芝麻巧克力棒的配方優化及貨架期預測

游靜，黃紀念，孫強，宋國輝，蘆鑫

1.河南省農業科學院農副產品加工中心 （鄭州 450000）；2.河南省農科院農副產品加工所 （鄭州450000）

芝麻具有高營養價值，含油量達50%，富含礦物質、維生素和ω-3脂肪酸[1]，芝麻餅是油脂提取過程中的副產品，芝麻餅粕中主要成分除了蛋白質含量較高外，還有其他營養成分如纖維素、維生素類和木脂素類等物質[2]。高溫芝麻餅粕，由于芝麻經過高溫烘烤生香，芝麻蛋白發生變性，從而導致高溫芝麻餅粕中蛋白水解溶性差，影響其后續加工利用[3]，低溫冷榨芝麻制油工藝所得芝麻餅盡可能多地保留芝麻蛋白的營養成分而具有較高的營養價值[4]。

近年來，冷榨芝麻油發展較快，餅粕仍普遍作為廉價飼料、肥料進行處理，利用率極低[5]，有少量研究餅粕應用于食品添加中，如：龔倩等[6]將芝麻餅粕添加于面條中，提高面條的營養，且制出的面條更有彈性；Gaipova等[7]將8%～10%的芝麻餅粕添加在蛋黃醬配方中以改善蛋黃醬的感官特性，延長蛋黃醬的保質期；Prakash等[8]將芝麻餅粕添加在餅干中以提高餅干的營養和功能特性。這些研究表明芝麻餅粕應用于產品開發的可行性。我國的芝麻產品有很大的發展空間，除了對傳統芝麻產品的需求外，對相關的休閑食品和深加工產品的需求也會持續增長[9]。

試驗以低溫脫脂芝麻粉為主要原料，使用模糊數學感官評價方法，弱化主觀因素對感官評價的影響，得到科學和客觀的評價結果[10]，結合D-最優混料設計，優化芝麻巧克力棒，為低溫芝麻餅粕的開發利用提供更多參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

芝麻（平輿康博匯鑫油脂有限公司）；麥芽糖醇液（裕和食品配料有限公司）；巧克力（天津宜濃食品有限公司）；奇亞籽（五常市彩橋米業有限公司）；葵花籽（市售）。

碘化鉀、濃硫酸、凱式定氮法催化劑片、95%乙醇、冰乙酸、氫氧化鈉、酚酞、異丙醇、可溶性淀粉、重鉻酸鉀、石油醚（沸程30～60 ℃）、無水乙醚、三氯甲烷、硫代硫酸鈉（均為分析純）。

1.2 儀器與設備

CA59G型冷榨機（MONFORTS公司）；DFY-1000型搖擺式高速萬能粉碎機（溫嶺市林大機械有限公司）；能量棒模具（市售）；酸、堿式滴定管；HH-4型恒溫水浴鍋（安徽海鑫科技）；TMS-Pro型質構儀（美國FTC公司）；XS205型電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；DHG-9070S型電熱恒溫干燥箱（上海海恒機電儀表股份有限公司）；K-05型自動定氮儀（上海晟聲自動化分析儀器有限公司）；索氏脂肪提取裝置（蜀牛玻璃儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

脫脂芝麻粉→粉碎→配料（葵花籽、奇亞籽、麥芽糖醇液）→混合→切塊→整形→制包衣→倒入模具敷外皮→冷卻→成品

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 制粉

選用冷榨芝麻餅粕，粉碎、過篩（粉細度0.250 mm），備用。

1.3.2.2 配料將芝麻粉與葵花籽（烤箱烘烤，上下火180 ℃、15 min，烤至表面微黃，有烤熟葵花籽特有香味）、奇亞籽按照比例均勻混合，再倒入相應比例的麥芽糖醇液進行二次混合，以保證各物料分布均勻，表面光滑，富有彈性。

1.3.2.3 制芯

將制好的芝麻粉團切成等質量的塊，整形并將其置于烤箱烘烤（上下火160 ℃、5 min），除去多余水分。

1.3.2.4 制包衣

巧克力隔水融化，于模具底部鋪層，將芝麻芯放入，將巧克力澆入模具中。

1.3.2.5 冷卻成型

于4 ℃冷藏40 min，脫模，包裝，即得成品。

1.3.3 感官評價方法

挑選8名專業感官評價人員，按照表1的評分標準進行評價。

表1 感官評價標準

1.3.4 單因素試驗

固定麥芽糖醇添加量26%、脫脂芝麻粉添加量35%、巧克力添加量32%、葵花籽添加量6%、奇亞籽添加量3%。分別考察黑芝麻粉添加量（31%，33%，35%，37%和39%）、麥芽糖醇添加量（22%，24%，26%，28%和30%）、巧克力添加量（28%，30%，32%，34%和36%）、葵花籽添加量（2%，4%，6%，8%和10%）、奇亞籽添加量（1%，2%，3%，4%和5%）對芝麻巧克力棒感官評分的影響。

1.3.5 混料試驗設計

通過Design Expert 8.0.6軟件選取最優D-optional方法進行混料試驗設計[11]。以脫脂芝麻粉、麥芽糖醇、巧克力、葵花籽、奇亞籽的添加量為自變量，以綜合感官評分為響應值。根據單因素的結果設定A脫脂芝麻粉添加量35%～39%，B麥芽糖醇添加量24%～28%，C巧克力添加量30%～34%，D葵花籽添加量6%～8%，E奇亞籽添加量1%～4%，其中A+B+C+D+E=100%。利用軟件設計試驗組合，建立回歸方程，對配方進行優化分析，得到最優方案，并進行驗證。

1.3.6 模糊感官評價

試驗中，設定感官評定評價因素集為R={R1，R2，R3，R4}[12]，R1代表形態色澤，R2代表組織狀態，R3代表風味，R4代表口感。采用強制決定權重法確定指標權重，X={X1，X2，X3，X4}={0.2，0.2，0.3，0.3}，將芝麻巧克力棒分為4個等級，評價等級集V={優，良，中，差}，分別對應分數為V={90，80，70，60}。8名感官評定人員根據表1的評判標準分別對25組樣品進行評價，各評語等級次數除以8即為各因素對4項評語等級的隸屬度，得到的隸屬度矩陣即構成模糊評定矩陣R[13]，該矩陣R與權重集X合成模糊感官評定結果向量Y，即Y=X×R[14]。

1.3.7 理化指標的檢測

1.3.7.1 總熱值測定

根據ISO 9831—1998《動物飼料、動物產品和糞便或尿液 總熱值的測定 彈式量熱計法》對芝麻巧克力棒的總熱值進行測定。

1.3.7.2 水分測定

根據GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》對芝麻巧克力棒的水分進行測定。

1.3.7.3 總灰分測定

根據GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》對芝麻巧克力棒的總灰分進行測定。

1.3.7.4 蛋白質測定

根據GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》對芝麻巧克力棒的芝麻巧克力棒含量進行測定。

1.3.7.5 脂肪測定

根據GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》對芝麻巧克力棒的脂肪含量進行測定。

1.3.7.6 鈉測定

根據GB 5009.91—2017《食品安全國家標準 食品中鈉、鉀的測定》對芝麻巧克力棒的鈉含量進行測定。

1.3.7.7 酸價和過氧化值測定

根據GB 5009.229—2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》對芝麻巧克力棒的酸價進行測定；根據GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》對芝麻巧克力棒的過氧化值進行測定。

1.3.7.8 微生物檢測

根據GB 4789.15—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數》對芝麻巧克力棒的霉菌總數進行檢測；根據GB 4789.38—2012《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸埃希氏菌計數》對芝麻巧克力棒的大腸埃希菌進行檢測。

1.3.8 芝麻巧克力棒的貨架期預測

試驗主要采用ALST法中的Arrhenius模型探究溫度對芝麻巧克力棒中油脂穩定性的影響，芝麻巧克力棒采用聚乙烯包裝袋封裝，分別置于30，40和50 ℃條件，每隔5 d測定其酸價。

Arrhenius公式轉化式見式（1）。

式中：k為反應速率常數；k0為方程指前因子；Ea為活化能，kJ/mol；R為氣體常數，8.314 44 J/（mol·K）；T為熱力學溫度，K[15]。

油脂氧化的貨架壽命公式見式（2）。

式中：S為貨架期模型的預測值，d；A為貨架期終點時的過氧化值或者酸價值；A0為初期過氧化值或者酸價值[16]。

1.3.9 數據處理與分析

采用Excel軟件和IBM SPSS Statistics 26.0軟件進行數據處理分析，采用Origin繪圖軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 脫脂芝麻粉添加量對感官評分的影響

脫脂芝麻粉的添加量會直接影響芝麻巧克力棒的成型狀態、風味及口感。由圖1可知，脫脂芝麻粉添加量對感官評分的影響呈先上升后下降的趨勢，添加量低于35%時，芝麻巧克力棒的芝麻風味不突出，脫脂芝麻粉添加量高于39%時，產品口感不佳，因此脫脂芝麻粉添加量選擇35%～39%。

圖1 脫脂芝麻粉添加量對感官評分的影響

2.1.2 麥芽糖醇添加量對感官評分的影響

從圖2結果可看出，麥芽糖醇添加量增加后，感官評分也呈上升趨勢。當麥芽糖醇添加量低于24%時，甜味過淡，且產品夾心的結構松散，麥芽糖醇添加量高于28%時，芝麻巧克力棒夾心過軟、過甜，故麥芽糖醇添加量選擇24%～28%。

圖2 麥芽糖醇添加量對感官評分的影響

2.1.3 巧克力添加量對感官評分的影響

巧克力滋味口感獨特，富含多種營養素且具有調節心情、舒緩壓力、抗氧化、抗癌等功效，是世界上最受歡迎的零食之一[17]。由圖3可知，巧克力添加量34%時，芝麻巧克力棒的感官評分最高。添加量低于30%時，巧克力包衣不能完全覆蓋，影響口感及觀感，添加量高于34%時，巧克力風味過于突出，掩蓋了芝麻的風味。因此巧克力添加量選擇30%～34%。

圖3 巧克力添加量對感官評分的影響

2.1.4 葵花籽添加量對感官評分的影響

葵花籽中富含多種生物活性物質，如綠原酸、亞油酸、甾醇、維生素、微量元素等[18]。由圖4可看出，芝麻巧克力棒的感官評分隨葵花籽添加量的增大而先升高后下降?？ㄗ烟砑恿康陀?%時，葵花籽的風味較淡，葵花籽添加量高于8%時，葵花籽顆粒過多，增加咀嚼次數，且降低黑芝麻的風味，感官評分呈下降趨勢。因此葵花籽添加量選擇6%～8%。

圖4 葵花籽添加量對感官評分的影響

2.1.5 奇亞籽添加量對感官評分的影響

奇亞籽含有脂肪酸、酚酸、黃酮類等活性成分，還含有蛋白質、維生素、膳食纖維等營養成分，且具有調節血脂、血糖、血壓及抗氧化等藥理活性[19]。如圖5所示，奇亞籽添加量高于4%時，芝麻巧克力棒口感較為粗糙，感官評分較低，故奇亞籽添加量選擇1%～4%。

圖5 奇亞籽添加量對感官評分的影響

2.2 混料試驗中模糊感官評價結果

由評定人員對混料試驗25組試驗分別進行評定，評價結果如表2所示，而后進行分析。

表2 模糊感官評價矩陣

由表2可知，感官評價小組中有6位成員認為樣品1色澤為優，1位成員認為樣品1色澤為良，1位成員認為樣品1色澤為中，0位認為樣品色澤為差。所以R色澤=（0.75，0.125，0.125，0），同理可得R組織狀態=（0.875，0.125，0，0），R風味=（0.625，0.125，0.125，0.125），R口感=（0.5，0.375，0.125，0）。將指標轉

根據模糊變化原理Y=X×R，可獲得樣品1評價結果：Y1=X×R1=（0.2，0.2，0.3，0.3）×

模糊評價綜合得分S=Y×K。

由Y1=|0.662 5 0.2 0.1 0.037 5|，評價集K1=90，K2=80，K3=70，K4=60，得到樣品1的綜合評價得分S1=84.875。同理，可計算出S2～S25的感官得分。

2.3 混料試驗結果

2.3.1 模型及回歸方程的建立

D-最優混料設計是假定響應只與各成分在配方中所占比例有關而與總量無關的一類設計[20]，被廣泛應用于醫藥、食品等多個領域，非常適合食品中配方的優化設計。

在單因素基礎上，通過Design-Expert 8.0.6軟件，芝麻巧克力棒的混料試驗共設計25組，設計與評分結果如表3所示。用軟件對混料優化試驗結果進行擬合，見表4，獲得感官評分（Y）與脫脂芝麻粉添加量（A）、麥芽糖醇添加量（B）、巧克力添加量（C）、葵花籽添加量（D）、奇亞籽添加量（E）的回歸方程為：Y=84.5A+81.71B+86.39C+83.01D+77.36E-5.20AB-8.92AC-18.91AD+2.3AE-1.53BC+10.28BD+11.86BE-7.73CD+10.42CE+4.79DE。

表3 試驗設計方案及結果

表4 芝麻巧克力棒回歸方程的方差模型分析表

2.3.2 模型顯著性分析

如表4所示，對模型進行回歸與方差分析，可知該模型回歸顯著（P＜0.01），同時多元相關系數R2=0.947 8，失擬項不顯著（P=0.434 3＞0.05），說明該模型與試驗情況擬合較好，自變量與響應值之間的線性關系顯著[21]。表明該模型方程擬合的指標和配方比例的關系是比較貼合的，能夠很好地表現考察指標與復配比例之間的關系，可通過該模型反映芝麻巧克力棒的綜合分值情況[22]。

2.3.3 混料試驗結果三元曲面圖

根據D-最優混料設計結果和回歸方程繪制脫脂芝麻粉、麥芽糖醇、脫脂芝麻粉、巧克力交互因子的響應面和三元等值線圖。如圖6所示，響應面圖呈曲面，說明5個原料之間存在一定交互作用，當麥芽糖醇（B）或巧克力（C）占有較大比例且固定不變時，感官評分隨著脫脂芝麻粉（A）的增加而持續減??；當脫脂芝麻粉（A）或巧克力（C）占有較大比例且固定不變時，感官評分隨著麥芽糖醇（B）的增加而持續減??；當脫脂芝麻粉（A）或麥芽糖醇（B）占有較大比例且固定不變時，感官評分隨著巧克力（C）的增加而增加。當脫脂芝麻粉（A）、麥芽糖醇（B）、巧克力（C）、葵花籽（D）、奇亞籽（E）取適宜比例時，其對芝麻巧克力棒的感官評分有極大值，該極大值存在響應面頂端。

圖6 脫脂芝麻粉、麥芽糖醇、巧克力對感官評分影響的3D圖及等高線圖

2.3.4 優化配方驗證試驗

通過Design-Expert 8.0.6軟件分析，對回歸模型進行預測，得到芝麻巧克力棒的最優組合：脫脂芝麻粉添加量39%、麥芽糖醇添加量24%、巧克力添加量30%、葵花籽添加量6%、奇亞籽添加量1%。在該方案下，模型預測芝麻巧克力棒的感官評分最大，為84.57分。按表5進行3次驗證試驗，最終芝麻巧克力棒的驗證試驗感官評價結果為84.13±0.63分，與預測值較吻合，說明模型所得優化條件可靠[23]。

表5 驗證試驗結果感官得分 單位：分

2.4 理化指標檢測結果分析

對優化后的芝麻巧克力棒各項理化指標和微生物指標進行檢測，結果如表6所示。參考NY/T 1509—2017《綠色食品 芝麻及其制品》中芝麻糊的標準，芝麻巧克力棒各項理化指標均符合或優于國家標準要求，表明該配方可適用于商業化生產要求。

表6 芝麻巧克力棒理化及微生物指標

2.5 貨架期確定

2.5.1 酸價及過氧化值指標的變化

酸值反映油脂的酸敗程度，過氧化值是油脂酸敗的早期指標，兩者是評價油脂質量的重要指標[24]。由圖7可知，酸價隨著貯藏溫度上升而快速上升，且溫度越高，上升速率越快。由圖8可知，在不同儲藏溫度下，過氧化值的變化呈現先緩慢上升后下降再上升趨勢，這可能是由于高溫下過氧化物形成的速率高于分解速率，其平衡傾向于過氧化物的積累，超過一定時間后過氧化物分解速率加快導致過氧化值的降低[25]。

圖7 不同溫度加速條件產品酸價的變化

圖8 不同溫度加速條件產品過氧化值的變化

2.5.2 貨架期模型建立一級動力學模型能夠準確反映油炸產品在貯藏中油脂氧化過程[26]。如表7所示，將圖7的酸價對數ln(AV)與時間t進行回歸線性擬合，可以得到不同貯藏溫度下的方程?；貧w方程R2＞0.9，說明擬合的效果較好。根據GB/T 8233—2008《芝麻油》，酸價上限值為4 mg/g，求得在初始酸價1.18 mg/g時，芝麻巧克力棒在30，40和50 ℃條件下分別可儲存172，180和186 d，室溫（25 ℃）條件下理論貨架期為256 d。

表7 加速條件下的產品氧化速率擬合方程及貨架壽命

3 結論

通過模糊數學綜合評定法及D-最優混料設計最終確定芝麻巧克力棒的最優配方：脫脂芝麻粉添加量39%、麥芽糖醇添加量24%、巧克力添加量30%、葵花籽添加量6%、奇亞籽添加量1%。在此條件下，芝麻能量棒感官評分為84.13±0.63分。各項理化指標均符合或優于國家標準要求，展現出良好的理化性質。另外，利用Arrhenius公式預測出芝麻巧克力餅干在常溫下的貨架期為256 d，說明產品的貨架期時長可觀。試驗為芝麻休閑食品的開發提供科學依據，同時為低溫芝麻餅粕的開發及利用提供新方向。