响应面法优化燕麦糖醇蛋糕工艺

张薇，李丹青，郭元春

(商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西商洛 726000)

全球化步伐的不断加快，为我国烘焙食品业的发展及其向中国主食化消费靠拢提供了广阔的前景[1]。蛋糕作为最常见的烘焙食品之一，以其方便快捷、口感香甜的特点赢得消费者的喜爱[2]。然而含糖量高、膳食纤维含量低的特点致使其易引起龋齿、肥胖症、高血糖及心脑血管等疾病[3]。随着人们生活质量的提高及对健康饮食的广泛关注，低糖或无糖食品逐渐成为新的诉求。乳糜泻是一种小麦面筋蛋白过敏性肠病，而无面筋谷物（荞麦、燕麦、高粱等）可在一定程度上防止该疾病的发生[4-6]。麦芽糖醇甜度为蔗糖的85%～95%，具有耐热、耐酸和非发酵性，同时具有不使血糖升高，不增加胆固醇、不刺激胰岛素分泌、抑制体内脂肪积聚等生理学特性[7]。赤藓糖醇是一种新型功能性甜味剂，发热量仅为蔗糖的1/10，与其他甜味剂混合使用时，具有明显的矫味、矫臭效果[8]。麦芽糖醇及赤藓糖醇因其甜味性质良好、热值明显低于蔗糖等特点而被用作蔗糖替代品广泛应用于低糖或无糖食品中[9-12]。燕麦中膳食纤维及抗氧化物质含量丰富，具有提高免疫力、抑制脂质氧化、降低血糖血脂及延缓人体衰老等重要的生理学功能[13-14]。本研究以生产低糖型健康烘焙产品为出发点，将燕麦、麦芽糖醇、赤藓糖醇应用于蛋糕制作。辅以响应面分析优化燕麦糖醇蛋糕的生产工艺，以期生产出品质优良、营养丰富、深受消费者喜爱的新型健康蛋糕产品。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

1.1.1 实验材料

低筋小麦粉（山东佳士博粮油食品有限公司）；麦芽糖醇（河南东东化工产品有限公司）；赤藓糖醇（河南鸿鑫食化有限公司）；蛋糕油（广东奇乐趣食品科技有限公司）；泡打粉（苏州闻达食品配料有限公司）；燕麦粉、鸡蛋、食盐、植物油、蔗糖、牛奶（市售）。

1.1.2 主要仪器及设备

电子秤（凯丰集团有限公司）；层式烤箱（OMG-3/9型，河北欧美佳食品机械有限公司）；搅拌机（SM-168S，深圳市牧人电器五金制品有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 蛋糕的制作

普通小麦蛋糕配方如表1所示。其操作工艺为：将鸡蛋、蔗糖与食盐的混合料放入搅拌缸中搅拌至均匀并且出现气泡，然后加入泡打粉和低筋粉混匀，再加入蛋糕油和牛奶搅打直至打发，最后加入植物油搅拌均匀。搅拌好的蛋糕面糊倒入6寸蛋糕模具中，设置烤箱上火180℃，下火175℃，烘烤25 min。

表1 普通小麦蛋糕配方

1.2.2 蛋糕的感官评定

由感官评定小组对蛋糕进行感官评定，评定标准如表2。

1.2.3 单因素试验

燕麦粉添加量对蛋糕感官评定综合得分的影响：按照 1.2.1 的方法，不加蔗糖，以低筋小麦粉质量分数5%、10%、15%、20%、25%的燕麦粉代替低筋小麦粉，糖醇添加量为面粉质量分数60%（麦芽糖醇：赤藓糖醇=1：1），打发时间 4 min制作蛋糕并测定其感官评定综合得分。

糖醇添加量对蛋糕感官评定综合得分的影响：按照 1.2.1 的方法，不加蔗糖，以低筋小麦粉质量分数40%、50%、60%、70%、80%的糖醇（麦芽糖醇：赤藓糖醇=1：1），燕麦粉添加量为面粉质量分数15%，打发时间4 min制作蛋糕制作并测定其感官评定综合得分。

打发时间对蛋糕感官评定综合得分的影响：按照1.2.1的方法，不加蔗糖，选择蛋糕打发时间为0、2、4、6、8 min， 燕麦粉添加量为面粉质量分数15%，糖醇添加量为面粉质量分数60%（麦芽糖醇：赤藓糖醇=1：1），制作蛋糕并测定其感官评定综合得分。

1.2.4 响应面分析

根据单因素实验结果，以蛋糕感官评定综合得分为响应值，按照表3设置因素水平，优化燕麦糖醇蛋糕最佳工艺参数。

表3 因素水平编码表

1.3 统计分析

采用Excel 2007软件进行数据分析，Design Expert 8.0软件进行响应面Box-Behnken实验设计与分析。

2 结果与分析

2.1 燕麦粉添加量对蛋糕感官品质的影响

由图1可知，燕麦粉添加量小于15%时，蛋糕感官评定综合得分随燕麦粉的添加而缓慢升高；当超过15%之后，感官评定综合得分迅速下降。随着燕麦粉添加量的升高，蛋糕的色泽、外观、组织结构、滋味与口感四项指标皆出现不同程度的降低。在25%添加量时，出现最低感官评定得分，评定小组成员出现略微不满的态度。这主要是由于当添加量较低时，燕麦在焙烤后产生令人愉悦的轻微焦香味，并带来良好色泽；当燕麦粉添加量不断增加时，燕麦粘度大、面团筋力差的特点使得蛋糕持气性降低，断面的颜色逐渐加深，蛋糕内部发粘，口感及蓬松度明显下降，出现较低的感官评定综合得分。

图1 不同燕麦粉添加量下蛋糕的感官评定综合得分

2.2 糖醇添加量对蛋糕感官品质的影响

由图2可知，糖醇的添加量小于60%时，蛋糕感官评定综合得分随其添加量升高而升高，大于60%之后，感官评定综合得分出现下降趋势。这主要是由于当糖醇添加量较低时，糖醇添加量的增大给蛋糕带来更加香甜的口感，评定小组接受程度增大；当糖醇添加量过大时，导致面糊比重增加，面糊中的气泡均匀性降低，烘烤时蛋糕内部气体散失快，出现夹生、塌陷等不良现象，对蛋糕比容、颜色、内部组织结构等感官特性都产生了显著的不利影响。

图2 不同糖醇添加量下蛋糕的感官品质综合得分

2.3 蛋糕液打发时间对蛋糕感官品质的影响

由图3可知，蛋糕液打发时间小于4 min时，蛋糕感官评定综合得分随打发时间升高而逐渐升高，当大于4 min之后，感官评定综合得分出现下降趋势。蛋糕液体系具有一定的粘性，在使用搅拌机搅拌混入空气时，会形成一个个包裹着空气的小气泡，其在受热的时候会膨胀并凝固，形成蛋糕蓬松的内部组织结构[15]。如果打发时间不够，蛋糕没有完全起发或者回缩严重，会导致蛋糕表面塌陷、蛋糕芯发粘，不够蓬松柔软，在外观及口感方面得分均较低；当蛋糕液打发时间过长，会导致蛋糕液消泡，蛋糕失去弹性，内部组织粗糙。

图3 蛋糕液打发时间对蛋糕感官评定的影响

2.4 最佳工艺优化

以Box-Behnken模式进行响应面分析，各组试验蛋糕感官评定综合得分如表4所示。通过响应面软件，对数据进行方程拟合，得到拟合方程：Y=177.19+4.95A+8.02B-7.63C-0.02AB-0.06AC+0.28BC-0.13A2-0.07B2-0.79C2，Y 为感官评定综合得分，A为燕麦粉添加量，B为糖醇添加量，C为蛋糕液打发时间。

表4 燕麦糖醇蛋糕响应面实验结果

二次回归方程方差分析结果如表5所示。模型决定系数R2=0.994>0.9，且与R2Adj=0.986 2接近，即实际值与预测值接近，表明模型拟合性好，可用于替代实验真实点对实验结果进行分析。模型的P<0.000 1，失拟项的P=0.0512>0.05，表明模型无失拟因素存在，在统计学上有意义，且是极显著的。基于回归模型方差分析，A、B、C三因素对感官评定综合得分的三维曲面及等高线图如图4～图6所示。由图4～图6可知，当打发时间取零值时，燕麦粉添加量及糖醇添加量等高线为椭圆形，交互作用显著；当糖醇添加量取零值时，燕麦粉添加量及打发时间等高线接近圆形，交互作用不显著；当燕麦粉添加量取零值时，糖醇添加量及打发时间等高线为椭圆形，交互作用显著。通过响应面软件，确定优化结果为燕麦粉添加量为14.60%，糖醇添加量为64.56%，打发时间为5.95 min，此条件下的感官评定综合得分最佳值为95.11分。

表5 燕麦糖醇蛋糕优化的方差分析

图4 燕麦粉及糖醇添加量对蛋糕感官评定的影响

图5 燕麦粉添加量及打发时间对蛋糕感官评定的影响

图6 糖醇添加量及打发时间对蛋糕感官评定的影响

3 结论与讨论

本研究以生产低糖型健康烘焙产品为出发点，基于燕麦、麦芽糖醇、赤藓糖醇的营养价值及生理功能，将其应用于蛋糕制作，以期生产出品质优良且深受消费者青睐的无糖健康蛋糕产品。

以燕麦粉添加量、糖醇（麦芽糖醇：赤藓糖醇=1：1）添加量及蛋糕打发时间为自变量因素，蛋糕感官评定综合得分为响应值，进行最佳工艺参数的响应面优化分析，优化结果为燕麦粉添加量为 14.60%，糖醇添加量为 64.56%，打发时间为5.95 min，此条件下的感官评定综合得分最佳值为95.11分。

本研究中关于燕麦粉添加量、糖醇添加量及蛋糕液打发时间三个自变量因素对蛋糕感官品质的影响趋势与前人研究大致相似，但具体范围不同，这很可能是由于不同种类的蛋糕体系所致。且本研究中仅考虑了燕麦这一种杂粮谷物，关于其他杂粮谷物（如荞麦、大麦、高粱等）在无糖蛋糕体系中的应用仍具有很大的研究空间及实践意义，而对于新型健康烘焙产品的研究开发也必将是未来食品行业发展的主流趋势之一。