響應面法優化馬蹄皮粉酥性餅干配方

譚韓英，楊濱榕，高丹，梁園麗，陳偉玲

（賀州學院食品與生物工程學院，廣西 賀州 542899）

馬蹄是一種莎草科水生草本植物的球莖，栽培歷史悠久，可生食也可熟食，味甜汁多，有“地下雪梨”之稱[1]。馬蹄皮中含有多種活性組分，如黃酮[2]、多酚[3]、色素[4]、抑菌物質[5-6]、膳食纖維[7]、果膠[8]等，具有消炎殺菌、化濕祛痰、利咽明目等功效，因此馬蹄有較高的藥用價值[9]。但是在馬蹄加工和食用過程中，會產生占鮮馬蹄質量20%～25%的馬蹄皮，由此導致每年超20萬噸的馬蹄皮浪費和損失[10-11]。目前，馬蹄已經被研發成多種產品，如馬蹄果醋[12]、馬蹄風味果酒[13]、馬蹄皮復合飲料[14-15]、馬蹄皮咀嚼片[16]等，而將馬蹄皮添加到餅干中的研究尚未有報道。基于此，本文將馬蹄皮添加到餅干中，馬蹄皮粉酥性餅干既拓寬了馬蹄皮的應用范圍，也豐富了餅干種類，同時通過探究馬蹄皮粉酥性餅干配方，為開發功能性餅干提供一定的數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料

低筋面粉：廣東東方面粉有限公司；食用植物調和油：益海嘉里食品營銷有限公司；馬蹄、食用鹽、小蘇打粉、白砂糖、雞蛋等：市售。

1.2 設備

J1000Y電子天平：常熟市雙杰測試儀器廠；FW100高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；YXE-6烤箱：廣東樂創電器有限公司；DHG-9140A電熱鼓風干燥箱：上海齊欣科學儀器有限公司；XMTD-204數顯恒溫水浴鍋：常州翔天實驗儀器廠；NS810分光測色儀：深圳市三恩馳科技有限公司；UV-1600PC紫外可見分光光度計：上海美譜達儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 馬蹄皮粉酥性餅干操作要點

1.3.2.1 馬蹄皮粉的制備

將馬蹄清洗干凈，削皮，將皮均勻擺在網架上，在70℃恒溫干燥箱中烘干后，用高速萬能粉碎機粉碎至粉末狀，過60目篩，去除顆粒大的部分，即得馬蹄皮粉。

1.3.2.2 面團調制

稱取面粉、馬蹄皮粉、小蘇打預先混合備用。調和油中加入糖粉和鹽進行乳化，乳化完全后倒入蛋液混勻。將混合好的面團進行揉搓至面團光滑、馬蹄皮粉顏色均勻，無結塊。將面團用保鮮膜覆蓋，靜置松弛10 min。

1.3.2.3 成型

稱取15 g的面團搓成圓球，再用大拇指壓制成直徑為3 cm，厚度為5 mm的圓餅胚，用力均勻，厚薄度一致，放入烤盤。

1.3.2.4 焙烤

溫度設置為上火170℃～180℃，下火130℃～140℃，時間21 min。

1.3.2.5 冷卻包裝

餅干焙烤完畢將其冷卻至25℃后裝袋，即得成品。

1.3.3 單因素試驗設計

以100 g低筋面粉為基準，基本配方為低筋面粉100 g、馬蹄皮粉 5 g、調和油 30 g、糖粉 35 g、全蛋液30 g、小蘇打2 g、食用鹽1.5 g。選用控制變量法，依次改變馬蹄皮粉（5、10、15、20、25 g）、糖粉（15、25、35、45、55 g）、調和油（10、20、30、40、50 g）3 個單因素的添加量，考察不同因素對餅干品質的影響，以此確定每個單因素的最佳添加量。

1.3.4 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，以馬蹄皮粉添加量、調和油添加量、糖粉添加量作為響應變量，以感官評分為響應值，利用Design Expert 8.0.6進行三因素三水平的Box-Behnken試驗，優化最佳條件，試驗的各因素水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗設計因素及水平編碼Table 1 Factor level of Box-Behnken test

1.3.5 感官評分

由9位專業人士進行感官評價，具體評價標準見表2。

表2 感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard

1.3.6 餅干色差測定

在餅干的眾多感官品質指標中，色澤是一個重要的影響因素，好的色澤往往能激起人們的食欲，而馬蹄皮粉自帶的褐色添加到餅干里，與未添加馬蹄皮粉的餅干形成鮮明的對比。本試驗以空白餅干（未添加馬蹄皮粉）的色差作為標準樣，采用分光測色儀對在最優配方下制作出的餅干進行色差測定。

1.3.7 理化指標、微生物和黃酮含量測定

本試驗根據GB 7100—2015《食品安全國家標準餅干》[17]中的要求，對馬蹄皮粉酥性餅干的酸價、過氧化值、菌落總數、大腸菌群、霉菌進行測定。

餅干中黃酮含量的測定參照SN/T 4592-2016《出口食品中總黃酮的測定》[18]進行，其中樣品需要先進行脫脂處理。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel2016進行處理數據和作圖，取3次平行試驗結果的平均值作為結果；采用Design-Expert8.0.6的Box-Behnken進行試驗數據分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 馬蹄皮粉添加量對餅干品質的影響

馬蹄皮粉添加量對餅干品質的影響見圖1。

圖1 馬蹄皮粉添加量對餅干品質的影響Fig.1 Effect of water chestnut peel powder addition on biscuit quality

由圖1可知，隨著馬蹄皮粉添加量增加，感官評分先升高后下降。當馬蹄皮粉添加量為5 g時，面團較軟，成品餅干的馬蹄焦香味不明顯，品質一般。當馬蹄皮粉添加量為10 g時，面團軟硬適中，餅胚易成型，烘烤出的餅干結構完整，散發出應有的馬蹄焦香味，此時評分最高。當添加量繼續增加時，面團開始變硬變散，不易成型，且成品顆粒感嚴重，影響感官評分，可能是由于馬蹄皮粉纖維含量較高，破壞了面團的筋力，降低面筋的彈性[19]。因此，選擇馬蹄皮粉添加量5、10、15 g進行響應面試驗。

2.1.2 糖粉添加量對餅干品質的影響

糖粉添加量對餅干品質的影響見圖2。

圖2 糖粉添加量對餅干品質的影響Fig.2 Effect of sugar powder addition on biscuit quality

糖在制作餅干的過程中不僅給餅干提供甜味，還可以發生美拉德與焦糖化反應，具有一定的增色作用[20]，但當其含量過高時，餅干邊緣和表面就容易出現焦糊現象。此外，糖還具有反水化作用，降低面筋的形成，調節面團彈性，使餅干更加酥脆[21]。由圖2可知，當糖粉添加量為15、25 g時，面團的延展性較差，面團彈性差，餅干質地偏硬，甜度不夠，口感較差。當糖粉添加量為45 g時，餅干感官評分達到最高，此時的餅干咸甜適中，酥松脆口，色澤均勻。當糖粉添加量為55 g時，餅干甜膩感過重，且顏色偏深。因此，選擇糖粉添加量35、45、55 g進行響應面試驗。

2.1.3 調和油添加量對餅干品質的影響

調和油添加量對餅干品質的影響見圖3。

圖3 調和油添加量對餅干品質的影響Fig.3 Effect of blended oil addition on biscuit quality

由圖3可知，隨著調和油添加量的增加，感官評分先上升后下降。當調和油添加量為10 g時，油與糖粉的乳化不完全，面團干硬，餅干酥松性一般，餅干表面不光滑無光澤，影響餅干的口感；當調和油添加量為30 g時，糖油乳化完全，面團的可塑性最好，成品口感最佳；但當油含量過高時，面團軟塌，表面光滑且出油現象嚴重導致可塑性差，不易成型。因此，選擇調和油添加量20、30、40 g進行響應面試驗。

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 響應面設計與試驗結果

利用Design Expert 8.0.6進行三因素三水平的Box-Behnken試驗，Box-Behnken試驗設計及結果見表3。

表3 Box-Behnken試驗設計及結果Table 3 Design and results of Box-Behnken experiments

通過對表3的試驗結果進行回歸擬合，得到A（馬蹄皮粉添加量）、B（糖粉添加量）、C（調和油添加量）3個因素與Y（感官評分）之間的回歸方程，多元二次回歸模型方程為Y=86.14+1.38A-0.69B+1.21C-0.86AB-0.27AC+0.43BC-4.85A2-4.43B2-0.86C2。

2.2.2 顯著性檢驗及方差分析

回歸模型的方差分析見表4。

表4 回歸模型的方差分析Table 4 Regression model analysis of variance

由表4可知，模型P=0.001 0＜0.01，說明模型極顯著。決定系數R2=0.948 8，說明感官評價值變異中有94.88%是由變量引起，校正后決定系數R2adj=0.883 1，失擬項不顯著P=0.220 7＞0.05，表明模型方程擬合度較好，可對馬蹄皮粉酥性餅干配方進行預測。由F值大小可知，3個因素的顯著性影響大小依次為馬蹄皮粉添加量＞調和油添加量＞糖粉添加量；而3個因素交互項的P＞0.05，說明3個因素之間相互影響不顯著。

2.2.3 雙因素的交互作用分析

以Y感官評分為指標，對A馬蹄皮粉添加量、B調和油添加量、C糖粉添加量3個因素進行交互作用分析，結果見圖4～圖6。

圖4 馬蹄皮粉添加量與糖粉添加量的交互作用Fig.4 The interaction between the amount of water chestnut peel powder and sugar powder

圖5 馬蹄皮粉添加量與調和油添加量的交互作用Fig.5 The interaction between the amount of water chestnut peel powder and blended oil

圖6 糖粉添加量與調和油添加量的交互作用Fig.6 The interaction between the amount of sugar powder and blended oil

由圖4～圖6可知，所有的響應面圖都是曲面，開口朝下，說明響應值存在極值[22]。等高線越趨近于橢圓，則表示交互作用越強，越趨近于圓，表示交互作用越弱[23]。圖中響應面值坡面均較緩，各因素相互作用的等高線并沒有呈現明顯的橢圓，說明馬蹄皮粉添加量、調和油添加量、糖粉添加量直接的交互作用對感官評分的影響均不顯著，這與方差分析的結果一致。

2.2.4 驗證試驗

通過Design Expert 8.0.6軟件進行配方的優化組合，得到馬蹄皮粉酥性餅干的最佳配方為馬蹄皮粉添加量10.65 g、糖粉添加量44.42 g、調和油添加量36.69 g，此條件下馬蹄皮粉酥性餅干的理論感官評分為86.66。考慮到實際操作的方便，將預測最優配方調整為馬蹄皮粉添加量10.60 g、糖粉添加量44.40 g、調和油添加量36.70 g，在此條件進行3次驗證試驗，得到馬蹄皮粉酥性餅干的感官評分平均值為86.88，與理論值非常接近，證明采用響應面優化馬蹄皮粉酥性餅干的回歸方程擬合良好，獲得的優化工藝參數準確可靠。

2.3 色差測量結果分析

通過分光測光儀進行檢測，分別以L*、a*、b*表示餅干的明暗度、紅綠色和黃藍色，當L*值越大，餅干的色澤越亮，反之越暗；當a*的數值越大，偏向紅色，反之偏向綠色；當b*的數值越大，偏向黃色，反之偏向藍色[24]。馬蹄皮粉酥性餅干與空白酥性餅干色差對照見表5。

表5 馬蹄皮粉酥性餅干與空白酥性餅干色差對照Table 5 Comparison of color difference between water chestnut peel powder crisp biscuit and blank crisp biscuit

由表5可知，馬蹄皮粉酥性餅干與空白對照餅干的總色差值ΔE*為17.24，說明添加了馬蹄皮粉的餅干與原味餅干在色澤上存在明顯差異。

2.4 理化指標、微生物、黃酮含量測定結果

馬蹄皮粉酥性餅干水分含量為3.54%、酸價為0.56 mg/g、過氧化值為0.013 g/100 g、菌落總數為28CFU/g、霉菌為2CFU/g，大腸桿菌未檢出，均符合國家標準。馬蹄皮粉酥性餅干黃酮含量為0.17 g/100 g，馬蹄皮粉的添加在一定程度上增加了餅干中黃酮的含量。

3 結論

本文通過單因素試驗和響應面試驗，獲得馬蹄皮粉酥性餅干最佳配方為低筋面粉100 g、馬蹄皮粉添加量10.60 g、糖粉添加量44.40 g、調和油添加量36.70 g、全蛋液30 g、小蘇打2 g、食用鹽1.5 g。在此配方下制作出來的餅干口感酥脆、結構完整、色澤均勻，本試驗所檢測的理化指標和微生物指標符合國家標準，為功能性餅干的進一步研究提供參考依據。