原材料和烘焙方式对饼干品质影响的综合试验教学设计

陈碧，王忠东，郭松，郭倩妙，王小明

广西科技师范学院 （来宾546199）

传统的食品课程试验是以某一课程为单位，试验教学模式参考试验方案，学生按照试验方案的试验步骤和内容进行试验操作即可，学生的主动性、创造性和综合应用能力受到一定的限制，课程之间缺乏连贯性、综合性和融合性，培养的学生缺乏针对性、技能性和创新性，导致人才培养与地方产业行业发展需求不相适应，造成人才培养与社会需求脱节[1]。因此，结合以往的教学经验，设计原材料和烘焙方式对饼干品质影响的综合试验，集原材料筛选、加工制备和品质分析与评价为一体，结合食品原料学、食品工艺、食品感官评定和食品分析等课程相关内容，将理论学习与专业实践有机融合，将创新性科研和教学研究成果应用于试验教学，建立产教协同、研教融合双驱动的“产、研、创、教”四位一体教学模式，增强试验教学的综合性、应用性和设计性，促使学生的实践能力、创新性思维得到有效提升，以满足“新工科”背景和“双循环”战略背景下食品产业人才需求。

1 方法与材料

1.1 试验设计

此次试验的设计思路和流程如图1所示，主要包括四个模块：饼干原材筛选、试验药品试剂准备；微波烘焙和烤箱烘焙制备饼干和相关指标测定；不同原材料和烘焙方式饼干品质分析和评价；总结汇报。此次试验以学生主导教师引导模式开展，整个试验知识点丰富、步骤多和综合性强，开展对象为食品科学与工程和食品质量安全两个本科专业的三年级学生。

图1 试验设计及步骤

1.2 试验材料与仪器

葛根、南瓜、泡打粉、鸡蛋、低筋小麦粉、玉米油、盐（市售）；甜茶（采摘于广西金秀瑶族自治县莲花山）；丙烯酰胺（阿拉丁控股集团有限公司）；福林酚（1 mol/L）、芦丁标准品（纯度≥95%）、没食子酸（纯度≥95%）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）：上海源叶生物试剂有限公司；硝酸铝、亚硝酸钠、氢氧化钠碳酸钠（分析纯，西陇科学股份有限公司）。

Waters 2695高效液相色谱仪（美国Waters公司）；UV-2600紫外可见分光光度仪、A6300 原子吸收光谱仪（岛津企业管理有限公司）；CR-5色差仪（日本柯尼卡美能达）；SPX-250型生化培养箱、DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱（广州白云区宏泰烘焙设备厂）；pHS-3E pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司）。

2 试验内容

2.1 烤箱烘焙制备饼干

此次试验酥性饼干的配方、工艺与烤箱的焙烤条件均参照研究团队已有研究配方和条件[2]，烘焙时间21 min，烘焙温度185 ℃。

2.2 微波烘焙制备饼干

普通饼干和混料饼干与烘箱烘焙饼干配方一致，根据研究团队所在烘焙实验室饼干微波条件为基础，微波功率450 W、微波时间2.5 min。

2.3 饼干的品质分析

感官评价、饼干质构特性的测定、总酚的测定、总黄酮的参考实验室已有研究方法[2]；色差检测参考文献[3-4]；钙的测定参考 GB 5009.92—2016《微波消解—火焰原子吸收光谱法》[6]；丙烯酰胺测定参考文献[3,5]，其中饼干样品前处理参考郇志博等[5]研究方法，高效液相色谱法测定方法参考刘红[3]研究方法。

2.4 数据处理与统计分析

试验数据使用IBM SPSS Statistics 19.0软件的Duncan法进行数据分析，绘图软件使用Origin 2018，文章数据用平均值±标准偏差的形式表示，P＜0.05表示差异显著。

3 结果与讨论

3.1 不同烘焙方式和原料的感官评定结果

邀请10名有食品专业知识的人员组成感官评定小组，对烤箱和微波制备两种配方饼干进行感官评价，评定结果如表1所示。由表1可知，饼干的感官评分排序为烤箱混料无糖＞烤箱普通＞微波混料无糖＞微波普通。在相同烘焙工艺下无糖混料配方饼干口感更加酥脆可口，饼干品质更佳，色泽呈黄棕色，弥散南瓜和茶的特有风味，使得无糖混料配方饼干感官评分高于普通饼干。在相同配方下微波烘焙制备的饼干，在形态、组织结构、口感滋味方面的评分均低于烤箱烘焙，只有在色泽方面的评分稍高于烤箱烘焙，使得微波饼干的总得分低于烤箱烤制的饼干，说明微波焙烤对饼干的形态、组织结构、口感滋味三个方面具有改善空间。

表1 不同烘焙方式和配方饼干的感官评分结果 单位：分

3.2 不同烘焙方式和原材料对饼干色值的影响

颜色是饼干一项重要的食品感官指标，与消费者对饼干的喜好度密切相关，图2和表2为烤箱和微波制备两种配方饼干的图片和色差值。由图2可知，饼干颜色的深浅排序为烤箱混料无糖（B）＞微波混料无糖（D）＞烤箱普通（A）＞微波普通（C），这与表2中饼干光亮值L*结果一致。在相同烘焙工艺下饼干顶部和底部的光亮值（L*）普通饼干低于混料无糖饼干，黄值（b*）普通饼干高于混料无糖饼干，这是由于南瓜酚呈金黄色和甜茶提取液呈棕黄色，导致饼干表皮、底部色泽较暗，呈黄色。在相同配方下饼干顶部和底部的光亮值（L*）和红度值（a*）微波低于烤箱，这是由于烤箱烘焙温度较高，焦糖化和美拉德反应进行程度较剧烈，非酶褐变的程度更大[3,7]。

表2 不同烘焙方式和配方饼干色值测定结果

图2 烤箱制备饼干（A、B）和微波制备饼干（C、D）

图3 丙烯酰胺的液相色谱图和标准溶液曲线

3.3 不同烘焙方式和原材料对饼干质构的影响

食品质构如硬度、弹性、咀嚼性、脆性等是食品非常重要的品质参数，对样品的物性给予数据化的表述，其结果具有较强的客观性、准确性和灵敏性，在食品产品评价和可接受性方面起着关键性，是感官评定的重要补充和完善，已成为客观评价食品如饼干的重要方法[2-3,8]。为了更好了解食品的质构特性，此次试验采用全质构TPA模式测定饼干，测定结果见表3。由试验结果可以看出：在相同烘焙工艺下无糖混料配方饼干的咀嚼性和弹性均高于普通饼干，而硬度微波高于普通饼干，烤箱低于普通饼干；在相同配方下烤箱烘焙制备的饼干硬度和咀嚼性稍低于微波，而弹性高于微波，这是由于微波能够渗透到物料的各个部分，与极性分子水分子作用迅速升温，水分散失较快使饼干硬度和咀嚼性偏高，导致饼干口感质地僵硬，酥脆性偏低，导致其感官评分偏低，证明了饼干质构特性与感官评价存在相关性[10]。而烤箱焙烤是通过热传导的方式，饼干表面温度较高，而内部温度较低，水分散失相对于微波烘焙较慢，使得其硬度和咀嚼性稍低于微波烘焙[3]。

表3 不同配方和烘焙方式饼干质构测定结果

3.4 不同烘焙方式和原材料对饼干抗氧化成分及能力的影响

由表4可知，在相同烘焙工艺下无糖混料配方饼干总黄酮、总酚和抗氧化能力均高于普通配方饼干，葛根、南瓜、甜茶均含有酚类或黄酮类等活性成分有效提高了甜茶无蔗糖饼干的抗氧化能力[11-13]。在相同配方下微波烘焙制备饼干总黄酮高于烤箱可能是因为黄酮对热加工较为敏感，烤箱焙烤加热温度高、时间长，从而导致总黄酮含量降低[14]。然而烤箱焙烤工艺下总酚含量和抗氧化能力均高于微波烘焙，这可能是因为微波加热时间短，饼干内部组织未被破坏，没有释放出更多的酚类物质[15]。在不同配方下相同烘焙工艺条件下混料饼干其总酚和抗氧能力均远远高于普通饼干，其中在烤箱焙烤制备无糖混料配方饼干尤为明显，其总酚和抗氧能力分别为713.19 mg/100 g和89.37%，这是由于含有丰富的酚类物质葛根、南瓜、甜茶，在烤箱高温下三种植物细胞结构遭到破坏，被释放出更多细胞内酚类物质[16]，从而具有较强的抗氧化能力。

表4 不同配方和烘焙方式饼干总黄酮、总酚含量和抗氧化能力

3.5 不同烘焙方式和原材料对饼干微量元素钙的影响

钙元素是骨骼和牙齿的重要组成部分，调节人体各种生理功能，其中南瓜、葛根和甜茶中都含有丰富的钙微量元素[17-18]。测定饼干中钙的含量为了解烘焙方式、原材料对饼干微量元素营养成分提供重要的参考数，同时加强学生借助大型精密仪器对食品的品质检测和监控，此次试验采用线上虚拟仿真实训与仪器实操相结合方式测定饼干中钙元素[9]，以钙元素标准溶液质量浓度（mg/L）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标绘制标准曲线，其标准溶液曲线方程为A=0.005 9C+0.034 2，相关系数R=0.999 0，原子吸收测定结果如表5所示。在相同工艺下混料饼干的钙含量高于普通饼干，这是由于混料饼干中加入的葛根、南瓜和甜茶中含有一定的钙元素，从而提高了混料饼干中的钙元素含量。

表5 不同配方和烘焙方式饼干钙含量

3.6 不同烘焙方式和原料对饼干丙烯酰胺的影响

丙烯酰胺[3,5]广泛存在于烘焙食品中，这是由于饼干在热加工过程发生美拉德反应产生。为了保障食品质量安全、巩固食品分析和食品安全监督管理相关知识点融合，检测不同烘焙方式和原料饼干中丙烯酰胺，以便了解烘焙方式和原材料对丙烯酰胺的影响。流动相采用水和乙腈溶液，在体积比为10∶90的等度条件下洗脱，柱温35 ℃，丙烯酰胺的检测波长220 nm，流速1.0 mL/min，进样量10 μL。丙烯酰胺标准样品的液相色谱图如3所示。丙烯酰胺保留时间3.316 min，采用外标法测定饼干中丙烯酰胺，测定结果见表6。由表6可知，在相同配方下烤箱烘焙制备饼干丙烯酰胺高于微波，这是因为烤箱烘焙的温度和时间分别185 ℃和21 min，相对于微波烘焙其加热温度高和加热时间长，从而导致丙烯酰胺含量偏高。在相同工艺下混料饼干的丙烯酰胺含量低于普通饼干，原因是高温加工对热加工较为敏感，甜茶中含有茶多酚和南瓜含有的叶黄素[19]等抗氧化物有效抑制饼干中丙烯酰胺的生成[20]。

表6 不同配方和烘焙方式饼干丙烯酰胺含量

4 构建综合试验评价指标体系，突出综合创新能力评定

试验以成果和课程目标为导向，以学生的对综合试验设计、试验过程性操作、试验成果和试验反思为考核内容，考查学生能力本位培养与课程目标达成度[21-23]，从考核内容、考核方式、考核对象三个方面进行过程性、终结性和多元性考核，评价指标体系见表7。评价重点是教师和学生的教与学过程表现和目标达成度。量化课程考核指标，通过全程性监控和参与者反馈信息收集，分析目标达成度，并结合试验过程遇到的阻力和问题，积极优化试验方案、丰富试验项目、改善试验条件和修订考核细则。

表7 综合性试验质量评价指标体系

5 结语

试验通过微波和烤箱烘焙制备普通配方饼干和混料无糖饼干，整个试验涉及食品原料学、食品工艺学、食品分析、试验设计与数据处理、软件使用和工程项目管理等方面的知识，开展过程性、终结性和多元性的教学与考核模式，以便实时、公正和多维度进行综合性量化评价。该试验教学设计从实际产业需求出发，把实践内容与食品专业的理论知识进行融合，教学过程中将产业需求、研究项目和创新创业教育交叉耦合，形成产教协同、研教融合双驱动的“产、研、创、教”四位一体教学模式。