响应面法优化香芋豌豆饼干配方

（广东科贸职业学院餐旅学院，广东 广州 510430）

香芋营养丰富并具有一定药用价值，主要种植于我国珠江流域。每100 g香芋中含淀粉约21 g、粗蛋白3.5 g、钙含量约为 52 mg、硒 2.2 mg、维生素 C 约 7 mg[1]，由于其口感软糯，在食品工业中常用于汤圆、月饼和脆片产品中[2]。豌豆（Pisum sativum L.）豆科一年生攀援草本，其营养价值全面，其蛋白质含量20%～28%，淀粉含量48%～52%，粗纤维含量6%～8%，脂肪含量1%～2.7%[3]。豌豆蛋白含有丰富的必需氨基酸，例如赖氨酸含量为7.2%，可作为必需氨基酸的良好来源。豌豆淀粉在食品工业中常用于制作粉丝和凉粉，豌豆蛋白可用于优良乳化剂，豌豆多肽可用于乳粉的生产等[4]，豌豆膳食纤维可润肠通便。添加到面粉中，强化面团筋力，同时豌豆富含叶绿素和多酚物质；因此将豌豆粉代替部分面粉应用于饼干中，与香芋粉复配弥补香芋中蛋白质不足[5]，同时香芋酥软口感可弥补豌豆的不足，饼干外观浅绿具有很高的市场视觉冲击力[6]。本试验将香芋和豌豆添加到饼干中，开发研究一种符合现代需求的低热量、低脂、低碳水化合物的高膳食纤维饼干，为香芋和豌豆的综合利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

香芋、豌豆、鸡蛋、小苏打、黄油：市售；白砂糖：北京中糖世纪食品有限公司。

HH-S8数显恒温水浴锅：常州市仪都仪器有限公司；800Y高速多功能粉碎机：永康市铂欧五金制品有限公司；AL204型电子天平：上海精密仪器仪表有限公司；101-A1型电热恒温鼓风干燥箱：广州市索科生物科技有限公司；SEC-2Y电子红外烤箱：珠海三麦机械有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 原料预处理

将香芋清洗去皮切丁，豌豆清洗去皮，分别放置于鼓风干燥箱中50℃烘6 h，再用粉粹机粉粹，80目过筛成香芋粉和豌豆粉。

1.2.2 工艺流程

黄油软化+糖粉→搅打1 min～2 min发白即可→分3次加入鸡蛋搅拌2 min～3 min→香芋粉、豌豆粉、低筋面粉[7]→搅拌→酥皮机碾压厚度至4 mm→压模成型→烘烤（上火190℃，下火160℃，烘烤20 min）→冷却→整理→包装→成品[8]

1.2.3 单因素试验设计

1.2.3.1 黄油的添加量对饼干品质的影响

固定香芋粉40 g、豌豆粉20 g、低筋粉40 g、白砂糖 35 g、鸡蛋黄 25 g，考察黄油添加量[9]分别为 45、50、55、60、65 g对成品品质的影响。

1.2.3.2 鸡蛋黄的添加量对饼干品质的影响

固定香芋粉40 g、豌豆粉20 g、低筋粉40 g、黄油50 g、白砂糖35 g，考察鸡蛋黄添加量分别为20、25、30、35、40 g 对成品品质的影响[10]。

1.2.3.3 白砂糖的添加量对饼干品质的影响

固定香芋粉40 g、豌豆粉20 g、低筋粉40 g、黄油50 g、鸡蛋黄25 g，考察白砂糖添加量分别为25、30、35、40、45 g 对成品品质的影响[11]。

1.2.3.4 香芋粉与豌豆粉质量比对饼干品质的影响

固定白砂糖35 g、鸡蛋黄25 g、黄油50 g、低筋粉40 g、固定香芋粉和豌豆粉总量为60 g，考察香芋粉与豌豆粉质量比[12-13]分别为 3 ∶7、4 ∶6、5 ∶5、6 ∶4、7 ∶3 对成品品质的影响。

1.2.4 响应面试验设计

在单因素基础上进行Box-Benhnken中心组合试验设计，以香芋粉与豌豆粉质量比、白砂糖、鸡蛋黄3个因素为自变量，以感官评分为指标[14]，设计响应面试验，因子与水平及编码见表1。

表1 因素水平编码Table 1 Factors and levels in central composite design

1.3 饼干感官评定标准

参照GB7100—2015《食品安全国家标准饼干》中感官评分标准进行优化。优选由10位具有食品专业背景的组成感官评定人员，男女各占一半，对产品形态（20分）、颜色（30分）、滋味和口感（30分）、结构（20分）进行综合评分[15-16]，结果取平均值。感官评分表见表2。

表2 饼干感官评分标准与细则Table 2 Standard and rules of comprehensive quality grading of biscuits

1.4 数据处理

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 黄油的添加量对香芋豌豆饼干感官品质的影响

黄油的添加量对香芋豌豆饼干的感官品质影响见图1。

由图1可知，随着黄油添加量增加，饼干的感官评分越高然后趋于平稳，主要原因是黄油在淀粉颗粒与蛋白质表面形成一层薄膜，阻碍面筋吸水作用[17]，但黄油过多不易搅打，油味浓不利于健康饼干概念。因此，确定以黄油添加量55 g为适宜。

图1 黄油添加量对饼干感官品质的影响Fig.1 Effects of adding butter on sensory quality of biscuits

2.1.2 鸡蛋黄的添加量对香芋豌豆饼干感官品质的影响

鸡蛋黄添加量对饼干感官品质的影响见图2。

图2 鸡蛋黄添加量对饼干感官品质的影响Fig.2 Effects of adding yolk on sensory quality of biscuits

从图2可以看出，随着鸡蛋黄添加量的增加，香芋豌豆饼干感官品质先上升然后下降，加入过多的鸡蛋黄，饼干的形态越来越不完整[18-19]，并且颜色会变深，在鸡蛋黄添加量为30 g时，饼干感官评分最高，因此，选择以鸡蛋黄添加量30 g左右为适宜。

2.1.3 白砂糖的添加量对香芋豌豆饼干感官品质的影响

白砂糖添加量对饼干感官品质的影响见图3。

图3 白砂糖添加量对饼干感官品质的影响Fig.3 Effects of adding sugar on sensory quality of biscuits

如图3所示，随着白砂糖的添加增大，饼干感官评分先增加后降低，可能由于白砂糖过量会限制面筋蛋白的形成[20-21]，使得饼干口感变硬。因此选择白砂糖在35 g左右，综合评分最佳。

2.1.4 香芋粉与豌豆粉质量比对香芋豌豆饼干感官品质的影响

在固定香芋粉和豌豆粉总量为60 g，考察不同香芋粉与豌豆粉质量比对品质的影响，如图4所示。

图4 香芋粉与豌豆粉质量比对饼干感官品质的影响Fig.4 Effects of the ratio of taro powder to pea powder on sensory quality of biscuits

在香芋粉与豌豆粉质量比7∶3时，由于香芋粉过高，饼干硬度会增加导致感官品质最低，随着质量比中豌豆粉的增加，面筋蛋白含量增加提高面团的延展性和黏度[22-23]，口感会变得酥脆，但豌豆粉过量时又会造成饼干硬度过大，Amritpal Kaur等[24]认为低筋粉更有益于形成饼干的酥松口感，所以在饼干粉中加入适量豌豆粉不但可以提高营养价值，还可以改善饼干的口感，因此，选择香芋粉与豌豆粉质量比在6∶4左右，饼干感官评分值最佳。

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 中心组合试验设计与结果

基于单因素试验结果，按照Box-Behnken试验方案进行三因素三水平试验，结果见表3。

表3 Box-Behnken试验设计与结果Table 3 Box-Behnken design and test results

续表3 Box-Behnken试验设计与结果Continue table 3 Box-Behnken design and test results

将所得的试验数据采用Minitab17软件进行多元回归拟合，得到以感官评分为目标函数的二次多项回归方差：香芋豌豆饼干感官品质（Y）对A香芋粉与豌豆粉质量比、B白砂糖添加量、C鸡蛋黄添加量的二次多项回归方程：感官评分值Y=-413.3+92.19A+9.56B+8.68C-7.850A2-0.0990B2-0.1080C2-0.435AB-0.330AC-0.015 0BC。

回归模型方差分析见表4。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of the regression equation for the yield xylan

由表4回归模型方差分析结果可知，F值为37.53，P值＜0.000 1，表示该模型具有极显著性。并且失拟项F值为1.77，P=0.381不显著，说明该回归方程对数据进行了较好拟合，可以用该模型分析和预测香芋豌豆饼干的感官评分结果，对模型回归方程系数的显著性试验表明 A、B、C、A2、C2极显著，B2、AB、AC 显著，对香芋豌豆饼干的感官评分的影响因素的主次顺序为A＞B＞C。

2.2.2 响应面交互作用分析

响应曲面坡变化和等高线能反映因素的交互作用，三维空间曲面图越陡峭，说明各因素对响应值影响越显著[25-26]，等高线图表示同一椭圆形区域内，椭圆形表示交互作用显著，反之接近圆形表明交互作用不明显可以忽略[27-28]。响应曲面坡变化和等高线图见图5～图 7。

图5 香芋粉与豌豆粉质量比和白砂糖交互作用等高线和响应面Fig.5 Contour plots and response surface the effects of taro pea powder ratio and sugar

由图5可知，在鸡蛋黄添加量为30 g时响应曲面的坡度较陡，表明香芋粉与豌豆粉质量比和白砂糖添加量对感官评分的交互作用显著。表明香芋粉与豌豆粉质量比的变化比白砂糖的影响大，选择香芋粉与豌豆粉质量比在6∶4～5.5∶4.5之间，白砂糖添加量在34 g～40 g之间可以取得较好的感官评分。

由图6可知，在白砂糖添加量为35 g时，随着豌豆粉比例和鸡蛋黄添加量的增加，饼干感官评分先升高后降低，响应面相对陡峭，表明香芋粉与豌豆粉质量比和鸡蛋黄添加量对感官评分的影响较大，但豌豆粉比例过高，感官评分下降，因此选择香芋粉与豌豆粉质量比在6∶4～5.5∶4.5之间，鸡蛋黄添加量在28 g～33 g之间可以取得较好的感官评分。

由图7可知，在香芋粉与豌豆粉质量比为6∶4时，响应曲面的坡度较平缓，表明鸡蛋黄和白砂糖对饼干感官评分的交互作用不显著。由响应面图可知，当白砂糖添加量一定时，随着鸡蛋黄添加量的增加，感官评分值增大再下降。当鸡蛋黄添加量不变，随着白砂糖增大，感官评分先升高再下降。当白砂糖添加量在34 g～40 g，鸡蛋黄添加量在28 g～33 g，饼干感官评分较佳。

图6 香芋粉豌豆粉质量比和鸡蛋黄交互作用等高线和响应面Fig.6 Contour plots and response surface the effects of taro pea powder ratio and egg yolks

图7 鸡蛋黄和白砂糖交互作用等高线和响应面Fig.7 Contour plots and response surface the effects of egg yolks and sugar

2.2.3 验证试验

根据Box－Benhnken试验获得的数据结果和回归方程，使用Minitab17软件处理数据，可以获得香芋豌豆饼干最优配方：香芋粉与豌豆粉质量比为5.808 1∶4.191 9、白砂糖添加量为36.666 7 g、蛋黄添加量31.262 6 g，在此条件下得到香芋谷物饼干的感官评分预测值为91.007 5。为验证响应面法的可行性，同时考虑到提试验的可控性和可行性，对最佳条件进行修正：香芋粉与豌豆粉质量比为6∶4、白砂糖添加量为37 g、蛋黄添加量31 g。按上述试验条件进行了验证试验，与预测值比较可知，响应面法所得的豌豆饼干参数准确可靠，具有实用价值。

3 结论

本文以香芋粉豌豆粉、鸡蛋黄和白砂糖为主要原料，采用感官评定得方法，通过单因素和Box-Behnken中心组合试验方案，进行响应面分析结合实际确定最佳工艺条件为：香芋粉与豌豆粉质量比为6∶4（香芋粉豌豆粉添总量为60 g）、白砂糖添加量为37 g、蛋黄添加量31 g、黄油添加量55 g。香芋粉与豌豆粉质量比、白砂糖添加量、蛋黄添加量对饼干得感官评分值的效果影响极显著；香芋粉与豌豆粉质量比和白砂糖添加量、香芋粉与豌豆粉质量比和鸡蛋黄添加量的交互项对感官评分的交互作用显著；鸡蛋黄和白砂糖对饼干感官评分的交互作用不显著。因此，利用响应面法分析香芋豌豆饼干的配方，科学合理，而且方法简单高效，为今后进一步新产品开发打下了坚实理论基础。