響應(yīng)面法優(yōu)化胡蘿卜功能性餅干工藝研究

張守花 張新海

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鶴壁 458030）

隨著糖尿病、肥胖癥等“富貴病”人群數(shù)量的增加，高營(yíng)養(yǎng)、低熱量的功能性食品研究和開發(fā)已受到高度重視[1]。胡蘿卜富含葉酸、維生素A 和多種類胡蘿卜素，在增強(qiáng)免疫力和提高腸道益生菌等方面有獨(dú)特的價(jià)值[2]?？剐缘矸劬哂猩攀忱w維功能，攝入適量抗性淀粉可預(yù)防高脂血癥、心血管病，降低糖尿病患者發(fā)病[3]，是一種新型膳食纖維食品添加劑，其持水率低，適用于焙烤食品。低聚木糖是可溶性的糖，具有良好的甜味，熱量值低，攝入低聚木糖不會(huì)引起血糖水平的波動(dòng)，在食品中添加低聚木糖既能滿足人們對(duì)甜味的需求，又不會(huì)造成過多熱量的攝入[4-5]。以低筋小麥粉、胡蘿卜粉、抗性淀粉、低聚木糖為主要原料，通過響應(yīng)面法優(yōu)化餅干的配方，研發(fā)出一種高營(yíng)養(yǎng)、低熱量的胡蘿卜功能性餅干。

1 材料與方法

1.1 主要材料

低筋小麥粉，五得利集團(tuán)新鄉(xiāng)面粉有限公司；抗性淀粉，上海永葉生物科技有限公司；胡蘿卜粉，興化市益盛生物科技有限公司；低聚木糖，山東龍力生物科技股份有限公司；無鋁害雙效泡打粉，安琪酵母股份有限公司；淇花大豆油，河南省淇花食用油有限公司；食鹽，久大（應(yīng)城）鹽礦有限責(zé)任公司。

1.2 主要設(shè)備

TL-603S 電氣層爐，無錫騰力機(jī)械有限公司；TL-520 酥皮機(jī)，無錫騰力機(jī)械有限公司；SZM-B5型攪拌機(jī)，廣州旭眾食品機(jī)械有限公司。

1.3 制作方法

1.3.1 餅干基礎(chǔ)配方

通過預(yù)試驗(yàn)設(shè)定基礎(chǔ)配方：100 g 低筋小麥粉，胡蘿卜粉35 g，抗性淀粉10 g，低聚木糖2 g，植物油20 g，泡打粉 1 g，食鹽 0.5 g。

1.3.2 餅干制作工藝與操作要點(diǎn)

工藝：面團(tuán)調(diào)制→輥軋→成型→烘烤→冷卻→成品。

面團(tuán)調(diào)制：

（1）將低筋小麥粉、胡蘿卜粉、抗性淀粉、低聚木糖、泡打粉和食鹽混合均勻。

（2）加入水和大豆油進(jìn)行和面。

（3）和面至面團(tuán)表面光滑，在制備面團(tuán)的過程中，應(yīng)該減少面團(tuán)的揉捏時(shí)間。和好面后25 ℃下靜置一段時(shí)間[6]。

輥軋成型：將調(diào)制好的面團(tuán)，用酥皮機(jī)輥軋成均勻的2 mm 薄片，用印模壓成形狀大小一致的面胚。

烘烤條件：烤箱提前預(yù)熱，上火180 ℃，下火180 ℃，烘烤 10 min。

冷卻、包裝：等徹底晾涼后，放入包裝袋內(nèi)封口。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

在固定基礎(chǔ)配方的條件下，對(duì)胡蘿卜粉、抗性淀粉和低聚木糖添加量分別設(shè)計(jì)6 個(gè)不同水平的試驗(yàn)，具體見表1，探討其對(duì)餅干感官品質(zhì)的影響。

表1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3.4 餅干制作響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以胡蘿卜粉、抗性淀粉和低聚木糖添加量為自變量，以餅干感官評(píng)分為指標(biāo)，使用Design Expert 軟件的Box-Behnken 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)[7-8]，因子與水平及編碼見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平

1.3.5 感官評(píng)價(jià)指標(biāo)

以餅干的色澤、風(fēng)味、口感、外形及組織結(jié)構(gòu)為評(píng)定指標(biāo)，由10 位經(jīng)過一定感官分析訓(xùn)練的人士根據(jù)設(shè)計(jì)的感官質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，具體評(píng)定指標(biāo)見表3。

表3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 處理數(shù)據(jù)，取5 次平行試驗(yàn)結(jié)果的均值；采用軟件Origin 作圖；采用軟件Design-Expert的Box-Behnken 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

胡蘿卜粉、抗性淀粉、低聚木糖添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響情況見圖1—圖3。

圖1 胡蘿卜粉添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

圖3 低聚木糖添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

由圖1 可知，胡蘿卜粉添加量為40 g 時(shí)，餅干感官評(píng)分最高，此時(shí)餅干的疏松性較好，表面光滑，有淡淡的胡蘿卜香味；當(dāng)胡蘿卜粉添加量較小時(shí)，餅干的胡蘿卜香味較小，且餅干口感稍硬；隨著胡蘿卜粉添加量的增加，餅干口感逐漸變好，且面團(tuán)也易成型；當(dāng)胡蘿卜粉超過40 g 后，餅干的胡蘿卜味較重且有少許苦味，口感變差。在不影響餅干品質(zhì)的前提下，為達(dá)到盡可能多的增加胡蘿卜用量，試驗(yàn)中胡蘿卜粉最佳添加量在40 g 左右。

由圖2 可知，當(dāng)抗性淀粉添加量達(dá)到12 g 時(shí)，餅干的感官得分達(dá)到最高，此時(shí)制得的餅干顏色均勻，香味純正，酥脆性較好，口感細(xì)膩；當(dāng)抗性淀粉較少時(shí)，口味變化不明顯；當(dāng)抗性淀粉超過12 g 后，隨著抗性淀粉的繼續(xù)增加，餅干的顏色變淺，表面裂紋開始增多。試驗(yàn)中抗性淀粉最佳添加量在12 g 左右。

圖2 抗性淀粉添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

續(xù) 表

由圖3 可知，當(dāng)?shù)途勰咎怯昧繛?.5 g 時(shí)，餅干感官評(píng)分最高，餅干甜度適中；當(dāng)?shù)途勰咎怯昧啃∮?.5 g 時(shí)，甜度不足；當(dāng)?shù)途勰咎怯昧看笥?.5 g 時(shí)，有甜膩感。鑒于胡蘿卜功能性餅干研制時(shí)要求盡量少糖，試驗(yàn)中低聚木糖最佳添加量在2.5 g 左右。

2.2 Box-Behnken 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 模型的建立及方差分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以餅干的感官評(píng)分為響應(yīng)值，以胡蘿卜粉、抗性淀粉和低聚木糖添加量為考察因素，進(jìn)行Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

利用Design-Expert 軟件對(duì)表4 數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合[9-10]，得到響應(yīng)值（Y）對(duì) A、B、C 的響應(yīng)值回歸方程：Y=+88.79-0.34A+0.81B-0.76C-1.53AB-0.83AC-0.10BC-6.68A2-6.80B2-3.64C2，對(duì)響應(yīng)面回歸模型進(jìn)行方差分析[7-8]，結(jié)果見表5。

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析

由表5 可知，多元回歸所建立模型的P 小于0.0001，表明建立的回歸方程極顯著[11-12]；失擬項(xiàng)P大于0.05，失擬項(xiàng)不顯著，表明模型具有較高的可靠性，回歸方程的擬合度較高[13-14]；模型的相關(guān)性系數(shù)為0.9845，說明預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值有較高的相關(guān)性[15-17]；調(diào)整決定系數(shù)為0.9645，說明96 %以上的響應(yīng)值能用所建模型解釋，能夠較好地描述試驗(yàn)結(jié)果[18]；信噪比18.842 大于4，表明信號(hào)充足，也說明所建模型比較可靠；模型的二次項(xiàng) A2、B2、C2的 P 值小于0.0001，達(dá)到極顯著水平，說明試驗(yàn)考察的3 個(gè)因素對(duì)響應(yīng)值不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，它們的改變對(duì)餅干品質(zhì)的變化影響較大[19-20]。

2.2.2 響應(yīng)面分析

由模型回歸方程繪制響應(yīng)面三維圖像和等高線見圖4—圖6。

由圖4—圖6 可知，考察的3 個(gè)因素兩兩交互作用均比較顯著[21]，固定胡蘿卜粉添加量、抗性淀粉添加量和低聚木糖添加量中的2 個(gè)因素，改變另一個(gè)因素變量，餅干品質(zhì)均先升高后降低。

圖4 胡蘿卜粉添加量與抗性淀粉添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

圖6 抗性淀粉添加量和低聚木糖添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

響應(yīng)面試驗(yàn)所建模型的數(shù)據(jù)診斷見圖7—圖8。

圖8 殘差與試驗(yàn)運(yùn)行的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

由圖7 可知，試驗(yàn)的殘差分布符合正態(tài)規(guī)律，所有數(shù)值基本接近一條直線，說明預(yù)測(cè)值和實(shí)際值比較接近，預(yù)測(cè)誤差較小[22]。

圖5 胡蘿卜粉添加量與低聚木糖添加量對(duì)餅干品質(zhì)的影響

圖7 殘差的正態(tài)概率分布

由圖8 可知，殘差數(shù)據(jù)表現(xiàn)為分散無規(guī)律性，表明殘差與試驗(yàn)運(yùn)行過程無直接關(guān)系，同樣表明了試驗(yàn)?zāi)Ｐ头匠痰目煽啃暂^高，方程的擬合度較好，可以用試驗(yàn)擬合方程對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)[23-24]。

2.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證

利用Box-Behnken 設(shè)計(jì)對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)預(yù)測(cè)的最優(yōu)配方為：胡蘿卜粉添加量39.87 g，抗性淀粉添加量12.06 g，低聚木糖添加量2.45 g，餅干感官評(píng)分為88.86。

利用最優(yōu)配方進(jìn)行3 次重復(fù)性驗(yàn)證試驗(yàn)，制作的胡蘿卜功能性餅干表面光滑，酥脆性較強(qiáng)，口感細(xì)膩，有胡蘿卜的清香。3 次試驗(yàn)餅干感官評(píng)分平均為88.31，基本接近預(yù)測(cè)值，表明響應(yīng)面法優(yōu)化配方的可靠性較高[25-26]。

3 結(jié)語

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面法優(yōu)化胡蘿卜功能性餅干配方，利用Box-Behnken 設(shè)計(jì)優(yōu)化的最佳配方進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得胡蘿卜功能性餅干品質(zhì)平均值與預(yù)測(cè)值基本吻合，表明試驗(yàn)利用響應(yīng)面優(yōu)化的最佳配方具有實(shí)際參考意義。胡蘿卜功能性餅干的研制與開發(fā)不僅可以拓展市場(chǎng)上餅干的種類，也可為高血脂、糖尿病、肥胖癥等特定人群提供營(yíng)養(yǎng)豐富、熱量較低的休閑食品。