响应面法优化陈皮-甘草饼干配方

张衍旭，邱智东，高英鑫，王野谌，胡梦茹，董雪莲*

长春中医药大学药学院（长春 130117）

陈皮是芸香科植物及其栽培变种的成熟干燥果皮，具有健脾理气、燥湿化痰等功能[1]*。

陈皮挥发油是重要的活性成分，占总质量的2%～4%，具有柑橘特有的芳香气味，因此被广泛用于食品调味品、医药卫生等领域[2-3]*。陈皮中黄酮类成分具有抗氧化、抑菌等药理学作用，其中橙皮苷、桔皮素、川陈皮素被作为保健因子加入食品中[4]*。甘草为豆科植物甘草、胀果甘草、光果甘草的干燥根和根茎，是一种药食两用资源。甘草中甘草甜素和蔗糖是甘草甜味的主要来源，其中甘草甜素的甜度为蔗糖的200倍，是一种重要的食品甜味剂[5-7]*。甘草中甘草酸、甘草黄酮、甘草多糖作为甘草主要活性成分，具有抗炎、抗病毒、调节免疫功能等作用，在保健食品方面应用广泛[8]*。

饼干主要以小麦面粉为原料，通过加入鸡蛋、牛奶、糖等辅料制备成面团，经烘焙制成的日常休闲食品[9]*。因其易于储存、食用方便而深受消费者欢迎，市面上饼干以高油脂高糖为主，通过添加着色剂、甜味剂以增加饼干风味，营养价值低。试验旨在开发一款添加陈皮、甘草的饼干，提高饼干的风味口感和营养价值，并对陈皮、甘草等药食两用中药材在食品方向应用提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

陈皮、甘草（河北仁心药业有限公司）；低筋面粉（新乡市新良粮油加工有限公司）；黄油（四川新希望有限公司）；果葡糖浆（山东鲁糖生物科技有限公司）；水（杭州哇哈哈集团有限公司）。

DE-300 g万能高速粉碎机（浙江红景天工贸有限公司）；JM-A5002电子天秤（超泽衡器设备有限公司）；恒温烘箱（上海博迅医疗生物仪器股份有限公司）；YXQ-50SII立式压力蒸汽灭菌锅（上海博迅医疗生物仪器股份有限公司）；MG38CB-AA电烤箱（美的集团）。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

洗净→烘干→粉碎→提取（甘草提取液、陈皮提取液）→混匀（果葡糖浆、水、黄油、低筋面粉）→和面→静置（4 ℃、30 min）→成型→烘烤→冷却→包装

1.2.2 操作要点

烘干：洗净后的陈皮、甘草置于常压烘箱中60 ℃烘干8 h。

粉碎：分别取陈皮、甘草药材，使用万能粉碎机粉碎，药材粉末过5号筛（0.18 mm孔径）。

提取：分别取30 g陈皮、甘草药材粉末，加水500 mL后煎煮1 h，煎煮2次，合并煎液，浓缩至100 mL。

烘烤：烤箱180 ℃预热5 min，将成形后的饼干坯放入烤箱，温度180 ℃，烘烤30 min。

冷却：将饼干放置至室温，挑选外形完整、颜色均匀的饼干。

1.2.3 单因素试验设计

以陈皮提取液添加量、甘草提取液添加量、黄油添加量、果葡糖浆添加量为单因素，每个因素设置5个水平。考察陈皮提取液添加量（3%，5%，7%，9%和11%）时，固定低筋面粉100 g，甘草提取液添加量、黄油添加量、果葡糖浆添加量分别为7%，14%和12%；考察甘草提取液添加量（3%，5%，7%，9%和11%）时，固定低筋面粉添加量100 g，陈皮提取液添加量、黄油添加量、果葡糖浆添加量分别为7%，14%和12%；考察黄油添加量（10%，12%，14%，16%和18%）时，固定低筋面粉添加量100 g，陈皮提取液添加量、甘草提取液添加量、果葡糖浆添加量分别为7%，7%和12%；考察果葡糖浆添加量（8%，10%，12%，14%和16%）时，固定低筋面粉添加量100 g，陈皮提取液添加量、甘草提取液添加量、黄油添加量分别为7%，7%和14%。以感官评分为指标，考察这些因素对陈皮-甘草饼干品质的影响。

1.2.4 响应面试验设计

在单因素试验基础上，以陈皮提取液添加量（A）、甘草提取液添加量（B）、黄油添加量（C）、果葡糖浆添加量（D）作为因素，感官评分为指标，使用Design-Expert 8.0.6软件设计Box-Behnken试验，见表1。

表1 Box-Behnken试验因素和水平 单位：%

1.2.5 感官评分方法

随机选择10位食品专业学生对样品进行感官评分，以外观形状、组织结构、色泽、口感、气味为评分标准，收集全部数据，取平均值为感官评分。感官指标评分标准见表2。

表2 感官指标评分标准

1.2.6 微生物指标检测

菌落总数参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验 菌落总数测定》方法测定；大肠菌群根据GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验 大肠菌群计数》方法测定；霉菌、酵母菌计数参照GB 4789.15—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验 霉菌和酵母菌计数》方法测定。

1.3 数据处理

采用SPSS 23.0、Design Expert 8.0.6和Excel软件对试验数据进行分析，单因素试验数据使用Origin软件绘制图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 陈皮提取液添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响

陈皮提取液添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响见图1。

陈皮作为传统的药食两用中药，因其具有理气健脾、燥湿化痰的功效，在食品保健方向应用广泛，如陈皮酸梅汤、陈皮酒、陈皮山楂酸奶等[10-13]*。由图1可知，陈皮提取液添加量7%时，陈皮-甘草饼干的感官评分达到最大值84分。此时，陈皮-甘草饼干外观完整、颜色均匀、口感松脆、咸甜适中，有陈皮特有的药材香气。陈皮提取液添加量小于7%时，陈皮-甘草饼干口感一般，陈皮风味淡。陈皮提取液添加量大于7%时，陈皮-甘草饼干口感发苦，陈皮气味过大，风味不佳。

图1 陈皮提取液添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响

2.1.2 甘草提取液添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响

甘草提取液添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响见图2。

甘草作为药食两用的中药材，具有调节免疫力、抗氧化、抗病毒等功效。甘草提取物在食品中经常被用作甜味剂、抗氧化剂、抗菌剂、增味剂等[14-15]*。由图2可知，甘草提取液添加量逐渐增加时，陈皮-甘草饼干的感官评分也逐渐增大。甘草提取液添加量5%时，陈皮-甘草饼干的感官评分达到最大值87分。甘草提取液添加量小于5%时，陈皮-甘草饼干口感偏涩，甘草香甜味不足，颜色偏黄。甘草提取液添加量大于5%时，陈皮-甘草饼干口感偏甜，风味不佳，颜色为棕褐色。

图2 甘草提取液添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响

2.1.3 黄油添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响

黄油添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响见图3。

黄油是一种常见的乳制品，其所含的反式脂肪酸较少，短链脂肪酸较多，易被人体消化吸收，有增加免疫力、防治癌症和心血管疾病、预防肠胃道疾病等功效[16]*。使用黄油可以明显增加饼干香气，增强口感。由图3可知，黄油添加量逐渐增加时，陈皮-甘草饼干感官评分呈现先增大后减小的趋势。黄油添加量14%时，感官评分达到最大值84分，此时陈皮-甘草饼干口感松脆，咸甜适中，香味浓郁。黄油添加量小于14%时，陈皮-甘草饼干咸度不足，香味一般，口感不佳。黄油添加量大于14%时，陈皮-甘草饼干咸度较大，颜色不均匀，有焦褐色。

图3 黄油添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响

2.1.4 果葡糖浆添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响

果葡糖浆添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响见图4。

图4 果葡糖浆添加量对陈皮-甘草饼干感官评分的影响

果葡糖浆是果糖和葡萄糖组成的一种混合糖浆，具有流动性好、溶解度高的特点。果葡糖浆受热发生美拉德反应，可产生焦糖风味[17-18]*。使用果葡糖浆调节陈皮-甘草饼干的甜度，改善口感，使其风味更加明显。由图4可知，果葡糖浆添加量12%时，陈皮-甘草饼干咸甜可口，香味明显。果葡糖浆添加量大于12%时，饼干过甜，口感较差。

2.2 响应面试验

2.2.1 回归模型建立与方差分析

响应面设计试验方案及结果见表3。利用Design-Expert 8.0.6软件对表3中的试验数据进行回归拟合，得到标准方程：Y=87.78-0.48A+0.91B-1.47C-0.77D-0.18AB-0.13AC+0.85AD-0.68BC-0.025BD-0.88CD-1.96A2*-2.0B2*-8.9C2*-10.71D2*。方差分析结果见表4。二次回归模型的F=138.86，P＜0.000 1，表明回归模型极显著；失拟性检验F=0.42，P=0.878 5＞0.05，失拟项不显著，说明模型可接受，即表明该模型可用于评估变量参数对陈皮-甘草饼干感官评分的影响，即可用于评估陈皮-甘草饼干的感官评分。模型的确定系数R2*=0.985 7，信噪比=44.443，说明该模型能解释98.57%响应值的变化，拟合效果好。黄油添加量对陈皮-甘草饼干感官评分影响极显著，果葡糖浆添加量和甘草提取液添加量对陈皮-甘草饼干感官评分影响较显著，陈皮提取液添加量对陈皮-甘草饼干感官评分影响显著。影响顺序为黄油添加量＞甘草提取液添加量＞果葡糖浆添加量＞陈皮提取液添加量。

表3 响应面试验设计及结果

表4 响应面试验方差分析

接表4

2.2.2 响应面交互作用分析

各因素交互作用对陈皮-甘草饼干感官评分影响的响应面图及等高线图见图5和图6。

由图5可知，响应面图倾斜度较高，等高线较密，趋近椭圆形。说明陈皮提取液添加量与果葡糖浆添加量交互作用对感官评分影响显著，与方差分析结果一致。果葡糖浆添加量不变时，随着陈皮提取液的添加量增大，感官评分呈现先增大后减小的趋势；陈皮提取液添加量不变时，随着果葡糖浆添加量的升高，感官评分先增大再减小。由图6可知，黄油添加量与果葡糖浆添加量交互作用对感官评分影响显著。

图5 陈皮提取液添加量和果葡糖浆添加量交互作用对感官评分影响的响应面图

图6 黄油添加量和果葡糖浆添加量交互作用对感官评分影响的响应面图

通过 Design-Expert 8.0.6软件对建立的回归方程进行参数优化分析，可得陈皮-甘草饼干的最佳工艺配方：陈皮提取液添加量6.72%、甘草提取液添加量5.48%、黄油添加量13.72%、果葡糖浆添加量11.87%。此时陈皮-甘草饼干感官评分预测值为88.0分。

2.2.3 验证试验

通过试验验证上述回归模型预测陈皮-甘草饼干感官评分的可靠性。基于试验操作优化调整陈皮提取液添加量6.7%、甘草提取液添加量5.5%、黄油添加量13.7%、果葡糖浆添加量11.9%。对调整后工艺方案进行3次平行试验，感官评分平均值为87.8分，结果与预测值接近。说明该模型可用于陈皮-甘草饼干的工艺优化，具有参考意义。

2.3 微生物指标检测结果

微生物指标检测结果见表5。陈皮-甘草饼干的菌落总数、大肠杆菌数、霉菌、酵母的检出量均符合标准。

表5 微生物指标检测结果

3 结论

以陈皮提取液、甘草提取液为原料，以感官评分为标准，采用单因素试验与Box-Behnken响应面法相结合确定陈皮-甘草饼干的最佳配方：陈皮提取液添加量6.7%、甘草提取液添加量5.5%、黄油添加量13.7%、果葡糖浆添加量11.9%。以该配方制备的陈皮-甘草饼干外观完整，呈棕黄色，颜色均匀，口感松脆，富有陈皮、甘草特有的香气。微生物检测指标符合国家标准，是一款具有健脾益胃、补中益气的食品。此次试验为陈皮、甘草等药食两用的中药在食品领域开发提供新思路。