响应面法优化牛蒡花生曲奇加工工艺的研究

王 倩，王文婷，王美晨，程博雯，杜赢凡，汤 萌

（宿州学院生物与食品工程学院，安徽宿州 234000）

近年来，随着生活水平和健康意识的显著提高，人们对食物品质和健康问题的重视程度也日益增加。生活节奏的加快使得各种速食代餐食品市场需求呈日益增长趋势，消费者的需求越来越多元化。曲奇饼干由于携带、食用方便，深受消费者喜爱[1]。普通曲奇饼干口味单一、缺乏营养，已不能满足消费者的饮食和营养需求，故开始在普通曲奇饼干配方的基础之上进行创新性改造，研发口感良好且营养丰富的功能性代餐曲奇。

牛蒡属双年生菊科草本植物，又名恶实、东洋参，不仅含有菊糖，还含有维生素、矿物质、蛋白质、纤维素等多种营养成分，具有抗氧化、抑菌消炎、降低血糖等功效[2-3]。花生是豆科落花生属植物，其营养成分丰富，不仅含有人体所必需的氨基酸，还含有脂肪、碳水化合物、维生素、类胡萝卜素及各种微量元素，具有补益中气、润肺止咳、预防心脑血管疾病、延年益寿等功效[4-5]。关于牛蒡、花生在食品方面的加工和研究不少。花生有关研究集中在其保存和品质方面，王鑫悦等人[6]进行了耐低钙品种筛选的研究。牛蒡有关研究集中在成分和功效方面，张瑞等人[7]进行了中国台湾牛蒡根降血糖作用的研究。若能将牛蒡和花生广泛应用于食品加工中，则能大大提高两者的经济效益。

目前，国内曲奇种类繁多，原料、配方及其比例的不同，工艺流程和加工技术的差异，都会影响其品质。在曲奇饼干中加入花生和牛蒡，不仅可以改善风味，提高营养物质含量，还可以拓宽花生与牛蒡的利用途径。因此，采用单因素试验确定不同因素对牛蒡花生曲奇饼干品质的影响，通过响应面法优化确定最佳加工工艺条件。

1 材料与方法

1.1 主要材料

牛蒡、花生、鸡蛋，市售；麦芽糖醇，山东谷硕生物科技有限公司提供；低筋面粉，盐津克明面粉有限公司提供；黄油，恒天然商贸（上海） 有限公司提供；奶粉，青岛雀巢有限公司提供；小苏打，京山吉匠食品有限公司提供；食盐，中盐东兴盐化股份有限公司提供。

1.2 主要设备

高速多功能粉碎机，浙江爱雪厨房设备有限公司产品；电子分析天平，上海越平科学仪器有限公司产品；恒温水浴锅，江苏国盛实验仪器厂产品；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品；电动打蛋器，杭州九阳生活电器有限公司产品；烤箱，广州三麦机械设备有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

（1） 原材料预处理。清洗牛蒡和花生，将其切成均匀小块，置于50 ℃条件下低温烘干，待其干燥后进行粉碎处理，过80 目筛，得花生粉和牛蒡粉，密封备用。

（2） 揉制面团。将黄油放入烤箱内加热软化至半融化状态，加入麦芽糖醇、鸡蛋，充分搅打，直至膨松、发白。然后按照一定比例加入低筋面粉(过筛)、食盐、小苏打、奶粉、牛蒡粉、花生粉，混合搅拌均匀，揉制成面团。

（3） 切片定型。将面团放入模具当中，再放入冰箱中冷却，冷却后对其进行切片定型。将定型后的曲奇放入烤箱，防止焙烤过程中膨胀、黏连。

（4） 焙烤、冷却。设置为上火160℃，下火150℃，焙烤一定时间。取出焙烤完成的曲奇，冷却至室温，即得到成品。

1.3.3 单因素试验

参考相关文献[5，8]，确定基本试验条件和曲奇配方为低筋面粉用量100 g，黄油用量55 g，鸡蛋用量25 g，奶粉用量10 g，食盐用量1 g，小苏打用量1 g，以牛蒡花生曲奇饼干的感官评分为指标，分别考查牛蒡粉用量、花生粉用量、麦芽糖醇用量、焙烤时间对牛蒡花生曲奇饼干品质的影响。

1.3.4 响应面法优化试验

以单因素试验结果为基础，以牛蒡花生曲奇感官评分（Y） 为响应值，对其进行最佳加工工艺的响应面法优化[9-10]。

因素与水平分析见表1。

表1 因素与水平分析

1.3.5 牛蒡花生曲奇感官评价方法

由100 名符合感官评定的人员对曲奇饼干的外观、色泽、组织、香味、口感等方面进行感官评分[10-14]。

牛蒡花生曲奇的感官评分标准见表2。

表2 牛蒡花生曲奇的感官评分标准

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 牛蒡粉用量对曲奇感官品质的影响

牛蒡粉用量对曲奇饼干感官品质的影响见图1。

图1 牛蒡粉用量对曲奇饼干感官品质的影响

由图1 可知，牛蒡花生曲奇饼干的感官评分会随牛蒡粉用量的改变而受影响。当用量达到15 g 时，曲奇饼干外形完整、色泽适宜，无异味，口感最佳，感官评分最高；当牛蒡粉用量低于15 g 时，对曲奇饼干感官品质影响相对较小；当用量大于15 g 时，曲奇饼干颜色逐渐加深，外观不完整，口感不佳。因此，牛蒡粉最佳用量为15 g 左右。

2.1.2 花生粉用量对曲奇感官品质的影响

花生粉用量对曲奇饼干感官品质的影响见图2。

图2 花生粉用量对曲奇饼干感官品质的影响

由图2 可知，牛蒡花生曲奇饼干的感官评分会随花生粉用量的改变而受影响。不断增加花生粉用量，曲奇饼干感官评分也随之上升，当花生粉用量达到15 g 时，曲奇饼干外形完整、色泽均匀、有浓郁花生香味，口感最佳，感官评分最高。随花生粉添加量的逐渐增加，曲奇饼干易碎，色泽不均匀。因此，花生粉最佳用量为15 g 左右。

2.1.3 麦芽糖醇用量对曲奇感官品质的影响

麦芽糖醇用量对曲奇饼干感官品质的影响见图3。

由图3 可知，牛蒡花生曲奇饼干在焙烤过程中，麦芽糖醇对其色泽及口感发挥着重要作用。当曲奇饼干中的麦芽糖醇用量不断增加时，其感官评分也随之上升。当麦芽糖醇用量达到45 g 时，曲奇饼干口感和色泽较佳，感官评分达到最高，而后便呈降低趋势；当麦芽糖醇用量低于45 g，会导致曲奇饼干甜度不够，影响口感；若麦芽糖醇用量高于45 g，则会导致曲奇饼干过甜，口感过腻。因此，麦芽糖醇最佳用量为45 g 左右。

2.1.4 焙烤时间对曲奇感官品质的影响

焙烤时间对曲奇饼干感官品质的影响见图4。

图4 焙烤时间对曲奇饼干感官品质的影响

由图4 可知，曲奇饼干在焙烤过程中，焙烤时间对其感官品质具有明显影响。焙烤时间过短，曲奇饼干未熟透，不易成型且口感不酥脆，感官评分低；焙烤时间过长，曲奇饼干焦煳，呈深褐色，无光泽，口感苦涩；当焙烤时间为20 min 时，曲奇饼干色泽均匀，表面呈金黄色，口感酥脆，感官评分达到最高。因此，最佳焙烤时间为20 min 左右。

2.2 响应面优化试验结果分析

2.2.1 响应面模型的建立和方差分析

对牛蒡花生曲奇饼干制作工艺进行响应面试验优化设计，再对所得试验数据进行多项拟合回归，得到感官评分（Y） 对牛蒡粉用量（A）、花生粉用量（B）、麦芽糖醇用量（C）、焙烤时间（D） 的二次多项回归模型：

回归模型方差与显著性分析见表3。

表3 回归模型方差与显著性分析

由表3 可知，该回归模型存在极显著差异（p＜0.000 1），失拟项不具有显著差异（p=0.963 0），说明方程拟合性较好，试验误差小。该回归模型的拟合系数R2等于0.985 8，说明Y有98.58%的变化与A，B，C，D有关，能够较好地描述响应面值和各试验因素之间的关系。此外，交互项BC对响应值无显著影响，交互项AB对响应值有显著影响，其他项的两两交互作用对响应值均有极显著影响。

2.2.2 响应面分析

不同试验因素交互作用的响应面图见图5。

图5 不同试验因素交互作用的响应面图

由图5 可看出，所有的响应面图均呈开口朝下的凸面状，故感官评分存在极大值。响应值在不同试验条件下受影响的程度与响应面图形三维曲面坡度的陡峭程度成正相关。此外，当交互作用显著时，等高线的形状呈椭圆形，反之呈圆形。由此可见，交互项AB、AC，AD，BD，CD对响应值有显著影响，即牛蒡粉用量和花生粉用量、牛蒡粉用量和麦芽糖醇用量、牛蒡粉用量和焙烤时间、花生粉用量和焙烤时间、麦芽糖醇用量和焙烤时间的交互作用对牛蒡花生曲奇饼干的感官品质影响显著，与方差分析结果一致。

2.2.3 最佳配方的确立及验证试验

响应面优化得到牛蒡花生曲奇饼干加工工艺条件为牛蒡粉用量16.543 g，花生粉用量14.478 g，麦芽糖醇用量48.631 g，焙烤时间20.797 min，此条件下感官评分预测值为91.716 分。为方便生产试验需求，将其调整为牛蒡粉用量16.5 g，花生粉用量14.5 g，麦芽糖醇用量48.6 g，焙烤时间21 min。经过验证试验，在此配方下得到的牛蒡花生曲奇饼干感官评分为（91.826±0.360） 分，与预测值相近，说明响应面试验设计合理，具有可行性。

3 结论

采用响应面试验优化牛蒡花生曲奇饼干的配方，确定最佳加工工艺为以100 g 低筋面粉为基础，牛蒡粉用量16.5 g，花生粉用量14.5 g，麦芽糖醇用量48.6 g，焙烤时间21 min；此外，黄油用量55 g，鸡蛋用量25 g，奶粉用量10 g，食盐用量1 g，小苏打用量1 g，烘焙温度上火160 ℃，下火150 ℃。在传统曲奇饼干的基础上加入牛蒡粉和花生粉，一定程度上丰富了曲奇饼干的营养，香甜可口、口感酥松，带有牛蒡和花生特有的香味。同时，还将传统曲奇饼干制作过程中使用的白砂糖替换成麦芽糖醇，无蔗糖低热量，拓宽了曲奇饼干的受众范围，进一步增加了牛蒡和花生的利用途径。