响应面结合模糊数学感官评价法优化开胃曲奇制作工艺

刘 艳，刘群群，李志华，李福元，喻祖文

（湖南中医药高等专科学校药学院，湖南株洲 412012）

随着人们对健康的要求越来越高，中医“药食同源”理论日益受到青睐[1]。“药食同源”可以从字面上理解，即中药与食物有相同的来源，二者没有显著区别，既是食物也是药物[2]。

小儿厌食症普遍存在1～6 岁儿童中，是一种常见的小儿脾胃病，又称为消化功能紊乱，主要表现是食欲降低、厌食，甚至拒食[3]。进食是人体摄入营养物质的主要途径，长期受限会引起营养不良，严重时甚至影响患儿生长发育[4]。我国学龄前儿童发病率为12%～14%，近年来呈现逐渐升高的趋势[5]。传统医学认为，治疗厌食、食积等小儿脾胃病以健脾为主，采用药食同源中药调节脾胃功能对于儿童来说更安全。

山药有健脾、补肺等功效，用于脾虚食少；山楂有消食积等功效，用于肉食积滞、胃烷胀满；炒麦芽有行气消食、健脾开胃等功效；鸡内金有健胃消食等功效，用于食积不消、小儿疳积；陈皮有理气健脾等功效，用于脘腹胀满、食少吐泻；茯苓有健脾等功效，用于脾虚食少。选取上述6 种健脾开胃药食同源中药进行中医组方，并制作出适合儿童食用的健脾开胃营养饼干，不仅为解决由于中药苦口、难以下咽导致的儿童用药依从性差的难题提供了一条有效路径，也让孩子们在享用零食的同时调节了脾胃功能。

1 材料与方法

1.1 试验材料

山药、茯苓、陈皮、山楂、鸡内金、炒麦芽，湖南衡岳中药饮片有限公司提供；低筋面粉，夏县尉郭乡彩仙面粉厂提供；黄油，内蒙古蒙牛奶酪有限责任公司提供；鸡蛋、小苏打、食盐，购自当地超市；糖粉，南京忠来果品食杂有限公司提供。

1.2 仪器设备

BSM 型电子天平，上海卓精电子科技有限公司产品；MT201 型电子秤，深圳市美孚电子有限公司产品；SM2-523H 型烤箱，新麦机械（无锡）有限公司产品；HBD-810 型多功能厨师机，珠海家宝德电气有限公司产品；101-1BS 型电热鼓风干燥箱，上海力辰仪器科技有限公司产品；80 目型面粉筛，三能器具（无锡）有限公司产品；RS-FS1401 型粉碎机，合肥荣事达小家电有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

（1）黄油软化。黄油切成小块，隔水软化，以松软、轻压易塌陷为准，避免出现融化或油水分离现象。

（2）搅打。将软化的黄油和糖粉同时在多功能厨师机中高速搅打至膨松，并出现乳白色。加入蛋清液后继续混合搅拌均匀。

（3）健脾开胃混粉制备。将山药、茯苓、炒麦芽、山楂、鸡内金、陈皮于70～75 ℃烘箱中干燥3 h，粉碎后过80 目筛，得健脾开胃药食同源混粉。

（4）原料预混。将低筋面粉和健脾开胃混粉加入乳化好的黄油中，低速混合均匀即可。

（5）成型。用六齿花嘴挤成直径为5 cm，厚度为2 cm 左右的圆形。

1.3.3 开胃曲奇基本配方和烘烤工艺

参考张丹[6]酥性饼干的制作对开胃曲奇加工工艺进行摸索，预试验确定了开胃曲奇的基本配方为低筋面粉90 g，健脾开胃混粉10 g，黄油60 g，糖粉24 g，蛋清液25 g，食盐0.3 g，小苏打0.5 g。基本烘烤工艺为上火160 ℃，下火140 ℃，时间21 min。

1.3.4 单因素试验

以感官评分为指标，在基本配方的基础上，分别考查健脾开胃混粉与低筋面粉比例（5∶95，10∶90，15∶85，20∶80，25∶75，低筋面粉+健脾开胃混粉总量为100 g）、黄油用量（30，40，50，60，70 g）、糖粉用量（8，16，24，32，40 g）、蛋清液用量（15，20，25，30，35 g）、烘烤上火温度（140，150，160，170，180 ℃）、烘烤下火温度（120，130，140，150，160 ℃）、烘烤时间（17，19，21，23，25 min）对饼干品质的影响。

1.3.5 响应面试验

在单因素试验基础上，以健脾开胃混粉∶低筋面粉（A）、黄油用量（B）、蛋清液用量（C）为考查因素，进行响应面试验优化开胃曲奇的制作配方参数。

开胃曲奇响应面试验因素与水平设计[7]见表1。

表1 开胃曲奇响应面试验因素与水平设计

1.3.6 感官评分标准

由10 位受过感官品评培训的人员，从开胃曲奇的色泽、外观、风味、口感与滋味、组织形态等方面对产品进行感官评分。

饼干的感官评分标准[8-9]见表2。

表2 饼干的感官评分标准

1.3.7 产品指标的测定

理化指标：酸价参照GB 5009.229—2016 测定[10]，过氧化值参照GB 5009.227—2016 测定[11]。

微生物指标：分别参照GB 4789.2—2016 和GB 4789.3—2016 测定菌落总数和大肠菌群[12-13]。

1.4 数据处理

运用SPSS 26、Origin 2018 进行数据处理。

1.5 模糊数学模型的建立

1.5.1 评价因素和权重

评价因素集F={色泽，外观，风味，口感与滋味，组织形态}，是饼干品质影响因素的集合。权重反映各因素在感官评定中所处重要性的强弱，研究采用强制决定法[14]，确定开胃曲奇的权重X={0.2，0.2，0.2，0.2，0.2}，即感官评分满分为100时，色泽、外观、风味、口感与滋味、组织形态各占20 分。

1.5.2 评价等级

将开胃曲奇分为3 个等级，评价得分集V={优，中，差}[15]，分别将85，70，50 分赋值于优、中、差3 个等级，即V={85，70，50}。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 健脾开胃混粉与低筋面粉比例对开胃曲奇品质的影响

健脾开胃混粉与低筋面粉比例对开胃曲奇品质的影响见图1。

图1 健脾开胃混粉与低筋面粉比例对开胃曲奇品质的影响

由图1 可知，开胃曲奇的各项感官评分均随着健脾开胃混粉比例的增加而逐渐降低，20∶80，25∶75 这2 个水平下降尤其明显，这是因为随着中药比例的增加，饼干颜色加深，失去了原本诱人的棕黄色，同时饼干的中药味过浓，陈皮和山楂的酸苦味明显。口感与滋味受混粉占比的影响最明显，其次是风味。尽管健脾开胃混粉的比例越小，感官评分越高，但考虑到饼干的功能性，选择健脾开胃混粉与低筋面粉比例为10∶90 或15∶85 较适宜。

2.1.2 黄油用量对开胃曲奇品质的影响

黄油用量对开胃曲奇品质的影响见图2。

图2 黄油用量对开胃曲奇品质的影响

油脂是影响酥性饼干品质的一项重要因素。黄油是天然乳化剂，可通过增加面团的发泡性和亲水性提升烘烤食品的口感和组织形态[8]。由图2 可知，感官评分随黄油的增加呈上升趋势，用量在30，40 g与50，60，70 g 之间存在显著差异。当黄油较少时，面团吸水和发泡不足，丧失了饼干的基本特征，尤其是30 g 用量时，裱花基本无法实现，导致饼干花纹不平整、出现大量洞眼，这也是该水平外观评分处于“差”等级的主要原因。尽管随着黄油用量的增加，饼干的色泽、风味、滋味和组织形态均有提升，但过高的黄油用量使面团质地过于松散、弹性变差、口感油腻，且不利于保存和运输。因此，选择50～60 g 的黄油用量较为适宜。

2.1.3 糖粉用量对开胃曲奇品质的影响

糖粉用量对开胃曲奇品质的影响见图3。

图3 糖粉用量对开胃曲奇品质的影响

糖粉可以促进焦糖化和美拉德反应[8]。由图3 可知，色泽、风味、口感与滋味随糖粉增加呈现先上升后下降的趋势，而外观几乎不受影响。组织形态在用量为40 g 时评分最高，可能是因为糖粉与黄油搅打发泡时，糖粉对黄油发泡有促进作用，从而使饼干组织结构呈现均匀的多孔状。糖粉用量低于32 g时，饼干色泽偏白，口感不佳；高于32 g 时，面筋蛋白形成受阻[8]，饼干口感变硬、颜色加深、边缘略有焦煳、滋味过于甜腻甚至出现苦涩感。因此，糖粉用量为32 g 为宜。此时开胃曲奇甜度适中，色泽鲜亮，评分最高为77.1 分。

2.1.4 蛋清液用量对开胃曲奇品质的影响

蛋清液用量对开胃曲奇品质的影响见图4。

由图4 可知，随着面团中蛋清液的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，且用量在15，20，25 g 与30，35 g 之间存在显著性差异，其中口感与滋味受蛋清液用量的影响最为明显。当蛋清液用量超过20 g 时，饼干的面团较为松软，花纹容易塌陷。当蛋清液用量较少时，乳化强度不足，饼干酥脆度不佳[8]。因此，蛋清液用量以20 g 为宜。

图4 蛋清液用量对开胃曲奇品质的影响

2.1.5 上火温度对开胃曲奇品质的影响

上火温度对开胃曲奇品质的影响见图5。

图5 上火温度对开胃曲奇品质的影响

由图5 可知，随着上火温度的升高，感官评分呈现先上升后下降的趋势，温度为150 ℃时，评分最高。上火温度对饼干外观和组织形态影响较小，但当上火温度过高时，色泽、风味、口感与滋味急剧下降，此时饼干颜色加深，外圈出现焦黄色，略有焦煳味。因此，开胃曲奇焙烤的上火温度应以150 ℃为宜。

2.1.6 下火温度对开胃曲奇品质的影响

下火温度对开胃曲奇品质的影响见图6。

图6 下火温度对开胃曲奇品质的影响

由图6 可知，开胃曲奇的感官评分随着焙烤下火温度的升高呈现先上升后下降的趋势。当下火温度为130～150℃时，感官评分为76.3～77.9 分，说明被测评人群能接受该温度范围烘烤的饼干。当下火温度为120 ℃和160 ℃时，感官评分呈现显著性下降，且对风味的影响最突出，这可能是120 ℃时，饼干特有的香气成分还未形成，而160 ℃时，温度过高，饼干出现焦煳味。因此，焙烤下火温度以130～150 ℃为宜，选取140 ℃开展后续试验。

2.1.7 焙烤时间对开胃曲奇品质的影响

焙烤时间对开胃曲奇品质的影响见图7。

图7 焙烤时间对开胃曲奇品质的影响

由图7 可知，开胃曲奇的感官评分随着烘烤时间的延长呈现先上升后下降的趋势，各评价因素的变化趋势也基本一致。当烘烤时间较短时，美拉德反应不充分，饼干的特征色泽未形成，同时饼干内部熟化不够，未形成均匀的多孔状，导致组织形态评分较低。当烘烤时间为23 min 和25 min 时，感官评分均较高，分别为79.6 分和77.9 分，但从节省能源和缩短工时考虑，烘烤时间定为23 min 较为合适。

2.2 模糊数学模型分析

2.2.1 模糊感官评定及模糊矩阵建立[16]

采用响应面试验设计制备17 组开胃曲奇，分别对其色泽、外观、风味、口感与滋味、组织形态进行等级评价。

饼干配方响应面试验感官评价结果见表3。

表3 饼干配方响应面试验感官评价结果

用表3 中1～17 号样品的各等级评价人数除以总评价人数（10 人）得到模糊矩阵Ri（i=1,2……17），如

同理计算R2～R17。根据模糊变换原理，1～17 号样品的评价结果为Ti=X·Ri，如T1=X·R1

饼干配方综合结果见表4。

表4 饼干配方综合结果

2.2.2 响应面试验结果及方差分析

用评价结果分别乘以优、中、差3 个等级对应的分值85，70，50 分后相加，得到1～17 号样品的最终模糊感官评分Yi（i=1,2……17）。以1 号样品为例，

Y1={0.46，0.44，0.10}·=74.9，同理可得其余各样品结果。

饼干配方响应面试验结果见表5。

采用Design Expert 8.0.6 Trial 对表5 进行分析，得到回归方程为：Y=79.42-0.24A+1.30B+0.61C+1.35AB+0.68AC-0.95BC-1.87A2-2.30B2-2.32C2。

表5 饼干配方响应面试验结果

回归模型方差分析结果见表6。

由表6 可知，模型极显著（p＜0.01），失拟项不显著（p=0.426 0＞0.05），说明该模型拟合程度较好，误差小，可用于开胃曲奇配方优化。模型中B、AB、BC、A2、B2、C2呈极显著差异，C、AC 呈显著差异。比较F 值可知，影响开胃曲奇品质的主次因素为黄油用量（B）＞蛋清液用量（C）＞健脾开胃混粉∶低筋面粉（A）。

表6 回归模型方差分析结果

2.2.3 各因素交互作用对开胃曲奇感官品质的影响

等高线图呈椭圆形时表明两因素交互作用显著，呈圆形时表明不显著[17]。响应面图的曲面陡度越大，说明添加量的变化对响应值影响越大[17]。

各因素交互作用等高线及响应面图见图8。

由图8 可知，两两交互项的等高线图均为椭圆形，曲面具有一定坡度，说明交互作用显著，图中可获得感官评分最大值，与方差分析结果一致。

图8 各因素交互作用等高线及响应面图

利用模糊数学和响应面分析确定开胃曲奇的最佳配方为健脾开胃混粉与低筋面粉比例14∶86，黄油用量57 g，蛋清液用量20 g，此时饼干的理论感官评分为79.7 分。为验证预测结果的合理性，在最优条件下平行测定3 次，感官评分均值为80.1 分，接近理论预测值。

2.3 理化和微生物指标结果

经检测，工艺优化后的开胃曲奇的酸价为0.46±0.023 mg/g（≤5 mg/g），过氧化值为0.21±0.019 g/100 g（≤0.25 g/100 g）。菌落总数均要求小于100 CFU/g，大肠菌群未检出，符合饼干相关国家卫生要求[9]。

3 结论

模糊数学结合响应面法优化后的开胃曲奇制作工艺为低筋面粉86 g，健脾开胃混粉14 g，黄油用量57 g，糖粉用量32 g，蛋清液用量20 g，食盐用量0.3 g，小苏打用量0.5 g，烘烤上火温度150 ℃，下火温度140 ℃，时间23 min。此工艺下获得的产品色泽均匀有光泽，花纹平整，口感酥松细腻，中药香气适中，且质量指标符合国标要求。该开胃曲奇制作工艺简单，为食欲不良儿童提供了一款健脾开胃的健康休闲零食。