响应面法优化红茶燕麦曲奇制备工艺

季姗姗，郭 旭，梁 月，战瀛汐，常 南,*

（1.沈阳医学院公共卫生学院，辽宁 沈阳 110034；2.沈阳市食品安全与风险评价研究重点实验室，辽宁 沈阳 110034；3.沈阳产品质量监督检验院，辽宁 沈阳 110022）

红茶是世界上产量和消费量最大的茶类之一，在食品加工、药品开发和保健品领域得到了广泛应用[1]。红茶属于全发酵茶，富含茶多酚、茶多糖、生物碱等功效成分。茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，具有抗氧化性和抗菌能力[2]，多用于食品保鲜和防腐[3]。茶多酚中的表没食子儿茶素没食子酸酯（Epigallocatechin gallate，EGCG）是一种天然的免疫抑制剂，能够改善免疫防御功能[4-5]，此外EGCG还可作为膳食补充剂安全有效地预防阿尔兹海默症[6]。一些体内外试验表明，茶多糖具有降血糖、抗肿瘤、抗菌、抗皮肤老化、增强免疫力等作用[7-10]。燕麦（Avena sativaL.）是禾本科燕麦属的一种作物[11]，具有高蛋白、高膳食纤维、低血糖生成指数等营养特性和调控血糖、降低血脂、增强免疫、润肠通便等功能特性[12-13]。利用燕麦粉代替部分小麦粉，可以调节曲奇的膳食结构，减少人体对精制谷物的依赖[14]，在降低饱和反式脂肪酸含量的情况下，不影响曲奇的感官品质[15]。

李娜等[16]研究了燕麦粉对面团特性和饼干品质的影响，结果表明，添加燕麦粉的面团硬度增大，黏聚性、黏着性先增大后减小；燕麦饼干的硬度和咀嚼性增大、弹性降低。王杰等[17]将超微茶粉添加到曲奇饼干中，降低了饼干的硬度、咀嚼性和脆性，并证明超微茶粉的加入可以抑制微生物生长，延长饼干保质期。Zhu等[18]将红茶粉添加到小麦粉中，小麦粉的流变学分析表明，其糊化黏度、流动曲线的稠度指数、储能模量和损耗模量升高，且面团的抗氧化活性增强。

为了提高曲奇膳食纤维含量及营养价值，同时保持酥脆口感，改善产品风味，本研究利用燕麦粉部分替代小麦粉，并加入红茶粉，采用单因素及响应面试验，确定小麦粉与燕麦粉配比、红茶粉添加量、木糖醇添加量、黄油添加量、脱脂奶粉添加量、烘烤温度以及烘烤时间等，获得最佳制备工艺条件，具有较强的商业推广价值及市场前景。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

低筋小麦粉，青岛星华粮油食品有限公司；红茶粉，西安全奥生物科技有限公司；燕麦粉，惠州市道田坊食品有限公司；木糖醇，浙江华康药业股份有限公司；脱脂乳粉、黄油，新西兰恒天然集团。

1.1.2 仪器与设备

EK3840 电子秤，广东香山衡器集团股份有限公司；SM2-521H 电烤箱，新麦机械(无锡)有限公司；EGK166L打蛋器，合肥荣事达电子集团有限公司；裱花嘴，三能器具（无锡）有限公司；TA.XTC-18质构仪，上海保圣实业发展有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原料预处理

将黄油室温软化至能用手指轻松按压出洞的状态；用电子天平称量各项材料所需用量，分开存放备用。

1.2.2.2 黄油打发

将木糖醇倒入软化好的黄油中，用刮刀轻轻翻拌至无颗粒，用打蛋器对混合好的黄油进行搅打，黄油搅打至体积变大，颜色微微发白，纹路呈羽毛状。

1.2.2.3 混合制糊

将小麦粉、燕麦粉、红茶粉以及脱脂乳粉依次加入到打发好的黄油中，用刮刀以“Z”字形切拌至表面无干粉，用打蛋器搅打至面糊呈细腻顺滑状。

1.2.2.4 成型

将混合好的面糊装入裱花袋，用刮板把面糊推至前端，将裱花嘴垂直烤盘，先挤出少许面糊，然后边转圈边稍微提起，转到起点位置即可收起。

1.2.2.5 烘烤

设置烤箱烘烤温度及时间，待烤箱预热好后，将曲奇放入烤箱中烘烤。烘烤结束，取出曲奇冷却至室温再包装。

1.2.3 单因素试验设计

基本制作工艺及配方：小麦粉与燕麦粉质量比5.0∶1，红茶粉添加量4.9%，木糖醇添加量15%，脱脂乳粉添加量10%，黄油添加量30%，烘烤温度（面火温度200 ℃，底火温度180 ℃），烘烤时间20 min。原料添加量以小麦粉与燕麦粉总质量计。

在基本制作工艺及配方的基础上，以曲奇感官评分为考察指标，分别对小麦粉与燕麦粉质量比（4.0∶1、4.5∶1、5.0∶1、5.5∶1、6.0∶1）、红茶粉添加量（4.0%、4.3%、4.6%、4.9%、5.2%）、木糖醇添加量（14.4%、14.7%、15.0%、15.3%、15.6%）、黄油添加量（25%、30%、35%、40%、45%）、脱脂乳粉添加量（8%、10%、12%、14%、16%）、面火温度（140、160、180、200、220 ℃）、底火温度（140、160、180、200、220 ℃）以及烘烤时间（16、18、20、22、24 min）7个因素进行单因素试验。

1.2.4 响应面试验设计

在单因素试验基础上，综合考虑对曲奇感官品质、营养价值、成本价格等影响较大的指标，以小麦粉与燕麦粉质量比、红茶粉添加量、黄油添加量、木糖醇添加量为主要影响因素，以感官评分为响应值，利用Design-Expert 13.0.1.0按照表1进行响应面试验设计。

表1 响应面试验因素和水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.2.5 感官评价

采用感官评价法对红茶燕麦曲奇成品进行评定，由学习过感官评定知识的食品专业本科学生（5男、5女）组成感官评定小组，分别从曲奇的色泽、外观形态、内部结构、气味、口感5个方面进行感官评价，满分为100分，红茶燕麦曲奇的感官评分标准详见表2。

表2 红茶燕麦曲奇感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria of black tea cookie

1.2.6 饼干质构分析方法

采用TA.XTC-18 质构仪，选取P/36R 探头，对3种样品进行质构测定。测定参数设为：测定前速度2 mm/s；测定中速度1 mm/s；测定后速度2 mm/s；2次压缩之间停留时间为5 s，压缩百分比50%。每种样品进行3次测定，结果取平均值。取硬度、黏着性、咀嚼性、弹性、脆性，结合感官分析对A（未添加红茶粉）、B两组曲奇进行质构分析并与对照组曲奇进行对比。

A组曲奇配方：小麦粉与燕麦粉质量比5.5∶1，木糖醇添加量15%，黄油添加量36%，脱脂乳粉添加量12%。

B组曲奇配方：小麦粉与燕麦粉质量比5.5∶1，红茶粉添加量4.6%，木糖醇添加量15%，黄油添加量36%，脱脂乳粉添加量12%。

上述两组曲奇饼干在面火温度180 ℃，底火温度160 ℃，烘烤时间22 min 的条件下制成，冷却后进行质构测定。

对照组曲奇配方：以小麦粉质量计，木糖醇添加量15%，脱脂乳粉添加量10%，黄油添加量30%，烘烤温度（面火温度200 ℃，底火温度180 ℃），烘烤时间20 min。

1.2.7 数据处理

采用Excel 2021及Design-Expert 13.0.1.0软件对数据进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 小麦粉与燕麦粉质量比的确定

由图1 可知，随着燕麦粉所占比例的逐渐增大，红茶燕麦曲奇产品的感官评分呈现先升后降的趋势。当燕麦粉占比较小时，曲奇中的燕麦香气过淡，感官评分较低；当燕麦粉占比过大时，产品中的茶香被燕麦香气所掩盖，产品组织粗糙，口感较硬，品质较差。当小麦粉与燕麦粉质量比为5.5∶1时，曲奇燕麦香气适中，组织细腻，口感较好。因此，确定适宜的小麦粉与燕麦粉质量比为5.5∶1。

图1 小麦粉与燕麦粉质量比对曲奇感官评分的影响Fig.1 Effect of the ratio of wheat flour and oat flour on the cookie sensory score

2.1.2 红茶粉添加量的确定

由图2可以看出，当红茶粉添加量为4.6%时，红茶燕麦曲奇感官品质最佳。当红茶粉添加量过少，红茶燕麦曲奇的红茶香味较淡；红茶粉添加量过多，产品中茶香较浓，掩盖了曲奇原有的奶香味，且成品表面红茶粉颗粒过多，影响外观。因此，确定适宜的红茶粉添加量为4.6%。

图2 红茶粉添加量对曲奇感官评分的影响Fig.2 Effects of black tea powder addition on the cookie sensory score

2.1.3 木糖醇添加量的确定

由图3 可知，当木糖醇添加量为15.3%时，红茶燕麦曲奇的感官评分最高。木糖醇不仅是天然甜味剂，而且吸湿性很低，可以延长产品的货架期[19]。当木糖醇添加量较少时，曲奇饼干甜味缺失；反之，当木糖醇添加量较高时，味道过甜，掩盖了茶香和燕麦香气。因此，确定适宜的木糖醇添加量为15.3%。

图3 木糖醇添加量对曲奇感官评分的影响Fig.3 Effect of xylitol addition on the cookie sensory score

2.1.4 黄油添加量的确定

由图4 可以看出，当黄油添加量为35%时，感官评分最高，曲奇酥脆程度最好。当黄油添加量低于35%时，曲奇表面容易开裂，口感过硬；当黄油添加量过高，曲奇不易成型，口感较为油腻。因此，确定适宜的黄油添加量为35%。

图4 黄油添加量对曲奇感官评分的影响Fig.4 Effect of butter addition on the cookie sensory score

2.1.5 脱脂乳粉添加量的确定

由图5 所示，脱脂乳粉添加量达到12%时，产品奶香味适宜，感官评分最高。当脱脂乳粉添加量过少时，曲奇奶香味较淡，口感单一；而脱脂乳粉添加过量时，产品奶香味较重，影响燕麦和红茶香气的体现，曲奇口感不够清爽。因此，确定适宜的脱脂乳粉添加量为12%。

图5 脱脂乳粉添加量对曲奇感官评分的影响Fig.5 Effect of addition of skim milk powder on the cookie sensory score

2.1.6 烘烤温度的确定

如图6 所示，当面火温度达到180 ℃时，红茶燕麦曲奇的感官评分最高。温度过低会导致曲奇表面颜色浅，内部未熟透，有生面粉的味道，影响成品酥脆的口感；而温度过高会使曲奇表面颜色过深，影响外观，且糊味掩盖了茶香以及燕麦香气，口感较差。因此，确定适宜的面火温度为180 ℃。

图6 面火温度对曲奇感官评分的影响Fig.6 Effect of surface fire temperature on the cookie sensory score

由图7 可以看出，当底火温度达到160 ℃时，红茶燕麦曲奇的感官评分最高。底火温度越低，曲奇底部颜色越浅，内部组织较软，导致冷却后的成品不够酥脆；而温度高于160 ℃时，曲奇底部颜色过深，有糊味且发苦，影响曲奇酥脆的口感。因此，确定适宜的底火温度为160 ℃。

图7 底火温度对曲奇感官评分的影响Fig.7 Effect of primer temperature on the cookie sensory score

2.1.7 烘烤时间的确定

由图8 可以看出，随着烘烤时间的延长，曲奇产品的感官评分呈先升后降的趋势，当烘烤时间达到22 min 时，曲奇的感官评分最高。烘烤时间过短，曲奇表面上色不均匀，内部组织湿软未熟透，影响成品口感；烘烤时间过长，曲奇成品外表颜色过深，边缘呈焦色，味道发苦且有糊味，掩盖了曲奇本身的奶香味以及茶香。因此，确定适宜的烘烤时间为22 min。

图8 烘烤时间对曲奇感官评分的影响Fig.8 Effect of baking time on the cookie sensory score

2.2 响应面优化试验结果

2.2.1 Box-Behnken试验方案及结果

响应面试验设计及结果见表3。试验采用Design-Expert 13.0.1.0统计分析软件对表3数据进行分析，获得感官评分（Y）和小麦粉与燕麦粉质量比（A）、红茶粉添加量（B）、黄油添加量（C）、木糖醇添加量（D）的二次多项回归模型方程为：

表3 红茶燕麦曲奇响应面试验设计与结果Table 3 Experimental design and results of the response surface test of black tea oat cookies

2.2.2 方差分析

根据表4回归模型的方差分析结果可知，回归模型P值＜0.000 1，说明此模型极显著，失拟项P=0.062 3＞0.05，不显著；决定系数R2=0.995 8，表明有99.58%的数据可以用此回归方程进行解释，回归方程拟合度良好，可信度较高。其中一次项A、B、C、D，交互项AB、AD、BD以及二次项A2、B2、C2、D2的影响均为极显著（P＜0.01）。各因素对红茶燕麦曲奇感官评分影响顺序为：小麦粉与燕麦粉质量比（A）＞红茶粉添加量（B）＞木糖醇添加量（D）＞黄油添加量（C）。

表4 回归方程方差分析Table 4 Analysis of variance of regression equations

2.2.3 各因素交互作用对红茶燕麦曲奇感官评分的影响

图9～图14为各因素间交互作用对曲奇感官评分影响的响应面分析。可以看出，小麦粉与燕麦粉质量比和红茶粉添加量交互作用的响应曲面陡峭（图9），说明其添加量的变化对响应值影响较大，交互作用显著；小麦粉与燕麦粉质量比和木糖醇添加量（图11）、红茶粉添加量和木糖醇添加量（图13）交互作用的响应曲面陡峭，且等高线呈明显的椭圆形，说明交互作用极显著。小麦粉与燕麦粉质量比和黄油添加量（图10）、红茶粉添加量和黄油添加量（图12）、黄油添加量和木糖醇添加量（图14）交互作用的响应曲面相对较为平缓，说明交互作用不显著。

图9 小麦粉与燕麦粉质量比和红茶粉添加量的交互作用对红茶燕麦曲奇感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.9 Response surface and contour map of the effects of interaction between mass ratio of wheat flour to oat flour and black tea powder addition on the sensory score of black tea oat cookies

图10 小麦粉与燕麦粉质量比和黄油添加量的交互作用对红茶燕麦曲奇感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.10 Response surface and contour map of the effects of interaction between mass ratio of wheat flour to oat flour and butter addition on the sensory score of black tea oat cookies

图11 小麦粉与燕麦粉质量比和木糖醇添加量的交互作用对红茶燕麦曲奇感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.11 Response surface and contour map of the effects of interaction between mass ratio of wheat flour to oat flour and xylitol addition on the sensory score of black tea oat cookies

图12 红茶粉添加量和黄油添加量的交互作用对红茶燕麦曲奇感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.12 Response surface and contour map of the effects of interaction between black tea powder addition and butter addition on the sensory score of black tea oat cookies

图13 红茶粉添加量和木糖醇添加量的交互作用对红茶燕麦曲奇感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.13 Response surface and contour map of the effects of interaction between black tea powder addition and xylitol addition on the sensory score of black tea oat cookies

图14 黄油添加量和木糖醇添加量的交互作用对红茶燕麦曲奇感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.14 Response surface and contour map of the effects of interaction between butter addition and xylitol addition on the sensory score of black tea oat cookies

2.2.4 优化结果及验证

通过响应面试验得到最优配方条件为：小麦粉与燕麦粉质量比5.574∶1，红茶粉添加量4.658%，黄油添加量36.421%，木糖醇添加量15.371%，采用此配方制备红茶燕麦曲奇感官评分预测为90.729 分。为了方便试验，选取小麦粉与燕麦粉质量比5.5∶1，红茶粉添加量为4.6%，黄油添加量为36%，木糖醇添加量为15%进行验证试验。结果表明，按照该配方制作的红茶燕麦曲奇感官评分达90.6分，与预测值接近，说明本试验优化的结果准确可靠，具有一定的参考价值。

2.3 红茶燕麦饼干质构分析

硬度是质构仪探头压缩样品时变形力的最大峰值[20]。由表5可以看出，A组曲奇的硬度显著高于对照组（P＜0.05），分析原因认为燕麦粉的加入，一定程度影响小麦面筋网络结构的生成，曲奇质地变硬。B组曲奇的硬度略低于A组，可能因为红茶粉使饼干内部组织空隙增多，且降低了油脂和蛋白质间的结合力，因此硬度有所降低，但仍显著高于对照组（P＜0.05），口感更酥脆。

表5 不同处理曲奇质构测定结果Table 5 Results of texture determination of cookie with different treatments

黏着性表示在探头与样品接触时用以克服样品和与之接触探头之间的引力，模拟饼干与牙齿的黏合强度。如表5所示，A组和B组曲奇黏着性均显著低于对照组（P＜0.05）。当黏着性过大时，饼干口感发黏，添加燕麦粉和红茶粉使黏着性降低，口感较好。

咀嚼性可以解释为咀嚼固体食物所需要的能量[21]。由表5 可以看出，A 组曲奇的咀嚼性显著高于对照组（P＜0.05）；而相对于A 组，B 组咀嚼性有所下降，数值接近于对照组。分析原因可能是燕麦粉中的膳食纤维增大了饼干的咀嚼性，但红茶粉会使曲奇内部酥松，从而使咀嚼性降低。

弹性是指样品在被挤压变形后“回弹”的程度。由表5 可以看出，A 组和B 组曲奇的弹性均显著低于对照组（P＜0.05）。小麦粉中面筋网络结构赋予了饼干弹性，但燕麦粉和红茶粉替代了部分小麦粉，以及燕麦粉中的β-葡聚糖等多糖类物质，影响了网络结构的形成，导致曲奇弹性降低。

脆性也是反映曲奇饼干口感的重要指标之一。由表5 可见，A 组脆性显著高于对照组（P＜0.05），B组脆性显著低于A 组（P＜0.05），但显著高于对照组（P＜0.05）。脆性与硬度呈正相关，适宜提高脆性可赋予曲奇较好的口感，提高酥脆感。

3 结论

利用单因素及响应面试验获得曲奇最佳制备工艺为：小麦粉与燕麦粉质量比5.5∶1，红茶粉添加量4.6%，木糖醇添加量15%，黄油添加量36%，脱脂乳粉添加量12%，面火温度180 ℃，底火温度160 ℃，烘烤时间22 min。质构分析结果表明，添加燕麦粉及红茶粉后，曲奇饼干硬度、咀嚼性、脆性增加，黏着性和弹性降低。按照最佳工艺条件制作的曲奇口感酥脆、质地均匀细腻，同时增加了膳食纤维及茶多酚等营养元素，且具有燕麦香气以及红茶香，符合现代人们对口味多元化以及健康的需求，具有较强的商业推广价值及市场前景。