基于响应面法的“滁荞”曲奇饼干配方优化.pdf

第 32 卷第 3 期淮阴工学院学报Vol.32 No.32023 年 6 月Journal of Huaiyin Institute of TechnologyJun.2023基于响应面法的“滁荞”曲奇饼干配方优化袁以铎1，孙娜2，陈加展3，信雨红2（1.滁州学院 后勤管理与基建处，安徽 滁州 239000；2.滁州学院 生物与食品工程学院，安徽 滁州 239000；3.雅客食品（滁州）有限公司，安徽 滁州 239000）摘要：将滁菊添加到曲奇饼干制作过程中，以木糖醇代替白砂糖，荞麦面粉代替部分低筋面粉，研发出“滁荞”曲奇。以感官评分和质构数据为指标，通过单因素试验和响应面试验确定“滁荞”曲奇饼干最优配方。结果表明，“滁荞”曲奇饼干最佳工艺配方为黄油100 g、鸡蛋1个、低筋面粉94 g、泡打粉2 g、木糖醇47 g、荞麦面粉66 g、滁菊粉4 g。按此方法加工制成的“滁荞”曲奇饼干感官品质优良，具有滁菊清香。关键词：“滁荞”曲奇；响应面法；配方优化中图分类号：TS213.2文献标志码：A文章编号：1009-7961（2023）03-0029-07Formulation Optimization of“Chuqiao”Cookies Based on ResponseSurface MethodYUAN Yiduo1,SUN Na2,CHEN Jiazhan3,XIN Yuhang2（1.Logistics Managenent and Infranstructure Division，Chuzhou University，Chuzhou Anhui 239000，China；2.College of Bioscience and Food Engineering,Chuzhou University,Chuzhou Anhui 239000，China；3.Yake Food(Chuzhou)Co.Ltd.,Chuzhou Anhui 239000,China）Abstract：In this paper,Chuzhou chrysanthemum is added to the production process of cookies,xylitol instead of white sugar,buckwheat flour instead of part of low gluten flour,developed Chuqiaocookies.Taking sensory score and texture data as the indicators,the optimal formula of Chuqiaocookies was determined through single factor experiment and response surface experiment.The resultsshow that the best formula of“Chuqiao”cookies is:100 g butter,1 egg,and 94 g low gluten flour,2g baking powder,xylitol 47 g,66 g buckwheat flour,4 g chuulin.According to this method made of“chuqiao”cookies dry good sensory quality,with chu chrysanthemum fragrance.Key words：“Chuqiao”cookies;response surface method;formula optimization收稿日期：2023-04-10基金项目：安徽省滁州市科技计划项目（2019ZN012）；国家级大学生创新训练项目（202110377035）作者简介：袁以铎（1980-），男，安徽六安人，高级公共营养师、中级工商管理师、中级人力资源管理师，主要从事烘焙食品研发研究及食品营养与健康管理。曲奇饼干由精制面粉、黄油、糖粉、蛋类和少量香精等辅料，经过适当的加工工艺烘烤而成1。随着人们生活水平的提高，对曲奇饼干口味和营养功能的要求也随之增加，各种以膳食纤维为卖点，以减肥为核心的膳食纤维曲奇饼干纷纷问世。传统的乳香曲奇饼干具有较高的含糖量、脂肪含量，营养价值低。特别是老年、肥胖、“三高”等特殊群体2，若长期食用，会对健康造成不良影响。低糖、低盐、低脂肪是现代食品发展的必然趋势，研发低脂肪、低糖、高营养的曲奇饼干，才能更好地适应现代人的健康饮食需求3。荞麦（Fagopyrum Mill），是蓼科荞麦属的一种草本植物4，是一种广泛种植且具有药用价值的农作物。荞麦含有丰富的酚类、肌醇、膳食纤维等物质，能够有效减少“三高”、抑制过氧化应激、延缓细胞衰老、提高胰岛素敏感性，并能有效地防淮阴工学院学报2023 年止胰岛素抵抗和代谢综合征的发生5。荞麦营养丰富，药用价值高，但也存在着色度重，口感不好等问题，所以通过改善荞麦产品的风味和强化营养来扩大荞麦的应用范围6。木糖代谢时的中间产物就有木糖醇7，可以替代糖，能预防身体吸收过量的卡路里，具有很好的保健效果。它能在不经过胰岛的情况下被代谢，防止脂肪在肝中沉积，补充能量，同时木糖醇还能起到保护牙齿的作用8。在饼干中添加木糖醇，不仅能提高产品的档次，还能赋予产品肠道益生元的功能，明显改善产品的口感和品质。滁菊属于菊科菊属，其花为一种干性的头状花序，主产地为安徽滁州。它的味道偏苦，性寒，能够疏散风热、清巧明目、清热解毒。滁菊既可直接食用，也可作为主料或配料进行加工烹调，新鲜的滁菊可以加工成各种可口的食品，可以做成月饼、蛋糕、饼干等糕点，还可通过加工生产制作成营养保健茶等各种饮料。为研发富含膳食纤维且热量较少的曲奇饼干，本研究以单因素试验为基础，采用响应面法进行优化9，得出最优配方，扩大了适合食用的人群，为糖尿病病人提供了一种适合食用的食品10，同时也为更好地利用滁菊提供了新的途径。1材料与方法1.1材料供试黄油购自恒天然商贸有限公司，木糖醇购自天津市硅谷科技发展股份有限公司，低筋面粉购自新乡良润全谷物食品有限公司，荞麦面粉购自益海嘉里食品营销有限公司，双效泡打粉购自上海枫未实业有限公司，滁菊购自安徽菊泰滁菊草本科技有限公司，鸡蛋为市售。1.2仪器采用的电烤箱（CRWF42NE）为漯河市恩圣商贸有限公司生产，分析天平（FA22048）为上海越平科学仪器（苏州）技术有限公司生产，物性测试仪（TA.XTplus）为英国 Stable Micro System 公司生产，电子秤为武义正大科技有限公司生产，面粉筛（40目）和硅胶刮刀为市售，打蛋器（DPQ-130211）为小熊电器股份有限公司生产。1.3工艺与方法基本配方为：黄油100 g、木糖醇45 g、鸡蛋1个、低筋面粉100 g、荞麦面粉60 g、泡打粉2 g、滁菊粉4 g。制作工艺为：黄油软化加入木糖醇、鸡蛋，搅打均匀加入过筛面粉、泡打粉、滁菊粉，拌匀成型烘烤冷却成品。1.3.1单因素试验设计原配方为：黄油100 g、木糖醇45 g、鸡蛋1个、低筋面粉100 g、荞麦面粉60 g、泡打粉2 g、滁菊粉4 g，在原有基础配方的基础上以黄油的质量（100 g）为基数，固定黄油、鸡蛋液、泡打粉、荞麦面粉和低筋面粉总量160 g的添加量不变，烘烤温度上下火150、烘烤时间15 min不变，选择不同的木糖醇加入量（30，40，50，60，70 g）、不同荞麦面粉加入量（40，50，60，70，80 g）、不同滁菊粉加入量（2，3，4，5，6 g），以曲奇饼干的感官得分及质构数据为指标，进行单因素试验，得到了最佳木糖醇、荞麦面粉、滁菊粉的添加量。1.3.2响应面试验设计基于单因素试验，选择木糖醇、荞麦面粉、滁菊粉3种因素，以对曲奇的感官得分和质构数据为检测指标，然后利用Box-Behnken响应面分析法，对三因子三水平的综合实验进行研究，具体因素水平见表1，并利用 Design-Expert13.0软件对这些参数进行三因子三水平的试验，最后根据实验方案对实验参数进行计算，并将其作为最终响应值对响应面进行了统计，用二次多项式回归拟合试验数据，分析各影响因素和感官评分之间的关系，得到了以感官评分为响应值的回归方程和最优配方。表1Box-Beheken 设计因素及水平编码水平10-1因素A木糖醇添加量/g405060B荞麦面粉添加量/g506070C滁菊粉添加量/g34530第 3 期1.4测定项目与方法1.4.1硬度测定将制作好的饼干用质构仪测定其硬度属性。质构仪技术参数：采用探头P/36R，检测前速率：4 mm/s；测试速率：1.5 mm/s；测试后速率：4 mm/s；两次压力之间的停留时间约为5 s；压缩比例50%，以计算试样的硬度，每次对同一配方试样检测3次，求取平均值11-12。1.4.2感官评价对GB71002015 食品安全国家标准 饼干中感官评定标准进行了优选13-14。邀请男生5人，女生5人，共10名食品专业的同学参加感官评定，参照表2对曲奇饼干进行打分，结果取平均值。表2感官评价标准表项目形态色泽滋味与口感组织标准外观完整，纹路清晰，形状基本一致，饼身松软，不粘边外形较完整，纹路较清晰，形状较一致，饼身较松软，不粘边外形不完整，纹路不清晰，形状不一致，饼身不松软，有粘边表面呈金黄色、棕黄色，颜色基本均匀、没有过焦、过白现象表面呈淡黄色、颜色基本均匀、略有过焦、过白现象表面呈黄褐色、颜色不均匀、大量过焦、过白现象奶香味及滁菊的香味明显，无异味，口感酥松，不黏牙奶香味及滁菊的香味较明显，无异味，口感较酥松，略黏牙奶香味及滁菊的香味不明显，有异味，口感不酥松，黏牙横截面有层次，不含杂质，没有大的空洞，外观精致横截面较有层次，不含杂质，有孔洞，外观较精致横截面缺乏层次，含杂质，有孔洞，外表粗糙分值/分15208140715208140721301120010213011200102结果与分析2.1单因素试验结果与分析2.1.1不同木糖醇添加量感官评分和硬度分析由图1可知，在添加量为50 g左右的木糖醇时，感官评分为84.8分，在这个添加量下做成的曲奇饼干甜度正合适，口感较酥松，把饼干掰开发现其断面构造更加细致平整、有层次感，表面颜色也呈金黄色，此时饼干的硬度约为33 114.9 g。在添加木糖醇30 g左右的情况下，感官评分为61.5分，这是因为木糖醇的添加量较少，饼干的甜味较淡，口感不好。经综合考量，最终选择感官评分高的3个水平设计响应面试验，也就是木糖醇的添加量为40，50，60 g。010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.01.05001.010001.015001.020001.025001.030001.035001.040001.03040506070.g3G$Gg 图1不同木糖醇添加量对饼干的感官得分和硬度的影响2.1.2不同荞麦面粉添加量感官评分和硬度分析由图2可知，随着荞麦面粉加入量越来越多，感官评价综合分数先升后降，而硬度值则相反呈先降低后升高的趋势，当荞麦面粉加入量为60 g时，饼干的感官评价综合分数最高，而此时硬度数值的最低为28 490.1 g。由于荞麦面粉含量增多，粗纤维的含量也就增多，所以荞麦面粉加入量越多，饼干酥脆感也越强，变得比较脆且易破碎，甚至口感变得粗糙而带有轻度苦涩味。其原因在于荞麦面粉的加入量能袁以铎，孙娜，陈加展，等：基于响应面法的“滁荞”曲奇饼干配方优化31淮阴工学院学报2023 年够降低面团的筋性，而荞麦粉若添加量过多会造成酥性饼干的口感较黏糊或松软。经综合考量，最终选择感官评分高的3个水平设计响应面试验，即荞麦面粉加入量为50，60，70 g。010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0 05000.010000.015000.020000.025000.030000.035000.040000.040 50 60 70 80.g9TM2$Gg 图2不同荞麦面粉添加量对饼干感官得分和硬度的影响2.1.3不同滁菊粉添加量感官评分和硬度分析由图3可以表明，加入滁菊粉后对曲奇饼干有一定的影响，随着滁菊粉加入量的增加，感官评分先升后降，这和滁菊特有的微苦味相关。当滁菊粉的加入量为2 g时，饼干成型较容易，其结构细致而均匀，且颜色微灰，虽然饼干质量较好，但品尝不到滁菊独特的清香。当加入量为4 g后，曲奇的色泽也越来越均匀，没有过焦、发白或其它的颜色，吃起来也不会黏牙，颜色加深而且还可以表现出滁菊独特的清香味，感官分数可以达到最高82.6分，硬度为30 543.0 g。由于滁菊粉加入量的增多饼干颜色越来越不均匀，有焦糊、变味现象，饼干就会产生苦涩，加入数量增多苦涩更加强烈，感官品质降低。经综合考量，最终选择感官评分高的3个水平设计响应面试验，即滁菊粉加入量为3，4，5 g。010.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0 5000.0 10000.0 15000.0 20000.0 25000.0 30000.0 35000.0 40000.0 23456.g$92$Gg图3不同滁菊粉添加量对饼干感官得分和硬度的影响2.2响应面试验结果与分析2.2.1试验结果运用单因素试验的结论，在Box-Behnken的试验设计中，用三因子三水平进行响应面试验分析，结果如表3所示。表3响应面优化试验设计与结果试验编号1234567891011121314151617A000-111-1100100-1-100B11-1-1010000-100100-1C1-1-10101-1000000-101感官得分/分79.078.670.275.762.269.778.267.585.085.960.285.586.980.663.683.166.9硬度/g31663.727757.630609.226363.829773.331731.338497.024175.233892.835118.126141.533245.232063.425998.121901.130092.622543.92.2.2模型建立与方差分析采用Design-Expert 13.0对表2进行分析，得出了感官得分Y与因子A、B、C的二元多次回归模型是Y=85.00-4.81A+4.36B+0.8000C+1.15AB-4.98AC+0.9250BC-9.63A2-3.83B2-7.50C2。回归模型方差分析及显著性见表4。硬度模型无显著性差异，不做主要分析。32第 3 期表4Box-Behnken 方差分析结果方差来源模型ABCABACBCABC残差失拟项纯误差总和平方和1207.72185.28152.255.125.29993.42390.0761.6236.8496.0648.8247.241303.78自由度911111111173416均方134.19185.28152.255.125.29993.42390.0761.6236.8413.7216.2711.81F值9.7813.511.10.37310.38557.210.249428.434.4917.261.38P值0.00330.00790.01260.56060.55430.03130.63280.00110.07190.00430.3704显著性*注：*代表极显著性（P0.01）；*代表显著性（0.01P0.05）。根据表3回归模型方差分析的结果得出，F值为9.78，P值0.01，说明这个模型具有极显著性。且失拟项不显著，即可用该模型分析并预测“滁荞”曲奇饼干的感官评分结果，表4方差分析可以看出各因素的显著性：A、A2、C2对曲奇饼干感官得分有极显著影响，B、AC、B2对感官得分有显著性影响，C、AB、BC对感官得分无显著性影响。结果表明，各个因子对响应值的影响并非单纯的线性，而F值的大小可以判断出各个因子对感官评分的影响程度，F值愈高，其重要性愈高，则愈重要，故各项因子对“滁荞”曲奇饼干的感官评定结果的影响程度分别为ABC，亦即木糖醇荞麦面粉滁菊粉。2.2.3因素间的交互作用从图4、图5和图6可知，在曲面图中都存在响应面凸起的最高点，即响应面的顶点，表示感官得分存在一个最大值问题，各因子之间的最优相互作用点都在试验设计的区域内，由等高曲线来判定，当等高曲线倾向于椭圆时，相互作用较明显，反之，则不明显，从图5可以看出AC相互作用的等高图是椭圆的，这表示AC间的相互作用是显著的。通过等高线的密度也能看出不同因素对感官得分的影响，当等高线密度较大时，其影响就越大，反之就越小。因此，A的影响大于B（见图4），B的影响大于C（见图6），与方差分析结果一致。袁以铎，孙娜，陈加展，等：基于响应面法的“滁荞”曲奇饼干配方优化33淮阴工学院学报2023 年UBUUCU#U8SL1#FH#U8SL1#FHU2F#FHU2F#FH图4木糖醇和荞麦面粉添加量交互作用的曲面图（a）和等高线（b）$U#81#FHU2F#FHU2F#FH$U#81#FHUBUUCU图5木糖醇和滁菊粉添加量交互作用的曲面图（a）和等高线（b）$U#81#FHUBUUCU#U8SL1#FH#U8SL1#FH$U#81#FH图6滁菊粉和荞麦面粉添加量交互作用的曲面图（a）和等高线（b）34第 3 期2.3验证试验二次多项式回归方程预测得到的“滁荞”曲奇饼干的最佳配方：木糖醇 47.378 g、荞麦面粉65.572 g、滁菊粉4.175 g，“滁荞”曲奇饼干的感官得分以最优配方预测为86.904分。考虑实际操作问题，将3个数据调整为木糖醇47 g、荞麦面粉66 g、滁菊粉4 g，对“滁荞”曲奇饼干进行3次检验性试验，获得了86.2分的平均感官得分，接近于模型的准确度，表明模型具有较好的拟合度，具备一定应用价值。3结论基于单因素试验，利用Box-Behnken中心组合设计，得到“滁荞”曲奇饼干感官评分与木糖醇加入量、荞麦面粉加入量、滁菊粉加入量的模型，经过验证，该模型是合理可用的，并且可以较好地预测 试 验 结 果，即 二 次 多 元 回 归 方 程：Y=85.00-4.81A+4.36B+0.8000C+1.15AB-4.98AC+0.9250BC-9.63A2-3.83B2-7.50C2，并进行了优化后的配方为：黄油100 g、鸡蛋1个、低筋面粉94 g、泡打粉2 g、木糖醇47 g、荞麦面粉66 g、滁菊粉4 g，而影响感官得分的因素依次是：木糖醇添加量荞麦面粉添加量滁菊粉添加量。与传统曲奇饼干配方相比，将滁菊和荞麦面粉添加到曲奇饼干中，用木糖醇代替白砂糖，研发出“滁荞”曲奇，富含膳食纤维且减少了热量，丰富了曲奇饼干的品类。参考文献：1 孙佳，田晓玲，柴虹宇，等.山药曲奇的工艺研制 J.农产品加工，2021（5）:26-27，31.2ASADI S Z，KHAN M A，CHAMARTHY R V.Development and quality evaluation of cookies supplemented with concentrated fiber powder from chiku（Manilkara zapota 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