响应面法优化藜麦南瓜酥性饼干配方

蒋方国，凌云坤，龚晓源，徐漪莎，赵钢，袁海梅*

1.成都大学食品与生物工程学院（成都 610106）；2.成都大学农业农村部杂粮加工重点实验室（成都 610106）

藜麦因其蛋白优质、氨基酸均衡、无麸质、全营养、生物活性物质丰富等特质逐渐进入大众视野[1-4]。对于藜麦的研究集中于种植培育[5]、功能成分[6]、生物活性物质及藜麦基础营养成分[4]等方面，而对于藜麦的产品开发、精深加工[7]还停留在基础阶段。现代人对美好生活的愿望越来越强烈，对新鲜事物、新创产品的接受性增强，所以开发设计方便营养、美味精致的藜麦产品很有价值。

南瓜除含一般蔬菜的营养成分还富含维生素并以β-胡萝卜素含量较高[8]，是VA前体的良好来源[9]，具有良好的抗氧化能力和保护视力能力[10-11]；低脂肪、膳食纤维和多糖含量高的特点对人体血糖、血脂的降低有明显促进作用[12-14]；南瓜中的果胶可吸附体内细菌毒性、重金属，消除负面危害起到解毒功能[15]；因此，南瓜的丰富营养和保健功效在亚健康人群中具有巨大消费潜力。中国作为南瓜第一产量大国，增加南瓜附加值、延长产业链是应当重视的问题。

试验将藜麦与南瓜结合，研究一款氨基酸丰富、富含膳食纤维的蔬菜杂粮酥性饼干，在丰富了饼干风味的同时增添其营养价值，符合大众对饼干类食品的追求，并为藜麦、南瓜深加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

裕品源藜麦粉（蛋白质13.6 g/100 g，内蒙裕品源农牧业有限公司）；百钻低筋面粉（蛋白质8.6 g/100 g，安琪酵母股份有限公司）；小苏打（安琪酵母股份有限公司）；奶粉（圣元营养食品有限公司）；南瓜、黄油、鸡蛋、绵白糖、食用盐（均为食品级，市售）。

TA.New Plus型质构仪（上海技越国际贸易有限公司）；ESJ120-4B型电子天平（沈阳龙腾电子有限公司）；C1.20-TEZ型电磁炉（广东万家乐厨房科技有限公司）；K35FK602烤箱、SZ28B5蒸锅（苏泊尔）；JJ-2型组织捣碎机（北京中心伟业仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原料预处理

南瓜浆的制备：选择成熟度高、外表完好的南瓜，除去不可食部分切成块，于95 ℃沸水中热烫5 min灭酶并沥干，放冷后于破碎机按料液比1∶2（g/mL）打浆，过滤得南瓜浆备用。

1.2.2.2 和面

按配方比例混合并搅打黄油、南瓜浆、小苏打、绵白糖、盐等制成混合液，将鸡蛋加入过筛后的藜麦粉、低筋面粉、奶粉中并拌匀，把混合液倒入混合粉中，双手按揉和面制成光滑面团（揉制过程可补水加速面团形成），时间控制在5 min内，以抑制水化作用导致面筋的形成。

1.2.2.3 辊轧

在桌面上用轧辊反复挤压面团制成2～3 mm厚的形态完美、色泽均匀的面片。

1.2.2.4 成型

将辊轧好的面片用有凸纹的圆形磨具（r=4 mm）辊印成型，等待烘焙。

1.2.2.5 烘焙

将饼坯整齐地摆放在烤盘中，饼坯之间留有一定间隙，防黏连。将其放入预热后的烤箱，烘焙时将上火调至210 ℃，下火200 ℃，时间8 min。

1.2.2.6 冷却

完成烘焙后的饼干温度较高，用隔热手套取出后室温下自然冷却。

1.3 感官评定

品尝小组由10位经过训练对品尝有经验且无特别爱好的食品专业人员组成，根据藜麦南瓜饼干的色泽（20分）、形态（10分）、风味（20分）、酥脆（30分）和组织结构（20分）对其进行评分，表1为评分标准。

表1 感官评价标准

1.4 单因素试验设计

通过前期一定量的预试验，缩短原辅料添加范围，以100 g低筋面粉为量化标准，固定添加鸡蛋6%、奶粉6%、小苏打1.5%、盐0.6%。以藜麦南瓜酥性饼干的总感官评分为指标，进行单因素试验，分别考察藜麦粉（5%，10%，15%，20%和25%）、南瓜浆（15%，20%，25%，30%和35%）、黄油（20%，25%，30%，35%和40%）和绵白糖（20%，25%，30%，35%和40%）添加量对饼干品质的影响。

1.5 响应曲面试验设计

使用Design-Expert 8.0.6软件，根据Box-Behnken的中心组合试验设计原则，在单因素试验结果上进行设计，以感官评分为响应值，采用四因素三水平，选取藜麦粉（A）、南瓜浆（B）、黄油（C）、绵白糖（D）为考察因素，其响应面试验因素与水平为表2。

表2 Box-Behnken试验设计因素与水平表 单位：%

1.6 藜麦南瓜酥性饼干质构检测

利用质构仪P/2探头进行下压穿刺试验，测定硬度（Hardness）、酥脆性（Crispy）、咀嚼性（Chewiness）、及弹性（Elasticity）。测试参数设置：测前速度、测中速度、测后速度分别为5，2和2 mm/s，应变位移3 mm，触发力5 g。每样品不同部位总计测5次，取平均值。

1.7 数据处理

采用Design-Expert 8.0.6及Excel 2013软件对此试验进行模型建立和数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 藜麦粉添加量对饼干品质的影响

藜麦粉中的淀粉和蛋白质可以改善面团流变性质以形成凝胶网络，有助于形成良好结构。同时，藜麦的皂苷类苦味物质影响饼干风味，使饼干的营养和感官品质产生差异化。藜麦粉添加过少，饼干香气不足，呈味不明显；藜麦粉添加过多会使饼干结构粗糙，断裂[16]。藜麦粉添加量对饼干品质影响如图1所示，随着藜麦粉添加量增加，感官评分先增后减，藜麦粉添加量20%时达到最高；随着藜麦粉添加量增加，饼干酥脆性增大，总之，只有适宜的藜麦粉添加量才能取得良好品质的饼干，故以藜麦添加量20%为宜。

图1 藜麦粉添加量对饼干品质的影响

2.1.2 南瓜浆添加量对饼干品质的影响

用南瓜浆代替部分水和面，赋予饼干金黄色泽且味道甘甜，增强食欲，同时和面时使藜麦粉、低筋面粉等原料粘连在一起形成光滑面团，对饼干色泽、风味、质构有影响。南瓜浆添加量过少，面片捏合度低、饼干色泽浅、酥脆性差；添加过多，面团稀黏、难以成型且掩盖藜麦风味，导致成品不够酥脆。从图2可看出，随着南瓜浆添加量增加，感官评分先升后降，南瓜浆添加量25%时达到最优，饼干酥脆性变化趋势与感官评分相同，总之，只有适宜的南瓜浆添加量才能取得品质优良的饼干，故以南瓜浆添加量25%为佳。

图2 南瓜浆添加量对饼干品质的影响

2.1.3 黄油添加量对饼干品质的影响

黄油经高温烘焙产生特殊香气，对饼干呈味有一定作用，同时给口腔带来酥润感觉，黄油添加过少会使饼干口感硬而粗糙、不酥脆且易掉渣，但黄油添加过多因油膜隔离从而阻止面筋网络的形成，降低面团的黏弹性导致形成死面团。由图3可知，随着黄油添加量增加，感官评分先增后减，黄油添加量30%时到达最高，饼干酥脆性先增大后趋于平缓，总之，只有适量的黄油添加量才能取得高品质的饼干，故以黄油添加量30%为适。

图3 黄油添加量对饼干品质的影响

2.1.4 绵白糖添加量对酥性饼干品质的影响

面团中添加绵白糖可以掩盖藜麦的涩味同时改善麦粉吸水率，让面团变得柔润有弹性，在后期的焙烤过程发生美拉德反应，利于风味和色泽的形成，同时甜感可以带来愉悦享受。绵白糖添加过少，色泽浅淡，甜味不足；添加量过大，颜色过深、有焦边、美感不足，也不符合人们对健康饮食的追求。如图4所示，随着绵白糖添加量增加，感官评分先增后减，绵白糖添加量30%时到达最高，饼干的酥脆性则持续增大，总之，只有适量的绵白糖添加量才能取得品质优良的饼干，故以绵白糖添加量30%为宜。

图4 绵白糖添加量对饼干品质的影响

2.2 藜麦南瓜酥性饼干响应面试验

2.2.1 响应面法试验设计与结果

在单因素试验基础上，根据响应面法相关原理进行设计，以藜麦南瓜酥性饼干的感官评分为响应值（Y），选择藜麦粉（A）、南瓜浆（B）、黄油（C）、绵白糖（D）4个因素为自变量进行响应面试验，进一步优化藜麦南瓜酥性饼干的配方，试验方案与结果见表3。

表3 响应面试验设计与结果

2.2.2 响应面回归模型的方差分析

运用Design-Expert 8.0.6版软件对表3数据进行分析拟合后，得到回归方程：Y=92.94-1.60A+0.20B-0.87C+0.83D-0.98AB-1.73AC+1.05AD+1.65BC+0.78BD+2.97CD-3.70A2-2.92B2-6.47C2-4.94D2。

对于回归方程的方差分析见表4。

表4 回归方程方差分析表

由表4方差分析结果可知，模型的差异性p＜ 0.001，模型为极显著，模型失拟项p=0.175 4＞0.05，不显著，这说明该模型选择比较合理，适用于试验数据处理。信噪比为29.312＞4，说明模型精度准确，可行性高。模型的相关系数R2=0.984 3，Radj2=0.968 6，说明该模型与实际情况良好，可用于对藜麦南瓜酥性饼干品质影响的分析与预测。由表4可知，极显著的有一次项A，二次项A2、B2、C2、D2、CD；高度显著的有一次项C、D，二次项AC、BC；显著的有二次项AB、AD；其余均不显著。各因素对藜麦南瓜酥性饼干影响的主次因素顺序：A＞C＞B＞D。

主要影响因素间交互作用对藜麦南瓜酥性饼干品质的影响如图5所示。

4个因素间的交互影响的响应曲面图，其中图5e坡面曲度最大、底部投影的椭圆形扁平，即绵白糖和黄油的交互影响（CD）最为明显。图5b、d响应面的投影均呈椭圆形，但坡面曲度不及图5e，表现出AC、BC的交互作用为高度显著。图5a、c坡面陡峭程度相较其他图的响应坡面较缓，AB、AD作用显著。这与表4方差分析结果相同。

图5 主要影响因素的交互项对藜麦南瓜酥性饼干感官评分的影响

2.2.3 模型优化及试验验证

经Design-Expert 8.0.6软件对结果进行分析，响应面预测的最优值为：藜麦粉添加量18.93%、南瓜浆添加量25.37%、黄油添加量29.93%、绵白糖添加量30.31%，在此配方下感官评分预测值是93.151 1分，得到藜麦南瓜酥性饼干的最佳品质，验证模型实用性。

在实验室条件下，将最佳工艺条件修约为：藜麦粉添加量18.9%、南瓜浆添加量25.4%、黄油添加量29.9%、绵白糖添加量30.3%，此条件下生产3次产品，同组感官评价人员得出感官评分分别为91.32，93.56和93.05分，平均分为92.643 3分，偏差为0.55%，因此该模型完全具有实用性。

2.2.4 质构检测结果（见表5）

表5 藜麦南瓜酥性饼干质构参数

3 结论

试验得出藜麦、南瓜浆、黄油、绵白糖对藜麦南瓜酥性饼干风味影响的主次因素及藜麦南瓜酥性饼干烘焙的最佳配方，即以100 g低筋面粉的添加量为基准，藜麦粉（18.9%）＞黄油（29.9%）＞南瓜浆（25.4%）＞绵白糖（30.3%），盐0.6%、小苏打1.5%、鸡蛋6%、奶粉6%。此时的藜麦南瓜酥性饼干表面、底部均无焦边且呈金黄色，口感酥脆、甜爽，南瓜、藜麦风味独特且适合。