响应面法优化大豆纤维蔓越莓饼干配方研究

张臣飞，夏秋良，尹乐斌，2，*，赵良忠，2，周晓洁，2，雷志明，杨莹

（1.邵阳学院生物与化学工程系，湖南邵阳422000；2.豆制品加工技术湖南省应用基础研究基地，湖南邵阳422000）

响应面法优化大豆纤维蔓越莓饼干配方研究

张臣飞1，夏秋良1，尹乐斌1，2，*，赵良忠1，2，周晓洁1，2，雷志明1，杨莹1

（1.邵阳学院生物与化学工程系，湖南邵阳422000；2.豆制品加工技术湖南省应用基础研究基地，湖南邵阳422000）

以低筋面粉、大豆纤维粉、蔓越莓为主要原料，探究大豆纤维蔓越莓饼干的最佳配方。在单因素试验明确面料质量比、油糖质量比、蔓越莓添加量对大豆纤维蔓越莓饼干感官评分影响的基础上，按Box-Behnken设计试验，采用响应面分析法建立二阶多项式非线性回归方程和数值模型，并优化大豆纤维蔓越莓饼干配方。结果表明，大豆纤维蔓越莓饼干最佳配方：面料质量比为4.38∶1，油糖质量比为1.59∶1，蔓越莓添加量15.90 g，优化后验证试验的感官评分为91.65分（n=3），与预测值92.91分接近，偏差为1.37%，可以用于大豆纤维蔓越莓饼干配方的理论预测。此配方下的饼干不仅具有良好的酥脆性，还兼具有大豆纤维、蔓越莓和黄油的风味，品质最优。

大豆纤维；蔓越莓；响应面法；饼干

豆渣是豆腐等大豆制品加工过程中的主要副产物，因其50%以上的成分是纤维，故可称其为大豆纤维，除含有大量膳食纤维[1]外，还含有蛋白质[2]、脂肪、异黄酮[3]等多种营养物质，有预防高胆固醇血症、脂肪肝、葡萄糖不耐症[4]、糖尿病、肥胖症[5]。降低胆固醇含量[6]，抗氧化[7]，调节肠道菌群[8]等功效。我国大豆纤维的产量十分巨大，每年可达2.8×109kg[9]，而大豆纤维的利用率却比较少，大部分的大豆纤维用于制作饲料或直接丢弃，不仅浪费资源还严重污染周边环境，故加强大豆纤维应用于饼干等休闲食品的综合利用研究，具有深远的现实意义。蔓越莓原产于北美，其果实是一种深红色卵圆形浆果，口感偏酸微甜[10]，蔓越莓富含膳食纤维、维生素及矿物质等多种营养成分，具有降血压[11]、预防结肠癌[12]、预防尿道感染[13]、清除自由基及抗氧化[14-15]、预防糖尿病[16]、抑菌[17-18]等功效。大豆纤维和蔓越莓的功效逐渐被大众所知，单一的大豆纤维[19]或蔓越莓饼干研究相继出现，但二者结合的饼干配方研究至今尚未见报道，所以本文在单因素基础上，应用响应面法对大豆纤维蔓越莓饼干配方进行优化，以期得到最佳的大豆纤维蔓越莓饼干配方。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

大豆纤维粉：豆制品加工技术湖南省应用基础研究基地；低筋面粉、黄油、白糖、食盐、蔓越莓：市售。

打蛋器：市售；HA-02A中草药粉碎机：南京威利郎食品机械有限公司；FA2104电子天平：上海天平仪器厂；B20搅拌机：广州市番禹力丰食品机械厂；大海牌电热食品烤炉：上海海鸥电器总厂；台秤：湘仪天平仪器设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

图1 大豆纤维蔓越莓饼干的制作工艺流程Fig.1 The production process of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

1.2.2 制作方法

原料预处理（用中草药粉碎机粉碎豆渣纤维、白糖得到豆渣纤维粉、白糖粉，再利用超微粉碎机处理粗豆渣纤维粉，并过100目筛得到试验用大豆纤维粉）；将过筛的低筋面粉和大豆纤维粉按一定比例搅匀；待黄油软化后，按一定比例添加白糖粉，并加入蛋液，蔓越莓等搅匀；将搅匀的面料加入油料中，用搅拌机搅匀至无白心；再经模具成型、冷冻、切片、烘烤、冷却、真空包装即得饼干成品。

1.2.3 大豆纤维蔓越莓饼干配方的单因素试验及响应面优化

1.2.3.1 单因素试验

在前期确定的饼干面料（低筋面粉量、大豆纤维粉量）为150 g，油糖（黄油量、白糖粉量）150 g，鸡蛋30 g，食盐4 g为原料的基础上，选择面料质量比（低筋面粉量∶大豆纤维粉量按6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1）、油糖质量比（黄油量∶白糖粉量按2.5∶1、2∶1、1.5∶1、1∶1、1∶1.5）、蔓越莓（按5、10、15、20、25 g）进行单因素试验设计，对制作得到的饼干进行感官评价。

1.2.3.2 Box-Behnken Design--响应面优化分析

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，以感官评价总分（Y）为响应值，选取面料质量比、油糖质量比、蔓越莓添加量3个因素进行响应面优化试验，共17个试验点。

1.2.4 大豆纤维蔓越莓饼干感官评定方法

大豆纤维蔓越莓饼干的感官评定标准见表1。

表1 大豆纤维蔓越莓饼干感官评分标准Table1 Sensory evaluation standard of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

最佳制作工艺配方的评判用4个指标，即色泽、滋味和表观状态，香气，评定时由10名有感官评定经验的专业技术人员组成评定小组，依据大豆纤维蔓越莓饼干感官评定标准对试验产品进行双盲法打分，评分的总和取平均值后，作为感官综合评分的最终结果，满分是100分。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果及分析

2.1.1 面料质量比对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响

大豆纤维能改善面团粉质特性[20]，并会稀释面筋蛋白含量，面筋网络结构被弱化[21]，从而影响面团流变力学特性及质构特性[22]，大豆纤维粉的添加直接影响饼干面团的性能及成品的口感。面料质量比对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响见图2。

图2 面料质量比对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响Fig.2 The sensory evaluation effect of quality ratio of flour and soy bean dregs fiber on soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

由图2中可以看出，面料质量比的比例为4∶1时，大豆纤维蔓越莓酥性饼干的感官评分最高，此时，面团成形及饼干口感较好；当面料质量比低于4∶1时，随面料质量比增大，感官评分逐渐增高，此时，大豆纤维量逐渐减少，面团越易成形，口感逐渐细腻、渣感降低，且仍具有大豆香味；当面料质量比超过4∶1时，随面料质量比增大，感官评分逐渐降低，此时，大豆纤维量过少，与普通饼干几乎没有差别，缺少大豆香味，口感与传统配方饼干差异不大，故选择4∶1为最适面料质量比。

2.1.2 油糖质量比对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响

黄油因具有疏水性，能控制面筋形成[23]，降低面团内聚力，使面团酥软，弹性低，可塑性强，可提高饼干的酥性和营养价值[24]；糖的反水化作用，可降低面筋形成，弹性减弱，防止饼干收缩变形，糖的美拉德反应和焦糖化反应可增加饼干的颜色和风味[25]，所以黄油和白糖对饼干的结构和风味都有较大的影响。油糖质量比对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响见图3。

图3 油糖质量比对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响Fig.3 The sensory evaluation effect of quality ratio of oil sugar on soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

由图3可知，油糖质量比为1.5∶1时，大豆纤维蔓越莓饼干的感官评分最高，此时，饼干香味和口感及外形较好；当油糖质量比高于1.5∶1时，随油糖质量比降低，评分逐渐增高，此时，油量逐渐减少，糖量逐渐增多，面团越易成形，不易走油，且饼干颜色逐渐变黄，口感逐渐变好；当油糖质量比低于1.5∶1时，随油糖质量比降低，评分逐渐降低，此时油少糖多，饼干抗裂能力和强度增强，但产品表面干燥易变形，颜色深，口感硬且粗糙欠细腻，奶香味淡，故选择油糖比1.5∶1为较好油糖质量比。

2.1.3 蔓越莓添加量对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响

蔓越莓的添加能增加饼干的风味，蔓越莓添加量对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响见图4。

图4 蔓越莓添加量对大豆纤维蔓越莓酥性饼干感官品质的影响Fig.4 The sensory evaluation effect of the amount of cranberry addition on soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

从图4可以看出，蔓越莓添加量为15 g时，大豆纤维蔓越莓饼干的感官评分最高，此时，饼干酸甜适中，口感较好；当蔓越莓添加量低于15 g时，随着添加量的增加，评分越高，蔓越莓的特有清香和滋味也随之增加，但蔓越莓量较低时，蔓越莓的滋味被其他成分滋味所掩盖；当蔓越莓添加量高于15 g时，随着添加量的增加，酸味越重，当过高时，酸味掩盖了其他饼干成分的味道，所以选择15 g为蔓越莓最适添加量。

2.2 Box-Behnken Design－响应面优化分析

2.2.1 试验设计与结果

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，以感官评价总分（Y）为响应值，选取A（面料质量比）、B（油糖质量比）、C（蔓越莓添加量）3个对饼干品质影响较大的因素进行响应面优化试验，共17个试验点，Box-Behnken试验因素编码水平表见表2，响应面试验设计及结果见表3。

表2 Box-Behnken试验因素水平表Table2 Factors and levels used in Box-Behnken experimental design

表3 响应面试验设计方案及结果Table3 Experimental design and results for response surface optimization

2.2.2 回归模型的建立与显著性分析

运用Design-Expert8.0.5对表3进行多元回归拟合，得到大豆纤维蔓越莓饼干感官评价总分（Y）对自变量面料质量比（A）、油糖质量比（B）、蔓越莓添加量（C）的多元回归方程：Y=91.72+4.05A+2.61B+3.11C-1.93AB+1.18AC-0.65BC-6.53A2-4.71B2-6.21C2。

用Box-Behnken Design响应面分析法对试验结果拟合的模型进行方差分析和显著性检验，由回归方程的方差分析中概率P值判定各个变量对感官评分分值Y影响的显著性，模型的回归方程和显著性见表4。

表4 大豆纤维蔓越莓饼干研究结果的方差分析Table4 Analysis of variance for the experimental results of the soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

续表4 大豆纤维蔓越莓饼干研究结果的方差分析Continue table4 Analysis of variance for the experimental results of the soy bean dregs fiber and cranberry biscuit

由表4可以看出，该二次多项式模型P值＜0.0001，模型极显著，失拟项P值为0.063 0大于0.05，失拟项不显著，表明该回归方程拟合度较好，误差小，与实际预测值能较好的拟合；该模型的复相关系数为R2= 0.984 2，校正决定系数R2adj=0.963 9，说明建立的模型能够解释96.39%的响应值变化，可用来进行大豆纤维蔓越莓饼干的感官评分分值Y（响应值）的预测；由显著性检验可知，一次项A、B、C，二次项A2、B2、C2，对感官评分影响均极显著，交互项AB对饼干的感官评分影响显著；而交互项AC、BC的交互作用对感官评分影响不显著，由此可知，各试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系；另外，通过F值大小，可判定各因素对感官评分影响的重要性，F值越大，重要性越大，所以各因素对大豆纤维蔓越莓饼干感官评价总分的影响大小为：A>C>B，即面料质量比＞蔓越莓添加量＞油糖质量比。

2.2.3 响应面分析

响应面图形是响应值（感官评分分值Y）对各个试验因素所构成的三维的曲面图，从图上可以找出最佳参数以及各个参数之间的相互作用。感官评分分值Y对面料质量比（A）、油糖质量比（B）、蔓越莓添加量（C）所构成的三维的曲面图见图5～图7。

图5 Y=f（A，B）的响应面图Fig.5 Responsive surfaces of Y=f（A，B）

图6 Y=f（A，C）的响应面图Fig.6 Responsive surfaces of Y=f（A，C）

图7 Y=f（B，C）的响应面图Fig.7 Responsive surfaces of Y=f（B，C）

由图5～图7可知，响应面图形是凸起、开口朝下的曲面，说明感官评分分值Y存在极值，该值为响应面的最高点，各个试验因素的最佳作用点都位于试验设计值范围内，在蔓越莓添加量一定的条件下，随面料质量比的增大，油糖质量比的降低，感官评分呈先上升后下降趋势，由此可见适当的面料质量比和油糖质量比可以改善大豆纤维蔓越莓饼干的品质。等高图可判定交互作用的显著性，等高图趋向椭圆，交互作用显著，反之，则不显著，AB交互作用的等高图呈椭圆形，说明AB之间的交互作用显著（图5），AC、BC的等高图趋于圆形，说明AC之间的交互作用及BC之间的交互作用不显著（图6，图7）。等高线的疏密程度可判定各因素对感官评分的影响大小，等高线越密，影响越大，反之则越小，故A对饼干感官品质的影响比B、C的影响大（图5，图6），C对饼干感官品质的影响比B的影响大（图7），这与方差分析的结果是一致的。综上所述，面料质量比对大豆纤维蔓越莓饼干感官品质的影响最为显著，蔓越莓添加量，油糖质量比的影响次之。

2.2.4 大豆纤维蔓越莓饼干最佳配方的确定

通过软件分析，预测出大豆纤维蔓越莓饼干最佳配方：面料质量比为4.38∶1，油糖质量比为1.59∶1，蔓越莓添加量15.90 g，此时模型预测大豆纤维蔓越莓饼干感官评价总分为92.91分，经3次验证性试验，测得的大豆纤维蔓越莓饼干的感官评分的均值为91.65，与理论预测值较为接近，偏差为1.37%，说明模型的拟合程度较好，具有实用价值。

3 结论

在单因素试验的基础上，通过Box-Behnken中心组合设计，得到大豆纤维蔓越莓饼干感官评分与面料质量比，油糖质量比，蔓越莓添加量的模型，经验证，该模型是合理可靠的，能够较好的预测试验的结果，即二次多元回归方程：Y=91.72+4.05A+2.61B+3.11C-1.93AB+1.18AC-0.65BC-6.53A2-4.71B2-6.21C2，并得到优化后的配方为面料比4.38∶1，油糖比1.59∶1，蔓越莓添加量15.90 g，且各因素对感官评分的影响主次顺序为面料质量比>蔓越莓添加量>油糖质量比。经研究发现，与原始传统饼干配方相比，用少量的大豆纤维粉代替部分低筋粉，能改善面团的粉质特性及口感，合适的油糖质量比能使饼干酥脆而不粘牙，适量的蔓越莓，可增加饼干的风味和功能性，在环保上，有利于解决豆制品加工废物污染问题，为大豆纤维在饼干中的应用提供参考依据。但本试验还只是对大豆纤维蔓越莓饼干的配方进行研究，并没有进行工艺改进，因此下一步的工作，可进行工艺条件的优化，还可在本试验配方的基础上，添加葡萄干、橙皮糖、蜜枣、山楂等蜜饯，进行系列产品开发。

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The Formula Optimization of Soy Bean Dregs Fiber and Cranberry Biscuit with Response Surface Methodology

ZHANG Chen-fei1，XIA Qiu-liang1，YIN Le-bin1，2，*，ZHAO Liang-zhong1，2，ZHOU Xiao-jie1，2，LEI Zhi-ming1，YANG Ying1
（1.Department of Biological and Chemical Engineering，Shaoyang University，Shaoyang422000，Hunan，China；2.Soybean Processing Techniques of the Application and Basic Research Base in Hunan Province，Shaoyang422000，Hunan，China）

It took low-gluten flour，soy bean dregs fiber and cranberry for the main raw material to exploring the optimal formulation of the soy bean dregs fiber and cranberry biscuit.Based on the single factor experiments which had clearly identified quality ratio of flour and soy bean dregs fiber，quality ratio of oil and sugar，the amount of cranberry addition on the sensory score effect of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit，according to the Box-Behnken design method，it introduced response surface methodology to establish the nonlinear second order polynomial regression equation and numerical model for the optimized recipe of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit.Result showed that the optimum formula of soy bean dregs fiber and cranberry biscuit was the quality ratio of flour and soy bean dregs fiber 4.38∶1，quality ratio of oil and sugar 1.59∶1，the amount of cranberry addition 15.90 g，the sensory score of optimized verification test up to91.65（n=3），which was close to the predicted value（92.91），deviation was 1.37%.This model can be used for soy bean dregs fiber and cranberry biscuit formula theoretical prediction.It not only has good crisp，but also has soy bean dregs fiber，cranberries and butter flavor in this formulation of the best quality.

soy bean dregs fiber；cranberry；response surface methodology；biscuit

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.03.017

2016-05-12

湖南省研究生创新项目（CX2015B604）；湖南省教育厅青年项目（13B110）；湖南省科技计划项目“湖湘青年英才”（2016RS3035）；豆制品加工技术湖南省应用基础研究基地（2013TP4068）

张臣飞（1989—），男（汉），在读硕士研究生，主要从事食品工程果蔬清洁加工方向研究。

*通信作者：尹乐斌（1982—），男（汉），讲师，博士，研究方向：食品微生物。