应用模糊评价与响应面分析优化香菇饼干配方

王芮东，李 楠，昝雪梅

运城学院 1.理科实验中心；2.生命科学系，山西 运城 044000

香菇，又名花菇，为侧耳科植物香蕈的子实体，是世界第二大食用菌[1-2]，它不仅味道独特鲜美，还富含维生素B、铁、钾、维生素D等营养成分，并且含有香菇多糖、香菇嘌呤等活性成分[3-4]，具有降低胆固醇、增强免疫力和延缓衰老等多种保健功效[5-6]。

近年来，香菇逐渐作为一种风味物质和营养基料被添加到食品中，从而赋予食品一定的营养和功能特性，如高永欣等[7]对香菇饼干的加工工艺进行了研究并对其香气成分进行了分析；方成鑫等[8]对通江香菇曲奇饼干的配方进行了优化研究。笔者通过单因素试验、响应面分析和模糊数学感官评价等方法确定香菇饼干的最佳配方，建立了科学的香菇饼干感官评价体系，为香菇饼干制作工艺研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

面粉(低筋粉)：山西芮城永达面粉厂；食用调和油：金龙鱼嘉里粮油(天津)有限公司；绵白糖、鸡蛋：运城市佳缘超市；香菇：运城市农产品批发市场；小苏打：湖南衡阳市春茂化工有限公司；食用碳酸氢铵：山东潍坊振兴焦化有限公司。

LK-800 A型摇摆式中药粉碎机：上海隆拓仪器设备有限公司；TMS-Pro型质构仪：北京盈盛恒泰科技有限责任公司；PL-6型远红外食品烘炉：广东番禺市恒联食品机械厂。

1.2 方法

1.2.1 香菇饼干基本配方

低筋面粉75 g，香菇粉25 g，调和油50 g，绵白糖40 g，鸡蛋30 g，小苏打1 g，食用碳酸氢铵1 g。

1.2.2 香菇粉制备

香菇→挑选→自然风干→粉碎→过60目筛→香菇粉→密封贮藏。

1.2.3 香菇饼干加工工艺流程及操作要点

绵白糖、调和油、鸡蛋混合搅拌→加小苏打、

低筋粉、香菇粉

↓

食用碳酸氢铵→面团调制→成型→烘烤→冷却→成品。

操作要点：将称量好的调和油、鸡蛋、绵白糖放入搅拌器中搅拌至呈均匀的乳状液；加入小苏打、食用碳酸氢铵，中速搅拌至溶解；将一定比例的香菇粉和小麦粉加入至搅拌均匀的乳状液中，和制成软硬合适的面团；将制好的面团用圆形磨具压制成统一规格的饼干坯(厚度8 mm，直径5 cm)；将饼干坯放入烤炉(面火180 ℃，底火160 ℃)中烘烤10 min左右。

1.2.4 单因素试验

分别以绵白糖、香菇粉、鸡蛋、调和油添加量为考察因素进行单因素试验，考察各因素对香菇饼干感官评分、硬度和咀嚼性的影响。

1.2.5 响应面试验

在单因素试验的基础上，以绵白糖、香菇粉、鸡蛋、调和油添加量为考察因素，以香菇饼干的模糊感官评分为响应值，设计四因素五水平响应面试验，因素与水平见表1。

表1 响应面因素与水平

1.2.6 感官评定

选取10名食品专业的优秀学生为感官评定人员，评定标准参照GB/T 20980—2007及相关文献[9-10]，具体评价标准见表2。

表2 香菇饼干感官评分标准

1.2.7 模糊评价方法的建立

1.2.7.1 确定因素集和评语集

因素集X由色泽、气味、口感、组织、形态5个因素构成，即X=(色泽、气味、口感、组织、形态)；对每个因素的评语集V按好、中、差3个等级评定，即V={好(V1)、中(V2)、差(V3)}[11-12]。

1.2.7.2 确定权重

采用强制决定法确定各因素的权重[13]，分别为色泽(0.15)、气味(0.20)、口感(0.35)、组织(0.10)、形态(0.20)，即A=(0.15，0.20，0.35，0.10，0.20)。

1.2.7.3 模糊评价矩阵的建立

请10位感官评定人员根据评语集V对每个产品按色泽、气味、口感、组织、形态5个因素独立做出评判，统计各因素所得的评语次数，绘制成表。将表中各因素所得评语次数除以人数10，得到5个因素对3项评语的隶属度，然后根据模糊变换原理：Y=A∘R，建立模糊评价矩阵R，得到每个产品的综合评价结果。

1.2.7.4 评定结果

将模糊向量单值化进行比较排序，分为优、中、差3个等级，分别按次序赋予80、70、60的分值。将综合评价结果集中的各个量分别乘以相对应的分值，并进行相加，最后得出每个产品的最终感官评定总分。

1.2.8 质构分析

参照郭意明等[14]的质构测定方法，探头采用P/50型柱形探头，参数设定：测前速率2.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测后速率1.0 mm/s，压缩程度60%，触发力5 g，饼干在常温下放置1 h后，对香菇饼干的硬度和咀嚼性进行测试，每个样品测定5次，然后取平均值。

1.2.9 数据分析

各试验均重复3次，试验结果以平均值±标准偏差表示。采用SPSS 20.0、Design-Expert 10等软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 绵白糖添加量的确定

绵白糖添加量对饼干成品感官评分、硬度和咀嚼性的影响见表3。

由表3可知，随着绵白糖添加量增加，感官评分先上升后下降。这是由于糖的反水化作用，糖可以降低面团的吸水能力，增加面团的延伸性、拉伸能力。绵白糖添加量过低时，饼干口感僵硬，甜味不足，焦糖化反应和美拉德反应不明显，使饼干色泽淡黄、风味不佳；当绵白糖添加量过多时，饼干口感过硬、过甜，焦糖化和美拉德反应过度使饼干颜色加深。硬度、咀嚼性随着绵白糖添加量的增加均逐渐上升，这是由于绵白糖有反水化作用，可抑制面筋的形成[19]。综合考虑，确定适宜的绵白糖添加量为40 g。

表3 绵白糖添加量对香菇饼干感官评分、硬度和咀嚼性的影响

2.1.2 香菇粉添加量的确定

香菇粉添加量对饼干成品感官评分、硬度和咀嚼性的影响见表4。

表4 香菇粉添加量对香菇饼干感官评分、硬度和咀嚼性的影响

由表4可知，随着香菇粉添加量的增加，感官评分先上升后下降，这是因为香菇粉添加量增加可以显著提高饼干的风味、改善饼干的口感和组织结构；但当添加量过大时，面团形成困难，饼干酥松度降低，颜色变深，口感粗糙[15]。硬度和咀嚼性均随着香菇粉添加量的增加呈先上升后下降的趋势，这是因为香菇粉含有丰富的膳食纤维，随着香菇粉添加量的增加，膳食纤维的含量也随之增加，使得面团中的面筋含量被稀释，从而影响面筋网络的形成，导致饼干变干、硬度增大、咀嚼性增加；但随着香菇粉添加量的继续增加，饼干中膳食纤维含量继续加大，持水性增大，饼干中保留了相对较多的水分，从而使硬度降低、咀嚼性下降[16]。综合考虑，确定适宜的香菇粉添加量为20 g。

2.1.3 鸡蛋添加量的确定

鸡蛋添加量对饼干成品感官评分、硬度和咀嚼性的影响见表5。

表5 鸡蛋添加量对香菇饼干感官评分和硬度、咀嚼性的影响

由表5可知，随着鸡蛋添加量的增加，感官评分先上升后下降。这是由于加入适量鸡蛋，能赋予产品特有的香气、美观的色泽和酥脆的口感。但添加量过大，饼干蛋腥味较浓，口感绵软不够松脆。硬度随着鸡蛋添加量的增加一直下降，这是因为鸡蛋添加量越大，饼干越蓬松，硬度越小；咀嚼性随着鸡蛋添加量增加呈先下降后上升的趋势，这是由于鸡蛋蛋黄中含有丰富的脂肪、蛋白质及卵磷脂等成分，对饼干的乳化和蓬发度起重要作用，因而使得成品的咀嚼性降低，但当继续增加时，由于鸡蛋蛋白受热后凝固失水较少，口感也有一定的柔韧性，导致咀嚼性增大[20]。综合考虑，确定适宜的鸡蛋添加量为30 g。

2.1.4 调和油添加量的确定

调和油添加量对饼干成品感官评分、硬度和咀嚼性的影响见表6。

表6 调和油添加量对香菇饼干感官评分、硬度、咀嚼性的影响

由表6可知，随着调和油添加量的增加，感官评分先上升后下降。这是由于调和油不仅能赋予饼干更好的香味与口感，也能改善产品的组织结构，增加饼干的酥脆性。但当调和油用量过大，面团黏性变差、饼干易碎裂、口感油腻[17]。硬度、咀嚼性随着调和油添加量的增加呈先下降后上升的趋势，这是由于油脂的疏水性限制了面筋蛋白质的吸水作用，妨碍了面筋的形成，也限制了淀粉与面筋紧密结合，从而降低饼干的硬度、咀嚼性；但随着添加量继续增加，面粉颗粒周围的油脂达到饱和，使得油脂堆积，从而导致进入的空气越来越少，饼干的硬度和咀嚼性上升[18]。综合考虑，确定适宜的调和油添加量为50 g。

2.2 模糊评价结果与分析

2.2.1 方差分析与回归方程建立

根据试验方案设计的配方制作30组产品，10个评委分别对每组产品按表2进行评定，最终感官评价和质构特性见表7，方差分析结果见表8。

表7 香菇饼干感官评价和质构特性

表8 方差分析

注：**为差异极显著(P<0.01)；*为差异显著(P<0.05)。

利用Design-Expert 10软件对表7的试验数据进行多元回归拟合，得到感官评分、硬度和咀嚼性的回归模型方程为：

Y(感官评分)=74.82+1.25A+1.85B+0.57C-1.57D+0.075AB+0.13AC+0.78AD+0.35BC+1.65BD-0.35CD-1.11A2-1.24B2-1.50C2-1.09D2；

Y(硬度)=267.31+32.1A-7.27B+8.76C-8.77D+3.94AB-14.87AC+13.48AD-0.049BC+20.76BD-0.058CD-27.68A2-11.5B2-6.26C2-14.5D2；

Y(咀嚼性)=119.27+2.69A+5.21B-6.85C+3.79D+8.07AB+2.08AC+10AD+0.93BC-6.99BD-7.93CD-4.24A2-4.08B2-7.8C2-13.96D2。

由表8可知，感官评分、硬度、咀嚼性模型均极显著(P<0.01)，失拟项不显著(P>0.05)，且决定系数R2≥0.819 6，说明该模型与真实测量值拟合程度较好，可以采用这些方程对香菇饼干的工艺配方进行预测。对于感官评分，一次项(A、B、D)、二次项(A2、B2、C2、D2)及交互项(BD)差异性极显著，C与AD差异显著；由F值可知，各因素对感官评分的影响顺序为：B>D>A>C。对于硬度，一次项A与二次项A2差异极显著，二次项D2与交互项BD差异显著；由F值可知，各因素对硬度的影响顺序为：A>D>C>B。对于咀嚼性，二次项D2差异极显著，C、AB、AD、CD、C2差异显著；由F值可知，各因素对咀嚼性的影响顺序为：C>B>D>A。

2.2.2 响应面分析

在香菇饼干工艺配方研究过程中，以感官评分为主要评价指标，硬度和咀嚼性为次要评价指标。各因素交互作用对感官评分的响应面结果见图1。

响应面的变化情况和等高线的稀疏程度可以直观反映各因素之间的交互作用对感官评分的影响。等高线呈圆形时表示两因素交互作用不显著，呈椭圆形或马鞍形时则表示两因素交互作用显著。由图1可见，各因素交互作用的等高线均呈明显的椭圆形，说明香菇粉和绵白糖添加量、调和油和绵白糖添加量、调和油和鸡蛋添加量之间交互作用均显著，对感官评分的影响较大。

2.2.3 最佳工艺条件确定及验证试验

以感官评分为评价指标，通过模型并结合响应面曲线，得出香菇饼干最佳工艺配方为：香菇粉24.959 g，调和油50.815 g，绵白糖43.325 g，鸡蛋31.535 g，在此条件下，感官评分为76.043分。为方便实际操作，将工艺配方修正为：香菇粉25 g，调和油51 g，绵白糖43 g，鸡蛋32 g，在该条件下进行3次平行试验，感官评分为76.75分，与回归方程预测的感官评分的相对误差为0.93%，实测值与预测值相差不大。结果表明，该回归模型具有较好的预测性。

图1 各因素交互作用对感官评分影响的响应面

3 结论

研究了以香菇粉、调和油、绵白糖和鸡蛋添加量对香菇饼干感官品质和质构特性的影响，通过响应面试验对香菇饼干的工艺配方进行了优化，优化后的香菇饼干的工艺配方为：香菇粉25 g，低筋面粉75 g，调和油51 g，绵白糖43 g，鸡蛋32 g，小苏打1 g，食用碳酸氢铵1 g，在面火180 ℃，底火160 ℃的条件下烘烤10 min。采用最优配方制作的香菇饼干成品色泽金黄、口感酥脆、香菇味浓郁，感官评分为76.75分。