响应面法优化地皮菜饼干加工工艺

院珍珍*，谢素云，韩丽娟，叶英

1. 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室（西宁 810016）；2. 青海大学农牧学院（西宁 810016）

地皮菜（Nostoc Commune）为念珠藻属藻菌植物，学名普通念珠藻，又名地耳、地软等，广泛分布于我国各地[1]。地皮菜营养丰富全面，包括多种氨基酸、蛋白质、维生素、糖类、矿物质、粗脂肪和粗纤维等营养物质[2-3]，尤其以蛋白质的含量较高，含有人体所需的各种氨基酸，其中8种必需氨基酸含量丰富[4]，是一种高蛋白低脂肪的健康食品[5]。地皮菜还有一定的药用价值，《本草纲目》等药用典籍记载其具有治疗夜盲症、烫火伤、丹毒，清心、养胃等功效，现代药理研究也证明，地皮菜具有抗氧化[6]、抗肿瘤[7]、抑菌[8]、降血脂[9]等多种生物活性，是一种具有高营养价值的食药两用资源。

饼干是一种焙烤食品，通常以谷物粉为主原料，添加黄油、鸡蛋、白糖等辅料，经面团调制、醒发、成型、烘烤、冷却、包装等主要工序制作而成[10]。由于饼干品种繁多，携带、食用方便，深受广大消费者的喜爱[11]。但是多数饼干的蛋白质含量低、脂肪含量高，不适宜过多食用。将高蛋白低脂肪的地皮菜与饼干结合起来，既增加饼干的营养价值，又赋予饼干特殊的风味和色泽。

此前已有采用正交试验设计对地皮菜韧性饼干进行研制的报道[12]，但地皮菜处理工艺相对复杂。此次试验选用面粉、地皮菜、黄油、鸡蛋和白砂糖作为原料制作地皮菜酥性饼干，并利用Box-Behnken响应面试验设计进行优化，得到地皮菜饼干的最佳加工工艺，为地皮菜综合利用和开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

地皮菜（青海海东市绿品源商贸有限公司）；低筋面粉（潍坊风筝面粉有限公司）；白砂糖（北京厨大妈食品集团有限公司）；黄油（上海枫未实业有限公司）；鸡蛋（市售）。

1.2 仪器与设备

KC-130小型粉碎机（浙江武义鼎藏日用金属制品厂）；KF-C家用烘焙称（美的集团有限公司）；T1-108B烤炉（宁波新芝生物科技股份有限公司）；DHG-9055A电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；擀面杖、烘焙纸、模具等。

1.3 方法及操作

1.3.1 工艺流程

原辅料料预处理→辅料预混→面团调制→醒发→饼干成型→烘烤→冷却→成品

1.3.2 操作要点1

原料预处理：将地皮菜洗净晾干（或烘干），粉碎，过0.250 mm（60目）孔径筛备用；黄油用热水化开备用。

辅料预混：将鸡蛋打入搅拌机中，打开搅拌机，每隔1 min依次加入白砂糖、水和黄油。

面团调制：将地皮菜粉与面粉混合均匀，将混合好的辅料加入面粉中，边加入边搅拌。全部加入后，揉面团10～20 min，以揉至面团表面光滑为宜。

醒发：将揉好的面团用保鲜膜包好，在常温下醒发10 min。

饼干成型：醒发好的面团用擀面杖擀成0.5 cm厚的面饼，用饼干模具均匀地从面饼上印出形状各异的饼干坯。

烘烤冷却：将成型的饼干坯均匀铺在烤盘上，按设置好的条件进行烘烤。烘烤结束后室温下冷却后包装。

1.3.3 单因素试验设计[13-15]

经预试验确定地皮菜饼干的基础配方：低筋面粉30 g，地皮菜粉末5 g，黄油7.5 g，白砂糖6 g，鸡蛋2个（约100 g），水适量。以饼干感官评分为评价指标，分别考察地皮菜添加量（5，8，11，14和17 g）、黄油添加量（5.5，7.5，9.5，11.5和13.5 g）、白砂糖添加量（6，9，12，15和18 g）和烘焙条件（条件1：底火180 ℃，面火200 ℃，烘烤12 min；条件2：底火200 ℃，面火180 ℃，烘烤12 min；条件3：底火180 ℃，面火200 ℃，烘烤15 min；条件4：底火200 ℃，面火180 ℃，烘烤15 min）对地皮菜饼干品质的影响。

1.3.4 地皮菜饼干响应面优化试验设计

在单因素试验基础上进行Box-Behnken试验设计，以地皮菜添加量、白砂糖添加量和黄油添加量三个因素为自变量，以感官评分为响应值，设计响应面试验，各因素水平见表1。

表1 Box-Behnken试验因素水平表 单位：g

1.3.5 地皮菜饼干感官评价标准

以地皮菜饼干的色泽、口感、风味、组织状态和外观五项质量指标作为感官评定项目[16-17]。评定小组选取10名具有相关专业背景的评价员，拿出有编号的饼干让评价员观察品尝，品尝前需用清水漱口，品尝完饼干后仍需用清水漱口，第一块饼干与下一块饼干品尝的时间间隔要大于2 min，重复3次，给出感官评价，取平均值。感官评价标准如表2所示。

表2 地皮菜饼干感官评价标准

.4 数据处理

试验数据运用Office Excel软件进行分析和处理，p＜0.05表示差异显著，p＜0.01表示差异极显著。响应面试验的数据处理采用Design-Expert 12软件。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 地皮菜添加量对饼干感官品质的影响

地皮菜颜色翠绿、气味独特，加入饼干中会赋予饼干特殊的颜色和独特的风味，地皮菜粉末会让饼干有独特的颗粒感，使饼干的口感层次更丰富。地皮菜添加量对饼干感官品质的影响如图1所示。

图1 地皮菜添加量对饼干品质的影响

由图1可知：地皮菜饼干感官评分随地皮菜添加量先上升后下降。在30 g面粉、2个鸡蛋的情况下，当地皮菜添加量为5 g时，地皮菜的风味不足，饼干感官评分为90.1分；当地皮菜添加量为8 g时，地皮菜饼干的口感最好，感官评分最高达到94.3分；随着地皮菜添加量继续增加，地皮菜饼干感官评分随之逐渐下降，这是因为随着地皮菜添加量的增多，饼干更容易焦糊，硬度增大，且地皮菜的颗粒感太重，同时减少饼干的酥脆感，影响地皮菜饼干的口感。所以地皮菜添加量选择8 g最为适宜。

2.1.2 白砂糖添加量对饼干感官品质的影响

白砂糖是一种常见的调味品，可以丰富饼干的口感，赋予饼干甜味，保持饼干中的水分，并且有一定的防腐保质功能。糖在烘烤中会与氨基酸类成分发生焦糖化反应，使饼干具有独特的焦糖味，色泽也更加诱人[18]。白砂糖添加量对饼干品质的影响结果如图2所示。

图2 白砂糖添加量对饼干品质的影响

由图2可知：地皮菜饼干感官评分随白砂糖添加量先上升后下降。在30 g面粉、2个鸡蛋的情况下，当白砂糖添加量为6 g时，饼干甜度太小，地皮菜的气味过于浓厚，掩盖了饼干本身的香气，饼干感官评分为93.1分；当白砂糖添加量为9 g时，地皮菜饼干甜度适宜，口感最好，感官评分最高达到95.7分；随着白砂糖的添加量继续增加，地皮菜饼干甜度变大，口感甜腻，地皮菜的独特香味被掩盖，感官评分随之下降。综合评定，白砂糖添加量选择9 g为宜。

2.1.3 黄油添加量对饼干感官品质的影响

黄油营养丰富，可以增加饼干的酥脆性，赋予饼干特殊甜香味，也可以轻微改变饼干的色泽，使饼干的口感更加丰富。黄油添加量对饼干品质的影响结果如图3所示。

图3 黄油添加量对饼干品质的影响

由图3可知：地皮菜饼干感官评分随黄油添加量先上升后下降。在30 g面粉、2个鸡蛋的条件下，当黄油的添加量为9.5 g时，饼干的感官评分最高达到97.4分。当黄油添加量过低时，地皮菜饼干组织粗糙，不够酥脆，饼干香气也不够明显；当黄油添加量过高时，饼干易碎，组织松散，口感油腻，黄油的甜香味掩盖了地皮菜本身的青草香味，影响了饼干的口感，且不利于健康[16]。因此黄油的最适添加量在9.5 g左右。

2.1.4 烘烤条件对饼干感官品质的影响

烘烤条件对饼干的感官品质也有较大的影响，其结果如图4所示。由图4可以看出：当底火为200 ℃，面火温度为180 ℃，烘烤12 min时，地皮菜饼干的感官评分最高，为95.2分，此时饼干的品质最好，色泽暗绿，断面疏松多孔，口感良好，硬度适中。当烘烤12 min，底火180 ℃，面火200 ℃时，地皮菜饼干色泽为暗绿色，硬度适中，但内部有部分夹生的情况。在烘烤时间15 min的条件下，底火180 ℃，面火200 ℃，饼干外部呈轻微焦黄色，过硬过干；底火200 ℃，面火180 ℃，饼干外部焦黄，并有难闻焦糊味。因此，烘烤条件选择底火温度200 ℃、面火温度180 ℃、烘烤时间12 min。

图4 烘焙条件对饼干品质的影响

2.2 响应面优化试验结果

2.2.1 响应面试验结果与方差分析

以 Design-Expert 12软件作为数据拟合和处理工具，进行响应面试验设计。在单因素试验的基础上，以感官评分为响应值，选取地皮菜添加量（A）、黄油添加量（B）和白砂糖添加量（C）进行三因素三水平响应面优化试验，试验结果如表3所示。

表3 响应面分析试验方案与结果

利用Design-Expert 12软件将试验数据进行处理，得出以感官评分为目标函数的二次多项回归方程：感官评分Y=96.56-0.075A-0.15B+0.30C+0.275AB-0.275AC-0.675BC-1.04A2-1.69B2-1.79C2。式中，A、B、C分别为地皮菜、黄油和白砂糖的添加量。

利用Box-Behnken响应面分析法对地皮菜饼干拟合的回归方程进行方差和显著性分析，结果见表4。

由表4可以看出，p值＜0.05，表示模型具有显著性，且失拟项不显著（p=0.170 6＞0.05），说明预测值与试验值相关，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地皮菜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一次项A、B、C及二次项AB、AC、BC对感官评分影响不显著（p＞0.05），二次项A2对感官评分的影响显著（p＜0.05），二次项B2、C2对感官评分有极显著的影响（p＜0.01）。另外，通过比较该模型各因素的F值的大小，判定各因素的主次关系：F值越大，则该因素对试验结果的影响越大，所以对地皮菜饼干的感官评分的影响因素主次顺序为C＞B＞A（白砂糖添加量＞黄油添加量＞地皮菜添加量）。

表4 回归方程的方差分析

2.2.2 响应面分析

响应面3D曲面变化及等高线图能够反映因素的交互作用，3D曲面图越陡峭，说明各因素对感官评分的影响越显著，等高线图椭圆形表示交互作用显著，接近圆形表示交互作用不显著。响应面的3D图和等高线图结果如图5所示。

图5是响应面试验交互作用结果3D图，体现了地皮菜添加量、黄油添加量和白砂糖添加量任意一个变量不变时，其余两个变量交互作用对地皮菜饼干感官评分的影响。感官评分与三个因素之间均呈开口向下的抛物线关系，说明在试验选用的取值范围内，存在最佳点，可使感官评分达到最大值。从响应面曲面图的坡度及等高线图的形状来看，BC两因素交互作用的响应面曲面图最陡峭、等高线图呈椭圆形，说明BC两因素对感官评分的影响最大，AC两因素对感官评分的影响与AB两因素对感官评分的影响基本相同，C对地皮菜饼干品质的影响比A、B更大，这与上述方差分析的结果一致。

图5 各因素交互作用对饼干感官评分影响的曲面图和等高线图

2.3 最佳试验配方的确定及验证性试验

通过Box-Behnken试验所得到的数据结果，利用Design-Expert 12软件处理得到的结果显示，地皮菜添加量为7.82 g、黄油添加量为9.36 g、白砂糖添加量为9.30 g时感官评分值最高，为96.58分。考虑到实际操作性，将试验条件修改为地皮菜添加量7.9 g、黄油添加量9.4 g、白砂糖添加量9.3 g，在此条件下进行3次平行试验，得到的感官平均分为96.7分，与预测值较接近，得到的地皮菜饼干色泽鲜艳，具有地皮菜特有的漂亮的绿色，质地均匀，口感酥脆，具有地皮菜的特殊口感和风味，测定结果稳定，试验结果可靠。说明回归方程具有较高的准确性，有一定的实用价值。

3 结论

以感官评价为指标，在单因素试验的基础上，采用响应面Box-Behnken试验设计优化地皮菜饼干加工工艺，得出地皮菜饼干的最佳工艺。最佳烘焙条件为底火温度200 ℃、面火温度180 ℃、烘烤时间12 min；地皮菜饼干的最佳配方为低筋面粉30 g、鸡蛋2个、地皮菜添加量7.9 g、黄油添加量9.4 g、白砂糖添加量9.3 g。此条件下得到的地皮菜饼干色泽鲜艳，具有地皮菜特有的漂亮的绿色，质地均匀，口感酥脆，具有地皮菜的特殊口感和风味。地皮菜饼干富含多种营养物质，如膳食纤维、必需氨基酸等，对维持人体健康有一定帮助作用，符合当代人对健康的需求，地皮菜饼干既扩大了地皮菜的应用，也丰富了饼干的品种，符合饼干未来的发展方向。