響應(yīng)面結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化開胃曲奇制作工藝

劉 艷，劉群群，李志華，李福元，喻祖文

（湖南中醫(yī)藥高等專科學(xué)校藥學(xué)院，湖南株洲 412012）

隨著人們對(duì)健康的要求越來越高，中醫(yī)“藥食同源”理論日益受到青睞[1]?！八幨惩础笨梢詮淖置嫔侠斫?，即中藥與食物有相同的來源，二者沒有顯著區(qū)別，既是食物也是藥物[2]。

小兒厭食癥普遍存在1～6 歲兒童中，是一種常見的小兒脾胃病，又稱為消化功能紊亂，主要表現(xiàn)是食欲降低、厭食，甚至拒食[3]。進(jìn)食是人體攝入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要途徑，長(zhǎng)期受限會(huì)引起營(yíng)養(yǎng)不良，嚴(yán)重時(shí)甚至影響患兒生長(zhǎng)發(fā)育[4]。我國(guó)學(xué)齡前兒童發(fā)病率為12%～14%，近年來呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)[5]。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為，治療厭食、食積等小兒脾胃病以健脾為主，采用藥食同源中藥調(diào)節(jié)脾胃功能對(duì)于兒童來說更安全。

山藥有健脾、補(bǔ)肺等功效，用于脾虛食少；山楂有消食積等功效，用于肉食積滯、胃烷脹滿；炒麥芽有行氣消食、健脾開胃等功效；雞內(nèi)金有健胃消食等功效，用于食積不消、小兒疳積；陳皮有理氣健脾等功效，用于脘腹脹滿、食少吐瀉；茯苓有健脾等功效，用于脾虛食少。選取上述6 種健脾開胃藥食同源中藥進(jìn)行中醫(yī)組方，并制作出適合兒童食用的健脾開胃營(yíng)養(yǎng)餅干，不僅為解決由于中藥苦口、難以下咽導(dǎo)致的兒童用藥依從性差的難題提供了一條有效路徑，也讓孩子們?cè)谙碛昧闶车耐瑫r(shí)調(diào)節(jié)了脾胃功能。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

山藥、茯苓、陳皮、山楂、雞內(nèi)金、炒麥芽，湖南衡岳中藥飲片有限公司提供；低筋面粉，夏縣尉郭鄉(xiāng)彩仙面粉廠提供；黃油，內(nèi)蒙古蒙牛奶酪有限責(zé)任公司提供；雞蛋、小蘇打、食鹽，購(gòu)自當(dāng)?shù)爻?；糖粉，南京忠來果品食雜有限公司提供。

1.2 儀器設(shè)備

BSM 型電子天平，上海卓精電子科技有限公司產(chǎn)品；MT201 型電子秤，深圳市美孚電子有限公司產(chǎn)品；SM2-523H 型烤箱，新麥機(jī)械（無錫）有限公司產(chǎn)品；HBD-810 型多功能廚師機(jī)，珠海家寶德電氣有限公司產(chǎn)品；101-1BS 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海力辰儀器科技有限公司產(chǎn)品；80 目型面粉篩，三能器具（無錫）有限公司產(chǎn)品；RS-FS1401 型粉碎機(jī)，合肥榮事達(dá)小家電有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）黃油軟化。黃油切成小塊，隔水軟化，以松軟、輕壓易塌陷為準(zhǔn)，避免出現(xiàn)融化或油水分離現(xiàn)象。

（2）攪打。將軟化的黃油和糖粉同時(shí)在多功能廚師機(jī)中高速攪打至膨松，并出現(xiàn)乳白色。加入蛋清液后繼續(xù)混合攪拌均勻。

（3）健脾開胃混粉制備。將山藥、茯苓、炒麥芽、山楂、雞內(nèi)金、陳皮于70～75 ℃烘箱中干燥3 h，粉碎后過80 目篩，得健脾開胃藥食同源混粉。

（4）原料預(yù)混。將低筋面粉和健脾開胃混粉加入乳化好的黃油中，低速混合均勻即可。

（5）成型。用六齒花嘴擠成直徑為5 cm，厚度為2 cm 左右的圓形。

1.3.3 開胃曲奇基本配方和烘烤工藝

參考張丹[6]酥性餅干的制作對(duì)開胃曲奇加工工藝進(jìn)行摸索，預(yù)試驗(yàn)確定了開胃曲奇的基本配方為低筋面粉90 g，健脾開胃混粉10 g，黃油60 g，糖粉24 g，蛋清液25 g，食鹽0.3 g，小蘇打0.5 g?；竞婵竟に嚍樯匣?60 ℃，下火140 ℃，時(shí)間21 min。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

以感官評(píng)分為指標(biāo)，在基本配方的基礎(chǔ)上，分別考查健脾開胃混粉與低筋面粉比例（5∶95，10∶90，15∶85，20∶80，25∶75，低筋面粉+健脾開胃混粉總量為100 g）、黃油用量（30，40，50，60，70 g）、糖粉用量（8，16，24，32，40 g）、蛋清液用量（15，20，25，30，35 g）、烘烤上火溫度（140，150，160，170，180 ℃）、烘烤下火溫度（120，130，140，150，160 ℃）、烘烤時(shí)間（17，19，21，23，25 min）對(duì)餅干品質(zhì)的影響。

1.3.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以健脾開胃混粉∶低筋面粉（A）、黃油用量（B）、蛋清液用量（C）為考查因素，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化開胃曲奇的制作配方參數(shù)。

開胃曲奇響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)[7]見表1。

表1 開胃曲奇響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.3.6 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

由10 位受過感官品評(píng)培訓(xùn)的人員，從開胃曲奇的色澤、外觀、風(fēng)味、口感與滋味、組織形態(tài)等方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)分。

餅干的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[8-9]見表2。

表2 餅干的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.7 產(chǎn)品指標(biāo)的測(cè)定

理化指標(biāo)：酸價(jià)參照GB 5009.229—2016 測(cè)定[10]，過氧化值參照GB 5009.227—2016 測(cè)定[11]。

微生物指標(biāo)：分別參照GB 4789.2—2016 和GB 4789.3—2016 測(cè)定菌落總數(shù)和大腸菌群[12-13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SPSS 26、Origin 2018 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.5 模糊數(shù)學(xué)模型的建立

1.5.1 評(píng)價(jià)因素和權(quán)重

評(píng)價(jià)因素集F={色澤，外觀，風(fēng)味，口感與滋味，組織形態(tài)}，是餅干品質(zhì)影響因素的集合。權(quán)重反映各因素在感官評(píng)定中所處重要性的強(qiáng)弱，研究采用強(qiáng)制決定法[14]，確定開胃曲奇的權(quán)重X={0.2，0.2，0.2，0.2，0.2}，即感官評(píng)分滿分為100時(shí)，色澤、外觀、風(fēng)味、口感與滋味、組織形態(tài)各占20 分。

1.5.2 評(píng)價(jià)等級(jí)

將開胃曲奇分為3 個(gè)等級(jí)，評(píng)價(jià)得分集V={優(yōu)，中，差}[15]，分別將85，70，50 分賦值于優(yōu)、中、差3 個(gè)等級(jí)，即V={85，70，50}。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 健脾開胃混粉與低筋面粉比例對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

健脾開胃混粉與低筋面粉比例對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 健脾開胃混粉與低筋面粉比例對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

由圖1 可知，開胃曲奇的各項(xiàng)感官評(píng)分均隨著健脾開胃混粉比例的增加而逐漸降低，20∶80，25∶75 這2 個(gè)水平下降尤其明顯，這是因?yàn)殡S著中藥比例的增加，餅干顏色加深，失去了原本誘人的棕黃色，同時(shí)餅干的中藥味過濃，陳皮和山楂的酸苦味明顯?？诟信c滋味受混粉占比的影響最明顯，其次是風(fēng)味。盡管健脾開胃混粉的比例越小，感官評(píng)分越高，但考慮到餅干的功能性，選擇健脾開胃混粉與低筋面粉比例為10∶90 或15∶85 較適宜。

2.1.2 黃油用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

黃油用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 黃油用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

油脂是影響酥性餅干品質(zhì)的一項(xiàng)重要因素。黃油是天然乳化劑，可通過增加面團(tuán)的發(fā)泡性和親水性提升烘烤食品的口感和組織形態(tài)[8]。由圖2 可知，感官評(píng)分隨黃油的增加呈上升趨勢(shì)，用量在30，40 g與50，60，70 g 之間存在顯著差異。當(dāng)黃油較少時(shí)，面團(tuán)吸水和發(fā)泡不足，喪失了餅干的基本特征，尤其是30 g 用量時(shí)，裱花基本無法實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致餅干花紋不平整、出現(xiàn)大量洞眼，這也是該水平外觀評(píng)分處于“差”等級(jí)的主要原因。盡管隨著黃油用量的增加，餅干的色澤、風(fēng)味、滋味和組織形態(tài)均有提升，但過高的黃油用量使面團(tuán)質(zhì)地過于松散、彈性變差、口感油膩，且不利于保存和運(yùn)輸。因此，選擇50～60 g 的黃油用量較為適宜。

2.1.3 糖粉用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

糖粉用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 糖粉用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

糖粉可以促進(jìn)焦糖化和美拉德反應(yīng)[8]。由圖3 可知，色澤、風(fēng)味、口感與滋味隨糖粉增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而外觀幾乎不受影響。組織形態(tài)在用量為40 g 時(shí)評(píng)分最高，可能是因?yàn)樘欠叟c黃油攪打發(fā)泡時(shí)，糖粉對(duì)黃油發(fā)泡有促進(jìn)作用，從而使餅干組織結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)均勻的多孔狀。糖粉用量低于32 g時(shí)，餅干色澤偏白，口感不佳；高于32 g 時(shí)，面筋蛋白形成受阻[8]，餅干口感變硬、顏色加深、邊緣略有焦煳、滋味過于甜膩甚至出現(xiàn)苦澀感。因此，糖粉用量為32 g 為宜。此時(shí)開胃曲奇甜度適中，色澤鮮亮，評(píng)分最高為77.1 分。

2.1.4 蛋清液用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

蛋清液用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響見圖4。

由圖4 可知，隨著面團(tuán)中蛋清液的增加，感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且用量在15，20，25 g 與30，35 g 之間存在顯著性差異，其中口感與滋味受蛋清液用量的影響最為明顯。當(dāng)?shù)扒逡河昧砍^20 g 時(shí)，餅干的面團(tuán)較為松軟，花紋容易塌陷。當(dāng)?shù)扒逡河昧枯^少時(shí)，乳化強(qiáng)度不足，餅干酥脆度不佳[8]。因此，蛋清液用量以20 g 為宜。

圖4 蛋清液用量對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

2.1.5 上火溫度對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

上火溫度對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響見圖5。

圖5 上火溫度對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

由圖5 可知，隨著上火溫度的升高，感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，溫度為150 ℃時(shí)，評(píng)分最高。上火溫度對(duì)餅干外觀和組織形態(tài)影響較小，但當(dāng)上火溫度過高時(shí)，色澤、風(fēng)味、口感與滋味急劇下降，此時(shí)餅干顏色加深，外圈出現(xiàn)焦黃色，略有焦煳味。因此，開胃曲奇焙烤的上火溫度應(yīng)以150 ℃為宜。

2.1.6 下火溫度對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

下火溫度對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響見圖6。

圖6 下火溫度對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

由圖6 可知，開胃曲奇的感官評(píng)分隨著焙烤下火溫度的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)下火溫度為130～150℃時(shí)，感官評(píng)分為76.3～77.9 分，說明被測(cè)評(píng)人群能接受該溫度范圍烘烤的餅干。當(dāng)下火溫度為120 ℃和160 ℃時(shí)，感官評(píng)分呈現(xiàn)顯著性下降，且對(duì)風(fēng)味的影響最突出，這可能是120 ℃時(shí)，餅干特有的香氣成分還未形成，而160 ℃時(shí)，溫度過高，餅干出現(xiàn)焦煳味。因此，焙烤下火溫度以130～150 ℃為宜，選取140 ℃開展后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.7 焙烤時(shí)間對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

焙烤時(shí)間對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響見圖7。

圖7 焙烤時(shí)間對(duì)開胃曲奇品質(zhì)的影響

由圖7 可知，開胃曲奇的感官評(píng)分隨著烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，各評(píng)價(jià)因素的變化趨勢(shì)也基本一致。當(dāng)烘烤時(shí)間較短時(shí)，美拉德反應(yīng)不充分，餅干的特征色澤未形成，同時(shí)餅干內(nèi)部熟化不夠，未形成均勻的多孔狀，導(dǎo)致組織形態(tài)評(píng)分較低。當(dāng)烘烤時(shí)間為23 min 和25 min 時(shí)，感官評(píng)分均較高，分別為79.6 分和77.9 分，但從節(jié)省能源和縮短工時(shí)考慮，烘烤時(shí)間定為23 min 較為合適。

2.2 模糊數(shù)學(xué)模型分析

2.2.1 模糊感官評(píng)定及模糊矩陣建立[16]

采用響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)制備17 組開胃曲奇，分別對(duì)其色澤、外觀、風(fēng)味、口感與滋味、組織形態(tài)進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。

餅干配方響應(yīng)面試驗(yàn)感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3 餅干配方響應(yīng)面試驗(yàn)感官評(píng)價(jià)結(jié)果

用表3 中1～17 號(hào)樣品的各等級(jí)評(píng)價(jià)人數(shù)除以總評(píng)價(jià)人數(shù)（10 人）得到模糊矩陣Ri（i=1,2……17），如

同理計(jì)算R2～R17。根據(jù)模糊變換原理，1～17 號(hào)樣品的評(píng)價(jià)結(jié)果為Ti=X·Ri，如T1=X·R1

餅干配方綜合結(jié)果見表4。

表4 餅干配方綜合結(jié)果

2.2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及方差分析

用評(píng)價(jià)結(jié)果分別乘以優(yōu)、中、差3 個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的分值85，70，50 分后相加，得到1～17 號(hào)樣品的最終模糊感官評(píng)分Yi（i=1,2……17）。以1 號(hào)樣品為例，

Y1={0.46，0.44，0.10}·=74.9，同理可得其余各樣品結(jié)果。

餅干配方響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表5。

采用Design Expert 8.0.6 Trial 對(duì)表5 進(jìn)行分析，得到回歸方程為：Y=79.42-0.24A+1.30B+0.61C+1.35AB+0.68AC-0.95BC-1.87A2-2.30B2-2.32C2。

表5 餅干配方響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

回歸模型方差分析結(jié)果見表6。

由表6 可知，模型極顯著（p＜0.01），失擬項(xiàng)不顯著（p=0.426 0＞0.05），說明該模型擬合程度較好，誤差小，可用于開胃曲奇配方優(yōu)化。模型中B、AB、BC、A2、B2、C2呈極顯著差異，C、AC 呈顯著差異。比較F 值可知，影響開胃曲奇品質(zhì)的主次因素為黃油用量（B）＞蛋清液用量（C）＞健脾開胃混粉∶低筋面粉（A）。

表6 回歸模型方差分析結(jié)果

2.2.3 各因素交互作用對(duì)開胃曲奇感官品質(zhì)的影響

等高線圖呈橢圓形時(shí)表明兩因素交互作用顯著，呈圓形時(shí)表明不顯著[17]。響應(yīng)面圖的曲面陡度越大，說明添加量的變化對(duì)響應(yīng)值影響越大[17]。

各因素交互作用等高線及響應(yīng)面圖見圖8。

由圖8 可知，兩兩交互項(xiàng)的等高線圖均為橢圓形，曲面具有一定坡度，說明交互作用顯著，圖中可獲得感官評(píng)分最大值，與方差分析結(jié)果一致。

圖8 各因素交互作用等高線及響應(yīng)面圖

利用模糊數(shù)學(xué)和響應(yīng)面分析確定開胃曲奇的最佳配方為健脾開胃混粉與低筋面粉比例14∶86，黃油用量57 g，蛋清液用量20 g，此時(shí)餅干的理論感官評(píng)分為79.7 分。為驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果的合理性，在最優(yōu)條件下平行測(cè)定3 次，感官評(píng)分均值為80.1 分，接近理論預(yù)測(cè)值。

2.3 理化和微生物指標(biāo)結(jié)果

經(jīng)檢測(cè)，工藝優(yōu)化后的開胃曲奇的酸價(jià)為0.46±0.023 mg/g（≤5 mg/g），過氧化值為0.21±0.019 g/100 g（≤0.25 g/100 g）。菌落總數(shù)均要求小于100 CFU/g，大腸菌群未檢出，符合餅干相關(guān)國(guó)家衛(wèi)生要求[9]。

3 結(jié)論

模糊數(shù)學(xué)結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化后的開胃曲奇制作工藝為低筋面粉86 g，健脾開胃混粉14 g，黃油用量57 g，糖粉用量32 g，蛋清液用量20 g，食鹽用量0.3 g，小蘇打用量0.5 g，烘烤上火溫度150 ℃，下火溫度140 ℃，時(shí)間23 min。此工藝下獲得的產(chǎn)品色澤均勻有光澤，花紋平整，口感酥松細(xì)膩，中藥香氣適中，且質(zhì)量指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)要求。該開胃曲奇制作工藝簡(jiǎn)單，為食欲不良兒童提供了一款健脾開胃的健康休閑零食。