基于響應面設計的藜麥酒糟餅干配方優化

劉哲，葉英，2*，李珊，孟慶陽，院珍珍

（1.青海大學農牧學院，青海 西寧 810016；2.青海省青藏高原農產品加工重點實驗室，青海 西寧 810016）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.），又稱南美藜，原產地位于南美洲的安第斯山脈，目前，在我國貴州、甘肅、西藏、山西、青海等地均有種植[1]，是一種營養價值極高的雙子葉植物[2]。研究表明，藜麥作為一種“全營養食品”[3]，所含的人類所需常量營養素的比例較大多數谷類作物更為合理，尤其是蛋白質含量，并且藜麥中含有人體不能合成的9類必需氨基酸，其中以賴氨酸與組氨酸為主，是賴氨酸缺乏癥患者的優質營養食物源[4]。同時與其它谷物相比，還在于無麩質，這一特點能夠為乳糜瀉患者提供種類更多、更有營養的食品。除此之外，藜麥中富含多種調節人體機能的功能因子，如黃酮、多酚、不飽和脂肪酸，使其具有抗氧化、預防便秘、增強免疫力、防治糖尿病等生理功能[5]，能夠有效改善多種慢性疾病。

近些年來，由于藜麥的利用價值比較高，使得藜麥產品的研發方向也趨于多元化。相關食品加工企業相繼推出藜麥米、藜麥面條和藜麥糊等產品[6-7]，與此同時，關于藜麥黃酒等產品也已投入生產[8]，而酒糟是一種主要在釀造或者白酒生產過程中產生的發酵副產物[9]，被認為非常具有經濟價值與利用潛力。通常釀酒所產的酒糟中仍然含有許多尚未被完全利用的營養素，包括蛋白質、淀粉和纖維素等[10]，并且酒糟中含水量較高，如果處理不及時，容易出現腐敗霉變等環境污染問題。因此，如何高效利用酒糟并將其變廢為寶成為了釀酒企業可持續發展的重要戰略途徑。目前國內外最常見的處理酒糟方式僅限于制作牲畜飼料、合成有機肥料和人工培養食用菌等[11]，而將副產物酒糟添加到餅干制作過程中的研究卻鮮有報道。本研究區別于傳統的餅干加工技術和配方，首次將發酵后的藜麥酒糟作為主料添加到餅干中，通過響應面法研究低筋面粉與藜麥酒糟質量比、白砂糖添加量、黃油添加量和雞蛋液添加量對餅干感官品質的影響，旨在研發一種新型功能性特色餅干，以期提高藜麥酒糟的精深再利用和經濟附加值，促進藜麥資源的開發利用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮藜麥酒糟：取自青海大學青藏高原農產品加工重點實驗室生產藜麥酒的副產物；黃油、雞蛋、小蘇打、白砂糖、低筋面粉：市售；伊紅美藍標準品：湖南比克曼生物科技有限公司；氫氧化鈉（分析純）：北科化學有限責任公司；乙醚、異丙醇（分析純）：天津市富宇精細化工有限公司。

1.2 儀器與設備

KC-130型粉碎機：浙江武義鼎藏日用金屬制品廠；FA2004B分析天平：上海佑科儀表有限公司；DGX-9073B電熱鼓風干燥箱：濟南歐萊博有限公司；KAO-1208烤箱：深圳市康佳電器有限公司；YM50FGN立式壓力蒸汽滅菌器：上海三申醫療器械有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 藜麥酒糟的預處理

將釀酒后的藜麥酒糟均勻平鋪在烘盤中，放置于50℃～60℃的電熱鼓風干燥箱中，待水分較少時，調至30℃直至烘干。經粉碎機粉碎過60目篩即可得細膩的藜麥酒糟粉。

1.3.2 藜麥酒糟餅干制備工藝流程

藜麥酒糟粉→輔料預拌→面團調制→擠壓成型→烘烤→冷卻→成品

1.3.3 主要工藝要點

1.3.3.1 輔料預拌

稱取一定量的小蘇打、黃油、白砂糖等各類輔料，先將黃油融化，再加入白砂糖、小蘇打、雞蛋液，混合攪拌充分，形成乳化液。

1.3.3.2 面團的調制

稱取適量預處理好的藜麥酒糟粉與低筋面粉按照一定質量比混勻，并加入混合預拌后的輔料，手工揉搓，直至黏度適宜，用保鮮膜包好，防止水分流失，放于室溫（25℃）下靜置醒發10 min～30 min，以達到良好的延展性[12]。

1.3.3.3 制型烘烤

將面團裝入模具中，控制面餅薄厚3 mm為宜，放進事先預熱后的160℃烤箱內進行焙烤，直至表面呈金黃色，待其自然冷卻脫模即可。

1.3.4 藜麥酒糟餅干工藝配方研究

1.3.4.1 單因素試驗

以藜麥酒糟與低筋面粉的混合粉為基準（100%），分別考察低筋面粉與藜麥酒糟質量比（1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1）、黃油添加量（10%、15%、20%、25%、30%）、白砂糖添加量（9%、12%、15%、18%、21%）、雞蛋液添加量（15%、20%、25%、30%、35%）對藜麥酒糟餅干感官品質的影響。

1.3.4.2 響應面試驗

在單因素結果基礎上，選取低筋面粉與藜麥酒糟質量比（A）、黃油添加量（B）、白砂糖添加量（C）、雞蛋液添加量（D）進行藜麥酒糟餅干的制備工藝響應面試驗，以感官評分為指標，確定餅干的最佳配方。因素水平如表1所示。

表1 藜麥酒糟餅干的試驗因素水平Table 1 Test factor level table of quinoa distiller's grains biscuits

1.3.5 感官評定

選取9名具有餅干評價經驗的專業人員，采用綜合評分法，從藜麥酒糟餅干的組織狀態、色澤、外觀、口感、風味5個方面對產品進行感官評價，得到餅干的綜合效果得分[13]。評分標準如表2所示。

表2 藜麥酒糟餅干的感官評價指標Table 2 Sensory evaluation indexes of quinoa distiller's grains biscuits

1.3.6 產品指標的測定

理化指標：酸價參照GB 5009.229—2016《食品安全國家標準食品中酸價的測定》[14]；采用索氏抽提法[15]測定脂肪含量。

微生物指標：參照國標法測定菌落總數和大腸菌群[16-17]。

1.4 數據處理

采用Origin6.0對單因素數據結果進行處理；采用Design-Expert V8.0.6軟件對響應面進行處理，根據數據建立回歸方程與模型。

垂直運輸采用懸臂式桅桿配以3 t卷揚機。將桅桿與煙囪里側的兩層操作平臺的橫桿固定到一塊，以增強其穩定性。

2 結果與分析

2.1 藜麥酒糟餅干制備工藝單因素試驗結果與分析

2.1.1 低筋面粉與藜麥酒糟質量比對藜麥酒糟餅干品質的影響

低筋面粉與藜麥酒糟質量比對藜麥酒糟餅干品質的影響見圖1。

圖1 低筋面粉與藜麥酒糟質量比對藜麥酒糟餅干品質的影響Fig.1 Effect of the quality ratio of low-gluten flour to quinoa distiller's grains on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

由圖1可以看出餅干制作過程中，低筋面粉與藜麥酒糟質量比對餅干的品質起著至關重要的影響。當低筋面粉質量占比較小時，產品中藜麥酒糟味過重，外形組織狀態粗糙，略有裂紋出現，表面色澤較深，松散不成形，感官評分較低。當低筋面粉與藜麥酒糟質量比為2∶1時，產品風味適宜和諧，口感最佳，感官評分也最高。之后，隨著低筋面粉的占比升高，感官評分開始下降，藜麥酒糟特有的風味逐漸消失，面團中面筋網絡致密，口感僵硬。因此選擇低筋面粉與藜麥酒糟的質量比為2∶1為宜。

2.1.2 黃油添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響

黃油添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響見圖2。

圖2 黃油添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響Fig.2 Effect of butter content on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

由于黃油本身是一種天然的乳化劑，它能夠提高面團的親水性以及發泡性，從而改善焙烤食品的滋味和組織狀態[18-19]。由圖2可知，產品評分隨著黃油添加量的增加呈先上升后下降的趨勢，當黃油添加量為20%時，產品的口感較為酥脆，藜麥酒糟特有風味協調，餅干表面平滑且富有光澤，感官評分最高。隨著黃油添加量的增加，表面的油膜會限制面筋的形成，雖然餅干能保持一定的酥脆性，但面團質地太過松散，彈性變差，且焙烤過程容易碎裂滲油，導致口感過于油膩。因此選用黃油添加量為20%適宜。

2.1.3 白砂糖添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響

白砂糖添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響見圖3。

圖3 白砂糖添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響Fig.3 Effect of sugar content on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

在面團中加入適量的白砂糖可以促使美拉德及焦糖化反應的發生，提高產品的口感與色澤效果[20]。由圖3可知，感官評分隨白砂糖添加量的增加呈現出先上升后下降的趨勢。當白砂糖添加量為15%時，藜麥酒糟餅干甜度適中，色澤鮮亮，普遍能被測評人群接受，感官評分最佳為82分。當白砂糖添加量低于15%時，藜麥酒糟餅干略有回苦味，色澤偏白。當白砂糖添加量高于15%時，可能會阻礙面筋蛋白的形成，使餅干咀嚼口感變硬，同時過量的白砂糖也會使藜麥酒糟餅干太過甜膩，餅干的邊緣易出現焦糊現象，總體口感相對較差。因此選擇白砂糖添加量15%為宜。

2.1.4 雞蛋液添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響

雞蛋液添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響見圖4。

圖4 雞蛋液添加量對藜麥酒糟餅干品質的影響Fig.4 Effect of egg liquid content on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

由圖4可知，隨著雞蛋液添加量逐漸增大，感官評分呈現先上升后下降趨勢。當雞蛋液添加量超過25%時，藜麥酒糟餅干的組織質地較軟，制作過程中因黏度過大而不易成型。當雞蛋液添加量不足時，乳化強度相對較弱，難以形成酥脆的口感，從而影響產品品質。因此選擇雞蛋液添加量25%為宜。

2.2 藜麥酒糟餅干制備工藝響應面試驗結果與分析

2.2.1 響應面試驗結果

在單因素試驗基礎上，根據Box-Benhnken中心組合試驗設計原理進行四因素三水平的響應面設計，結果如表3所示。

表3 響應面法試驗設計及其對藜麥酒糟餅干品質影響的結果Table 3 Experimental design of response surface method and its effect on the quality of quinoa distiller's grains biscuits

采用Design-Expert V8.0.6對表3數據進行多元擬合分析，確定各因素對響應值Y的影響，回歸方程為：Y=93.13-1.11A+0.95B-0.99C-1.70D+1.86AB-4.83AC-1.80AD-4.28BC+2.15BD-1.77CD-6.25A2-6.30B2-7.00C2-4.96D2。

2.2.2 響應面試驗結果方差分析

方差分析結果見表4。

表4 藜麥酒糟餅干感官品質評分回歸方程方差分析Table 4 Variance analysis of sensory quality score regression equation of quinoa distiller's grains and biscuits

由表 4可知，該模型呈極顯著（P＜0.01），R2=0.96，且失擬項不顯著（P=0.210 8＞0.05），說明該模型擬合度較好，誤差小，能準確表示低筋面粉與藜麥酒糟質量比、黃油添加量、白砂糖添加量、雞蛋液添加量4個因素對藜麥酒糟餅干感官評分的影響，可以利用此模型對藜麥酒糟餅干工藝配方進行優化。表中D、AC、BC以及 A2、B2、C2、D2均呈極顯著差異，A、AB、AD、BD、CD均呈顯著差異。通過對F值分析可知，影響藜麥酒糟餅干品質的因素主次順序為雞蛋液添加量（D）＞低筋面粉與藜麥酒糟質量比（A）＞白砂糖添加量（C）＞黃油添加量（B）。

2.2.3 各因素交互作用對藜麥酒糟餅干感官品質的影響

各因素交互作用的等高線及響應面圖見圖5。

圖5 各因素交互作用的等高線及響應面圖Fig.5 Contour and response surface map of the interaction of various factors to quinoa distiller's grains biscuits

響應面圖能直觀反映各因素間的交互作用對響應值的影響，曲面的陡度越大，添加量的變化對響應值影響越大。等高線圖反映了各因素間交互作用的強度，當趨向于橢圓時效果更顯著，反之則不顯著[21]。由圖5可知，各交互項的等高線圖呈橢圓形，說明它們之間的交互作用顯著，響應面圖呈一定坡度，說明存在最佳點可使感官評分達到最大值，結果與方差分析一致。

利用響應面分析確定藜麥酒糟餅干的最佳工藝為低筋面粉與藜麥酒糟質量比為1.96∶1、黃油添加量20.34%、白砂糖添加量14.82%、雞蛋液添加量24.30%，此條件下藜麥酒糟餅干的理論感官評分為93.33。為了驗證響應面預測結果的合理性和可行性，將響應面優化工藝條件調整為低筋面粉與藜麥酒糟質量比2∶1、黃油添加量21%、白砂糖添加量15%、雞蛋液添加量24%，進行3次驗證試驗，感官評分92.62，與理論預測值相近。

2.3 理化指標及微生物指標的測定結果

經檢測，工藝優化后的藜麥酒糟餅干中酸價為（0.45±0.015）mg/g（≤5 mg/g），脂肪含量為（16.51±0.031）%。菌落總數為 53 CFU/g（≤750 CFU/g），未檢測出大腸桿菌，符合國家相關衛生要求[22]。

3 結論

本研究采用響應面設計試驗，對藜麥酒糟餅干工藝配方進行優化。經研究發現，低筋面粉與藜麥酒糟質量比為2∶1，黃油添加量21%，白砂糖添加量15%，雞蛋液添加量24%，此條件下制得的餅干具有濃郁的谷物香氣與酒糟風味，色澤較好，具有良好的組織形態，產品質量效果最佳，感官評分也最高。以藜麥釀酒后的副產物酒糟為主要原料添加到餅干制作中，通過簡單的創新方法將原本低價利用的廢棄物轉化為營養成分豐富的新型功能性食品，不僅使餅干具有獨特的藜麥香氣與酒糟風味，而且增加了藜麥自身的營養價值，賦予了餅干特有的保健功能，解決了藜麥副產物的處理問題，提升了產品的經濟效益，為藜麥資源深加工提供了理論依據和市場價值。