響應面法優化苦蕎蛋糕配方工藝的研究

王改芳，王濤

（呂梁學院生命科學系，山西 呂梁 033000）

蕎麥目前主要有2種栽培種，一種叫甜蕎，另一種叫苦蕎[1]。云南省、貴州省、四川省等西南省份為苦蕎麥主要種植地區[2]。目前已知的品種且貯存于國家種質資源庫的有2 785份，其中苦蕎有879份，甜蕎有1 896份，野生蕎有10份[3]?？嗍w富含膳食纖維，苦蕎籽粒中的膳食纖維含量更高。膳食纖維在改善糖尿病、預防動脈粥樣硬化和預防肥胖方面具有積極作用[4]?？嗍w種子中主要含有4種蛋白，其中含量從大到小依次為清蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白[5]?？嗍w中具有保健功能的主要成分是黃酮類化合物蘆丁，蘆丁有降血脂和膽固醇、增強血管彈力、擴張血管等功效[6]。

傳統蛋糕主要是以小麥粉為原料，烘烤后制成的一種點心[7]，長期食用易導致肥胖、血糖升高等問題，影響身體健康[8]?？嗍w如今已成為有機、無公害、綠色食品的代表，消費需求正在不斷上升[9-10]?？嗍w風味蛋糕不僅豐富烘焙食品的品種，而且對苦蕎附加值的提高和功能性食品的研發具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

低筋面粉：山東省濟寧湖里人家面粉廠；苦蕎面粉：四川涼山州春生陽光食品有限公司；Puratos焙樂道使必達雙效泡打粉：廣州焙樂道有限公司；蛋糕油：廣州市科惠谷食品科技有限公司；白砂糖：佛山市層層高食品有限公司；鮮雞蛋：市售；牛奶：內蒙古蒙牛乳業股份有限公司；白醋：佛山市海天（高明）調味食品有限公司；發酵粉：河南安銳生物科技有限公司。

1.2 設備與儀器

YCD-2D型烤箱：重慶萊歐機械設備有限公司；TT002型電動迷你打蛋器：中山市德和電機有限公司；JD200-3型電子天平：沈陽龍騰電子有限公司；BLJBB型玻璃棒：江蘇好奇教學有限公司；TMS-PRO型質構儀：美國FTC公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 苦蕎蛋糕的工藝流程

雞蛋打發→加入面粉、苦蕎面粉，攪拌→加入少量蛋糕油，攪拌均勻→裝模焙烤→出爐冷卻。

1.3.2 苦蕎蛋糕的操作要點

1）從蛋殼中分離出蛋黃和蛋白。在蛋白中加白砂糖，持續攪打，直至成為如鮮奶油般的雪白泡沫。在此過程中，蛋白不應與蛋黃和油脂混合，否則會影響蛋白打發效果。

2）加入牛奶、白砂糖、蛋黃、蛋糕油后沿著一個方向攪拌，直至蛋液細膩，過篩后混入苦蕎面粉、低筋面粉和發酵粉，攪拌成蛋黃糊。在這個過程中不要過度攪拌以防止面筋的形成。

3）將蛋白霜依次拌入蛋黃糊中，使其混合均勻。此過程應盡量快速完成，以防止蛋糊消泡。

4）在蛋糕模具表面刷一層蛋糕油，把蛋糕糊倒入蛋糕模具中，注模時蛋糊不宜超過模具高度的60%，蛋糊注模后要及時烤制，長時間放置會消泡，造成蛋糕質地粗硬。

5）將烤箱預熱，焙烤溫度為底火210℃、面火200℃，焙烤時間為16 min[11]。蛋糕烘烤時，不要打開烤箱門，以免受到熱脹冷縮影響。

1.4 單因素試驗設計

1.4.1 苦蕎添加量對蛋糕品質的影響

以面粉質量為100%，添加泡打粉1.5%、白砂糖添加量100%、蛋糕油添加量12%、雞蛋添加量150%、牛奶20%，考察苦蕎添加量（10%、15%、20%、25%、30%）對蛋糕品質的影響。

1.4.2 糖添加量對蛋糕品質的影響

以面粉質量為100%，苦蕎添加量20%、泡打粉1.5%、蛋糕油添加量12%、雞蛋添加量150%、牛奶20%，考察白砂糖添加量（60%、70%、80%、90%、100%）對蛋糕品質的影響。

1.4.3 蛋糕油添加量對蛋糕品質的影響

以面粉質量為100%，苦蕎添加量20%、白砂糖添加量100%、泡打粉1.5%、雞蛋添加量150%、牛奶20%，考察蛋糕油添加量（6%、9%、12%、15%、18%）對蛋糕品質的影響。

1.4.4 雞蛋添加量對蛋糕品質的影響

以面粉質量為100%，苦蕎添加量20%、白砂糖添加量100%、泡打粉1.5%、蛋糕油添加量12%、牛奶20%，考察雞蛋添加量（90%、120%、150%、180%、210%）對蛋糕品質的影響。

1.5 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，根據影響大小選取苦蕎添加量、白砂糖添加量、蛋糕油添加量3個因素進行三因素三水平響應面試驗，因素水平設計見表1。

表1 試驗因素水平與編碼Table 1 Coding of experimental factors and levels

1.6 蛋糕品質指標的測定

1.6.1 蛋糕感官評定

由10名專業人士對蛋糕風味、外觀、彈性、硬度和咀嚼性進行打分，評價標準見表2。

表2 評分標準Table 2 Scoring criteria

續表2 評分標準Continue table 2 Scoring criteria

1.6.2 蛋糕的質構測定

采用質構儀分析蛋糕的彈性、咀嚼性、硬度指標[12-14]。

質構儀參數設定為探頭TA25、起始力0.04 N、測前速度30 mm/min、測中速度120 mm/min，最大位移和最大力分別為20 mm和25 N[15]。取外形完整的蛋糕，切成長、寬、高分別為3 cm的小立方塊，水平放于載物臺上。對每個試樣做3次平行試驗，取平均值。

1.7 數據處理

采用Design-Expert.V8.06.1和SPSS 22.0進行數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 苦蕎添加量對蛋糕質構及感官評分的影響

苦蕎添加量對蛋糕質構及感官評分的影響見表3。

表3 苦蕎添加量對蛋糕質構及感官評分的影響Table 3 Effect of tartary buckwheat on cake texture and sensory scoring

由表3可知，不同苦蕎添加量對苦蕎蛋糕的彈性、硬度、咀嚼性影響差異顯著（P＜0.05）。隨著苦蕎粉添加量的增加，蛋糕的彈性隨之減少，硬度和咀嚼性隨之增大，蛋糕的感官得分先上升后下降。當苦蕎添加量為10%和15%時，苦蕎的風味較淡，感官得分較低；當苦蕎添加量為25%和30%時，蛋糕會松散，外觀受到影響?？嗍w添加量為20%時感官得分最高，蛋糕品質較佳。因此，20%為最佳苦蕎添加量。

2.1.2 白砂糖添加量對蛋糕質構及感官評分的影響

白砂糖添加量對蛋糕質構及感官評分的影響見表4。

表4 白砂糖添加量對蛋糕質構及感官評分的影響Table 4 Effect of sugar addition on cake texture and sensory scoring

由表4可知，當白砂糖添加量為80%和90%時，蛋糕硬度差異不顯著（P＞0.05）；當白砂糖添加量為60%和70%時，蛋糕彈性差異不顯著（P＞0.05）；當白砂糖添加量為90%和100%時，蛋糕咀嚼性差異不顯著（P＞0.05）。隨著白砂糖添加量的增加，感官評分先增大后減小。當白砂糖添加量為80%時，蛋糕的感官評分達到最大值，而當添加量超過80%時，蛋糕的感官評分逐漸減小。因此，80%為最佳白砂糖添加量。

2.1.3 蛋糕油添加量對蛋糕質構及感官評分的影響

蛋糕油添加量對蛋糕質構及感官評分的影響見表5。

表5 蛋糕油添加量對蛋糕質構的影響及感官評分的影響Table 5 Effect of cake oil content on cake texture and sensory scoring

由表5可知，蛋糕油添加量對蛋糕的彈性、硬度、咀嚼性影響差異顯著（P＜0.05）。隨著蛋糕油添加量的增加，蛋糕的硬度和咀嚼性減小，彈性增大，蛋糕的感官評分先增大后減小。蛋糕油添加量為12%評分最高。因此，12%為最佳蛋糕油添加量。

2.1.4 雞蛋添加量對蛋糕質構及感官評分的影響

雞蛋添加量對蛋糕質構及感官評分的影響見表6。

表6 雞蛋添加量對蛋糕質構及感官評分的影響Table 6 Effect of egg addition on cake texture and sensory scoring

由表6可知，雞蛋添加量為150%和180%、180%和210%時，蛋糕硬度和彈性差異不顯著（P＞0.05）；雞蛋添加量對蛋糕咀嚼性的影響差異顯著（P＜0.05）。當雞蛋添加量為90%和120%時，苦蕎蛋糕比較硬而且容易開裂；當雞蛋添加量為180%和210%時，蛋腥味太重，風味比較差；隨著雞蛋添加量的增加，蛋糕的硬度和咀嚼性減小，彈性增大，蛋糕的感官得分先增大后減小，雞蛋添加量為150%評分最高。因此，150%為最佳雞蛋添加量。

2.2 響應面試驗

2.2.1 顯著性檢驗

在單因素試驗的基礎上，以感官評分（Y）為響應值，以對苦蕎蛋糕影響顯著的3個因素（X1苦蕎添加量、X2白砂糖添加量、X3蛋糕油添加量）為考察因素，Box-Behnken試驗結果見表7，方差分析見表8。

表7 Box-Behnken試驗結果Table 7 Box-Behnken test results

表8 試驗方差分析Table 8 Analysis of test variance

利用Design-Exert8.0.6.1軟件對表7數據進行多元回歸擬合，得到響應值回歸方程為Y=84.42+0.30X1+0.25X2+0.32X3-0.33X1X2-0.065X1X3+0.31X2X3-1.31X12-1.49X22-1.83X32。

由表8可知，模型的F值為84.10，而且P值極顯著[16]。失擬項F=2.51，P值不顯著，證明模型可靠。R2Adj=0.979 1，表明苦蕎蛋糕的感官評分變化有97.91%來源于4個因素。信噪比為22.536，遠遠大于4，表明這個模型具有可靠性。各因素對苦蕎蛋糕感官評分的影響大小排序為X3蛋糕油添加量＞X1苦蕎添加量＞X2白砂糖添加量。

2.2.2 響應面分析

經過Design Expert軟件整理分析，各因素交互作用見圖1～圖3。

圖1 苦蕎和白砂糖添加量交互作用的等高線及響應面圖Fig.1 Contour lines and response surface diagram of the interaction between tartary buckwheat and white granulated sugar

圖2 苦蕎和蛋糕油添加量交互作用的等高線及響應面圖Fig.2 Contour lines and response surface diagram of the interaction between tartary buckwheat and cake oil

圖3 白砂糖和蛋糕油添加量交互作用的等高線及響應面圖Fig.3 Contour line and response surface diagram of the interaction between sugar and cake oil

由圖1～圖3可知，感官評分的響應面趨向拋物線形，即存在最高點，所以回歸方程存在極大值[16]。而且回歸方程中二次項系數為負，說明拋物線一定開口向下，也就是說該方程有極大值點。

利用Design Expert軟件對多組試驗結果進行分析計算，得出苦蕎蛋糕的最佳工藝配方為以面粉質量為100%，苦蕎添加量20.52%、白砂糖添加量80.08%、蛋糕油添加量12.28%，這時蛋糕的感官評分的預測值為84.458 4。為方便實際操作，將最佳工藝參數改為苦蕎添加量20%，白砂糖添加量80%，蛋糕油添加量12%，在這條件下苦蕎蛋糕的感官評分為84.43，和預測值較為一致，說明該模型的設計具有一定的可靠性[17-18]。

3 結論

本文通過單因素試驗與響應面優化法對苦蕎風味蛋糕配方進行優化，確定苦蕎蛋糕最佳工藝配方為以面粉質量為100%，當苦蕎添加量20%、白砂糖添加量80%、蛋糕油添加量12%，按此配方制作的蛋糕表面黃褐色，無焦斑，氣孔分布較均勻，組織柔軟較有彈性，整體品質較好。