响应面法优化红薯蔓越莓复合饼干工艺

白海娜

（吉林化工学院 生物与食品工程学院，吉林吉林 132022）

红薯中含维生素、膳食纤维等多种元素，营养丰富，被誉为营养最均衡的保健食品之一[1-2]。红薯产品的加工符合当代食品工业快速发展的需求。近些年来，红薯日益受到重视，出现各式各样的红薯食品，但红薯加工技术还不成熟，未能得到充分开发[3]。因此，应大力开发红薯相关食品，提高其产品加工层次，促进其发展。本研究以红薯为主要原料，同时添加具有活性成分的蔓越莓[4-7]，研制红薯蔓越莓复合饼干，在单因素实验的基础上，利用响应面分析法对配方进行优化，最终确定饼干的最佳配方。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红薯制泥（自制）（红薯取除不能使用部分，清洗干净，放入烤箱烘烤至熟，去皮取肉，捣碎成泥）；低筋面粉、黄油、白砂糖、鸡蛋和蔓越莓干均为市售食品级。

1.2 仪器与设备

VH-11 型远红外食品烘炉，东莞灿烽食品机械有限公司；SZM-10 型搅拌机，济南翔隆食品机械有限公司。

1.3 饼干制作流程

饼干制作工艺流程为红薯泥→加入辅料→和成面团→醒发→造型切片→烘烤→成品[8-9]。

1.4 单因素实验

实验以100 g 低筋面粉制作红薯蔓越莓复合饼干为研究目标，对黄油、白砂糖、红薯泥和蔓越莓干4个因素进行单因素研究[10-12]，分析它们对饼干感官的影响。

1.4.1 黄油添加量设计

固定白砂糖40 g、红薯泥60 g、蔓越莓干20 g的添加量，分别加入10 g、15 g、20 g、25 g 和30 g黄油进行感官评价，筛选出最佳的黄油添加量。

1.4.2 白砂糖添加量设计

固定黄油20 g、红薯泥60 g、蔓越莓干20 g 的添加量，分别加入30 g、35 g、40 g、45 g 和50 g 白砂糖进行感官评价，筛选出最佳的白砂糖添加量。

1.4.3 红薯泥添加量设计

固定白砂糖40 g、黄油20 g、蔓越莓干20 g 的添加量，分别加入50 g、55 g、60 g、65 g 和70 g 红薯泥进行感官评价，筛选出最佳的红薯泥添加量。

1.4.4 蔓越莓干添加量设计

固定白砂糖40 g、红薯泥60 g、黄油20 g 的添加量，分别加入15 g、20 g、25 g、30 g 和35 g 蔓越莓干进行感官评价，筛选出最佳的蔓越莓干添加量。

1.5 红薯蔓越莓复合饼干的响应面优化实验

为了确定红薯蔓越莓复合饼干的最佳配方，在单因素实验基础上，选取红薯泥添加量、白砂糖添加量、黄油添加量和蔓越莓干添加量进行响应面优化实验。响应面实验因素与水平设计见表1。

表1 响应面实验因素与水平

1.6 感官评价

采用表2的评分标准[13]对饼干进行感官判定。

表2 感官评分表

1.7 统计分析

每组实验分别做3 个平行，计算平均值与标准差。采用Origin 7.5 软件绘制图形。响应面分析采用Design Expert 7.0.0 软件处理。

2 结果与分析

2.1 红薯蔓越莓复合饼干研制的单因素结果

2.1.1 黄油添加量对饼干品质的影响

由图1可知，黄油添加量在10～20 g 时，随着黄油添加量的增多，饼干感官评分也随之提高，在黄油添加量为20 g 时，饼干感官评分达到最高。随着黄油添加量的继续增加，感官评价分数开始下降。黄油添加量的增多，使饼干面团水分蒸发受到影响，导致烘烤的饼干过软，不易成型，外形结构不规则。因此，选取最适黄油添加量为20 g。

图1 黄油添加量对饼干品质的影响

2.1.2 白砂糖添加量对饼干品质的影响

由图2可知，在白砂糖添加量在30～40 g时，随着白砂糖添加量的增多，感官评分也随之提高，在白砂糖添加量为40 g 时，饼干感官评分达到最高。随着白砂糖添加量的继续增加，饼干感官评分开始下降。白砂糖在饼干烘烤过程中会产生焦化作用，美化饼干的外观、色泽。白砂糖添加量过少时，饼干颜色不够美观，但添加量过多时，饼干的表层会因美拉德反应而褐变，产生焦黄色，甚至焦糊；也会降低面团的弹性，使烘烤出来的饼干收缩变形。另外，白砂糖有渗透性，其较强的吸水性会影响面筋的胀润度。因此，最适白砂糖的添加量为40 g。

图2 白砂糖添加量对饼干品质的影响

2.1.3 红薯泥添加量对饼干品质的影响

由图3可知，随着红薯泥添加量的增加，饼干感官评分呈现先升高后降低趋势。红薯中有大量的膳食纤维、淀粉等多糖。当红薯泥添加量过多时，在多糖的影响下，饼干容易出现颜色不均，易焦糊，口感僵硬的现象，导致感官品质下降。此外，红薯泥添加量过高，还会影响面团的性质，使面团含水过多，难以成型，而且成本也会相应提高。因此，红薯泥的最适添加量为60 g。

图3 红薯泥添加量对饼干品质的影响

2.1.4 蔓越莓干添加量对饼干品质的影响

由图4可知，蔓越莓干添加量在15～25 g 时，随着蔓越莓干添加量的增多，感官评价分数也随之提高，当蔓越莓干添加量在25 g 时，饼干感官评分最高。当蔓越莓干添加量继续增加时，饼干感官评分开始下降。蔓越莓干是粒状辅料，在面团中的比重过大，会影响搅拌，颗粒感增加，影响组织结构，降低饼干的品质和口感。因此，蔓越莓干的最适添加量为25 g。

图4 蔓越莓干添加量对饼干品质的影响

2.2 响应面优化实验

2.2.1 响应面优化实验结果

红薯蔓越莓复合饼干的响应面实验结果见表3。

表3 响应面实验结果

2.2.2 响应面回归模型方差分析

通过响应面分析法对表4进行二次回归拟合分析，得到饼干各个因素的回归方程为Y=97.00+0.51X1+0.53X2+0.73X3+0.48X4+0.01X1X2+0.26X1X3-5.00×10-3X1X4-0.30X2X3+0.29X2X4+0.18X3X4-1.03X12-0.90X22-0.74X32-0.87X42。利用Design Expert 7.0.0 软件对实验数据进行分析，结果见表4。

由表4可知，模型P＜0.000 1，说明该模型的差异是极显著的；失拟项P=0.964 7 ＞0.05，失拟项不显著，说明回归方程拟合较好。通过Design-Expert 7.0 软件分析得出回归方程，进行回归模型方差分析。由F检验可得影响饼干品质的因素主次顺序依次为黄油添加量＞白砂糖添加量＞红薯泥添加量＞蔓越莓干添加量。

表4 响应面回归模型方差分析

2.2.3 响应面结果分析

等高线和3D 响应面图可表明单个因素变量的实验水平与响应值之间的关系，以及两个单因素变量间的交互作用。由图5响应面曲线可以看出，当红薯泥X1、白砂糖X2、黄油X3和蔓越莓干X4取值较小时，效应面曲线较陡，说明4 个因素对饼干品质的影响较大。由图5等高线可以看出，各因素之间交互作用并不显著。

图5 各因素交互作用对饼干品质影响的3D 响应面图以及等高线图

综上，由响应面分析得出红薯蔓越莓复合饼干的最佳配方为低筋面粉添加量100 g，红薯泥添加量56.58 g，黄油添加量36.36 g，白砂糖添加量37.69 g，蔓越莓干添加量26.90 g，感官评分预测值为97.44 分。考虑到实验的可操作性，将预测配方值进行调整，即低筋面粉添加量为100 g，红薯泥添加量为56.5 g，黄油添加量为36.5 g，白砂糖添加量为37.5 g，蔓越莓干添加量为27.0 g，并进行实验，得到饼干感官评分为97.98 分，与预测值接近，表明优化模型良好。

3 结论

本研究以红薯泥、蔓越莓干为主要原料制作饼干。利用响应面分析法进行优化，获得红薯蔓越莓复合饼干的最佳配方为低筋面粉添加量100 g，红薯泥添加量56.5 g，黄油添加量36.5 g，白砂糖添加量37.5 g，蔓越莓干添加量27.0 g。红薯蔓越莓复合饼干为红薯资源的开发和利用奠定基础。