响应曲面法优化荷叶饼干的配方工艺研究

刘 涛，王 清，任龙展

(信阳农林学院 食品学院，河南 信阳464000)

荷叶，又称莲花茎、莲茎，具有凉血止血功效，非常适合高血压及高血脂患者服用，其中含有的荷叶碱能有效分解体内脂肪，达到减肥作用[1-4]。

近年来，营养食品越来越受到重视，消费者更加关注烘焙食品的保健性和营养性。本实验将荷叶添加到饼干中做成荷叶饼干，丰富了产品的营养成分及口感风味。以普通饼干制作工艺[5-8]为载体，研究荷叶添加状态以及各种辅料添加量对荷叶饼干感官品质的影响，在单因素试的基础上，通过响应面分析法优化工艺参数，为荷叶饼干的加工提供参考。

1 材料与仪器

1.1 原材料

荷叶，低筋粉(以150 g为基准)，奶，奶粉，水，鸡蛋。

1.2 仪器

VH-33远红外线食品烘炉(广州旭众食品机械有限公司)，C21-SDHC6电磁炉(浙江苏泊尔股份有限公司)，JYL-CO22料理机(九阳股份有限公司)，食品专用保鲜膜。

2 实验方法

2.1 荷叶添加物制备

荷叶粉的制备：将荷叶用料理机打碎，过百目筛，备用；荷叶水的制备：将荷叶煮水，取上清液备用。

2.2 工艺流程及操作要点

2.2.1 工艺流程 混合→面团调制→成型→冷冻→切片→烘烤→冷却→成品

2.2.2 操作要点 (1)白砂糖打磨成糖粉。(2)将糖粉与黄油揉开，充分混合。(3)将蛋液、荷叶添加品，与牛奶混合，加入面粉揉面团。造型成长方体，放入冰箱包保鲜膜冷冻1小时。(4)取出，切成约5 mm厚的片，放入烤箱。(5)出炉，冷却，成品。

2.3 荷叶饼干的感官评价

感官评价小组由10位专业人员组成，对饼干的形态、色泽、口感、结构进行评定，然后打分取其平均值[9-11]，评价标准表见表1。

表1 荷叶饼干感官评分标准

2.4 荷叶添加状态与添加量的确定

将2.1制备的荷叶水(ml)和荷叶粉(g)分别作为添加状态制作荷叶饼干，添加量均设置为10、15、20、25、30，通过感官评定选择合适的添加状态与添加量。

2.5 烘烤条件的确定

焙烤时面火温度、底火温度和时间都会对饼干产生影响，面火温度影响饼干成色，底火温度影响饼干内部，焙烤时间影响饼干成熟度，将饼干的焙烤条件设定条件为：160℃/130℃/30 min、180℃/150℃/25 min、200℃/170℃/20 min、220℃/190℃/15 min、240℃/210℃/10 min，从中找出最佳烘烤条件。

2.6 黄油、糖粉、牛奶添加量的确定

设置糖粉添加量为40、45、50、55、60 g；黄油添加量为50、55、60、65、70 g；牛奶添加量为10、15、20、25、30 mL；通过单因素实验确定最佳添加量。

2.7 最佳生产工艺的优化

根据2.4和2.6单因素实验结果，采用响应曲面设计确定最佳生产工艺。

3 结果与分析

3.1 荷叶添加状态与添加量的确定

分别将10、15、20、25、30 mL荷叶水和10、15、20、25、30 g荷叶粉作为添加状态制成饼干，对成品进行感官评定，结果见图1。

图1荷叶添加状态及添加量对荷叶饼干品质的影响

试验中发现：荷叶粉添加量越多，饼干扎口感越严重，面团成型越困难，色泽越差，由图1可看出，同等添加量条件下，添加荷叶水制得的饼干的感官评分普遍高于添加的荷叶粉制得的饼干的感官评分，因此选择荷叶水作为添加状态；感官评分随着荷叶水添加量的增加而增大，当添加量为20 mL时，达到最高值8.8，然后反而随荷叶水添加量的增加而减小，这是由于当荷叶水加入量不足时，产品色泽较差，且荷叶清香味较淡；当荷叶水加入过量时，荷叶味过于浓厚，逐渐出现苦涩味，使口感下降。由此得出结论：当选择荷叶水作为添加状态，并且添加量为20 mL时，制得的荷叶饼干品质最好。

3.2 烘烤条件的确定

将五组烘烤条件进行编号1、2、3、4、5，分别对应烘烤条件160℃/130℃/30 min、180℃/150℃/25 min、200℃/170℃/20 min、220℃/190℃/15 min、240℃/210℃/10 min，对成品进行感官评定，结果见图2。

由图2可看出，随烤箱温度的升高，感官评分逐渐升高，当到达180℃/150℃/25 min时，感官评分又开始下降，这是因为当烘烤温度较低时，饼干表面水分散发慢，不能快速凝固，饼干易瘫软，而烘烤温度过高时，又会产生外焦内软现象，并使饼干颜色过深，因此选择适宜的烘烤条件为180℃/150℃/25 min。

图2不同烘烤条件对荷叶饼干品质的影响图3黄油添加量对荷叶饼干品质的影响

3.3 黄油、糖粉、牛奶添加量的确定

3.3.1 黄油添加量对荷叶饼干品质的影响 设置黄油添加量为50、55、60、65、70 g，对成品进行感官评定，结果如图3。由图3可知：感官评分随着黄油添加量的增加呈现先升高后降低的趋势，黄油添加量在60 g时效果最好，感官评分达到最高，为8.9分，继续增加黄油添加量，感官评分反而降低，这是因为添加黄油可以使饼干更加香醇酥脆，但添加量过大时饼干易碎。因此选择合适的黄油添加量为60 g。

3.3.2 牛奶添加量对荷叶饼干品质的影响 设置牛奶添加量为10、15、20、25、30 mL，对成品进行感官评定，结果如图4。由图4可知：感官评分随着牛奶添加量的增加呈现先升高后降低的趋势，当牛奶添加量较低时，饼干的奶味不足，而牛奶添加量过高时，会导致饼干奶味过重。因此选择合适的牛奶添加量为20 mL。

图4牛奶添加量对荷叶饼干品质的影响图5糖粉添加量对荷叶饼干品质的影响

3.3.3 糖粉对荷叶饼干品质的影响 设置糖粉添加量为40、45、50、55、60 g，对成品进行感官评定，结果如图5。由图5可知：感官评分随着糖粉添加量的增加呈现先升高后降低的趋势，当糖粉添加量小于50 g时，产品甜味较小，口感较差，随着糖粉添加量增多，产品口感逐渐改善，当糖粉添加量为50 g时，产品甜味适宜，口感较好，综合感官品质最好。这是由于糖粉有反水作用，可防止产品收缩变形，使结构酥松，外形美观[12]。因此，选择合适的糖粉添加量为50 g。

3.4 最佳制作工艺的确定

3.4.1 响应曲面实验 在单因素实验的基础上，通过Design Expert 8.0.6辅助设计，根据Central Composite实验设计原理，选取荷叶水添加量、黄油添加量、牛奶添加量、糖粉添加量进行4因素5水平的响应曲面分析实验，实验因素与水平设计如表2所示。

表2 中心组合实验因素与水平表

以A、B、C、D为自变量，以感官评定分值(Y)为响应值，实验方案及实验结果见表3。

表3 响应曲面分析方案及实验结果

通过Design Expert 8.0.6拟合得到回归方程：

感官评分：9.13+0.23A+0.22B+0.27C-0.050D-0.70AB+0.14AC+0.62AD-0.39BC-0.38BD+0.088CD-1.34A2-0.24B2-0.37C2-0.38D2-0.30ABC-0.46ABD+0.13ACD-0.32BCD-0.59A2B+0.28A2C+0.26A2D-0.91AB2

对响应曲面实验结果进行回归分析得：

表4 响应曲面实验结果回归分析

如表4所示：方差分析模型Prob(P)>F值为0.0036，表明所得方程显著，即该模型在被研究的整个回归区域拟合良好：R2=0.9643，说明相关性较好；校正决定系数Adj R2=0.8520，表明85.20%实验数据的变异性可用此回归模型来解释。精确度(Adeq precision)是有效信号有噪声的比值，大于4.0视为合理，本实验精确度达到12.073。因此，可以用此模型对感官评分进行预测。

方程的二次项系数为负，说明存在最大值。荷叶饼干的感官评分是4个因素交叉共同影响的结果。根据P值可以得出影响程度排序为C>A=B>D。3D响应曲面图如图6-11所示。通过Design Expert8.0.6分析得到模型的极大值点为：荷叶水添加量28.91 mL/150 g，黄油添加量51.30 g/150 g，牛奶添加量29.96 mL/150 g，糖粉添加量59.82 g/150 g，极大值所达到的最高感官评分为10.5。

图6 荷叶水用量与黄油用量的响应曲面图 图7 荷叶水用量与牛奶用量的响应曲面图

图8 荷叶水用量与糖粉用量的响应曲面图 图9 黄油用量与牛奶用量的响应曲面图

图10 黄油用量与糖粉用量的响应曲面图 图11 牛奶用量与糖粉用量的响应曲面图

3.4.2 验证试验 为检验方法可行性，采用得到的最佳添加量对产品感官评定进行验证实验，考虑到实际操作性，将实验条件修改为荷叶水添加量29 mL/150 g，黄油添加量51 g/150 g，牛奶添加量30 mL/150 g，糖粉添加量60 g/150 g，此条件下3次平均实验得到实际感官评定分值为10.3。与理论值相差1.9%，因此响应曲面法对荷叶饼干的条件优化是可行的，得到的参数具备实际应用价值。

4 结论

当以荷叶粉作为添加状态制作荷叶饼干时，结果表明：荷叶粉添加量越多，饼干扎口感越严重，面团成型越困难，色泽越差。而以添荷叶水作为添加状态制作出的荷叶饼干，在口感、形态、色泽与结构方面都优于前者，因此选择荷叶水作为添加状态进行后续实验。

确定荷叶水添加量、黄油添加量、牛奶添加量、糖粉添加量作为影响因素，经过单因素试验和响应曲面试验得出荷叶饼干的最佳配方为：荷叶水添加量29 mL/150 g，黄油添加量51 g/150 g，牛奶添加量30 mL/150 g，糖粉添加量60 g/150 g，烘烤条件为：面火180℃，底火150℃，烘烤25 min。由此制得的荷叶饼干营养丰富，酥脆香口，感官评分达10.3分。