响应面法优化酸角海绵蛋糕的制作工艺

曹淼，化志秀，童斌，*，洪文龙，操庆国，樊金山，许俊齐

（1.江苏农林职业技术学院茶与食品科技学院，江苏 句容 212400；2.江苏省句容中等专业学校，江苏 句容 212400）

酸角，又名罗望子、酸豆、酸梅等，属于豆科（Leguminosae）罗望子属（Tamarindus），成豆荚形，果实扁平而大，适宜干热河谷种植，是一种食药兼用的常绿乔木[1]。酸角果肉肥厚、口感酸甜并具有令人愉悦的香味，主要产于南亚和非洲热带区域，我国滇、川、琼、粤、桂、闽等省南部、中部和北部常见[2-3]。酸角果肉营养丰富，富含蛋白质（粗蛋白含量高达116 mg/g）和18种氨基酸，其中有8 种人体必需氨基酸和2 种婴儿必需氨基酸[4]。酸角果肉中还含有较高的矿物质元素（如：铜、镁、锌、钾、钙和磷等），是人体矿物质的良好补充来源，每天食用100 g 酸角果肉可提供一个成年人每日所需10.69%的钙，20.49%的镁，14.21%的磷，12.07%的铁，2.71%的锰，1.29%的锌，32.22%的铜和9.21%的硒[5-7]。酸角果肉中还含有多种维生素，其中维生素E含量高达48.27 mg，胡萝卜素、B 族维生素含量也较高。另外，酸角还含有花黄素、菊胺和无色花青素等。酸角不仅具有较高的食用价值，还具有较好的防治疾病以及保健功能。酸角味酸、甘，性辛、凉，有祛热解暑、止渴、消积化食、清脑提神的功效，能治缓泻、妊娠呕吐、便秘、小儿疳积、高血压等多种病症[8]。药理研究表明酸角果肉具有轻泻[9]、降血脂[10]、抑菌[11]、降血糖[12]、抗突变和抗致癌物[13]、保护细胞损伤[2]等作用。

海绵蛋糕是利用蛋白质起泡性能，使蛋液中充入大量的空气，加入面粉烘烤而成的一类膨松点心[14]。海绵蛋糕气味色泽诱人、口感柔软细腻、甜度适中、老少皆宜，因此备受大众的喜爱。我国现对于酸角的开发利用还处于初级阶段，产品形式相对单一，仅局限于饮料和糖果，亟需进一步开发新的产品。将酸角加入到海绵蛋糕中不仅可以提高酸角的利用率，促进酸角产品的多样化，同时还可以丰富海绵蛋糕的种类，增加海绵蛋糕的营养保健成分，延长酸角的产业链，提高经济价值。

本研究探讨了酸角粉添加量、白砂糖添加量、鸡蛋添加量对酸角海绵蛋糕感官品质和硬度的影响，并采用响应面法优化制作工艺，以期为酸角海绵蛋糕的开发提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

鸡蛋、白砂糖：购自句容便民超市（农校店）；低筋小麦粉：潍坊风筝面粉有限责任公司；酸角粉：陕西斯诺特生物技术有限公司；调和油：益海嘉里粮油（中国）有限公司；蛋糕油：富乐尔科技有限公司黄埔分公司。

SAM-603F 三门峡豪华型电气烤炉、SDM-7L 中心搅拌器：无锡市双麦机械有限公司；TA-XT Puls 质构仪：英国Stable Micro System 公司；BPS-30-416AR电子计价秤：厦门佰伦斯电子科技有限公司；TC-K 电子天平：绍兴市舜光仪器设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程[15-16]

原辅料准备→蛋糕糊打发→倒入模具振荡→烘烤→冷却

1.2.2 操作要点

准确称量各原辅料于盘中，备用；先将烤箱打开预热30 min 左右，温度调至上火190 ℃，下火180 ℃（温差不超过5 ℃）；将鸡蛋、白砂糖一起放入搅拌缸中开慢速（240 r/min～360 r/min）搅拌至肉眼观察有无白糖颗粒为止；再倒入蛋糕油开中速搅拌至蛋糕油充分分散在蛋液中（蛋糊颜色变为淡黄或乳白、质地浓稠）；然后加入过筛的低筋粉和酸角粉开高速搅拌至打蛋器的拌网上蛋糕糊缓慢流下即可；加入色拉油开慢速（120 r/min～240 r/min）搅拌均匀；倒入模具（大约七到八分满）或者烤盘，抹平、振荡防止有气泡；放入烤箱中烘烤25 min（视成熟情况可增加减少1 min）即可出炉；将蛋糕从烤箱里取出，在室温下冷却即可。

1.2.3 单因素试验

参考海绵蛋糕传统配方，以低筋面粉面粉量100%为基准，色拉油11%、蛋糕油5.6%保持不变，探讨酸角粉的添加量（2%、4%、6%、8%、10%）、白砂糖的添加量（80%、90%、100%、110%、120%）、鸡蛋的添加量（120%、170%、220%、270%、320%）3 个因素对酸角海绵蛋糕感官品质和比容的影响。

1.2.4 响应面优化试验

以单因素的试验结果为基础，进行响应面试验设计，具体见表1。

表1 试验因素水平与编码表Table 1 Coding of experimental factors and levels

1.3 感官评价标准

感官评定小组由5 名有食品评价经验的人员组成，从色泽、外观、口感和内部结构4 个方面，考察3 个因素对酸角海绵蛋糕的感官品质的影响，评分指标见表2。

表2 酸角海绵蛋糕的感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria of tamarind sponge cake

1.4 硬度测定

将烘烤出炉的蛋糕室温冷却至25 ℃，再把蛋糕切成3 份大小相等、厚度为2 cm 的方块。采用TA-XT Puls 质构仪检测面包质构特性，使用TP/36R 的探头。测定条件：5 g 力，触发模式Auto，测前速率3.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测后速率1.0 mm/s，压缩50%，间隔5 s。每个样品重复3 次，取其hardness（硬度）的平均值进行结果计算。

1.5 产品质量测定

按照GB 7099-2015《食品安全国家标准糕点、面包》测定在最优工艺参数下制作的产品。

1.6 统计分析

运用Design-Expert 8.0.6 软件进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 酸角粉添加量对海绵蛋糕感官评价及硬度的影响

酸角粉添加量对海绵蛋糕感官评价及硬度的影响见图1。

图1 酸角粉添加量对感官评分及硬度的影响Fig.1 The effect of tamarind fruit powder addition on sensory evaluation and hardness

由图1 可知，酸角粉的添加量对感官评分影响在2%～4%时处于上升，4%～10%都处于下降趋势，硬度也随酸角粉的添加量的增加越来越大。当酸角粉的添加量为4%时酸角海绵蛋糕感官评分最高且硬度较低。酸角粉添加量过少时，在蛋糕中不能吃出酸角的特殊味道，颜色也相对较淡；反之酸角粉添加过多时蛋糕过于甜腻，组织结构粗糙、气孔大而不均匀、硬度也较大，影响口感。综上，初步选定酸角粉的添加量为4%。

2.1.2 白砂糖添加量对海绵蛋糕感官评价及硬度的影响

白砂糖添加量对海绵蛋糕感官评价及硬度的影响见图2。

图2 白砂糖的添加量对感官评分及硬度的影响Fig.2 The effect of sugar on sensory score and hardness

由图2 可知，白砂糖的添加量对感官评分影响在80%～100%处于上升，100%～120%时处于下降，白砂糖添加量为100 %时硬度最小，当白砂糖添加量为100%时蛋糕口感柔软细腻、甜味适中，有淡淡的酸角味，且颜色呈金黄色。白砂糖添加量过少时蛋糕味道较淡，颜色为浅黄色；反之白砂糖添加过多时蛋糕过于甜腻，影响食用口感。综上，初步选定白砂糖的添加量为100%。

2.1.3 鸡蛋添加量对海绵蛋糕感官评价及硬度的影响

鸡蛋添加量对海绵蛋糕感官评价及硬度的影响见图3。

图3 鸡蛋的添加量对感官评分及硬度的影响Fig.3 The effect of egg addition on sensory score and hardness

由图3 可知，鸡蛋的添加量对感官评分影响较大，120%～270%处于上升，270%～320%时处于下降，硬度也随鸡蛋的添加量的增加而越来越小。当鸡蛋添加量过少时，内部组织结构不规整、粗糙发干，而且没有海绵蛋糕独特的风味与口感。当鸡蛋的添加量为270%时蛋糕的感官评分最高，硬度也较小，而鸡蛋添加过多则使蛋糕蛋腥味太重、粘牙，且颜色略淡。综上，初步选定鸡蛋的添加量为270%。

2.2 响应面优化试验分析

2.2.1 响应面分析方案

响应面试验设计及结果见表3。

利用软件对表3 中的试验结果进行回归分析，对各因素回归拟合后，得到以感官评分（Y）为响应值的三元二次回归方程：

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response surface experiments

感官评分（Y）=89.52-1.55A-2.025B-0.875C-1.25AB+1.15AC+0.55BC-3.985A2-1.415B2-4.385C2；

硬度（Y'）=512.68+41.86A+152.41B+12.61C-53.27AB+19.03AC+16.53BC+415.91A2-145.01B2-183.07C2。

回归模型方差分析见表4、表5。

表4 回归模型方差分析（感官评价）Table 4 Variance analysis of regression model（Sensory evaluation）

表5 回归模型方差分析（硬度）Table 5 Variance analysis of regression model（Hardness）

由表4 可知，所建立的感官评分回归模型P=0.000 2，达极显著水平，得出 R2=0.969 1，R2Adj=0.929 4，说明该模型能够较好的反映响应值的变化，失拟项（P=0.065 9）不显著，说明回归模型和预测值之间有较好的拟合度，模型的一次项A、B（P＜0.01）影响极显著，C（P＜0.05）影响显著；二次项A2、C2（P＜0.01）影响均极显著，B2（P＜0.05）影响显著；交互项AB（P＜0.05）影响显著，AC、BC（P＞0.05）影响均不显著；由此可知三因素对感官评价影响的顺序为：B＞A＞C。

由表5 可知，所建立的硬度回归模型P=0.011 5，达到显著水平，得出R2=0.891 6，说明该模型能够较好的反映响应值的变化，失拟项（P=0.060 4）不显著，说明回归模型和预测值之间有较好的拟合度；模型的一次项 B（P＜0.05）影响显著，A、C（P＞0.05）影响均不显著；二次项A2（P＜0.01）影响极显著，C2（P＜0.05）影响显著，B2（P＞0.05）影响不显著；交互项AB、AC、BC（P＞0.05）影响均不显著；由此可知三因素对硬度影响的顺序为：B＞A＞C。

2.2.2 响应面和等高线分析

由于在交互项中酸角粉的添加量（A）和白砂糖（C）的交互作用对酸角海绵蛋糕感官评价值的影响显著，用Design-Expert8.0.6 软件绘出了相应的响应面图和等高线图，见图4。

从图4 可以看出，酸角粉添加量（A）、白砂糖（B）及其交互作用对感官品质影响，随着酸角粉添加量的增加、鸡蛋的增加，感官评分呈抛物线状态，在酸角粉添加量为4%，白砂糖为100%达到最大。由等高线图可以看出它们的交互作用对感官评价有很大的影响。

图4 酸角粉添加量、白砂糖及其交互作用对感官品质影响的响应面和等高线Fig.4 The response surface and contour of the effect of tamarind powder（A）and sugar（C）on sensory quality

2.2.3 验证试验

以感官评分为指标得到的最优工艺参数1 为：酸角粉添加量3.88%，白砂糖添加量80%、鸡蛋添加量261.45%；以硬度为指标得到的最优工艺参数2 为：酸角粉添加量3.77%，白砂糖添加量80%、鸡蛋添加量270.78%。

对工艺参数1 和工艺参数2 进行3 次平行验证试验，结果如表6所示。

表6 验证试验结果Table 6 Parallel validation test

由表6 可看出，工艺参数1 的感官评分比工艺参数2 高，硬度比工艺参数2 低，与软件给出预测值较吻合。因此，选择工艺参数1 作为最优工艺参数。

2.2.4 产品指标

2.3.1 感官指标

色泽：表面油润，呈金黄色，色泽均匀，富有光泽；口感：香甜适中，细腻柔软疏松，不干，有浓郁的酸角风味；外形：块形丰满，顶部有较大弧度，表面光滑，无焦斑，无崩顶；组织结构：气孔细密，分布均匀、无硬块。

2.3.2 理化指标

干燥失重≤43 g/100 g，酸价（以脂肪计）（KOH）≤2 mg/g；铅（以 Pb 计）≤ 0.02 mg/kg；砷（以 As 计）≤0.02 mg/kg。

2.3.3 微生物指标

细菌总数≤100 CFU/g，大肠菌群数≤3 MPN/100 g，无致病菌检出。

3 结论

通过单因素试验，确定酸角粉添加量、白砂糖添加量、鸡蛋添加量各因素在单一因素变化的情况下的最优值。以单因素试验的结果为基础，用响应面法对酸角海绵蛋糕制作工艺进行优化，建立酸角粉添加量、白砂糖添加量、鸡蛋添加量和对感官评价值及硬度值的二次回归方程模型，经验证，该数学模型可靠，可用于酸角海绵蛋糕最优工艺参数的预测。

结合单因素试验、响应面试验和验证试验确定酸角海绵蛋糕最优配方参数为：酸角粉添加量3.88%、白砂糖添加量80%、鸡蛋添加量261.45%，在此最优工艺参数下制作的蛋糕感官评价分为91.4，硬度值为440.134 g，具有独特的酸角风味。