响应面法优化苦荞蛋糕配方工艺的研究

王改芳，王涛

（吕梁学院生命科学系，山西 吕梁 033000）

荞麦目前主要有2种栽培种，一种叫甜荞，另一种叫苦荞[1]。云南省、贵州省、四川省等西南省份为苦荞麦主要种植地区[2]。目前已知的品种且贮存于国家种质资源库的有2 785份，其中苦荞有879份，甜荞有1 896份，野生荞有10份[3]。苦荞富含膳食纤维，苦荞籽粒中的膳食纤维含量更高。膳食纤维在改善糖尿病、预防动脉粥样硬化和预防肥胖方面具有积极作用[4]。苦荞种子中主要含有4种蛋白，其中含量从大到小依次为清蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白[5]。苦荞中具有保健功能的主要成分是黄酮类化合物芦丁，芦丁有降血脂和胆固醇、增强血管弹力、扩张血管等功效[6]。

传统蛋糕主要是以小麦粉为原料，烘烤后制成的一种点心[7]，长期食用易导致肥胖、血糖升高等问题，影响身体健康[8]。苦荞如今已成为有机、无公害、绿色食品的代表，消费需求正在不断上升[9-10]。苦荞风味蛋糕不仅丰富烘焙食品的品种，而且对苦荞附加值的提高和功能性食品的研发具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

低筋面粉：山东省济宁湖里人家面粉厂；苦荞面粉：四川凉山州春生阳光食品有限公司；Puratos焙乐道使必达双效泡打粉：广州焙乐道有限公司；蛋糕油：广州市科惠谷食品科技有限公司；白砂糖：佛山市层层高食品有限公司；鲜鸡蛋：市售；牛奶：内蒙古蒙牛乳业股份有限公司；白醋：佛山市海天（高明）调味食品有限公司；发酵粉：河南安锐生物科技有限公司。

1.2 设备与仪器

YCD-2D型烤箱：重庆莱欧机械设备有限公司；TT002型电动迷你打蛋器：中山市德和电机有限公司；JD200-3型电子天平：沈阳龙腾电子有限公司；BLJBB型玻璃棒：江苏好奇教学有限公司；TMS-PRO型质构仪：美国FTC公司。

1.3 试验方法

1.3.1 苦荞蛋糕的工艺流程

鸡蛋打发→加入面粉、苦荞面粉，搅拌→加入少量蛋糕油，搅拌均匀→装模焙烤→出炉冷却。

1.3.2 苦荞蛋糕的操作要点

1）从蛋壳中分离出蛋黄和蛋白。在蛋白中加白砂糖，持续搅打，直至成为如鲜奶油般的雪白泡沫。在此过程中，蛋白不应与蛋黄和油脂混合，否则会影响蛋白打发效果。

2）加入牛奶、白砂糖、蛋黄、蛋糕油后沿着一个方向搅拌，直至蛋液细腻，过筛后混入苦荞面粉、低筋面粉和发酵粉，搅拌成蛋黄糊。在这个过程中不要过度搅拌以防止面筋的形成。

3）将蛋白霜依次拌入蛋黄糊中，使其混合均匀。此过程应尽量快速完成，以防止蛋糊消泡。

4）在蛋糕模具表面刷一层蛋糕油，把蛋糕糊倒入蛋糕模具中，注模时蛋糊不宜超过模具高度的60%，蛋糊注模后要及时烤制，长时间放置会消泡，造成蛋糕质地粗硬。

5）将烤箱预热，焙烤温度为底火210℃、面火200℃，焙烤时间为16 min[11]。蛋糕烘烤时，不要打开烤箱门，以免受到热胀冷缩影响。

1.4 单因素试验设计

1.4.1 苦荞添加量对蛋糕品质的影响

以面粉质量为100%，添加泡打粉1.5%、白砂糖添加量100%、蛋糕油添加量12%、鸡蛋添加量150%、牛奶20%，考察苦荞添加量（10%、15%、20%、25%、30%）对蛋糕品质的影响。

1.4.2 糖添加量对蛋糕品质的影响

以面粉质量为100%，苦荞添加量20%、泡打粉1.5%、蛋糕油添加量12%、鸡蛋添加量150%、牛奶20%，考察白砂糖添加量（60%、70%、80%、90%、100%）对蛋糕品质的影响。

1.4.3 蛋糕油添加量对蛋糕品质的影响

以面粉质量为100%，苦荞添加量20%、白砂糖添加量100%、泡打粉1.5%、鸡蛋添加量150%、牛奶20%，考察蛋糕油添加量（6%、9%、12%、15%、18%）对蛋糕品质的影响。

1.4.4 鸡蛋添加量对蛋糕品质的影响

以面粉质量为100%，苦荞添加量20%、白砂糖添加量100%、泡打粉1.5%、蛋糕油添加量12%、牛奶20%，考察鸡蛋添加量（90%、120%、150%、180%、210%）对蛋糕品质的影响。

1.5 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，根据影响大小选取苦荞添加量、白砂糖添加量、蛋糕油添加量3个因素进行三因素三水平响应面试验，因素水平设计见表1。

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

1.6 蛋糕品质指标的测定

1.6.1 蛋糕感官评定

由10名专业人士对蛋糕风味、外观、弹性、硬度和咀嚼性进行打分，评价标准见表2。

表2 评分标准Table 2 Scoring criteria

续表2 评分标准Continue table 2 Scoring criteria

1.6.2 蛋糕的质构测定

采用质构仪分析蛋糕的弹性、咀嚼性、硬度指标[12-14]。

质构仪参数设定为探头TA25、起始力0.04 N、测前速度30 mm/min、测中速度120 mm/min，最大位移和最大力分别为20 mm和25 N[15]。取外形完整的蛋糕，切成长、宽、高分别为3 cm的小立方块，水平放于载物台上。对每个试样做3次平行试验，取平均值。

1.7 数据处理

采用Design-Expert.V8.06.1和SPSS 22.0进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 苦荞添加量对蛋糕质构及感官评分的影响

苦荞添加量对蛋糕质构及感官评分的影响见表3。

表3 苦荞添加量对蛋糕质构及感官评分的影响Table 3 Effect of tartary buckwheat on cake texture and sensory scoring

由表3可知，不同苦荞添加量对苦荞蛋糕的弹性、硬度、咀嚼性影响差异显著（P＜0.05）。随着苦荞粉添加量的增加，蛋糕的弹性随之减少，硬度和咀嚼性随之增大，蛋糕的感官得分先上升后下降。当苦荞添加量为10%和15%时，苦荞的风味较淡，感官得分较低；当苦荞添加量为25%和30%时，蛋糕会松散，外观受到影响。苦荞添加量为20%时感官得分最高，蛋糕品质较佳。因此，20%为最佳苦荞添加量。

2.1.2 白砂糖添加量对蛋糕质构及感官评分的影响

白砂糖添加量对蛋糕质构及感官评分的影响见表4。

表4 白砂糖添加量对蛋糕质构及感官评分的影响Table 4 Effect of sugar addition on cake texture and sensory scoring

由表4可知，当白砂糖添加量为80%和90%时，蛋糕硬度差异不显著（P＞0.05）；当白砂糖添加量为60%和70%时，蛋糕弹性差异不显著（P＞0.05）；当白砂糖添加量为90%和100%时，蛋糕咀嚼性差异不显著（P＞0.05）。随着白砂糖添加量的增加，感官评分先增大后减小。当白砂糖添加量为80%时，蛋糕的感官评分达到最大值，而当添加量超过80%时，蛋糕的感官评分逐渐减小。因此，80%为最佳白砂糖添加量。

2.1.3 蛋糕油添加量对蛋糕质构及感官评分的影响

蛋糕油添加量对蛋糕质构及感官评分的影响见表5。

表5 蛋糕油添加量对蛋糕质构的影响及感官评分的影响Table 5 Effect of cake oil content on cake texture and sensory scoring

由表5可知，蛋糕油添加量对蛋糕的弹性、硬度、咀嚼性影响差异显著（P＜0.05）。随着蛋糕油添加量的增加，蛋糕的硬度和咀嚼性减小，弹性增大，蛋糕的感官评分先增大后减小。蛋糕油添加量为12%评分最高。因此，12%为最佳蛋糕油添加量。

2.1.4 鸡蛋添加量对蛋糕质构及感官评分的影响

鸡蛋添加量对蛋糕质构及感官评分的影响见表6。

表6 鸡蛋添加量对蛋糕质构及感官评分的影响Table 6 Effect of egg addition on cake texture and sensory scoring

由表6可知，鸡蛋添加量为150%和180%、180%和210%时，蛋糕硬度和弹性差异不显著（P＞0.05）；鸡蛋添加量对蛋糕咀嚼性的影响差异显著（P＜0.05）。当鸡蛋添加量为90%和120%时，苦荞蛋糕比较硬而且容易开裂；当鸡蛋添加量为180%和210%时，蛋腥味太重，风味比较差；随着鸡蛋添加量的增加，蛋糕的硬度和咀嚼性减小，弹性增大，蛋糕的感官得分先增大后减小，鸡蛋添加量为150%评分最高。因此，150%为最佳鸡蛋添加量。

2.2 响应面试验

2.2.1 显著性检验

在单因素试验的基础上，以感官评分（Y）为响应值，以对苦荞蛋糕影响显著的3个因素（X1苦荞添加量、X2白砂糖添加量、X3蛋糕油添加量）为考察因素，Box-Behnken试验结果见表7，方差分析见表8。

表7 Box-Behnken试验结果Table 7 Box-Behnken test results

表8 试验方差分析Table 8 Analysis of test variance

利用Design-Exert8.0.6.1软件对表7数据进行多元回归拟合，得到响应值回归方程为Y=84.42+0.30X1+0.25X2+0.32X3-0.33X1X2-0.065X1X3+0.31X2X3-1.31X12-1.49X22-1.83X32。

由表8可知，模型的F值为84.10，而且P值极显著[16]。失拟项F=2.51，P值不显著，证明模型可靠。R2Adj=0.979 1，表明苦荞蛋糕的感官评分变化有97.91%来源于4个因素。信噪比为22.536，远远大于4，表明这个模型具有可靠性。各因素对苦荞蛋糕感官评分的影响大小排序为X3蛋糕油添加量＞X1苦荞添加量＞X2白砂糖添加量。

2.2.2 响应面分析

经过Design Expert软件整理分析，各因素交互作用见图1～图3。

图1 苦荞和白砂糖添加量交互作用的等高线及响应面图Fig.1 Contour lines and response surface diagram of the interaction between tartary buckwheat and white granulated sugar

图2 苦荞和蛋糕油添加量交互作用的等高线及响应面图Fig.2 Contour lines and response surface diagram of the interaction between tartary buckwheat and cake oil

图3 白砂糖和蛋糕油添加量交互作用的等高线及响应面图Fig.3 Contour line and response surface diagram of the interaction between sugar and cake oil

由图1～图3可知，感官评分的响应面趋向抛物线形，即存在最高点，所以回归方程存在极大值[16]。而且回归方程中二次项系数为负，说明抛物线一定开口向下，也就是说该方程有极大值点。

利用Design Expert软件对多组试验结果进行分析计算，得出苦荞蛋糕的最佳工艺配方为以面粉质量为100%，苦荞添加量20.52%、白砂糖添加量80.08%、蛋糕油添加量12.28%，这时蛋糕的感官评分的预测值为84.458 4。为方便实际操作，将最佳工艺参数改为苦荞添加量20%，白砂糖添加量80%，蛋糕油添加量12%，在这条件下苦荞蛋糕的感官评分为84.43，和预测值较为一致，说明该模型的设计具有一定的可靠性[17-18]。

3 结论

本文通过单因素试验与响应面优化法对苦荞风味蛋糕配方进行优化，确定苦荞蛋糕最佳工艺配方为以面粉质量为100%，当苦荞添加量20%、白砂糖添加量80%、蛋糕油添加量12%，按此配方制作的蛋糕表面黄褐色，无焦斑，气孔分布较均匀，组织柔软较有弹性，整体品质较好。