混料设计优化紫淮山饼干配方的研究

◎ 黄 昭，李 鑫，徐 迪，张 爽

（芜湖职业技术学院，安徽 芜湖 241003）

淮山是原产我国山西平遥、介休一带的薯蓣科块茎植物，是很好的食补材料[1]。而紫淮山因含有植物化学物酚类花色苷，让它有了更高的营养价值，有研究表明每100 g新鲜紫淮山约含花色苷2.88 mg，总酚50.75 mg[2]。但新鲜淮山含水量高，表皮极薄容易破损，储存和运输成本高，容易造成经济损失。

饼干在我国市场销售中占额较大，无论小孩、年轻人还是老人都是饼干的潜在销售人群，市场潜力巨大[3]。而随着人们生活水平的提高和对健康饮食的重视，营养型饼干在我国呈现越来越火的趋势，市场上近几年出现的猴菇饼干、紫薯饼干和粗粮饼干等深受广大消费者喜爱。饼干含水量低，保质期长，储藏和运输方便，因此将紫淮山作为一种原料制作成饼干，既提高了饼干的营养价值，也对推动种植淮山地区的经济有重大的现实意义。

混料设计是一种利用配方均匀设计试验方案进行混料试验的配方研究方法，广泛应用于食品加工和其他工业生产中[4-8]。软件分析的使用使得混料试验的数据处理更简单快捷，是一种十分有效的优化产品配方的试验方法。本试验采用混料设计试验，以紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉为主要原料，以成品的质构特性和感官特性作为指标进行配方优化，为紫淮山饼干品质改善和扩大生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

紫淮山粉、低筋小麦粉、糖粉、黄油、鸡蛋、牛奶和小苏打，市售。

BJ-500A型中药粉碎机：上海拜杰实业公司；SBC-3Y型电烤炉：珠海三麦机械有限公司；TP-1200A型电子天平：湘仪天平仪器设备有限公司；TA.XT Plus质构仪：英国Stable Micro Systems公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

根据预试验，确定饼干配方以紫淮山粉、低筋小麦粉、糖粉3者总量记为100%，糖粉33%～54%，黄油30%、鸡蛋20%、牛奶20%及小苏打0.4%。将紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉3种用料总和记为1，在Design-Expert.V 11.1.0.1软件中设定紫淮山粉取值为0.10～0.65、低筋小麦粉取值为0.10～0.65、糖粉的取值为0.25～0.35，经混料设计得到混料设计试验配方，如表1所示。

根据表1的数据进行12个混料试验样品制备。制作流程是将黄油、糖粉、鸡蛋液、小苏打和牛奶混合打发，加入紫山药粉和小麦粉和成光滑的面团，静置30 min后将面团擀成2 mm厚的薄片，经模具成型，装盘送入预热好的烤箱（上火180 ℃，下火175 ℃），烘烤12 min，取出冷却即得成品。

表1 紫淮山饼干配方混料设计试验组合设计表

1.2.2 质构分析方法

质构分析采用三点折断试验，探头运行速度为 2 mm·s-1，测试速度为1 mm·s-1，测试后速度为1 mm·s-1，下降高度10 mm，校准力量和高度，设定参数后开始测试。每种配方的饼干随机选取30块形状厚度均匀的饼干进行三点折断试验，记录保存数据。

1.2.3 感官分析方法

采用5段嗜好尺度考察12个样品的4个感官指标，即香气、滋味、色泽和口感。每个感官指标满分5分，总分20分。感官评定标准如表2所示，参考MEILGAARD 等[9]的方法和感官评定试验的要求，12个样品用3位数的随机数字进行标记，由20位经过培训的人员在互不影响结果的情况下对产品进行感官评定后，收集感官评价表并整理数据。

表2 5段嗜好尺度感官评定标准表

2 结果与分析

2.1 质构分析

对不同配方的饼干样品进行三点折断试验测定硬度和脆性，结果如表3所示。

采用Design-Expert.V 11.1.0.1软件分析硬度、脆性与3种原料之间的关系，得到3种原料不同配比对紫淮山饼干质构的影响。根据Design-Expert.V 11.1.0.1软件的建议和分析得出的回归方程为

根据Design-Expert.V 11.1.0.1软件分析，硬度符合Cubic模型，脆性符合Special Quadratic模型。硬度和脆性的回归分析数据如表4、表5所示。

表4 硬度和3种原料不同配比之间的回归分析表

表5 脆性和3种原料不同配比之间的回归分析表

一个因素或条件的P值小于0.05时，这个因素或条件对硬度的影响是显著的。由表4可知，AB、AC、BC、ABC、AB（A-B）、AC（A-C）和BC（B-C）均对硬度有明显的影响。AB的P值小于0.01，即AB对硬度的影响极其显著，也就是说紫淮山粉和低筋小麦粉的配比对硬度的影响极其显著。同理，由表5可知，AB、AC、BC、A2BC和AB2C均对脆性有明显的 影响。

图1和图2分别是3种配料不同配比对硬度和脆性影响的等高线图和响应曲面图。图1表明，紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉对饼干的硬度均有影响，而且三者之间的交互作用明显。总的趋势是随着紫淮山粉的配比上升，紫淮山饼干的硬度的取值下降，而低筋小麦粉和糖粉配比上升时，硬度的取值也上升。从图2可以看出，紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉对脆性均有影响，而且3种配料之间的有明显的交互作用。随着糖粉的配比上升，紫淮山饼干的脆性的取值也上升。当紫淮山粉和低筋小麦粉两者之比下降，紫淮山饼干的脆性的取值也随之下降，即酥脆性上升。

图1 3种原料配比对硬度影响的等高线图和响应面图

图2 3种原料配比对脆性影响的等高线图和响应面图

2.2 感官评价分析

对不同配方的饼干样品进行了感官评价，结果如表6所示。

根据表6数据，利用Design-Expert.V 11.1.0.1对紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉的不同配比对感官评价部分的4个指标的影响进行分析。根据Design-Expert.V 11.1.0.1软件分析，得到的多元回归方程为

表6 紫淮山饼干感官属性指标评价得分表（单位：分）

图3～图6分别是3种配料不同配比对4个感官分析指标的影响的等高线图和响应曲面图。

图3 3种原料配比对口感影响的等高线图和响应曲面图

图4 3种原料配比对香气影响的等高线图和响应曲面图

图5 3种原料配比对滋味影响的等高线图和响应曲面图

图6 3种原料配比对颜色影响的等高线图和响应曲面图

根据Design-Expert.V 11.1.0.1软件分析建立的回归方程以及等高线图和响应曲面可以看出，紫淮山粉配比上升时，饼干口感和香气的分值下降。此外，低筋小麦粉和糖粉配比上升时，口感和香气的分值随之上升，可能的原因是紫淮山粉的筋度和其他性质和低筋小麦粉有一定的差距导致饼干口感下降。此外，紫淮山粉在烘烤过程中产生了不良气味或者掩盖了饼干原有的香气使得香气的分值下降。紫淮山饼干色泽的分值主要由紫淮山粉和低筋小麦粉主导，糖粉对色泽分值的影响不显著，其中随着紫淮山粉配比上升，色泽的分值下降，低筋小麦粉的配比上升，色泽的分值随之上升，可能的原因是紫淮山粉中含有的色素在烤箱高温烘烤时发生氧化反应失去原有颜色变成褐色，而低筋小麦粉则发生美拉德反应由白色变得金黄诱人，因此紫淮山粉越多，成品变褐加深，从而影响了色泽的分值。滋味的得分值由紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉3者共同影响，其中糖粉起主要影响。在糖粉的配比为0.3时，滋味分值最高，且紫淮山和低筋小麦粉的配比对滋味分值的影响会削弱，可能的原因是糖粉产生甜蜜的味道直接刺激人的味蕾而主导了滋味的分值；紫淮山粉在烘烤过程中可能产生了一些怪味，导致紫淮山粉的配比越高，则滋味的分值越低。

2.3 配方的优化及验证

结合饼干样品质构和感官评价数据结果，通过Design-Expert.V 11.1.0.1软件分析获得最终优化的紫淮山饼干配方用料配比为紫淮山粉0.35、低筋小麦粉0.35、糖粉0.3，对优化配方进行验证试验，具体数据见表7。由分析优化结果的期望值可知，越接近1即所得综合评价越佳，本试验优化配方的期望值为0.86，说明优化配方的综合评价良好。优化配方的紫淮山饼干的硬度、脆性大小为2697.03 gf、4.96 gf，口感、滋味、香气和色泽分值分别为4.75分、4.73分、4.80分和 4.65分，与预测值相符，总体分值得到了优化。

表7 紫淮山饼干感官属性指标同时优化的参数、预测值和实测值表

3 结论

配方中紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉对紫淮山的硬度和脆性有明显的交互作用，不同的紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉比例对紫淮山饼干香气和口感的交互作用不显著，其中紫淮山粉对口感和香气的得分起主要影响；不同的紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉比例对色泽得分的交互作用不明显，其中紫淮山粉对色泽得分起主导作用，糖粉对色泽得分几乎没有影响；而不同的紫淮山粉、低筋小麦粉和糖粉比例在滋味评价中存在着一定的交互作用，其中糖粉和紫淮山粉起主导作用。

通过Design-Expert.V 11.1.0.1软件建立的回归方程和多目标优化分析，获得优化的紫淮山饼干配方为紫淮山粉0.35、低筋小麦粉0.35和糖粉0.3。经试验验证，优化配方的紫淮山饼干的硬度、脆性大小为 2697.03 gf、4.96 gf，口感、滋味、香气和色泽分值分别为4.75分、4.73分、4.80分和4.65分，与预测值相符，总体分值得到了优化。经优化后的配方饼干表面呈略深的黄色，有明显的光泽感，口感酥松不黏牙，有浓郁的黄油饼干特有的香气和奶香，甜味纯正而不腻，可以为实际生产提供参考依据。