响应面法优化蛹虫草饼干的配方

陈 禧，杜亚飞,2，肖琴琴，张荣美，童 圣，张晓娟,2*

（1.成都师范学院 化学与生命科学学院，四川成都 611130；2.成都师范学院 食品发酵研究所，四川成都 611130）

蛹虫草（Cordyceps militaris）具有提高免疫力[1]、抗氧化[2-3]、抗衰老、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗癌、降血脂及降血糖等作用[4]。目前，人们对蛹虫草的消费主要集中在子实体的鲜、干产品上，而蛹虫草深加工产品的市场份额很小[5]。饼干是以面粉为主要原料制成的一种口感酥脆的食品。它以其可储存性和便携性等优点受到消费者的欢迎。单一搭配的面粉饼干已不能满足人们健康饮食结构的要求，也不符合现代营养学倡导的饮食原则[6]。因此，对于高营养饼干进行工艺优化和配方改进是食品消费领域的重要举措[7]。本文以蛹虫草为主要原料，采用单因素实验法和响应面分析法选取相关因素的最佳点，研究蛹虫草饼干的最佳工艺配方，为蛹虫草深加工提供新的技术思路。

1 材料与方法

1.1 材料

黄油、小苏打、低筋面粉、鸡蛋、白砂糖，市售。蛹虫草，方家铺子绿色食品有限公司。

1.2 主要仪器与设备

YM-306D远红外食品烤箱，研麦食品机械（上海）有限公司；XQM-0.4实验球磨机，长沙天创粉末技术有限公司；艾泽拉800A多功能粉碎机，永康市红太阳机电有限公司；JA303P 电子天平，常州幸运电子设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

蛹虫草粉准备→制作面团→压模成形→烘烤→冷却[8]。

1.3.2 操作要点

（1）蛹虫草粉准备。将蛹虫草用水洗净，去除杂质，放入烤箱中以80 ℃干燥，冷却使用。再用多功能搅拌机搅碎蛹虫草，制备出蛹虫草粉[9]。

（2）制作面团。将小苏打与低筋面粉及辅料搅拌混合均匀，将小苏打与低筋面粉及辅料搅拌混合均匀，最后加入蛹虫草粉，混合均匀[9]。将面团放入冰箱，冷藏15 min备用。

（3）压模成形。从冰箱取出面团，碾压成3～4 mm厚的面块，用方模压出饼干形状，放入烤盘[9]。

染液碱性强弱也是影响活性染料反应性的重要因素。碱剂强，染液pH值高，活性染料反应速率提高，可促进染料与棉纤维发生共价键的结合[3]。但当pH值大于11后，水解反应的比例增大，染料固色率下降。因此对反应性高的染料，碱性可以弱些；对反应性低的染料，碱性应强些。本实验通过用不同碱剂，研究pH值对于永光活性湖兰G染料染色的影响。染色工艺见表3、实验结果见表4。

（4）烘烤。烤箱预热20 min，温度调至170 ℃，烘烤15 min。

（5）冷却。焙烤后的蛹虫草饼干进行自然冷却处理。

1.3.3 蛹虫草饼干的单因素实验

以100 g 低筋面粉为基准，基本配方为蛹虫草粉6 g、黄油30 g、蛋液25 g、白砂糖25 g、小苏打2 g、水20 g，选用控制变量法依次改变蛹虫草粉（2 g、4 g、6 g、8 g及10 g）、水（10 g、15 g、20 g、25 g及30 g）、白砂糖（15 g、20 g、25 g、30 g及35 g）3个因素的添加量，由此考察单因素对蛹虫草饼干品质的影响。

1.3.4 蛹虫草饼干的响应面优化实验

在单因素实验基础上，设计17组实验，以蛹虫草粉、水、白砂糖添加量3个显著因素作为响应变量，以感官评价综合评分作为响应值，如表1所示实验因素设计。

1.3.5 感官评价

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 水对蛹虫草饼干的感官评分影响

由图1所示，水添加量在10%～20%时，蛹虫草饼干的感官评分不断上升，水添加量对蛹虫草饼干感官品质起到一定影响，水能使面团柔软有弹性。但过多的水会使面团不成型，影响感官评分，超过20%后，评分呈下降趋势。因此选择水添加量20%及其附近的两个梯度作为响应面实验的数据基础。

图1 水添加量对蛹虫草饼干感官评价的影响

2.1.2 白砂糖对蛹虫草饼干的感官评分影响

由图2所示，蛹虫草饼干在白砂糖添加量15%～30%时感官评分呈上升趋势。白砂糖添加量对饼干感官品质存在一定影响，白砂糖能使饼干增加甜度，但过多的白砂糖会使饼干过于甜，影响感官评分。超过30%后，感官评分开始下降，因此选择白砂糖添加量30%及其附近的两个梯度作为响应面实验的数据基础。

图2 白砂糖添加量对饼干感官评价的影响

2.1.3 蛹虫草粉对蛹虫草饼干的感官评分影响

由图3所示，在2%～8%蛹虫草粉范围内，蛹虫草饼干的感官评分不断上升。蛹虫草粉能使饼干具有特色的香味，但蛹虫草粉过量会影响饼干风味，使之变苦，进而影响感官评分。蛹虫草粉添加量大于8%时感官评分开始下降，因此选择蛹虫草粉添加量8%及其附近的两个梯度作为响应面实验的数据基础。

图3 蛹虫草粉添加量对饼干感官品质的影响

2.2 蛹虫草饼干响应面优化实验的结果

2.2.1 响应面实验结果与方差分析

以感官评分作为响应值，选取蛹虫草粉添加量、水添加量、白砂糖添加量进行响应面优化，如表2所示。

表2 蛹虫草饼干BBD响应面实验设计与响应值

得出各因素和感官评分的回归方程：感官评分Y=86.22+0.787 5A+0.512 5B-1.38C+0.450 0AB+2.48AC+1.43BC-3.28A2-1.83B2-3.61C2

由表3可知，模型具有极显著性（P=0.002 7＜0.01），且失拟项不显著（P=0.081 9＞0.05），相关系数为R2=0.930 8，这说明预测值与试验值相关，拟合度较好，误差小，即用上述回归方程预测试验中3个因素和感官评分的关系是可行的。

表3 蛹虫草饼干BBD响应面模型方差分析

根据显著性分析的结果可知，一次项A、一次项B对感官评分的影响不显著（P＞0.05），一次项C对感官评分有显著影响（P＜0.05）。二次项A2、C2对感官评分有极显著影响（P＜0.01），二次项B2对感官评分有显著影响。交互项AC对感官评分值的影响极显著（P＞0.05），交互项AB、交互项BC对感官评分不显著。通过比较该模型各因素的F值的大小，判定各因素的主次关系，F值越大，则该因素对试验结果的影响越大，即C＞A＞B。

2.2.2 验证实验

根据响应面的结果，利用Design-Expert 11软件进行分析，蛹虫草饼干最佳工艺条件为水添加量20.4%、白砂糖添加量30.5%、蛹虫草粉添加量7.8%。饼干理论感官评分86.3分。在实际操作过程中，考虑便捷性，条件改为水添加量20%、蛹虫草粉添加量8%，白砂糖添加量30%，对饼干进行3次重复实验得到的平均分为86.1分，二次多项式数学模型进行的等高线叠加，所得到的优化区域符合实验设计目标，数学模型和实验设计具有良好的重现性[11]。

3 结论

以单因素实验为基础进行Box-Behnken实验，优化蛹虫草配方，结果表明各因素对产品感官影响大小顺序为蛹虫草粉添加量＞水添加量＞白砂糖添加量，结合响应面分析确定蛹虫草8%、水添加量20%、黄油30%、蛋液25%、白糖30%，制得的蛹虫草饼干呈金黄色、色泽均匀、组织状态清晰，为蛹虫草饼干的研发提供理论基础。