研究，也可以進一步探索對黃粉蟲的深加工，尋求黃粉蟲的綜合開發利用新途徑，實現更高附加值的生產。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黃油、糖粉、低筋面粉、雞蛋：市售；鮮黃粉蟲：山東省泰安市韓旭養殖場。

1.2 儀器與設備

JA2003電子天平：上海雷韻試驗儀器制造有限公司；VJ-8B烤爐：廣州市泓億機電設備制造有限公司；JYL-C93T多功能攪拌機：九陽股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黃粉蟲蛋白乳的制備

將鮮黃粉蟲幼蟲清理去雜，除去不符合條件的幼蟲，再用水洗凈，放入熱水中燙3 min～5 min殺死幼蟲，用冷水冷卻。按蟲∶水=1∶1.5的體積比用多功能攪拌機磨漿。使用100目的篩網過濾，目的是除去黃粉蟲的蟲皮與內臟，最終得到淺灰色蛋白乳[14]。

1.3.2 工藝流程

1.3.3 操作要點

1）原輔材料的預處理：面粉、糖粉分別過100目篩，將雞蛋去殼攪拌后備用，黃油放置軟化后備用。

2）面團制作：先將黃粉蟲蛋白乳、黃油、糖粉、低筋面粉等原料混合均勻后，再分次加入蛋液調制成面團。

3）輥軋、成型：將面團搟壓成2 mm～3 mm厚，印模成型。

4）擺盤：烤盤鋪上油紙，將餅干保持一定間距擺放在油紙上，防止烘焙過程中餅干體積膨脹造成粘連。

5）烘烤：將烤盤送入160℃烤爐中，烤至微黃色后關火繼續用余溫加熱，出爐后冷卻至38℃，立即包裝，防止餅干受潮。

1.4 黃粉蟲餅干的單因素試驗

經預試驗確定添加低筋面粉100 g，黃油28 g，雞蛋液16 g。以餅干感官評分為指標，分別考察黃粉蟲蛋白乳添加量、糖粉添加量、烘焙時間對黃粉蟲餅干品質的影響[15-17]。

選擇黃粉蟲蛋白乳添加量（5、10、15、20、25 g），糖粉添加量20 g，烘焙時間15 min，考察黃粉蟲蛋白乳添加量對餅干感官品質的影響。

選擇黃粉蟲蛋白乳添加量15 g，糖粉添加量（10、15、20、25、30 g），烘焙時間 15 min，考察糖粉添加量對餅干感官品質的影響。

選擇黃粉蟲蛋白乳添加量15 g，糖粉添加量20 g，烘焙時間（5、10、15、20、25 min），考察烘焙時間對餅干感官品質的影響。

1.5 黃粉蟲餅干的響應面優化試驗

依據單因素試驗的結果，設計響應面試驗，具體各因素和水平見表1。

1.6 感官評定

以黃粉蟲餅干的內部組織結構、形態、色澤、口感及氣味5項質量指標[18-20]作為感官評定項目。評定小組成員由5名男性和5名女性組成，滿分100分。評定標準見表2。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Factors and levels used in response surface experiments

表2 感官評定評分標準Table 2 The standard of sensory evaluation

2 結果與分析

2.1 黃粉蟲餅干單因素試驗的結果

2.1.1 黃粉蟲蛋白乳添加量的單因素試驗

黃粉蟲蛋白乳添加量對餅干感官評價的影響見圖1。

圖1 黃粉蟲蛋白乳添加量對餅干感官評價的影響Fig.1 Effect of Tenebrio molitor protein milk amount on sensory scores

從圖1中可以看出，隨著黃粉蟲蛋白乳添加量的增加，餅干感官評分逐漸增大，當黃粉蟲蛋白乳添加量為15 g時感官評分最高，之后，隨著添加量的不斷增加，感官評分開始下降。當添加量過大時，黃粉蟲特有的味道越大，遮蓋了餅干原有的香味，氣味不適，當添加量小于5 g時，餅干中添加的粗蛋白較少，起不到補充營養的作用。因此，黃粉蟲蛋白乳添加量在10 g～20 g時，餅干的氣味較好，營養價值較高。

2.1.2 糖粉添加量的單因素試驗

糖粉添加量對餅干感官評價的影響見圖2。

圖2 糖粉添加量對餅干感官評價的影響Fig.2 Effect of sugar powder addition on sensory scores

糖粉在餅干的生產中起著關鍵的作用，糖粉的添加量直接影響餅干的口味和色澤。隨著糖粉的添加量不斷增加，餅干的感官評分逐漸升高。當添加量為20 g時，得分最高，然后隨著糖粉添加量逐漸增加，黃粉蟲餅干的感官評分逐漸降低。當糖粉添加量繼續增加時，餅干的甜度過高，影響其口感，過多食用也會影響健康。當糖粉添加量小于10 g時，餅干甜度較差，經過烘焙后的餅干色澤也較差。因此，當糖粉添加量在15 g～25 g時，黃粉蟲餅干從色澤、口感、組織等方面的評分都較好。

2.1.3 烘焙時間的單因素試驗

烘焙時間對餅干感官評價的影響見圖3。

圖3 烘焙時間對餅干感官評價的影響Fig.3 Effect of baking time on sensory scores

烘焙時間對餅干的制作影響較大，烘焙溫度一定，烘焙時間不足，餅干未能烤熟、口感差，若烘焙時間過長，餅干易烤糊，從而降低餅干的食用價值，造成浪費。隨著烘焙時間增加，感官評分不斷增加。當烘焙時間為15 min時，得分最高。然后，隨著烘焙時間的增加，感官評分開始下降。當烘焙時間繼續增加時，餅干漸漸發黑，失去食用價值與營養價值。當烘焙時間小于10 min時，餅干口感差，未能烤熟。因此當烘焙溫度一定，烘焙時間處于10 min～20 min時，餅干口感較好，色澤均勻一致。

2.2 黃粉蟲餅干響應面優化試驗的結果

2.2.1 響應面試驗結果與方差分析

利用Design-Expert 8.0中的Box-Behnken進行試驗設計。取感官評分為響應值，選取A（黃粉蟲蛋白乳添加量）、B（糖粉添加量）、C（烘焙時間）3個因素進行響應面優化試驗，試驗方案及結果見表3。

使用Design-Expert 8.0中的Analysis分析表3，得出各因素和感官評分之間的回歸方程為：感官評分Y=87.00+1.38A+2.50B+5.88C-0.75AB+0.50AC+0.25BC-5.00A2-6.25B2-9.00C2。

表3 響應面分析試驗方案及結果Table 3 Experimental design and results for response surface analysis of seasoning powder

運用響應面分析法對黃粉蟲餅干擬合的回歸方程進行方差和顯著性分析，結果見表4。

表4 回歸方程的方差分析Table 4 Analysis of variance for the regression model

由表4可以看出，模型具有極顯著性（P<0.01），且失擬項不顯著（P=0.768 1>0.05），這說明預測值與試驗值相關，擬合度較好，誤差小，即用上述回歸方程預測試驗中3個因素和感官評分的關系是可行的；模型的相關系數R2=0.963 5，校正決定系數，通過試驗建立的模型可以表示91.65%的響應值變化；根據顯著性分析的結果可知，一次項A對感官評分的影響不顯著（P>0.05），一次項B對感官評分有顯著的影響（P<0.05），一次項 C、二次項 A2、B2、C2對感官評分有極顯著的影響（P<0.01），交互項 AB、AC、BC 對感官評分值的影響都不顯著（P>0.05）；另外，通過比較該模型各因素的F值的大小，判定各因素的主次關系，F值越大，則該因素對試驗結果的影響越大，即C>B>A（烘焙時間>糖粉添加量>黃粉蟲蛋白乳添加量）。

2.2.2 響應面分析

各因素交互作用對餅干感官評分的影響的曲面圖見圖4。

圖4 各因素交互作用對餅干感官評分影響的曲面圖Table 4 Response surface plots showing the effects of pairwise interactions of the factors on the sensory evaluation

圖4體現了黃粉蟲蛋白乳添加量、糖粉添加量和烘焙時間任意一個變量不變時，剩余兩個變量交互作用對感官評分的影響。感官評分與3個因素之間均呈開口向下的拋物線關系，說明在試驗選用的取值范圍內，存在最佳點可使感官評分達到最大值。當糖粉添加量不變時，在黃粉蟲蛋白乳添加量小于15 g，烘焙時間小于15 min時，隨著烘焙時間和黃粉蟲蛋白乳添加量不斷增加，感官評分逐漸增加，但當達到最大值后，開始逐漸減小。由此可見添加適當的黃粉蟲蛋白乳和增加烘焙時間有助于改善黃粉蟲餅干的感官品質。從響應面曲面圖的坡度來看，AC兩因素對感官評分的影響大于BC兩因素，AB兩因素對感官評分的影響大于AC兩因素，C對黃粉蟲餅干品質的影響比A、B更大。

2.3 最佳試驗配方的確定及驗證性試驗

利用Design-Expert響應面分析中optimization功能下的numerical選項卡，由響應面分析法（response surface methodology，RSM）預測最大值，預測出黃粉蟲餅干的最佳工藝為：黃粉蟲蛋白乳添加量16.39 g，糖粉添加量21.98 g，烘焙時間為18.33 min，此時黃粉蟲餅干的感官評分為91.82。考慮到試驗條件和實際操作的可能性，將黃粉蟲餅干最佳工藝條件調整為黃粉蟲蛋白乳添加量為16.4 g，糖粉添加量為22 g，烘焙時間為18 min，進行3次驗證試驗，得出黃粉蟲餅干的感官平均得分為90.96。該值與預測值較接近，說明該模型擬合程度高，具有實用價值。

3 結論

本文以感官評分為評價指標，在單因素試驗的基礎上，通過采用響應面Box-Behnken設計試驗方法，優化黃粉蟲餅干的工藝，得出黃粉蟲餅干制作的最佳工藝為：黃粉蟲蛋白乳添加量為16.4 g，糖粉添加量為22 g，烘焙時間為18 min。根據此工藝參數制作的黃粉蟲餅干形態完整、色澤均勻、口感細膩、味道良好。