基于響應面全青稞無蔗糖餅加工優化※

姜元華 熊婷婷 劉 強 陳可鑫

(四川旅游學院,四川 成都 610100)

青稞,禾本科小麥族大麥屬,主要分布在我國青海、西藏等高寒地區,是藏族人民的主要食品原料,符合“三高兩低”(高蛋白質、高纖維、高維生素,低糖、低脂肪)的現代飲食結構[1-2],近年來逐漸成為研究熱點。

低聚果糖屬于功能性低聚糖,因其不能被消化道和病原菌所利用,在腸道內僅作為益生菌的增殖因子與食物來源,從而對宿主的健康產生積極的影響[3]。目前廣泛運用于益生菌粉[4]、發酵乳制品[5-6]等保健產品中,保健功能主要在腸道消化、免疫功能等方面,在烘焙產品中使用罕見。

本實驗以青稞全粉為原材料,采用模糊綜合得分的品質評價結合響應面法,優化全青稞無蔗糖餅干的配方與關鍵工藝,以期研發出滿足大眾營養健康需求的雜糧餅干,豐富餅干品種,也為青稞功能性食品的多樣化發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗室自制青稞粉(康青8號):2020年在甘孜州農科所八美農場實驗田種植,供實驗室使用;低聚果糖:浙江安詳生物科技有限公司;谷朊粉:封丘縣華豐粉業有限公司;黃油:浙江金澳藝發食品科技有限公司;熟土豆泥:浙江茗皇天然食品開發股份有限公司;Devondale(德運)奶粉、鮮雞蛋:四川成都龍泉驛區永輝超市。

1.2 儀器與設備

XYF-3K遠紅外線食品烤爐:廣州紅菱電熱設備有限公司;JYC-21HEC05電磁爐:九陽股份有限公司;TMS-PRO型高精度專業食品物性分析儀:美國FTC公司;DC-P3新型全自動測色差計:北京市興光測色差儀器公司;EK813 0.1g高精準廚房烘焙秤:廣東香山衡器集團股份有限公司;廚師機:中山市維利士電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 全青稞無蔗糖餅干制作的加工工藝

基礎配方:以100g青稞粉為基準,黃油55%、低聚果糖35%、雞蛋17%、奶粉10%、谷朊粉2%、熟土豆泥5%。

工藝流程:

低聚果糖、雞蛋液

↓

黃油(軟化)→預混→原料配比→面團調制→注?！鋬龆ㄐ汀衅婵尽鋮s→成品

操作要點:以青稞粉100g為基準,分別稱取黃油55%、低聚果糖35%、雞蛋液17%、奶粉10%、谷朊粉2%、熟土豆泥5%備用;黃油軟化后加入低聚果糖,將準備好的雞蛋打至蛋白和蛋清均勻混合,分3次倒入黃油中攪拌均勻;稱量好的青稞粉、奶粉、谷朊粉、熟土豆泥依次加入混合均勻的調漿中,低速攪拌混合均勻后,制成光滑面團;面團放入模具中壓緊,-4℃冷凍1h;定型完成后切為4mm厚的餅干坯;烤箱提前預熱至上下火165℃,焙烤時間25min(15min后翻面);烘烤完成后,待餅干冷卻至室溫后,密封包裝得成品。

1.3.2 實驗設計

1.3.2.1 單因素實驗

在預實驗基礎上,對全青稞無蔗糖餅干的主要輔料和關鍵工藝進行研究和篩選,以100g青稞粉為基準,分別研究低聚果糖(25%、30%、35%、40%、45%)、谷朊粉(2%、3%、4%、5%、6%)、黃油(50%、55%、60%、65%、70%)、焙烤溫度(155℃、160℃、165℃、170℃、175℃)、焙烤時間(15min、20min、25min、30min、35min)對成品餅干的感官品質、色澤特性及質構特性的影響。

1.3.2.2 響應面優化設計

根據響應面實驗設計原理,參照董雪萌等[7]的方法,在單因素實驗的基礎上,選取低聚果糖、谷朊粉、烘烤溫度3個因素,以成品品質綜合評分為考察指標,采取3因素3水平的響應面方法確定各因素對餅干品質的影響效果以及最優參數。實驗因素與水平編碼如表1所示。

表1 因素水平編碼設計

1.4 檢測指標

1.4.1 色澤特性的測定

色差:參照JJG 595-2002 《測色色差計》檢定規程,在室溫環境條件下,用色差計測定產品的顏色變化。每組待測樣品做5次平行,分別記錄L*、a*、b*值。

1.4.2 TPA質構測定

質構特性測定:參考賴攀等[8]的方法進行改進。采用TMS-Pro物性儀,選用TA/5探頭進行測定,設置檢測參數為:高度30mm、形變量60%、速度60mm/min、最小感應力為0.375N,壓縮間隔時間5s。每個樣品測定5次平行,取其平均值。

1.4.3 感官特性的測定

采用觀察品嘗法,參照GB 7100—2015《餅干衛生標準》、GB/T 20980—2007《餅干》以及參考文獻[9-10],選擇色澤、氣味、滋味、口感、組織形態5個方面建立感官評分標準。評定小組成員由10名經過感官評定培訓的食品專業人員擔任,感官評定細則見表2。

表2 全青稞無蔗糖餅干感官評價標準

1.4.4 品質綜合評分

根據加工經驗結合參考文獻[10],最終得到全青稞無蔗糖餅干的品質評價表達式F,得分數值越大說明全青稞無蔗糖餅干的品質越好。

品質綜合評分:

F=L*×a1+a*×a2+b*×a3+硬度×a4+感官評分×a5

(1)

式(1)中:a1、a2、a3、a4、a5為各評價指標在評價體系中所占的權重,其數值分別為 0.1、0.1、0.1、0.3和 0.4。

1.5 數據處理

每個處理組設有5個重復,數據統計分析采用Microssoft Excel軟件,數據處理采用SPSS 26.0軟件,響應面綜合評價法采用Desig-Expert 8.0.6軟件分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果與分析

2.1.1 低聚果糖添加量對全青稞無蔗糖餅干品質的影響

隨著低聚果糖添加量的增加,由于原料間美拉德反應速率的加快,可觀察到餅干的色澤愈來愈深,由表3可知,隨著低聚果糖添加量的增大,L*、a*、綜合評分均呈現先升后降的趨勢;在添加量為30%時,全青稞無蔗糖餅干感官評分最高為86.01;在添加量為35%時,綜合得分取得最大值71.70。綜上,低聚果糖的較優添加量為30%～40%。

表3 低聚果糖添加量對全青稞無蔗糖餅干品質的影響

2.1.2 谷朊粉添加量對全青稞無蔗糖餅干品質的影響

由表4可知,隨著谷朊粉添加量的增加,全青稞無蔗糖餅干的L*、a*呈遞增趨勢,感官得分和綜合得分均呈先增后降的趨勢,在添加量為4%時感官得分取最大值86.3,在添加量為5%綜合得分取得最大值80.19。綜上,谷朊粉的較優添加量為4%～6%。

表4 谷朊粉添加量對全青稞無蔗糖餅干品質的影響

2.1.3 烘烤溫度對全青稞無蔗糖餅干品質的影響

隨著烘焙溫度的升高,餅干口感變得松脆,同時產生更多風味物質,進一步提高感官評分。但當溫度過高時,部分物料發生焦煳化,導致風味和口感變差,感官評分也隨之降低。由表5可知,隨著焙烤溫度的增大,全青稞無蔗糖餅干的L*、b*和感官評分均呈現先升后降的趨勢,在165℃時,L*、b*和感官評分達最大值分別為25.97、7.77和90.68,綜合得分在170℃時去達最優值72.70。綜上,較優烘烤溫度是160℃～170℃。

表5 焙烤溫度對全青稞無蔗糖餅干品質的影響

2.2 基于響應面優化顯著影響綜合品質的關鍵工藝點

2.2.1 響應面實驗設計與結果

以低聚果糖添加量、谷朊粉添加量、焙烤溫度分別作為自變量A、B、C,以綜合評分為考察指標,設計Box-Benhnken實驗,設計結構矩陣及實驗結果見表6。

2.2.2 模型的建立與顯著性檢驗

利用 Box-Behnken設計進行回歸擬合分析,得到的回歸擬合方程,如下:

Y=84.20+1.09×A-1.52×B-0.062×C+2.29×AB+0.67×AC-1.49×BC-2.96×A2-0.76×B2-4.37×C2。

由表7可知,模型P<0.0001(極顯著),而失擬項P=0.2080>0.05(不顯著),表明模型具有較好的擬合性,試驗誤差較小?；貧w系數R2=0.9799,表明97.99%的響應值數據可以用該模型進行解釋,其變異系數0.93%低于15.00%,表明模型的重現性較好,能夠與產品實際綜合品質較好吻合。從各因素的顯著水平差異可知,對全青稞無蔗糖餅干品質綜合評分的影響順序為B>A>C,因素A低聚果糖添加量,因素B谷朊粉添加量,二次項A2、C2及交互項AB、BC對全青稞無蔗糖餅干品質綜合評分影響極顯著(P<0.01)。

表7 回歸模型的方差分析結果

利用Design Expert 8.0.6軟件分析得到各因素交互用作對餅干品質主成分綜合評分影響的響應面圖(圖1、圖2、圖3)。

圖1 低聚果糖添加量與谷朊粉添加量交互對全青稞無蔗糖餅干品質綜合評分的影響

圖2 低聚果糖添加量與焙烤溫度交互對全青稞無蔗糖餅干品質綜合評分的影響

圖3 谷朊粉添加量與焙烤溫度交互對全青稞無蔗糖餅干品質綜合評分的影響

2.2.3 最佳條件的預測及驗證實驗

根據回歸模型預測,擬合得出全青稞無蔗糖餅干的最佳參數為:低聚果糖添加量35.52%、谷朊粉添加量4.19%、烘烤溫度165.20℃,此條件下全青稞無蔗糖餅干的品質綜合評分的預測值為84.86。為了實際生產中操作的便利,將回歸方程優化后的工藝條件調整為:低聚果糖添加量為35%、谷朊粉添加量為4%、焙烤溫度為165℃,進行 5次平行實驗,得到的全青稞無蔗糖餅干品質綜合得分為84.62,與預測值基本一致,證實了該模型的有效性。

3 結論

通過單因素實驗確定全青稞無蔗糖餅干的原料配方比,以100g青稞粉為基準,原輔料配方與關鍵工藝為:黃油添加量為55%,烘烤時間為25min,低聚果糖添加量范圍為30%～40%,谷朊粉添加范圍為4%～6%,焙烤溫度范圍為160℃～170℃。在此基礎上進行響應面優化實驗得到:在低聚果糖添加量為35%、谷朊粉添加量為4%、焙烤溫度165℃條件下制得的全青稞無蔗糖餅干綜合品質最好,其中低聚果糖與谷朊粉對餅干的品質綜合評分有顯著影響。