響應(yīng)面法優(yōu)化蕉芋酥性餅干配方

劉惠娟，龔加順，劉飛蘭，王秋萍

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650201）

蕉芋，學(xué)名蕉藕（Canna edulis Ker），又名芭蕉芋、旱藕、蕉藕、藕芋、姜芋、狀元芋等，多年生草本植物，植株高度可達(dá)3 m，根部為塊狀，莖為紫色[1]。其原產(chǎn)于南美州等地，目前在我國(guó)貴州、云南等地大范圍種植，蕉芋適應(yīng)性廣、喜溫光、抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量高、易栽培，在年均溫16 ℃以上，年降水900 mm 以上的亞熱帶區(qū)域各類(lèi)土壤均可栽培[2-3]。蕉芋塊莖含有大量的淀粉，其干片質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為淀粉60%，水分17.10%，灰分2.80%，粗纖維2.65%，脂肪0.26%，蛋白質(zhì)3.63%，單寧0.19%[4]。目前，蕉芋可以作為一種高價(jià)值淀粉的新原料來(lái)源，同時(shí)也可作為釀造發(fā)酵、食品和飼料加工的優(yōu)質(zhì)原料。蕉芋淀粉顆粒較一般市售淀粉顆粒大、糊化溫度低、淀粉糊透明度好、直鏈淀粉含量高、成膜性好，這些特點(diǎn)與常規(guī)馬鈴薯淀粉接近，其應(yīng)用性質(zhì)廣泛。蕉芋直鏈抗性淀粉含量為17.5%～ 27.0%，是一種新型抗性淀粉來(lái)源[5]。但是，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于蕉芋的開(kāi)發(fā)利用局限于飼料和手工作坊生產(chǎn)中，并未得到大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，芭蕉芋產(chǎn)品附加值較低，其優(yōu)質(zhì)的抗性淀粉被浪費(fèi)[6]。據(jù)此，考慮到我國(guó)餅干市場(chǎng)和近年來(lái)我國(guó)糖尿病患者情況，著力蕉芋抗性淀粉的相關(guān)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)一款適合糖尿病患者食用的蕉芋酥性餅干，合理高效利用淀粉資源。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蕉芋、雞蛋、小蘇打、黃油，市售；白砂糖，購(gòu)于云南省德宏州瑞麗市。

HH-6 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海力辰邦西儀器科技有限公司產(chǎn)品；AR224CN 型電子天平，奧豪斯儀器（常州） 有限公司產(chǎn)品；WHL-25AB 型臺(tái)式電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；EU-KI-TQ 型超純水器，南京歐鎧環(huán)境科技有限公司產(chǎn)品；WEC-2Y 型電子紅外烤箱，廣東廣州旭眾機(jī)械有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理

原料準(zhǔn)備→原料多級(jí)清洗→粉碎過(guò)濾→除泥除砂→過(guò)濾沉淀→脫水→干燥。

1.2.2 工藝流程[7-8]

黃油軟化→加白砂糖攪打1～2 min→加雞蛋液攪打2～3 min→加蕉芋淀粉和面粉→面團(tuán)醒發(fā)30 min→烘烤（上火180 ℃，下火160 ℃，時(shí)間30 min） →檢測(cè)微生物（參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)） →包裝→成品。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1） 白砂糖用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響。固定蕉芋淀粉用量40 g（蕉芋淀粉和低筋小麥粉用量共80 g），牛奶用量10 g，黃油用量25 g，雞蛋液用量12.5 g，食鹽用量0.5 g，考查白砂糖用量[9]分別為7.5，10.0，12.5，15.0，17.5 g 對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響，確定最佳白砂糖用量。

（2） 黃油用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響。固定蕉芋淀粉用量40 g（蕉芋淀粉和低筋小麥粉用量共80 g），牛奶用量10 g，白砂糖用量15 g，雞蛋液用量12.5 g，食鹽用量0.5 g，考查黃油用量[10]分別為15，20，25，30，35 g 對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響，確定最佳黃油用量。

（3） 蕉芋淀粉用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響。確定黃油用量25 g，白砂糖用量15 g，牛奶用量10 g，食鹽用量0.5 g，雞蛋液用量12.5 g，考查蕉芋淀粉用量[11]分別為10，20，30，40，50 g（注：蕉芋淀粉和低筋小麥粉共80 g） 對(duì)蕉芋酥性酥性餅干感官品質(zhì)的影響，確定最佳蕉芋淀粉用量。

（4） 雞蛋液用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響。確定蕉芋淀粉用量40 g（蕉芋淀粉和低筋小麥粉用量共80 g），牛奶用量10 g，黃油用量25 g，白砂糖用量15 g，食鹽用量0.5 g，考查雞蛋液用量分別為7.5，10.0，12.5，15.0，17.5 g 對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響，確定最佳雞蛋液用量[12]。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行Box-benhnken 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以蕉芋淀粉用量（蕉芋淀粉和低筋小麥粉用量共80 g）、黃油用量、白砂糖用量、雞蛋液用量4 個(gè)因素為自變量，以感官評(píng)分[13]為指標(biāo)，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)。

因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1.3 酥性餅干感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

參照GB 7100—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 餅干》中感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)選10 位具有食品專(zhuān)業(yè)背景感官評(píng)定人員，男女各占50%，對(duì)滋味和口感（25 分）、產(chǎn)品光澤（25 分）、外觀（25 分）、組織結(jié)構(gòu)（25 分） 進(jìn)行綜合評(píng)分[14-15]，結(jié)果取平均值。

酥性餅干感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與細(xì)則見(jiàn)表2。

表2 酥性餅干感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與細(xì)則

1.4 蕉芋酥性餅干微生物指標(biāo)、理化指標(biāo)檢測(cè)

蕉芋酥性餅干成品菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌、金黃色葡萄球菌、沙門(mén)氏菌、志賀氏菌均根據(jù)國(guó)標(biāo)中的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 白砂糖用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響

白砂糖用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖1。

圖1 白砂糖用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，白砂糖用量為7.5～15.0 g 時(shí)，感官評(píng)分隨其用量增加而增加；白砂糖用量為15 g 時(shí)感官評(píng)分最高；超過(guò)15 g 后，感官評(píng)分下降。當(dāng)白砂糖用量過(guò)少時(shí)，成品缺乏甜美滋味，當(dāng)白砂糖用量過(guò)多時(shí)，其滲透壓作用能使粉料中的水分脫出而使面團(tuán)較軟，且甜味過(guò)強(qiáng)產(chǎn)生甜膩感[16]，故感官評(píng)分低。

2.1.2 黃油用量對(duì)蕉芋餅干感官品質(zhì)的影響

黃油用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 黃油用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響

由圖2 可知，黃油用量為10～25 g 時(shí)，感官評(píng)分隨其用量增加而增加；黃油用量為25 g 時(shí)感官評(píng)分最高；超過(guò)25 g 后，感官評(píng)分下降，油酥面團(tuán)太軟，黏性大，沒(méi)有筋道，無(wú)法成型。油脂在面筋蛋白與淀粉微粒之間形成了一層薄油膜，破壞了面團(tuán)的面筋蛋白，使面團(tuán)在烘烤后口感酥軟[17-18]，從而影響整體外觀。而面團(tuán)中黃油用量低于25 g 時(shí)，面團(tuán)因黃油含量降低而口感偏硬，餅干酥性不足，所以評(píng)分低。

2.1.3 蕉芋淀粉用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響

蕉芋淀粉用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖3。

由圖3 可知，蕉芋淀粉和低筋小麥粉共80 g，蕉芋淀粉用量為10～50 g 時(shí)，感官評(píng)分隨其用量增加而增加；蕉芋淀粉用量為40 g 或50 g 時(shí)，感官評(píng)分無(wú)顯著性差異（p>0.05）；當(dāng)蕉芋淀粉用量為40 g 時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高。蕉芋淀粉用量過(guò)少時(shí)，成品蕉芋色澤不明顯，顏色過(guò)淡，成品蕉芋風(fēng)味不明顯，體現(xiàn)不出蕉芋酥性餅干的特色；隨著用量的增加，蕉芋風(fēng)味逐步增強(qiáng)，感官評(píng)分升高，當(dāng)用量過(guò)高時(shí)，降低了面團(tuán)的蓬松度，增加了酥面團(tuán)的硬度[19]。

圖3 蕉芋淀粉用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響

2.1.4 雞蛋液用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響

雞蛋液用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖4。

圖4 雞蛋液用量對(duì)蕉芋酥性餅干感官品質(zhì)的影響

雞蛋液可以增加許多面粉沒(méi)有的營(yíng)養(yǎng)成分，使餅干香味濃郁。此外，雞蛋液可以使餅干色澤更加美觀，且使餅干發(fā)酵更加松脆[20-21]。由圖4 可知，雞蛋液用量為7.5～12.5 g 時(shí)，感官評(píng)分隨其用量增加而增加；雞蛋液用量為12.5 g 時(shí)感官評(píng)分最高；超過(guò)12.5 g 后，感官評(píng)分下降。當(dāng)雞蛋液用量過(guò)少時(shí)，會(huì)導(dǎo)致酥性餅干不光澤、表面粗糙。雞蛋液過(guò)多了會(huì)導(dǎo)致油水分離，使酥性餅干不易成型，最終使酥性餅干變硬，故感官評(píng)分低。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表3。

基于單因素試驗(yàn)結(jié)果，按照Box-behnken 試驗(yàn)方案進(jìn)行四因素三水平試驗(yàn)。

由表3 可知，利用Design Expert 8.0.6 軟件對(duì)蕉芋酥性餅干響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合分析，用于評(píng)估變量（Y） 和變量（A，B，C，D） 的回歸平方方程如下：

表3 Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

回歸模型方差分析見(jiàn)表4。

表4 回歸模型方差分析

由表4 可知，該模型p 值小于0.01，說(shuō)明到達(dá)了極顯著水平；失擬項(xiàng)p 值為0.252 7，大于0.05，說(shuō)明失擬項(xiàng)的差異不顯著，表明該模型具有合理性。各因素中A、C、A2、B2、C2、D2差異極顯著（p<0.01）；D、CD、C2差異顯著（p<0.05）；B、D、AB、AC、AD、BC、BD 差異不顯著。4 個(gè)單因素對(duì)蕉芋酥性餅干的感官評(píng)分影響順序?yàn)镃>A>B>D。該回歸模型系數(shù)R2的修正系數(shù)為0.989 9，而系數(shù)R2Adj的修正系數(shù)為0.971 8，可以根據(jù)情況合理地進(jìn)行調(diào)整，也可以根據(jù)需要進(jìn)行修正。

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

各因素交互作用對(duì)蕉芋酥性餅干品質(zhì)影響的響應(yīng)面和等高線(xiàn)圖見(jiàn)圖5。

響應(yīng)曲面坡度變化和等高線(xiàn)能反映因素的交互作用，三維空間的曲面圖坡度越大，則幾個(gè)因素對(duì)響應(yīng)值影響越大[22]。等高線(xiàn)圖表示同一橢圓形區(qū)域內(nèi)，橢圓形表示交互作用顯著，反之接近圓形表明交互作用不明顯可以忽略[23-24]。由圖5 可知，當(dāng)白砂糖用量（A）、黃油用量（B）、蕉芋淀粉用量（C）和雞蛋液用量（D） 兩兩交互作用時(shí)，AB、AC、AD、BC、BD 和CD 的等高線(xiàn)的橢圓度較大，3D 曲面的坡度較陡，說(shuō)明這6 組交互作用對(duì)蕉芋酥性餅干感官評(píng)分的影響顯著，其中白砂糖用量（A） 與黃油用量（B） 及白砂糖用量（A） 與蕉芋淀粉用量（C） 的交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響較大。蕉芋酥性餅干的感官評(píng)分隨白砂糖用量（A）、黃油用量（B）、雞蛋液用量（C） 和蕉芋淀粉用量（D） 的增加均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，說(shuō)明存在感官評(píng)分的極大值點(diǎn)。

圖5 各因素交互作用對(duì)蕉芋酥性餅干品質(zhì)影響的響應(yīng)面和等高線(xiàn)圖

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)回歸方程和Box-benhnken 試驗(yàn)獲得的結(jié)果，經(jīng)Design Expert 分析可得，蕉芋酥性餅干的最佳配方為白砂糖用量12.97 g，黃油用量25.31 g，蕉芋淀粉用量30.28 g（蕉芋淀粉和低筋小麥粉共80 g），雞蛋液用量11.83 g，此配方條件下，酥性餅干感官預(yù)測(cè)分為85.34 分。參考驗(yàn)證預(yù)測(cè)值，并且結(jié)合實(shí)際工藝要求，設(shè)計(jì)最優(yōu)配方為白砂糖用量13 g，黃油用量25 g，蕉芋淀粉用量30 g（蕉芋淀粉和低筋小麥粉共80 g），雞蛋液用量12 g，此配方平行驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)行3 次，驗(yàn)證結(jié)果最終為85 分，接近預(yù)測(cè)值85.34 分。采用響應(yīng)面法所得的蕉芋酥性餅干配方與預(yù)測(cè)值相比，準(zhǔn)確可靠，并且具有一定的實(shí)用意義。

2.2.4 蕉芋酥性餅干微生物檢測(cè)

蕉芋酥性餅干微生物指標(biāo)、理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5 可知，蕉芋酥性餅干微生物群落總數(shù)、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌檢測(cè)結(jié)果均符合GB 7100—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 餅干》規(guī)定，致病菌未檢出。

表5 蕉芋酥性餅干微生物指標(biāo)、理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

以蕉芋淀粉、低筋小麥粉、黃油、白砂糖和雞蛋液為主要原料，以感官評(píng)定為依據(jù)，通過(guò)單因素試驗(yàn)和Box-behnken 中心組合試驗(yàn)方案，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化最終得出蕉芋酥性餅干最佳配方為蕉芋淀粉30 g（蕉芋淀粉和低筋小麥粉共80 g），黃油25 g，白砂糖13 g，雞蛋液12 g。所得餅干酥脆、不黏牙、甜度適中、蕉芋風(fēng)味濃郁；表面及底部光澤均勻呈現(xiàn)淺黃色、形狀完整、形態(tài)規(guī)則。而且微生物和致病菌的檢測(cè)結(jié)果均符合國(guó)標(biāo)要求。