基于模糊數學感官和響應面法研制豆渣麻花及品質分析

劉 趙，顧佳麗，錢 程，施林懿，曹仲文

（揚州大學旅游烹飪學院，江蘇 揚州 225127）

大豆又稱黃豆，為蝶形花科一年生草本植物。據文獻記錄和考古資料，中國先民在五千多年前已經開始栽培大豆，是世界上最早種植大豆的國家[1]。據資料顯示，2018年我國食品行業大豆用量為1260t[2]。如果按每加工1 kg大豆產生2 kg濕豆渣計算，目前我國每年的濕豆渣產量在2500萬噸以上。由于其水分含量高、易腐爛、口感粗糙等問題，目前主要作為肥料或者飼料使用，還有一部分被直接丟棄造成了巨大的經濟損失和嚴重的環境污染[3]。研究表明，豆渣富含膳食纖維（約占干基的60.25%左右）、蛋白質（約占干基的18.18%）等營養成分和大豆異黃酮、大豆皂苷等功能性成分，有促進排便預防結腸癌、降低血漿中膽固醇含量、控制心血管病以及減肥的功效[4?7]。將豆渣應用到食品中不僅能提高產品的營養價值，還能降低“富貴病”的發病風險[8]。

麻花是中國傳統油炸面食小吃之一，外形呈鉸鏈形, 又稱“鉸鏈棒”。其外形獨特，色澤金黃，口感香脆，有甜、咸兩種口味，深受廣大人民喜愛[9]。發展至今，麻花的種類已十分繁多，但是普遍具有脂肪含量高而蛋白質和膳食纖維含量相對較少的特點，與現今所提倡的低脂、高膳食纖維的健康飲食理念不符。目前，國內外已有不少研究者利用豆渣開發出具有營養保健功能的食品。如：Lee等[10]用處理后的豆渣粉代替部分面粉制作出的餅干具有更高的膳食纖維含量和抗氧化成分且餅干的血糖生成指數明顯降低；Voss等[11]利用豆渣開發出的新型保健飲料可有效預防便秘的發生；張雅娜等[12]、田俊等[13]、崔少寧等[14]研制出了豆渣蛋糕、豆渣桃酥、豆渣丸子等富含膳食纖維的豆渣新產品。

然而，以豆渣為主要原料進行麻花的研究還未見報道。因此，本文在傳統麻花的制作基礎上通過模糊數學感官評價法和響應面優化法進行豆渣麻花的研制，并對豆渣麻花的營養成分、質構、色澤等品質進行測定與分析。以期為豆渣產品的開發和豆渣的高值利用提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

濕豆渣 揚州大學揚子津東區餐廳；蔗糖、中筋粉、葵花子調和油、無鋁雙效泡打粉、雞蛋等 天貓超市購買；糯米小麻花、椒鹽小麻花、十八街麻花、陳昌銀麻花、蔥油咸味麻花 京東超市；鹽酸、硫酸、石油醚、無水乙醚、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、甲基紅、溴甲酚綠、亞甲基藍、氫氧化鈉、乙醇、丙酮、重鉻酸鉀、三羥甲基甲烷、2-（N-嗎啉代）乙烷磺酸、冰乙酸 分析純，國藥集團化學試劑有限公司；α-淀粉酶(2000 U/g)、蛋白酶(200 U/mg)、淀粉葡萄糖苷酶液(10萬U/mL) 上海麥克林生化科技有限公司；

歐式102V恒溫油炸爐 道升有限公司；DHG-9240型恒溫鼓風干燥機、生化培養箱 上海精宏實驗設備有限公司；RHP-600高速多功能粉碎機 浙江榮浩工貿有限公司；TMS-Pro物性測定儀 美國FTC公司；BS210S電子天平 北京賽多斯儀器系統有限公司；NH310高品質便攜式電腦色差儀 深圳市三恩時科技有限公司；YXQ-50G高壓滅菌鍋 上海楚工實業有限公司；SE-A6全自動脂肪測定儀

濟南阿爾瓦儀器有限公司；KDN-20C消化爐、KDN-1000自動凱氏定氮儀 上海昕瑞儀器儀表有限公司；HH-4A恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；TNX 1200-20馬弗爐 上海北向實業有限公司；HD-3A型智能水分活度測量儀 無錫市華科儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 豆渣粉制作工藝 挑選無霉變、無雜質、無不良氣味的新鮮大豆渣均勻的鋪放于托盤內（厚度應在0.3 cm以下），在70 ℃的恒溫鼓風干燥箱中烘干。冷卻至室溫后置于高速粉碎機（2500 r/min）粉碎成粉末，再經40目鋼篩篩去徑粒過大的豆渣顆粒。

1.2.2 麻花制作工藝 取中筋粉、豆渣粉、泡打粉、植物油，按配方精準稱重后揉擦均勻。再將稱好的雞蛋液和與蔗糖混合液攪打至蔗糖完全融化為止。最后，將雞蛋混合液少量多次的加入揉擦好的混合粉中，揉成均勻光滑的面團蓋上保鮮膜醒發50 min，以確保豆渣粉和面粉充分吸水形成質地均勻的面團。將醒發好的面團搟成1 cm厚10 cm寬的長方形，再改刀切成重9 g左右的面坯，面坯揉搓成直徑0.3 cm長度60 cm的長條，長條上勁自然纏繞成繩子狀收口刷油后即成生坯。待恒溫油炸爐的油溫達到160 ℃時將生坯放入，炸制5 min色呈金黃色后撈出，冷卻至室溫。

1.2.3 單因素實驗 經預實驗后選定對豆渣麻花品質影響較大的三個因素進行單因素實驗，即蔗糖、植物油和豆渣粉。

1.2.3.1 蔗糖添加量優選 中筋粉90 g、豆渣粉10 g、泡打粉1.2 g、植物油6 g（8%）、全蛋液44 g為基礎配方，研究質量分數為18%、21%、24%、27%、30%的蔗糖添加量（以中筋粉和豆渣粉的總質量100 g計）對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響。

1.2.3.2 植物油添加量優選 以中筋粉90 g、豆渣粉10 g、泡打粉1.2 g、蔗糖20 g、全蛋液44 g為基礎配方，研究質量分數為4%、6%、8%、10%、12%的植物油添加量（以中筋粉和豆渣粉的總質量100 g計）對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響。

1.2.3.3 豆渣粉添加量優選 以中筋粉和豆渣粉總質量為100 g、泡打粉1.2 g、植物油6 g、蔗糖20 g、全蛋液44 g為基礎配方，研究7.5%、10.0%、12.5%、15.0%、17.5%的豆渣添加量（豆渣粉在復合粉（中筋粉加豆渣粉）中的占比）對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響。

1.2.4 響應面優化試驗 在單因素實驗的基礎上，使用Box-Behnken 試驗設計，以蔗糖添加量（A）、植物油添加量（B）、豆渣粉添加量（C）為自變量，豆渣麻花的模糊感官綜合評分為響應值（Y），用?1、0、1分別表示上述各變量的變化水平，采用軟件 Design Expert V13建立3因素3水平的試驗。設計因素和水平編碼見表1。

表1 Box-Behnken 試驗因素與水平編碼Table 1 Factors and coded levels of Box-Behnken design

1.2.5 感官評定 參考呂新河[15]的方法并稍作修改，感官評價組成員由10名學習過食品感官評價課程的學生組成，男女各5名。模糊數學感官評價標準參考張芝[16]和李小月等[17]稍作修改，從口感及質地、色澤及形態、氣味與甜度以及可接受度四個方面對豆渣麻花進行評分，具體見表2。

表2 模糊數學感官評價標準Table 2 Fuzzy mathematical sensory evaluation standard

1.2.6 模糊數學模型的建立 參考楊雪欣等[18]的方法稍作修改，評定因素集的確立：影響麻花品質的因素集U={口感及質地u1，色澤及形態u2，氣味與甜度u3，可接受度u4}；評語集的確定：評語集V={很好v1，較好v2，一般v3，較差v4，差v5}，以100分為滿分、81～100分為很好、61～80分較好、41～60分為一般、21～40分較差、0～20分為差。

權重集的確定：由10位感官評定員對麻花的口感及質地、色澤及形態、氣味與甜度、可接受度4個方面在整體感官評價中的重要程度進行評分，每個感官因素滿分為10分，各感官因素的權重比等于各感官因素總得分除以總分100分；

模糊綜合評價集：根據模糊變換原理Y=R*A，其中，R為權重集、A為模糊矩陣。

1.2.7 營養指標的測定 蛋白質含量的測定參考GB 5009.05-2016《食品中蛋白質的測定》[19]，采用全自動凱氏定氮儀；脂肪含量的測定參考GB 5009.6-2016《食品中脂肪的測定》[20]，采用全自動脂肪測定儀；膳食纖維的測定參考GB 5009.88-2014《食品中膳食纖維的測定》[21]。

1.2.8 理化指標的測定 水分含量和水分活度的測定參考GB 5009.3-2016《食品中水分的測定》[22]，使用智能型水分活度儀測定水分活度；灰分含量的測定參考GB 5009.4-2016《食品中灰分的測定》[23]。

1.2.9 色澤的測定 參考朱文政等[24]的方法稍作修改，普通麻花和豆渣麻花各隨機挑選3根，分別在麻花表面的不同部位進行測定5次，結果取其平均值。每換一個樣品色差儀需經標準白板校正，測定時色差儀的測試孔垂直于樣品表面且與樣品表面緊貼。

1.2.10 質構測定 參考Yang等[25]的方法稍作修改，隨機挑選3根完整的豆渣麻花，每根取直徑0.5 cm長1 cm的圓柱狀單股，在ATP模式下使用TA4/100探頭，觸發力1 N，測試速度30 mm/min，返回速度30 mm/min，壓縮形變量30%的條件下進行測定，測定結果取其平均值。

1.2.11 微生物指標的測定 菌落總數的測定參考GB 4789.2-2016《食品微生物學檢驗菌落總數測定》[26]；大腸菌群的測定參考GB 4789.3-2016《食品微生物學檢驗大腸菌群計數》[27]；沙門氏菌的測定參考GB 4789.4-2016《食品微生物學檢驗沙門氏菌檢驗》[28]。金黃色葡萄球菌的測定參考GB 4789.10-2016《食品微生物學檢驗金黃色葡萄球菌檢驗》[29]。

1.3 數據處理

使用Excel、Origin2018進行數據處理和折線圖的制作，利用Design Expert 13進行響應面分析。數據用平均值±標準差表示。

2 結果和分析

2.1 權重集結果

10位感官評定員對麻花的口感及質地、色澤及形態、氣味與甜度、可接受度4個方面在整體感官評價中重要程度的評分結果見表3。從表3可知，不同的感官因素在整體感官評價中的重要程度有很大差異，口感及質地>色澤及形態>氣味與甜度>可接受度，故權重集R={口感及質地，色澤及形態，氣味與甜度，可接受度}=（0.41，0.25，0.215，0.125）。

表3 麻花感官質量因素的權重分布情況Table 3 The weight distribution of fried dough twist sensory quality factors

2.2 單因素實驗結果

2.2.1 蔗糖添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響 蔗糖是面點中不可或缺的輔料之一，主要起到三個作用：一是改進成品組織狀態使成品酥脆；二是增加甜味；三是在加熱過程中糖自身會發生的焦糖化反應使成品呈現出誘人的色澤[30]。從圖1可以看出，蔗糖添加量為18%時，麻花的甜度偏淡，口感發硬。蔗糖添加量為30%時，麻花甜度過高，成品發軟發黑。當蔗糖添加量為24%時，成品甜度適宜、色澤金黃、口感酥脆，麻花的模糊感官綜合評分最高，因此選擇24%作為蔗糖的最佳添加量。

圖1 蔗糖添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響Fig.1 The effect of sucrose addition on fuzzy sensory comprehensive score of okara fried dough twist

2.2.2 植物油添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響 油脂具有良好的疏水性和乳化性，可減少面團中面筋網絡的形成，是賦予麻花酥松度的重要因素之一[31]。從圖2可以看出隨著植物油添加量的增加，麻花的模糊感官綜合評分呈先上升后下降的趨勢。當植物油添加量達到8%時，麻花吃口酥脆、外表金黃油潤、香氣濃郁，麻花的模糊感官評分達到最高值。當植物油添加量小于6%時不足以阻隔面筋網絡的生成，成品酥性不夠，表面無光澤。而當植物油添加量大于10%時面團中有足夠的油脂在淀粉和面筋蛋白間形成隔膜[32]，阻礙兩者相結合使麻花質地偏酥軟，吃后略感發膩。因此，選擇植物油添加量為8%。

圖2 植物油添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響Fig.2 The effect of vegetable oil addition on fuzzy sensory comprehensive score of okara fried dough twist

2.2.3 豆渣粉添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響 豆渣富含膳食纖維和蛋白質，添加量的多少直接關系著麻花的最終品質。從圖3可以看出隨著豆渣粉添加量的增加模糊感官綜合評分先升高后下降。添加量為12.5%時，麻花豆香味四溢、成品色澤佳、口感酥脆，此時豆渣麻花的模糊感官綜合評分達到最高值。當豆渣粉繼續增加時，麻花的硬度隨之升高，顏色加深，粗糙的口感也愈發明顯。硬度增加是麻花中膳食纖維比重增大的緣故[33]，同時，豆渣中含有豐富的氨基酸和蛋白質在高溫條件下與糖類發生美拉德反應生成大量擬黑素使成品顏色變暗[34]。因此，豆渣粉的添加量應選擇12.5%為宜。

圖3 豆渣粉添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響Fig.3 The effect of soybean dregs powder addition on fuzzy sensory comprehensive score of okara fried dough twist

2.3 響應面優化實驗

2.3.1 模糊感官矩陣的建立和模糊關系綜合評價集的計算結果 依照試驗設計讓10位擁有專業背景的感官評定員對響應面優化試驗的17組實驗成品進行感官評價，然后統計評價結果獲得各實驗組的模糊感官矩陣A，再通過模糊原理變換公式：Y=R×A計算得到模糊關系綜合評價集。以響應面優化試驗的第1組為例，感官評定果見表4。

由表4可知，有1位感官評定員認為實驗組1的豆渣麻花口感及質地一般，5位認為較好，4人認為很好，無較差和差評價。將實驗組1各個感官因素不同等級的票數除以總人數，即為實驗組的模糊感官矩陣A1。

表4 實驗組 1 的感官評定結果Table 4 Sensory evaluation results of experimental group 1

根據模糊原理變換公式：Y=R×A，可計算出實驗組1的模糊關系綜合評價集為：

同理，可知實驗組2～17的模糊關系綜合評價集。

2.3.2 響應面優化試驗結果 感官評價一共分為5個等級：很好、較好、一般、較差、差，分別對應：100分、80分、60分、40分、20分。模糊感官綜合評分等于模糊關系綜合評價集乘以對應的各等級分值，然后相加即為模糊感官綜合評分。由此，可知實驗組1的模糊感官綜合評分是77.49分，其余組的模糊感官綜合評分同理可得，具體見表5。

表5 響應面試驗設計方案及結果Table 5 Design and results of response surface analysis

2.3.3 模型的建立及顯著性分析 將表5的實驗數據通過Design-Expert 13.0的Box-Behnken進行多元回歸擬合，得到以模糊感官綜合評分Y與蔗糖添加量A、植物油添加量B、豆渣粉添加量C的二元多次回歸模型，即Y=92.27?1.16A?1.36B?2.11C+2.39AB+1.15AC+3.68BC?6.42A2?5.18B2?4.88C2。

從表6回歸模型方差分析結果可以看出，F值為48.72，P值<0.0001，表明該模型具有極顯著性。而失擬項不顯著（F=0.8535，P=0.5332），說明該回歸方程對實驗數據擬合度較好，能用于豆渣麻花配方的工藝優化。模型相關系數R2=0.9843，表明豆渣麻花模糊感官綜合評分的變化有98.43%來源于蔗糖、植物油和豆渣粉的添加量，說明蔗糖、植物油、豆渣粉對模糊感官綜合評分有顯著影響。由模型回歸方程系數的顯著性表明3個因素對豆渣麻花模糊感官綜合評分影響的重要程度為C>B>A，即豆渣粉添加量>植物油添加量>蔗糖添加量，其中蔗糖添加量、植物油的添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響顯著（P<0.05），豆渣粉添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響極其顯著（P<0.01），交互項AC對麻花模糊感官綜合評分的影響不顯著（P>0.05），交互項AB、BC以及二次項A2、B2、C2對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響均極顯著（P<0.01）。

表6 回歸模型方差分析結果Table 6 Analysis of variance results of regression model

2.3.4 響應面交互作用分析 響應曲面彎曲的程度和等高線的形狀能反映出各因素不同的添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響，曲面彎曲的幅度越大說明影響越顯著，等高線圖如呈橢圓形表明兩因素之間交互作用明顯，呈圓形則表明兩因素間交互作用不明顯[35]。

由圖4可知，當豆渣粉添加量固定不變時，隨著蔗糖和植物油添加量的增多，豆渣麻花的模糊感官綜合評分呈現先上升后下降的趨勢，其中植物油添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分影響稍大一些。響應曲面呈凸起狀且投射的等高線為橢圓形，表明蔗糖添加量和植物油添加量兩者交互作用明顯且有極大值。

圖4 蔗糖和植物油添加量交互對豆渣麻花模糊感官綜合評分影響的響應面與等高線Fig.4 Response surface and contour lines of the interaction of sucrose and vegetable oil addition on the fuzzy sensory comprehensive score of okara fried dough twist

由圖5可知，當植物油添加量固定時，隨著蔗糖和豆渣粉添加量的增多，豆渣麻花的模糊感官綜合評分呈現先增加后下降的趨勢，其中豆渣粉添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響較大，相應的等高線趨于圓形，表明兩者交互作用不顯著。

圖5 蔗糖和豆渣粉添加量交互對豆渣麻花模糊感官綜合評分影響的響應面與等高線Fig.5 Response surface and contour lines of the interaction of sucrose and soybean dregs powder addition on the fuzzy sensory comprehensive score of okara fried dough twist

由圖6可知，在蔗糖添加量不變時，隨著植物油和豆渣粉添加量的增多，豆渣麻花模糊感官綜合評分呈先升高后降低的趨勢。響應面呈突狀且下方的等高線呈橢圓形，說明植物油和豆渣粉添加量對豆渣麻花模糊感官綜合評分的影響較強，交互作用顯著。

圖6 植物油和豆渣粉添加量交互對豆渣麻花模糊感官綜合評分影響的響應面與等高線Fig.6 Response surface and contour lines of the interaction of vegetable oil and soybean dreg powder addition on the fuzzy sensory comprehensive score of okara fried dough twist

2.3.5 最優工藝配方確定及驗證實驗 利用Design-Expert 13中的“Optimization”模塊，以豆渣粉添加量和模糊感官綜合評分最大為目標，得到豆渣麻花的最優配方：蔗糖23.923%、植物油8.137%、豆渣粉13.952%，模糊感官綜合評分預測為89.428分。

為了生產實踐的便利性，將豆渣麻花的最優配方修改為蔗糖24%、植物油8%、豆渣粉添加量14%、泡打粉1.2%、全蛋液44%，并進行3組平行實驗進行驗證，取其平均值得到豆渣麻花的模糊感官綜合評分為（89.73±0.35）分，與模型預測值接近，說明該模型具有較高的可靠性和實用價值。

2.4 指標測定結果

2.4.1 麻花營養指標的測定 如表7所示，通過調查市場上所出售的5個不同品牌的麻花產品發現，其蛋白質含量在（6.8±1.3）g/100 g、脂肪含量在（33.2±5.3）g/100 g、膳食纖維含量在（0.39±0.03）g/100 g左右，而按照最佳工藝配方制作的豆渣麻花，其蛋白質含量約為市售麻花的1.8倍，膳食纖維含量約為市售麻花的11倍，脂肪含量較市售麻花降低了23%，因此所開發的豆渣麻花具有較高的營養價值和保健功能。

表7 麻花中營養指標測定結果Table 7 Determination results of nutritional indicators of fried dough twists

2.4.2 豆渣麻花理化指標的測定 理化指標可客觀的反映出產品品質的好壞，因此選取水分、水分活度、灰分、色差、質構5個指標對其進行測定，結果見表8、表9、表10。

表8 豆渣麻花中水分、水分活度和灰分含量測定結果Table 8 Determination results of moisture, water activity and ash content of okara fried dough twist

表9 豆渣麻花色差測定結果Table 9 Determination result of color difference of okara fried dough twist

表10 豆渣麻花的質構測定結果Table 10 Determination results of texture of okara fried dough twist

從表8可以看出豆渣麻花符合地方標準DBS50/012-2014《麻花》[36]中關于水分含量的要求。

由表9可知，由于豆渣粉中的蛋白質含量約為中筋粉的2倍[37?38]，因此，同樣的成熟條件下豆渣粉產生的美拉德反應和焦糖化反應相對中筋粉更加強烈，所以豆渣麻花的色澤較對照樣品（即最優配方中的豆渣粉換成中筋粉其余不變）顯稍暗、微紅，與Gallagher等[39]和O’Brien等[40]的研究結論一致。即：在相同的成熟條件下蛋白質含量與L*值呈負相關。

由表10的硬度、破裂力、咀嚼性的數據對比可知，豆渣麻花與對照樣品相比更加酥脆，說明添加適量的豆渣不僅不會損害麻花的口感還能提高麻花的酥脆性。

2.4.3 豆渣麻花的微生物指標測定 由表11可知，豆渣麻花的微生物指標符合地方標準DBS50/012-2014《麻花》[36]中關于菌落總數、大腸菌群和霉菌的要求以及GB 29921-2013《食品中致病菌限量》[41]中對于熟制糧食制品（含焙烤類）關于沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的限量標準。

表11 豆渣麻花的微生物指標測定結果Table 11 Determination results of microbial indicators of okara fried dough twist

3 結論

本文基于傳統麻花制作工藝和現代化烹飪技術，進行豆渣麻花的研制。以模糊感官綜合評分為響應值，通過單因素實驗和響應面優化試驗對影響豆渣麻花感官品質的蔗糖、植物油、豆渣粉三個因素進行優化，得到豆渣麻花的最佳配方為：豆渣粉14%、蔗糖添加量24%、植物油添加量8%、泡打粉添加量1.2%、全蛋液添加量44%（以中筋粉和豆渣粉總質量100 g計），使用此配方制成的麻花色香味形質俱佳且營養豐富。

此外，研究證明了添加適量豆渣不僅能提高麻花中蛋白質和膳食纖維的含量，而且能使麻花更加酥脆，然而其提升麻花酥脆度的機制尚不清楚。接下來將探究不同的豆渣添加量對麻花面團性質及成品質構的影響，進而為豆渣麻花的大規模生產提供依據。