响应面法优化胡萝卜曲奇饼干制作工艺的研究

潘旭琳，刘晓慧，2，宋丽冉

（1.黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆163319；2.浙江智泓科技有限公司，浙江 嘉兴314117）

胡萝卜，又称土人参、长寿菜，富含营养成分，既有医药价值又有食疗价值，尤其所富含的胡萝卜素，是人体维A的重要来源物质[1]。其中，β-胡萝卜素有防癌抗癌、降血压、保护心脑血管、预防粥状动脉硬化、调节血糖、提高免疫力、防过敏、促消化等功效[2-3]，还可以抑制幽门螺旋杆菌的生长及其引起的胃炎[4]。目前，胡萝卜的食用方法还是以餐桌为主，另外也可加工成饮料、酸奶、酱泥、胡萝卜脯、胡萝卜花色肠、脱水干制品、胡萝卜粉及胡萝卜保健酒等[5]，在面食上的应用主要是应用于蔬菜挂面的制作中。但因胡萝卜特有的味道，在应用上还有很多局限。

饼干作为速食食品，携带、食用都很方便。传统的饼干有小食饼干、夹心饼干、曲奇饼干等。随着人们生活水平的提高，饼干市场的需求呈增长趋势，消费需求也更加多元化，各种蔬菜饼干、杂粮饼干、高钙饼干和其他具有保健功能的饼干等都有研究报道[6-9]。曲奇饼干口感疏松、香味浓郁，深受消费者喜爱，在前人的研究中，添加了蔬菜、杂粮、药食同源等成分或其他特殊类型的曲奇饼干的研制已经被报道[10-14]，而添加胡萝卜成分的曲奇饼干制作却鲜有报道，因此具有研究探索的价值。以胡萝卜粉与低筋面粉为原料，按照一定配比混合成混粉，添加白砂糖、黄油、鸡蛋液，通过感官评分，并结合硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性的测定，应用响应面法优化制作工艺，探究胡萝卜曲奇饼干的最佳工艺配方，以及将胡萝卜应用于曲奇饼干制作的新途径，以期将来再延伸应用于普通的饼干、蛋糕、面包等的制作中。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 试验材料

胡萝卜粉，兴化市良知食品有限公司提供；黄油，浙江金澳艺发食品科技有限公司提供；低筋面粉、白砂糖、鸡蛋，均为市售。

1.1.2 试验设备

XYF-K型远红外线食品烤炉，广州红菱电热设备有限公司产品；TMS-PRO型食品物性分析仪（质构仪），美国FTC公司产品；刮刀、裱花袋、圆形模具等。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

胡萝卜粉、面粉过80目筛，混匀成混粉，黄油室温下软化30 min，鸡蛋液打碎搅匀，滤出泡沫，与混粉混合均匀，裱花袋挤压成型，烤箱上、下火均为170℃，预热3min，放入曲奇饼干，烤制10 min后，上火调至150℃，再烤制20 min，取出，冷却后再装袋。

1.2.3 试验方案设计

胡萝卜粉和低筋面粉混合成混粉，分别研究胡萝卜粉和低筋面粉的混合比例、白砂糖、黄油、鸡蛋液的用量对胡萝卜曲奇饼干的感官及硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性等指标的影响，通过响应面法进行制作工艺优化。但因目前国家标准或法规中还没有质构标准，尚且无法科学量化评价，因此测定的指标作为配合感官评定的参考指标[15-16]。

（1）单因素试验。①胡萝卜粉、低筋面粉混粉比例的确定。在50 g的混粉中，设置胡萝卜粉与低筋面粉质量配比分别为1.5∶8.5，2.0∶8.0，2.5∶7.5，3.0∶7.0，3.5∶6.5，固定白砂糖用量15 g，黄油用量35 g，鸡蛋液用量15 g，进行单因素试验，根据表1的感官评分进行评价，用质构仪进行指标测定，以确定50 g混粉中胡萝卜粉和低筋面粉的最佳比例。②白砂糖用量的确定。在50 g的混粉中，设置白砂糖用量分别为9，12，15，18，21 g，固定胡萝卜粉与低筋面粉质量配比3.0∶7.0，黄油用量35 g，鸡蛋液用量15 g，进行单因素试验，根据表1的感官评分进行评价，用质构仪进行指标测定，以确定50 g混粉中白砂糖的最佳用量。③黄油用量的确定。在50 g的混粉中，设置黄油用量分别为25，30，35，40，45 g，固定胡萝卜粉与低筋面粉质量配比3.0∶7.0，白砂糖用量15 g，鸡蛋液用量15 g，进行单因素试验，根据表1的感官评分进行评价，用质构仪进行指标测定，以确定50 g混粉中黄油的最佳用量。④鸡蛋液用量的确定。在50 g的混粉中，设置鸡蛋液用量分别为5，10，15，20，25 g，固定胡萝卜粉与低筋面粉质量配比3.0∶7.0，白砂糖用量15 g，黄油用量35 g，进行单因素试验，根据表1的感官评分进行评价，用质构仪进行指标测定，以确定50 g混粉中鸡蛋液的最佳用量。

（2）响应面法优化试验。通过单因素试验确定的最佳配比和最佳用量，以混粉比例、白砂糖、黄油、鸡蛋液4个因素作为自变量，分别以X1、X2、X3、X4表示，进行响应面法优化试验。

因素与水平设计见表1。

表1 因素与水平设计

1.2.4 评定方法

（1）感官评定。由12名具有丰富食品方面知识的评分者从口感、色泽、风味、组织结构等方面对胡萝卜曲奇饼干进行感官评定，参照QB 1433.5—92《饼干-曲奇饼干》结合胡萝卜风味制定评定标准。

感官评定标准见表2。

表2 感官评定标准

（2）指标测定。使用食品物性分析仪进行硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性测定。选取100 N力量感应元，圆柱型探头。参数设置：探头上升为25 mm，检测前后速度均为60 mm/min，起始力为1.5 N，形变量为25%，每组测定3个样品，结果取其平均值。

1.2.5 数据处理

采用SAS 8.2软件进行响应面优化模型的建立和数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 混粉质量配比对胡萝卜曲奇饼干的影响

混粉质量配比对感官评分的影响见图1，混粉质量配比对硬度、弹性的影响见图2，混粉质量配比对胶黏性、咀嚼性的影响见图3。

图1 混粉质量配比对感官评分的影响

图2 混粉质量配比对硬度、弹性的影响

图3 混粉质量配比对胶黏性、咀嚼性的影响

胡萝卜粉的添加是为了在传统曲奇饼干里增加有益于人们身体健康的成分，理论上添加越多越好，但由于胡萝卜特有的气味，过多添加胡萝卜粉会影响到感官评分。由图1可知，当胡萝卜粉与低筋面粉质量配比为3.0∶7.0时，胡萝卜曲奇的感官评分最高，制得的胡萝卜曲奇口感酥脆，颜色呈金黄色。由图2可知，随着胡萝卜粉用量增加，胡萝卜曲奇饼干的硬度先略升高后持续降低，可能是因为胡萝卜粉面筋蛋白的含量低，使面团结构疏松，降低了硬度[17]，这与卢智等人[18]利用质构仪分析复合果蔬曲奇的结果相吻合。弹性呈逐渐上升趋势，弹性适中有助于良好的口感，且曲奇饼干不易碎。由图3可知，胶黏性和咀嚼性同样略呈现上升趋势，适当的胶黏性对曲奇饼干的质地有着一定的改善作用[19]，咀嚼性反映了咀嚼时需要的能量，但并非越低越好，入口即碎并不能获得高的感官评分。人体对于食物的感官享受是个复杂的神经反射和心理感受的过程，硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性并不能够完全模拟出口腔对食物的感官反应[20]，但能够看出，一般硬度低的评分会较高，呈负相关，可见酥松还是符合大众的口感需求。综合考虑，确定胡萝卜粉与低筋面粉的最佳质量配比为3.0∶7.0。

2.1.2 白砂糖用量对胡萝卜曲奇饼干的影响

白砂糖用量对感官评分的影响见图4，白砂糖用量对硬度、弹性的影响见图5，白砂糖用量对胶黏性、咀嚼性的影响见图6。

图4 白砂糖用量对感官评分的影响

白砂糖是曲奇饼干的甜味剂，在烘烤的过程中发生美拉德反应，产生焦糖香气和诱人的色泽。由图4可知，当用量为15 g时，此时其口感酥松、色泽均匀、甜度适中，当白砂糖用量过高时，味道过于甜腻，反而掩盖了曲奇本身的香气，面团软黏，饼干颜色也会变成深褐色。由图5可知，白砂糖用量为9～15 g时，硬度略有增加，当超过15 g以后，硬度增幅较大，对曲奇饼干的口感影响较大，这主要是因为白砂糖在烘烤过程中发生焦糖化，导致曲奇发硬，白砂糖对硬度的影响较大[21]。弹性受白砂糖用量的影响不大，随着用量的增加，弹性略有增加，但用量超过18 g，产品会出现塌陷现象，由图6可知，超过18 g以后，胶黏性和咀嚼性都增加较大，且过高的糖分发生的焦糖化会使感官变差。综合考虑，确定最佳白砂糖用量为15 g。

图5 白砂糖用量对硬度、弹性的影响

图6 白砂糖用量对胶黏性、咀嚼性的影响

2.1.3 黄油用量对胡萝卜曲奇饼干的影响

黄油用量对感官评分的影响见图7，黄油用量对硬度、弹性的影响见图8，黄油用量对胶黏性、咀嚼性的影响见图9。

图7 黄油用量对感官评分的影响

图8 黄油用量对硬度、弹性的影响

图9 黄油用量对胶黏性、咀嚼性的影响

黄油中脂类氧化降解产生的酮类物质是曲奇饼干的香气的主要供应物质[21]。由图7可知，在黄油用量不断增加时，感官评分出现了先上升后下降的趋势，黄油用量过低，曲奇饼干口感硬，不够酥松，随着用量增加，硬度持续下降，黄油的用量对硬度的影响较大，图8的硬度值变化曲线说明了这一点，曲奇的硬度随黄油用量的增多呈现了明显的下降趋势，弹性呈先下降后上升，可见适量的黄油可以使饼干松软适度。但黄油用量过多时，面团黏性弱，不易定型，花纹不清晰，发生塌陷，饼干过酥，入口即碎，使感官变差，图9的胶黏性和咀嚼性都体现了这一点。故适当的黄油用量可使得曲奇的硬度适中，弹性更符合咀嚼的舒适度，结合感官评分、硬度及弹性。综合考虑，确定最佳黄油用量为35 g。

2.1.4 鸡蛋液用量对胡萝卜曲奇饼干的影响

鸡蛋液用量对感官评分的影响见图10，鸡蛋液用量对硬度、弹性的影响见图11，鸡蛋液用量对胶黏性、咀嚼性的影响见图12。

图10 鸡蛋液用量对感官评分的影响

由于加入了黄油，油脂含量高，鸡蛋液当中的卵磷脂可以使面团当中的油脂以乳化状态分散均匀，防止油脂“走油”[22]，而且适量的蛋液能增加曲奇的蓬松度，但鸡蛋液用量过多，会因蛋腥味影响风味，蛋液里的蛋白质发生美拉德反应，使颜色加深[23]，且会掩盖胡萝卜和曲奇饼干特有的香气。由图10可知，感官评分先升后降，鸡蛋液用量为15 g时，感官评分最高。由图11可知，鸡蛋液可以降低硬度，增加曲奇饼干的酥松程度，增加弹性，但口感过于疏松会影响结构的完整，导致感官变差。由图12可知，胶黏性和咀嚼性都随着鸡蛋液用量的增加而出现了较为明显的增长趋势，添加鸡蛋液可以增强面团黏力，易于定型，从而影响了曲奇的咀嚼性和胶黏性。综合考虑，确定最佳鸡蛋液用量为15 g。

图11 鸡蛋液用量对硬度、弹性的影响

图12 鸡蛋液用量对胶黏性、咀嚼性的影响

2.2 响应面优化试验结果与分析

试验安排及试验结果见表3。

表3 试验安排及试验结果

采用SAS 8.2统计软件对感官评分进行响应面回归分析（RSREG），以确定最佳配方。

回归方程的方差分析见表4，回归方程各项的方差分析见表5。

由表4、表5可知，二次回归模型的F值为9.16，p＜0.01，大于0.01水平上的F值，失拟项的F值为3.26，大于0.01水平上的F值，p值为0.102 2，p＞0.05，该模型拟合结果好，一次项、二次项和交互项的F值均大于0.01水平上的F值，说明对产品感官评分有极显著的影响。

表4 回归方程的方差分析

表5 回归方程各项的方差分析

二次回归模型参数见表6。

由表6可知，各因素对产品感官影响显著，胡萝卜粉∶低筋面粉的影响显著，p＜0.05；白砂糖、黄油、鸡蛋液的用量影响极显著，p＜0.01；黄油和鸡蛋液的用量有交互作用，p＜0.01。以产品感官评分为Y值，得出以胡萝卜粉∶低筋面粉、白砂糖、黄油、鸡蛋液编码值为自变量的四元二次回归方程为：

优化后的制备工艺及感官评分见表7。

表7 优化后的制备工艺及感官评分

感官评分最高时的混粉质量配比为3.25∶6.75，白砂糖15.34 g，黄油38.21 g，鸡蛋液11.45 g，该条件下得到的最大评分为90.40分。

2.3 验证试验结果

验证试验结果见表8。

表8 验证试验结果

按照最优值进行验证试验，重复3次。由表8可知，产品感官的评分为90±1分，验证值与理论值90.40分非常接近，相对偏差不超过5%，重现性良好。结果表明，该模型能较好地反映出制备胡萝卜曲奇饼干的工艺条件。

3 结论

以胡萝卜粉、低筋面粉为原料，按照质量配比制成混粉，添加白砂糖、黄油、鸡蛋液，响应面法对感官评分进行分析，优化工艺配方，模型拟合程度较高，结合硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性等指标，得到胡萝卜曲奇饼干最佳工艺条件为胡萝卜粉与低筋面粉质量配比为3.25∶6.75，在50 g混粉中，白砂糖用量15.34 g，黄油用量38.21 g，鸡蛋液用量11.45 g，烘烤温度为上下火170℃，烤制10 min，上火调至150℃，再烤制20 min，在此条件下制作出的胡萝卜曲奇饼干颜色褐黄、外形完整，口感酥松，有胡萝卜甜香气味，无蛋腥味。