響應面法優化荔浦芋頭餅干工藝的研究

梁詩惠 ，馮鈺敏 ， 劉巧瑜 ，3，陳海光 ，李玉坤 ，吳俊師 ，黎俊佚

（1. 仲愷農業工程學院輕工食品學院，廣東 廣州 510225；2. 現代農業工程創新研究院，廣東 廣州 510225；3. 廣東省粵西傳統焙烤食品工程技術研究中心，廣東 廣州 510205）

荔浦芋頭是檳榔芋的著名品種，主要產于廣西荔浦市，現已成為國家地理標志保護農產品[1]。荔浦芋個頭大，肉質松軟細膩，淀粉含量高，具有特殊的風味[2]。芋頭作為“第七營養素”，對人體的生理功能有重要作用[3]。荔浦芋頭富含淀粉、維生素、無機鹽等營養物質，具有健脾消食、降壓降脂、增強免疫力等功效[4]。荔浦芋頭含水量高不耐儲存，在貯藏過程中容易發生腐敗變質，造成資源浪費和損失，故荔浦芋頭大多都是鮮食做菜，市面上關于芋頭的加工食品相對較少，加工產品僅限于荔浦芋糕、荔浦芋罐頭、荔浦芋酥等傳統食品[5]。

餅干多以小麥粉為主要原料，加入糖、油脂等輔料烘烤而成。由于健康的需求日益增多，低糖、低油脂、高纖維素等功能性產品也備受青睞。采用響應面法對普通餅干配方進行優化，用含有豐富營養物質的荔浦芋頭代替部分小麥粉，開發出一款可以彌補普通餅干中缺乏膳食纖維、礦物質的缺點的功能性餅干，同時賦予餅干特殊風味與口感，為芋頭食品類的研究與開發提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

荔浦芋頭，鐘落潭菜市場市售；低筋面粉，新鄉市新良糧油加工有限責任公司提供；玉米油，秦皇島金海食品工業有限公司提供；白砂糖，廣東中輕糖業集團提供；泡打粉，河南奧尼斯特食品有限公司提供。

RE-52AA 型旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠產品；KAO-1208 型烤箱，深圳市康佳智能電器科技有限公司產品；MAX-A 型電子天平，深圳市無限量衡器有限公司產品；YY130 型電動打蛋器，佛山市順德區遠穎電器有限公司產品。

1.2 芋頭餅干工藝流程

芋頭去皮→上鍋蒸煮→按壓成泥→玉米油、雞蛋與白砂糖打發→加入芋頭泥、泡打粉攪拌混勻→加入低筋面粉→揉團→冷凍→搟薄至3～5 mm→整形→烤箱預熱180 ℃→焙烤6 min→冷卻→成品。

1.3 試驗設計

餅干基本工藝：芋頭添加量20%（以低筋面粉100%為基準，下同），玉米油添加量15%，白砂糖添加量15%，泡打粉添加量0.8%，烤箱上下管溫度180 ℃，烘烤時間6 min，餅干厚度3～5 mm。

1.3.1 單因素試驗設計

固定其中3 個添加量，分別考查芋頭添加量（15%，20%，25%，30%，35%）、玉米油添加量（5%，10%，15%，20%，25%）、白砂糖添加量（5%，10%，15%，20%，25%） 和泡打粉添加量（0.3%，0.8%，1.3%，1.8%，2.3%） 對芋頭餅干感官品質的影響。

1.3.2 Box- benhnken 試驗設計

在單因素的基礎上選出對芋頭餅干品質影響較大的4 個因素為自變量，感官評分為響應值，設計響應面試驗。

響應面試驗因素與水平設計見表1[6]。

表1 響應面試驗因素與水平設計/%

1.4 芋頭餅干的品質指標的測定

1.4.1 芋頭餅干感官評定標準

參考GB 7100—2015《食品安全國家標準餅干》，對芋頭餅干的評分進行優化[7-8]，選取10 位感官評定人員進行評分，最后結果取平均值。

芋頭餅干感官評價標準見表2。

表2 芋頭餅干感官評價標準

1.4.2 餅干理化檢測

酸價的測定方法：參照GB 5009.229—2016《食品安全國家標準食品中酸價的測定》，過氧化值的測定方法：參照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準食品中過氧化值的測定》。

1.5 數據分析

試驗數據均采用平均值±標準偏差表示，運用Origin（pro） 8.0 進行數據處理并繪制圖表，Design Expert 11 進行響應面分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 芋頭添加量對感官評分的影響

芋頭添加量對感官評分的影響見圖1。

圖1 芋頭添加量對感官評分的影響

由圖1 可知，感官評分的總趨勢為先增后降。適量添加芋頭，餅干的風味和口感會有所增加。芋頭添加量為15%時，芋頭香味較淡，口感偏干硬；芋頭添加量為25%時，芋頭餅干軟硬適中，餅干外形完整不易松散且芋頭味濃郁；芋頭添加量超過25%時，芋頭香味更加濃郁，但由于芋頭添加量過大，面團的黏性增大，面團不易成型，餅干偏軟易碎，口感濕軟[9]。

2.1.2 玉米油添加量對感官評分的影響

玉米油添加量對感官評分的影響見圖2。

圖2 玉米油添加量對感官評分的影響

玉米油在餅干中起著增加口感、改善結構、增加面團體積和延長保質期的作用，餅干中的油脂還可以促進面團形成面筋，使得面團膨大，增加酥松感，使得面團更加潤滑[10]。隨著玉米油添加量增多，餅干的口感逐漸從干硬變得酥脆。由圖2 可知，20%玉米油添加量可以使芋頭餅干變得酥脆，保持外觀形狀完整。玉米油添加量為25%時，餅干口感十分酥脆，但面團中的面筋不易黏合，面團黏性變低，餅干表面有裂痕且易碎，成型性很差，不便于餅干包裝保存與運輸[11]。并且芋頭餅干吃起來略顯油膩，嚴重影響感官評分。

2.1.3 白砂糖添加量對感官評分的影響

白砂糖添加量對感官評分的影響見圖3。

圖3 白砂糖添加量對感官評分的影響

白砂糖的反水化作用可以防止面筋形成，增加酥松口感；在高溫的烘烤下會形成微晶體并發生美拉德反應，改善餅干的色、香、味、形等[12-13]。由圖3 可知，5%的白砂糖添加量太低，基本無焦糖化反應，餅干偏白、偏硬且甜味較淡；當白砂糖添加量為15%時，餅干呈微微金黃色，色澤誘人且甜度適中；白砂糖添加量達到25%時，焦糖化反應過度，餅干呈焦黑色或深棕色，且口味過于甜膩。

2.1.4 泡打粉添加量對感官評分的影響

泡打粉添加量對感官評分的影響見圖4。

圖4 泡打粉添加量對感官評分的影響

泡打粉在餅干中起著膨化作用，泡打粉受熱產生氣體，可以使得成品體積膨脹，使餅干產生酥脆的口感[14]。由圖4 可知，泡打粉添加量為0.3%時，芋頭餅干內部組織緊密，膨松性較差，口感偏硬；泡打粉添加量0.8%時，餅干較酥松，口感較好。碳酸氫鈉在高溫下分解產生的氣體太多，導致餅干內部結構氣孔很大，表面容易起裂紋以及破碎，餅干吃起來松而不脆，餅干表面和邊沿較容易起殼[15]。因此，泡打粉添加量超過1.3%時，添加量越大，苦異味越重，堿味越明顯，嚴重影響芋頭餅干的感官評分。

2.2 響應面試驗結果分析

2.2.1 響應面試驗設計方案及結果

響應面試驗設計以芋頭添加量（A）、玉米油添加量（B）、白砂糖添加量（C）、泡打粉添加量（D）為自變量，感官評分（Y） 為響應值[16]。

響應面試驗設計與結果見表3。

表3 響應面試驗設計與結果

表3 的數據通過響應面軟件分析，可以得出各試驗因素對感官評分可用如下函數表示：

2.2.2 響應面的方差分析及回歸模型

回歸模型方差分析見表4。

由表4 可知，以感官評分Y 為響應值時，該模型具有極顯著性（p＜0.000 1），失擬項差異不顯著（p 值為 0.945 2＞0.050），R2和 R2adj可以預測餅干的感官評分，該數據可以說明模型與實際試驗吻合度高[17]。表中的 A，B，D 影響極顯著 （p＜0.01），交互項中BD 極為顯著，二次項中A2，B2，D2影響顯著。根據F 值大小可以判斷各因素對感官評價的影響強弱，4 個影響因素中C（白砂糖添加量） 對感官評分的影響最弱，最強的則是A（芋頭添加量）。

表4 回歸模型方差分析

2.2.3 響應曲面分析

各因素的交互作用的響應曲面圖和等高線見圖5。

由圖5 可知，響應曲面坡度變化和等高線能反映因素的交互作用，空間曲面圖的凸起越陡峭，說明各因素對感官評分影響越顯著[18-20]。響應面凸起，開口朝下的曲面，說明感官評分分值Y 存在極值，該值為響應面最高點[21]。因素間的兩兩交互作用是否顯著可以通過等高線圖判斷。形狀呈橢圓形則表示交互作用顯著，若形狀偏圓形或無限接近圓形又或者呈其他形狀，則表示2 個因素之間交互作用不明顯[22-23]。圖5（a） 的響應曲面的坡度較平緩，等高線圖偏圓形，說明芋頭添加量和玉米油添加量的交互作用不顯著。圖5（b） 芋頭添加量和泡打粉添加量交互作用顯著。圖5（c） 中玉米油添加量和泡打粉添加量的響應曲面坡度較陡，等高線圖呈明顯的橢圓形，相比其他各組玉米油添加量和泡打粉添加量的交互作用更為顯著。

圖5 各因素的交互作用的響應曲面圖和等高線圖

2.2.4 驗證性試驗

根據響應面分析預測得出的最佳配方制作芋頭餅干為芋頭添加量28.1%，玉米油添加量22.6%，白砂糖添加量22.3%，泡打粉添加量1.3%，3 組驗證試驗的感官評分平均值為86.9 分，預測值則是87.11 分。實際試驗值與預測值吻合度達100.24%，說明響應面法可信。

2.3 產品特性

2.3.1 感官特性

芋頭餅干外形完整，厚薄均勻，表面不起泡，略微泛淡紫色，餅干無過焦過白，斷面結構有層次，口感酥脆，具有濃郁的芋頭香氣，也有一股淡淡的雞蛋香氣，甜味適中，不會覺得油膩或過于干硬。

2.3.2 理化指標

根據國家標準GB 7100—2015 餅干關于過氧化值及酸價的規定，測得芋頭餅干的過氧化值1.18 mg KOH/g，酸價0.18 mg KOH/g，均在規定范圍之內，符合標準。

3 結論

以荔浦芋頭、低筋面粉、玉米油為主要原料制作芋頭餅干，芋頭添加量、玉米油添加量、白砂糖添加量、泡打粉添加量對餅干的感官有不同程度的影響。4 個單因素對感官評分的影響強弱依次為芋頭添加量、泡打粉添加量、玉米油添加量、白砂糖添加量。響應面分析得到芋頭餅干最優配方為芋頭添加量28.1%，玉米油添加量22.6%，白砂糖添加量22.3%，泡打粉添加量1.3%。