響應面法在麥麩膳食纖維餅干研制中的應用

鄭紹達

（天津頂園食品有限公司，天津　300457）

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響應面法在麥麩膳食纖維餅干研制中的應用

鄭紹達

（天津頂園食品有限公司，天津300457）

摘要：采用炒制法對麥麩進行脂肪酶鈍化處理，通過正交試驗確定最佳處理條件。采用Box- Behnken設計試驗，以黃油、白砂糖、麥麩、雞蛋添加量為自變量，以麥麩膳食纖維餅干感官評價得分為因變量，考察各因素交互作用對響應值的影響，通過響應面分析法優化麥麩膳食纖維餅干配方，研制富含膳食纖維的保健功能餅干。結果表明，麥麩脂肪酶鈍化處理最佳條件為5 min，320℃，6 kg；麥麩膳食纖維餅干最佳配方為面粉100 g，黃油34.97 g，白砂糖30.12 g，麥麩19.71 g，雞蛋8.17 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氫鈉0.9 g，碳酸氫銨0.5 g，食鹽0.5 g，卵磷脂0.2 g；烘焙參數為面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。

關鍵詞：麥麩；膳食纖維；餅干；響應面法

0　引言

小麥是世界范圍內產量最大、分布最廣的糧食作物，小麥種植區域主要分布在溫帶地區，我國東北、華北以及長江中下游平原地區是北半球4個主要產區之一，小麥產量高。麥麩，即小麥麩皮，是小麥加工面粉過程中產生的副產品，資源極為豐富。麥麩中總膳食纖維含量高達35%～50%，還含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素、氨基酸等[1]。膳食纖維被營養學界譽為人體必需的“第七大營養素”，具有非常重要的生理功能，如降低血脂和血壓、穩定血糖水平、改善便秘、預防腸癌和乳腺癌等[2]。通常麥麩的主要用途是制作飼料，產品附加值較低，大量資源未能得到充分利用。

餅干是一類高糖、高油脂的烘焙產品。隨著消費者日益增長的健康意識，有益于人體健康的功能性食品備受青睞。將麥麩適量添加到餅干中，既可以保持酥松口感，又可以增加膳食纖維含量，使其具有一定的保健功能。膳食纖維具有良好的烘烤特性和穩定功能，既可以改善感官品質，又可以強化營養價值，是開發利用膳食纖維的良好方法[3]。

響應面法是一種試驗設計與優化方法，它是將響應值作為一個或多個因素水平的函數，通過對復雜的函數關系用一次或二次多項式模型來回歸擬合，運用響應曲面和等高線的圖形繪制技術，將這種未知的函數關系表現出來，因而可以直觀選擇各因素的最優化水平，相應得出預測的最佳響應值。響應面法的應用領域非常廣泛，是解決實際生產過程中降低生產成本、優化加工工藝、提高產品品質等問題的一種有效方法。試驗采用響應面優化法，探討黃油、白砂糖、麥麩、雞蛋添加量4個因素對感官評價的交互影響，從而確定麥麩膳食纖維餅干最佳配方，以期為麥麩利用和餅干研發提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

麥麩、面粉、黃油、白砂糖、雞蛋、淀粉、奶粉、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、食鹽、卵磷脂，均為市售。

高速粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司產品；XS225A型分析天平、BINDER型恒溫干燥箱、STIK型真空干燥箱、馬弗爐、KDN- 04Ⅲ型蛋白質測定儀HYP- 1004型消化爐，上海纖檢儀器有限公司產品；DK- S26型電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設備有限公司產品。

無水碳酸鈉、乙酸、鹽酸、氫氧化鈉、甲基橙、乙醚、乙醇、氫氧化鉀、酚酞、碘化鉀、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸鈉、可溶性淀粉、硅藻土、重鉻酸鉀、MES/2 -（N -嗎啉代）乙烷磺酸、TRIS /三羥甲基氨基甲烷、溴甲酚綠、石油醚、丙酮、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、甲基紅、亞甲基藍、α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶，均為分析純。

1.2方法

1.2.1脂肪酶鈍化處理

新鮮麥麩含有較強活性的脂肪氧化酶和脂肪水解酶，在加工過程中，使得這些脂肪酶分離出來與油脂相互接觸生成游離的脂肪酸，即油脂發生氧化酸敗而變質，所以必須抑制或鈍化麥麩脂肪酶的活性，才能更有效地開發和利用麥麩資源[4]。傳統方法主要有化學法和物理法，化學法即采用化學試劑使脂肪酶鈍化或失活，成本較高且營養成分損失大；物理法即采用加熱、微波、擠壓等滅酶方法，安全且營養成分損失小。本試驗采用炒制法，具有安全、便捷、適于工業化生產等優點。每次稱取不同質量的麥麩，通過補水和烘干的方法調節初始水分含量達到一致，分別采取不同炒制溫度和炒制時間進行處理。對在各個條件下處理后的麥麩提油并測定過氧化值，以過氧化值大小判斷處理效果[5]。根據單因素試驗結果，分別選取炒制質量為4，6，8 kg，炒制溫度為280，300，320℃，炒制時間為4，5，6 min，設計三因素三水平正交試驗分析，根據極差分析結果確定3個因素對處理結果影響程度排列順序，并確定最佳水平。

1.2.2基礎配方及工藝

基礎配方為面粉100 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氫鈉0.9 g，碳酸氫銨0.5 g，食鹽0.5 g，卵磷脂0.2 g。烘焙參數為面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。工藝流程為原料準備→混料攪拌→面團靜置→餅坯成型→烘焙→冷卻→成品。

1.2.3單因素試驗及響應面優化分析

固定基礎配方中各種原料添加量，對黃油添加量（20%，25%，30%，35%，40%，45%）、白砂糖添加量（20%，25%，30%，35%，40%，45%）、麥麩添加量（14%，16%，18%，20%，22%，24%）、雞蛋添加量（2%，4%，6%，8%，10%，12%）4個因素通過單因素試驗得到較適宜的添加量范圍。

在單因素試驗基礎上，運用Design- Expert 8.0.6.1試驗設計軟件，采用Box- Behnken Design（BBD），以黃油、白砂糖、麥麩、雞蛋添加量4個因素（自變量）水平為考察對象，以產品感官評價得分作為響應值（因變量）

響應面試驗設計的因素與水平設計見表1。

表1　響應面試驗設計的因素與水平設計/ %

1.2.4感官評價

將制成的麥麩膳食纖維餅干進行感官評價，感官評價小組由固定的10名評委組成，每種產品的感官評價均由此小組完成，每次感官評價得分為10名評委給出得分的平均值。

麥麩膳食纖維餅干感官評價評分標準見表2。

表2　麥麩膳食纖維餅干感官評價評分標準

1.2.5品質檢測

對最佳配方工藝條件下制成的麥麩膳食纖維餅干進行水分（GB5009.3—2010）、堿度（GB/T20980—2007）、酸價和過氧化值（GB/T 5009.37—2003）檢測，并對膳食纖維含量（GB/T 5009.88—2008）進行檢測[6-9]。

2　結果與分析

2.1正交試驗確定麥麩預處理條件

麥麩預處理條件的正交試驗設計方案與結果見表3。

表3　麥麩預處理條件的正交試驗設計方案與結果

根據試驗結果進行極差分析，預處理條件對麥麩過氧化值（POV）的影響程度從大到小順序為炒制時間（C'）＞炒制溫度（B'）＞炒制質量（A'）。極差最大的因素是炒制時間，將它控制在最好水平（過氧化值最低）C'2；極差居中的因素是炒制溫度，將它控制在最好水平（過氧化值最低）B'3；極差最小的因素是炒制質量，將它控制在最好水平（過氧化值最低）A'2。所以，麥麩最佳預處理條件為C'2B'3A'2，即炒制時間5 min，炒制溫度320℃，炒制質量6 kg。

2.2單因素試驗

2.2.1黃油添加量對餅干感官評價的影響

黃油添加量對餅干感官評價的影響見圖1。

圖1　黃油添加量對餅干感官評價的影響

由圖1可知，隨著配方中黃油添加量的增加，餅干的感官評價得分先上升后下降。當黃油添加量為35%時，感官評價得分最高，達88分。

2.2.2白砂糖添加量對餅干感官評價的影響

白砂糖添加量對餅干感官評價的影響見圖2。

由圖2可知，隨著配方中白砂糖添加量的增加，餅干的感官評價得分先上升后下降。當白砂糖添加量為30%時，感官評價得分最高，達89分。

2.2.3麥麩添加量對餅干感官評價的影響

麥麩添加量對餅干感官評價的影響見圖3。

圖2　白砂糖添加量對餅干感官評價的影響

圖3　麥麩添加量對餅干感官評價的影響

由圖3可知，隨著配方中麥麩添加量的增加，餅干的感官評價得分先上升后下降。當麥麩添加量為20%時，感官評價得分最高，達86分。

2.2.4雞蛋添加量對餅干感官評價的影響

雞蛋添加量對餅干感官評價的影響見圖4。

圖4　雞蛋添加量對餅干感官評價的影響

由圖4可知，隨著配方中雞蛋添加量的增加，餅干的感官評價得分先上升后下降。當雞蛋添加量為8%時，感官評價得分最高，達87分。

2.3響應面優化分析

麥麩膳食纖維餅干生產配方響應面分析試驗結果見表4，響應面方差分析結果見表5。

利用Design- Expert 8.0.6.1試驗設計軟件對表4的數據進行回歸分析，獲得的二次多元回歸模型為：

運用響應面法對試驗結果獲得的二次多項式回歸擬合方程進行方差分析，結果如表5所示。二次多元回歸方程中的各個變量（自變量）對響應值（因變量）影響的顯著程度由F值檢驗來判定。若p值越小，則顯著程度越高。模型的F值為54.34，大于0.01水平上的F值，而且p值小于0.000 1，說明該模型是極顯著的。該模型的失擬度F值等于2.13，小于0.05水平上的F值，而且p值為0.243 4，大于0.05，表明失擬度相對于純誤差是不顯著的。擬合度為0.981 9，說明構建的二次多元回歸模型擬合度較好，可用來對麥麩膳食纖維餅干感官評價得分進行預測。

AC，AB對餅干感官評價得分影響的等高線和響應面見圖5。

表4　麥麩膳食纖維餅干生產配方響應面分析試驗結果

表5　響應面方差分析結果

一次項C，交互項AB與AC，以及二次項A2，B2，C2，D2對產品感官評價得分的影響是極顯著的（p＜0.000 1）；一次項D的影響是顯著的（p＜0.05）；一次項A，B，交互項AD，BC，BD，CD的影響是不顯著的。響應面圖形是響應值對各個試驗因素所構成的三維曲面圖，從圖上可以找出最佳參數以及各個參數之間的相互作用。由圖5可知，響應面圖形是開口向下的曲面，表明響應值（因變量）感官評價得分存在最大值，即該響應曲面的最高點。在白砂糖添加量和雞蛋添加量一定的條件下，隨著黃油添加量和麥麩添加量的增大，感官評價得分先上升后下降；在雞蛋添加量和麥麩添加量一定的條件下，隨著黃油添加量和白砂糖添加量的增大，感官評價得分先上升后下降。由此可知，各原料適當的添加量可以改善麥麩膳食纖維餅干的感官評價得分。

通過響應面分析結果可知，可利用該回歸方程確定麥麩膳食纖維餅干最佳配方，軟件分析得到的感官評價得分預測值為86.8分，在最大響應值時，所考察的4種原料最佳配比為以面粉為基準，黃油34.97 g，白砂糖30.12 g，麥麩19.71 g，雞蛋8.17 g。為了驗證預測值與實際值的差距，采用以上配方工藝進行驗證試驗，重復3次，得到的餅干感官評價得分平均值為87分?？梢?，該模型擬合度較好，能夠較好地預測試驗結果，說明采用響應面法優化麥麩膳食纖維餅干配方，具有指導實際生產的應用價值。

2.4品質檢測

測定麥麩麩膳食纖維餅干水分2.23%，堿度0.2%，酸價2.0 mg/g，過氧化值0.036 g/100 g，符合餅干國家標準（GB/T 20980—2007）相關要求[7]。測定麥麩麩膳食纖維餅干總膳食纖維6.13 g/100 g，不溶性膳食纖維5.94 g/100 g，可溶性膳食纖維0.19 g/100 g，符合預包裝食品營養標簽通則（GB 28050—2011）高或富含膳食纖維的要求[10]。

3　結論

（1）采用炒制法進行麥麩脂肪酶鈍化處理，運用正交試驗法得到最佳處理條件為5 min，320℃，6 kg。

（2）采用Box- Behnken設計試驗，構建的模型擬合度較好，能夠較好地預測試驗結果，得到最佳配方為面粉100 g，黃油34.97 g，白砂糖30.12 g，麥麩19.71 g，雞蛋8.17 g，淀粉8 g，奶粉1 g，碳酸氫鈉0.9 g，碳酸氫銨0.5 g，食鹽0.5 g，卵磷脂0.2 g；烘焙參數為面火230℃，底火180℃，烘焙6 min。

（3）對最佳配方工藝條件下制成的麥麩麩膳食纖維餅干進行水分、堿度、酸價、過氧化值以及膳食纖維含量檢測，均符合食品安全國家標準相關要求，可作為一種保健功能餅干投入市場。

參考文獻：

［1］李大川，袁建，石嘉懌，等.麥麩功能成分提取工藝的研究［J］.現代面粉工業，2010，24（6）：37-40.

［2］Jean Brillouet. Fractionation of wheat bran carbohydrate［J］. J Sci. Food Agric，1981（32）：243-251.

［3］Gruppen H，Marsciue J P. Mild isolation of water-insoluble cell wall material from wheat flour：composition of fractions obtained with emphasis on non-starch polysaccharide［J］. Journal of Cereal Science，1989（9）：247-260.

［4］李芳，劉英，陳季旺，等.燕麥麩皮滅酶方法的研究［J］.食品科學，2007，28（4）：204-207.

［5］劉方，姚娣，陳軒，等.麥麩曲奇餅干的研制工藝［J］.安徽農業科學，2014，42（15）：4 789-4 791.

［6］衛生部食品衛生監督檢驗所. GB 5009.3—2010食品中水分的測定［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［7］中國食品發酵研究所. GB/T 20980—2007餅干［S］.北京：中國標準出版社，2007.

［8］上海市衛生防疫站. GB/T 5009.37—2003食用植物油衛生標準的分析方法［S］.北京：中國標準出版社，2003.

［9］中國疾病預防控制中心營養與食品安全所. GB/T 5009.88—2008食品中膳食纖維的測定［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［10］中國疾病預防控制中心. GB 28050—2011預包裝食品營養標簽通則［S］.北京：中國標準出版社，2011.

Application of Response Surface Methodology in Development of Wheat Bran Dietary Fiber Biscuit

ZHENG Shaoda
（Tianjin Dingyuan Food Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China）

Abstract：The development of dietary fiber biscuit is introduced in this experiment by adding wheat bran as the raw material. The wheat bran lipase passivated using stir- fried method. The optimum treatment conditions are determined by orthogonal test. Box- Behnken Design is used in the experiment，adding proportion of butter，sugar，wheat bran，egg as independent variables，and the sensory evaluation score of wheat bran biscuit as the dependent variable. The influence of the interaction of the independent variables on the response value is investigated. The formula of wheat bran biscuit is optimized by response surface methodology. The results show that the optimum conditions of pretreatment of wheat bran by orthogonal experimental method are 5 min，320℃，6 kg. The optimum formula are flour 100 g，butter 34.97 g，sugar 30.12 g，wheat bran 19.71 g，egg 8.17 g，starch 8 g，milk powder 1 g，sodium bicarbonate 0.9 g，ammonium hydrogen carbonate 0.5 g，salt 0.5 g，lecithin 0.2 g. Baking conditions are surface fire 230℃，bottom fire 180℃，baking time 6 min.

Key words：wheat bran；dietary fiber；biscuit；response surface methodology

作者簡介：鄭紹達（1985—），男，碩士，工程師，研究方向為糧食制品加工。

收稿日期：2015- 12- 31

文章編號：1671- 9646（2016）03b- 0012- 05

中圖分類號：TS213

文獻標志碼：A

doi：10.16693/j.cnki.1671- 9646（X）.2016.03.030