玉米膳食纤维饼干的研制

◎ 曹久萍，郝晨莹，崔 婷，李 茜，丁志刚

（安徽科技学院食品工程学院，安徽 凤阳 233100）

随着社会的发展和人们生活水平的提高，由精面粉制作的食物口感细腻，得到了大部分人的喜爱，使得“文明病”趁虚而入。因此，有必要在日常饮食中增加膳食纤维的摄入量，以预防“文明病”，保证身体的健康[1]。19世纪80年代，德国人在研究中提出“粗纤维”一词，之后世界各国对纤维素的各个特性进行了广泛研究。尤其是使用膳食纤维制作食品，各种膳食纤维食品应运而生，膳食纤维饮料、膳食纤维面包、膳食纤维饼干等也逐渐走入人们的生活。时至今日，随着对膳食纤维研究的深入，越来越倾向于对高品质、低价格的膳食纤维的研究，而玉米膳食纤维就是一种高品质、低价格的膳食纤维。

我国是一个玉米种植大国，以玉米为原料的农副产品众多[2]。玉米膳食纤维的提取不但可以减少玉米产业副产品的浪费，而且对环境的保护有着不可忽视的作用。玉米膳食纤维的添加，不仅可以使饼干具有预防“文明病”的功能特性，而且合适比例的膳食纤维还可以对饼干的风味与口感起到优化作用，提高饼干的品质。

本试验主要以感官品质为指标，通过研究黄油添加量、玉米膳食纤维粉添加量、糖粉添加量以及红薯淀粉添加量的单因素和响应面分析，以确定高玉米膳食纤维饼干的最优配方，并对最优配方进行验证性试验。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

1.1.1 主要材料

低筋面粉、糖粉、黄油、鸡蛋、玉米膳食纤维粉和食用盐，均为市售。

1.1.2 主要仪器设备

电子天平：PL6001-L 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。远红外线食品烘炉：PL-4广东恒联食品机械有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 配方

低筋面粉100%、糖粉40%、黄油40%、鸡蛋黄10%、玉米膳食纤维粉6%、食用盐2%以及红薯淀粉5%。

1.2.2 工艺流程

原料→称量预混→黄油→水浴软化→放入预混好的原料→揉制面团→将面团擀至2～3 mm厚→压模成型→焙烤→冷却→成品。

1.2.3 操作要点

（1）预混。将称量好的低筋面粉、玉米膳食纤维粉、糖粉和食用盐放入盆中混合均匀，放置备用。

（2）黄油软化。将称量好的黄油放入不锈钢小盆中，将小盆置于55 ℃左右的温水中水浴软化至液态。

（3）和制面团。将预混好的原料倒入已经融化成液体的黄油中，再加入鸡蛋黄1个，揉制3 min左右（至面团表面起酥），面团成型后室温下静置5 min，便于饼干成型。

（4）压膜成型。将面团放在不锈钢工作台台面，辊轧成型，以增加可塑性。为保证饼干表明的平整，防止饼干开裂，在面团上面铺一层保鲜膜，隔着保鲜膜用擀面杖将面团擀至1～2 mm，之后用模具成型。

（5）焙烤。在烤盘上铺一层防油纸，将成型好的饼干整齐的排放在烤箱内的防油纸上，将烤盘放入烤箱中以上火温度180 ℃、底火温度170 ℃烤制16 min。

（6）冷却。将烤制完成的饼干冷却至室温。

1.3 试验设计

1.3.1 单因素试验设计

以1.2.1配方为基础，其他因素不变，分别改变黄油添加量（30%、35%、40%、45%和50%）、玉米膳食纤维粉添加量（2%、4%、6g、8%和10%）、糖粉添加量（20%、30%、40%、50%和60%）和红薯淀粉添加量（1%、3%、5%、7%和9%），研究其对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响[3-4]。

1.3.2 响应面试验设计

根据单因素试验结果，采用Box-Behnken试验表进行4因素3水平进行响应面试验。

1.4 感官指标评分方法

本次试验的感官评分采用百分制评分标准。评分小组由10人组成，按照表1评分标准对饼干的各项指标进行打分，最后取平均值为该饼干的最终得分。感官品质评定标准见表1[5-7]。

表1 感官品质评定标准表

2 结果与分析

2.1 单因素试验分析

2.1.1 黄油添加量的确定

以配方1.2.1为基础，只改变黄油添加量，以研究黄油添加量对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响，并分析其原因。黄油具有特殊的香甜味，无论对面团的品质还是饼干的品质都有影响[8]。黄油添加量对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响见图1。

图1 黄油添加量对高玉米膳食纤维饼干品质的影响图

由图1可知，随着黄油添加量的增加，高玉米膳食纤维饼干的感官品质呈现先上升后下降的趋势，在黄油添加量为35%时感官品质达到最高值。黄油添加量在30%时，面团略干，但饼干可以成型，烤制出来的饼干黄油香味较淡。当黄油添加量为超过35%后，面团过软，使得饼干不易成型，且饼干口感油腻。因此，黄油添加量为30%～40%时最适合。

2.1.2 玉米膳食纤维粉添加量

玉米膳食纤维粉添加量会影响饼干的质地与口感[9]，国内的膳食纤维饼干中膳食纤维含量为2%～3%。以配方1.2.1为基础，只改变玉米膳食纤维粉添加量，以研究玉米膳食纤维粉添加量对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响，结果如图2所示。

图2 玉米膳食纤维粉添加量对高玉米膳食纤维饼干品质的影响图

由图2可知，随着玉米膳食纤维粉添加量的增加，饼干的感官品质先上升后下降，玉米膳食纤维粉添加量为6%时，饼干的感官品质最好。玉米膳食纤维粉添加量为2%、4%时，饼干口感的酥脆度不足，且饼干的色泽泛白。当玉米膳食纤维粉添加量为10%时，由于玉米膳食纤维粉的吸水性，导致饼干口感过硬，玉米膳食纤维粉吸水后的颜色为褐色，导致了饼干色泽较深，且饼干的断面有略微分层现象。因此，认为玉米膳食纤维粉的添加量为4%～8%时最佳。

2.1.3 糖粉添加量

以配方1.2.1为基础，只改变糖粉添加量，以研究糖粉添加量对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响，并分析其原因。糖粉添加量对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响如图3所示。

图3 糖粉添加量对高玉米膳食纤维饼干品质的影响图

由图3可知，随着糖粉添加量的增加，饼干的感官评分呈现先上升后下降的趋势。当糖粉的添加量为20%～30%时，饼干甜味太淡，饼干的感官评分较低，糖粉添加量为50%～60%时，饼干的口感有甜腻感。糖粉主要是为了增加饼干的甜味，保证饼干的口感，且糖粉较砂糖更易溶解。因此，认为糖粉添加量为30%～40%时，最适合制作高玉米膳食纤维饼干。

2.1.4 红薯淀粉添加量

红薯淀粉可以阻止面团内面筋的形成，降低饼干的韧性，使饼干的口感更加酥脆，红薯淀粉添加量会影响饼干的结构[10]。以配方1.2.1为基础，只改变红薯淀粉添加量，以研究红薯淀粉添加量对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响，并分析其原因。红薯淀粉添加量对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响见图4。

图4 红薯淀粉添加量对高玉米膳食纤维饼干品质的影响图

由图4可以看出，随着红薯淀粉添加量的增加，饼干的感官评分呈现出先上升后下降的趋势，当红薯淀粉添加量为7%时感官最好。红薯淀粉添加量为1%～3%时饼干口感略硬，酥脆感不强。红薯淀粉添加量过高会使高玉米膳食纤维饼干组织架构松散影响高玉米膳食纤维饼干的品质[10]。因此，认为红薯淀粉添加量为5%～9%时，最适合制作高玉米膳食纤维饼干。

2.2 响应面优化试验

2.2.1 响应面优化试验结果

以单因素试验结果为基础，采用Design-Expert 8.0.5软件，根据单因素试验结果，以黄油添加量、玉米膳食纤维粉添加量、糖粉添加量、红薯淀粉添加量为自变量，以单因素试验结果的最优水平及其相邻水平为响应面试验的因素水平[11]。以高玉米膳食纤维饼干的感官品质为响应值，设计4因素3水平共29组响应点试验，确定高玉米膳食纤维饼干的最优配方。响应面试验因素水平见表2。

表2 响应面试验因素水平表

表3 感官评分响应面试验方案及结果表

2.2.2 模型方差分析

利用软件对表3的试验结果进行多元回归拟合，得到高玉米膳食纤维饼干的感官评分对黄油添加量（A）、玉米膳食纤维粉添加量（B）、糖粉添加量（C）、红薯淀粉添加量（D）的二次多元回归方程：感官评分=86.40-0.25A+0.33B-1.08C+0.50D+2.25AB-1.00AC+0.000AD+0.25BC+0.50BD+0.50CD-4.74A2-4.37B2-3.49C2-2.87D2[12]。

由表4可知，糖粉添加量对感官评分的影响为极显著（p＜0.01），红薯淀粉添加量对感官评分的影响为显著（p＜0.05）。各因素在试验取值范围内对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响大小顺序为糖粉添加量（C）＞红薯淀粉添加量（D）＞玉米膳食纤维粉添加量（B）＞黄油添加量（A）。由方差分析还可知：黄油添加量（A）的二次项、玉米膳食纤维粉添加量（B）的二次项、糖粉添加量（C）的二次项、红薯淀粉添加量（D）的二次项、黄油添加量与玉米膳食纤维粉添加量的交互项（AB）、黄油添加量与糖粉添加量的交互项（AC）对响应值的影响为极显著，其他项对响应值的影响均不显著。

表4 高玉米膳食纤维饼干试验模型回归系数显著性检验结果表

2.2.3 响应面分析

图5～图10为黄油添加量、玉米膳食纤维粉添加量、糖粉添加量和红薯淀粉添加量两两交互作用对感官评分的响应面和等高线图。等高线图的形状表示两个因素交互作用的强弱[13]。

黄油添加量和玉米膳食纤维粉添加量的交互作用如图5所示，随着黄油添加量的增加，高玉米膳食纤维饼干的感官评分呈现出先增大后减小的趋势。从响应面3D立体图可以看出，响应面突起严重，说明了黄油添加量和玉米膳食纤维粉添加量对饼干感官品质的影响较大，等高线呈现椭圆形，说明这两个因素之间的交互作用明显。从图5中可以看出黄油添加量在33.4%～36.6%，且玉米膳食纤维粉添加量在5.40%～6.50%时高玉米膳食纤维饼干的感官品质最好。

图5 黄油添加量和玉米膳食纤维粉添加量交互作用对感官评分的响应面和等高线图

由图6的等高线图中可以看出，等高线呈现出椭圆形，二者之间的交互作用明显。在响应面立体图中可以看出糖粉添加量的曲线较黄油添加量的曲线平缓，说明黄油添加量对交互作用的影响比糖粉添加量大。从图中可以看出黄油添加量在33.5%～36.8%，且糖粉添加量在34.6%～41.5%时感官品质最好。

图6 黄油添加量和糖粉添加量交互作用对感官评分的响应面和等高线图

由图7的等高线图可以看出等高线接近圆形，二者之间的交互作用不明显。在响应面立体图中可以看出红薯淀粉添加量的曲线较黄油添加量的曲线平缓，说明黄油添加量对交互作用的影响比红薯淀粉添加量大。从图中可以看出黄油添加量在33.6%～36.2%，且红薯淀粉添加量在6.20%～7.80%时感官品质最好。

图7 黄油添加量和红薯淀粉添加量交互作用对感官评分的响应面和等高线图

由图8的等高线图可以看出等高线接近圆形，二者之间的交互作用不明显。在响应面立体图中可以看出红薯淀粉添加量的曲线与黄油添加量的曲线弯曲度相接近，说明玉米膳食纤维粉添加量对于交互作用的影响与糖粉添加量对交互作用的影响相接近。从图中可以看出玉米膳食纤维粉添加量在5.40%～6.70%，且糖粉添加量在34.4%～42.2%时高玉米膳食纤维饼干的感官品质最好。

图8 玉米膳食纤维粉添加量和糖粉添加量交互作用对感官评分的响应面和等高线图

由图9的等高线图中可以看出等高线接近圆形，二者之间的交互作用不明显。在响应面立体图中可以看出红薯淀粉添加量的曲线较玉米膳食纤维粉添加量的曲线平缓，说明玉米膳食纤维粉添加量对于交互作用的影响大于红薯淀粉添加量对交互作用的影响。从图中可以看出玉米膳食纤维粉添加量在5.50%～6.80%，且红薯淀粉添加量在6.5%～8.0%时高玉米膳食纤维饼干的感官品质最好。

图9 玉米膳食纤维粉添加量和红薯淀粉添加量交互作用对感官评分的响应面和等高线图

由图10的等高线图可以看出等高线接近椭圆形，二者之间的交互作用较明显。在响应面立体图中可以看出红薯淀粉添加量的曲线较黄油添加量的曲线平缓，说明糖粉添加量对于交互作用的影响比红薯淀粉添加量对交互作用的影响更大。从图中可以看出糖粉添加量在34.5%～43.0%，且红薯淀粉添加量在6.4%～8.0%时高玉米膳食纤维饼干的感官品质最好[14]。

图10 糖粉添加量和红薯淀粉添加量交互作用对感官评分的响应面和等高线图

2.2.4 感官评分响应面分析及最优配方的确定

从图中可以看出，感官评分的响应面呈抛物线状，说明存在最高值，则回归方程有最大值。经过Design-Expert 8.0.5软件的分析知，高玉米膳食纤维饼干的最优配方是在基础配方的基础上：黄油添加量34.99%、玉米膳食纤维粉添加量6.08%、糖粉添加量38.53%以及红薯淀粉添加量7.16%时，感官评分89.51分[15]。根据最优配方，做3组验证性试验，制作出的饼干试验结果如表5所示。

表5 最优配方验证结果表

由表5可知，使用最优配方制作的高玉米膳食纤维饼干的感官评分为89.33分，与预测值89.51分相接近，进一步验证了试验结果。且由该配方制作出的饼干，口感酥脆、色泽诱人、表面光滑，较其他试验组所制作的饼干感官品质更加优良。

3 结论

本试验是在单因素试验结果的基础上设计响应面试验，进一步分析黄油添加量、玉米膳食纤维粉添加量、糖粉添加量以及红薯淀粉添加量之间的交互作用对高玉米膳食纤维饼干感官品质的影响。并通过Design-Expert 8.0.5软件研究4个因素对感官评分的回归模型，经验证，该回归模型合理可靠，得出高玉米膳食纤维饼干的最优配方：低筋面粉100%、黄油添加量34.99%、玉米膳食纤维粉添加量6.08%、糖粉添加量38.53%、红薯淀粉添加量7.16%、食用盐2%、鸡蛋黄10%。