D-最优混料设计甜茶无蔗糖抗氧化性酥性饼干

欧小春，胡国权，韦世菊，吴国勇，王小明，陈碧

广西科技师范学院食品与生化工程学院（来宾 546199）

葛根是一种食药同源的食材，含有丰富的氨基酸、矿物质、多糖、黄酮类化合物等有效成分，其中葛根素和多糖具有降血脂、降血糖、降血压等作用[1-3]。南瓜中含有多糖、氨基酸、多种维生素、多种微量元素、可溶性膳食纤维等成分，营养价值高，同时具有抗氧化、降血糖、降血脂等功效[4-6]。

甜茶属蔷薇科是广西地区常见的甜味植物，含有丰富的有效活性成分，如多酚类、黄酮类、二萜和多种微量元素等[7-8]。其中，甜茶素的甜度约为蔗糖甜度的300倍[9]，是一种低热值、甜度高、食用极为安全的天然甜味剂，具有降血压、降血糖、促进形成代谢等作用；甜茶多酚是高效的抗氧化剂，具有降血压和降血糖作用[7-10]，甜茶成分还会提高烘焙食品抗氧性和抑菌效果，有效延长货架期[12-14]。

试验以葛根粉、南瓜粉代替部分面粉，通过D-最优混料设计试验对葛根粉、南瓜粉和低筋粉的比例进行优化，采用甜茶提取液代替蔗糖为甜味剂，探讨甜茶添加量、黄油添加量、烘焙时间、烘焙温度对饼干的感官品质和质构特性的影响，并采用正交试验优化制作工艺，以期为开发无蔗糖抗氧化饼干提供理论和技术支撑，同时可满足“三高”人群及其市场对新型烘焙功能性饼干的需求。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

葛根、南瓜、泡打粉、玉米油、盐鸡蛋、低筋小麦粉：均为市售；甜茶叶，采摘于广西金秀瑶族自治县莲花山。

2,4,6-三吡啶基三嗪（TPTZ）、福林酚（1 mol/L），上海源叶生物试剂有限公司；没食子酸（纯度≥95%）、芦丁标准品（纯度≥95%）、DPPH、硝酸铝、亚硝酸钠、维生素C（VC）等，均为分析纯，阿拉丁试剂网。

1.1.2 仪器与设备

TA.XTC-18质构仪（上海保圣实业发展有限公司）；UV-2600紫外可见分光光度仪（岛津企业管理有限公司）；HTD-60电热烘炉（广州白云区宏泰烘焙设备厂）；GZX-GF101-3电热恒温鼓风干燥箱（上海跃进医疗器械有限公司）；等。

1.2 试验方法

1.2.1 基本配方和制作流程

基本配方：葛根粉40 g、南瓜粉40 g、低筋面粉20 g、黄油30 g、鸡蛋全液14 g、小苏打0.6 g、食用盐0.6 g、奶粉4.0 g、甜茶4.0 g。采用浸提法提取[15]，提取液浓缩至20 mL，工艺流程图制作如下：

1.2.2 饼干配方的混料试验设计

根据预试验得到葛根粉、低筋粉和南瓜粉的范围，将三种原材料在总成分中的比例分别记为X1、X2、X3，根据预试验和文献资料[16-17]，确定3种原材料所占比例的限制条件：葛根粉（X1）百分比质量限定30%～50%，南瓜粉（X2）百分比质量限定30%～50%，低筋粉（X3）百分比质量限定5%～20%，其中X1+X2+X3=100%，采用辅助软件Design-Expert 8.0.6中的D-最优混料试验（D-optimal）设计，以饼干感官评分为评价指标。

1.2.3 制作工艺单因素试验及正交试验设计

在确定葛根粉、南瓜粉和底筋粉混料配比条件下，以100 g混料为基础，考察甜茶添加量、黄油添加量、烘焙时间和烘焙温度对饼干品质的影响，对其进行感官评价和质构测定。

在单因素试验的基础上，选取甜茶添加量（A）、黄油添加量（B）、烘焙时间（C）、烘焙温度（D）为主要因素进行四因素三水平正交试验，各因素对应的水平为A（2.0，3.0和4.0 g）、B（20，25和30 g）、C（21，23和25 min）、D（175，185和195 ℃）。

1.2.4 饼干品质指标的测定

1.2.4.1 感官评价方法

遴选8位有一定经验和专业知识的人员组成感官评分小组，依据GB/T 10220—2012感官分析方法学总论进行感官评定。感官评分标准参考GB 7100—2015和文献[18-20]，并根据本产品特性做适当调整，评分标准见表1。

1.2.4.2 质构测定方法

将待测饼干样品摆盘分组标记备用，测定其硬度、弹性和咀嚼性。测定条件：质构仪探头选用TA/5型号，采用TAP模式测定，测试类型下压，目标模式形变，目标数值30%，测定时间5 s，测试前速度2.00 mm/s，测试中速度1.00 mm/s，测试后速度2.00 mm/s，触发值5 g[21]。每组样品测试3次，取平均值。

表1 饼干产品的感官评定标准

1.3 饼干产品抗氧化指标检测方法

总酚含量的测定：Folin-Ciocalteau法[22]，结果以没食子酸当量表示（mg没食子酸/100 g饼干干物质）；总黄酮含量的测定参考亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠比色法，结果以芦丁当量表示（mg芦丁/100 g饼干干物质）；抗氧化能力测定参考Kim等[23]报道的DPPH自由基清除能力的测定试验方法；总抗氧化能力采用铁离子还原/抗氧化力测定法测定[24]，以VC的质量（mg）为横坐标，吸光度为纵坐标，得到VC标准曲线y=19.878x+0.002 7，R2=0.998 4，结果以VC当量表示（mg VC/100 g饼干干物质）。

1.4 数据统计与处理

采用Design-Expert 8.0.6对试验进行设计，单组别试验重复3次，通过SPSS 19.0软件的Duncan法进行数据分析，试验结果表示为±s，p＜0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 D-最优混料设计试验结果

2.1.1 模型及回归方程的建立

使用统计分析软件Design-Expert 8.0.6进行数据分析，试验设计方案及结果如表2所示。选用分析模型Cubic回归方程分析法分析[16]，得到感官评分（Y）与混料葛根粉（X1）、南瓜粉（X2）、低筋粉（X3）的预测回归方程：

Y=63.07X1+76.11X2+49.17X3+36.42X1X2+53.88X1X3+14.41X2X3-59.02X1X2X3-68.07X1X2（X1-X2）-30.90X1X3（X1-X3）-36.89X2X3（X2-X3）

表2 D-最优混料设计表及结果

2.1.2 模型显著分析

对回归模型进行方差分析，结果如表3所示。模型p=0.000 4＜0.001，说明该回归模型达到高度显著水平，葛根粉、南瓜粉和低筋粉具有极其显著的交互作用。失拟项p=0.194 4＞0.05，说明该试验结果与数学模型拟合良好，此外响应值的相关系数R2=0.975 3，校正相关系数R2Adj=0.938 3，表明模型方程能很好地拟合感官评价分与饼干混料粉配方比例关系。

表3 回归方程的方差分析

葛根粉（X1）、南瓜粉（X2）、低筋粉（X3）3个因素交互作用的三元等高线图及曲面3D图如图2所示。三角响应曲面图为一曲面，说明三者存在一定交互作用；图形呈一定的拱形状，说明在混合原料中三者对饼干的感官评价都起着显著影响[16-17]，当葛根粉、南瓜粉和低筋粉取适宜比例时，其对饼干的感官评价有极大值，该极大值存在于响应面的顶端。通过Design-Expert 8.0.6软件优化出的饼干最佳配方为葛根粉42.331%、南瓜粉37.669%、低筋粉20.00%，此时感官评分预测值为83.50分。按上述优化的混料配方进行3次验证试验，制得的饼干感官评分实际值为82.75分，与软件给出的理论值83.50分相接近，表明经混料设计建立的回归模型可行。

图1 3种配料比交互作用对感官评价影响的等高线图及3D效应曲面图

2.2 制作工艺单因素试验结果

2.2.1 甜茶添加量对饼干品质的影响

甜茶添加量对饼干品质影响见表4。随着甜茶添加量的增加，饼干的硬度、咀嚼性逐渐降低，弹性逐渐降低，感官评分先增加后降低，这是由于甜茶中的茶多酚的酚羟基破坏面筋蛋白中二硫键，使其面筋强度减弱，导致饼干的硬度和咀嚼降低[25]；同时添加甜茶会使饼干的色值、口感发生变化，当甜茶含量过低时茶味不明显，感官评分偏低；随着甜茶添加量逐渐增多，感官评分逐渐升高，当甜茶添加量超过3.0 g时，饼干中的茶味过浓且苦涩味增重，主要因为茶叶中含有儿茶素、咖啡碱等苦涩味物质，添加量过多会使饼干苦涩感较重[26]，导致感官评分降低。根据试验结果，确定甜茶的添加量为3.0 g。

2.2.2 黄油加量对饼干品质的影响

由表5可知，当黄油添加量从10 g增加到35 g时，饼干的硬度和咀嚼性降低，弹性和感官评分先升高后降低；这是由于黄油经搅拌处理后能包裹住空气，在烘焙时空气受热，体积膨胀使饼干具有良好的弹性和酥软性[28]。当黄油添加量增加到30 g时，感官评分呈降低趋势，这是由于油脂具有疏水作用，减少面筋的形成导致样品油腻成型困难[29]，同时黄油添加量过多掩盖南瓜和茶特有风味，口感油腻且油脂过多，降低饼干的营养保健价值，因而确定黄油添加量为25 g。

2.2.3 烘烤时间对饼干品质的影响

由表6可知，在17 min时感官评分最低，这是由于烘焙时间不足，饼干内部夹生，水分含量过大，质地松软粘牙。随着烘焙时间的增长，感官评分随之提高，在23 min时感官评分达到最高，口感最为酥脆可口。当时间大于23 min时，感官评分逐渐降低，饼干烘焙时间过久，导致饼干质地过硬、色泽过深并呈现焦黑色，口感变硬。根据质构数据可知，随着烘焙时间的增加，饼干中的水分减少，硬度逐渐升高，弹性、咀嚼性先升高后降低。综合质构数据以及感官评分结果，最佳烘焙时间为23 min。

表4 甜茶添加量对饼干品质的影响

表5 黄油添加量对饼干品质的影响

表6 烘焙时间对饼干品质的影响

2.2.4 烘烤温度对饼干品质的影响

由表7可知，随着温度的升高，饼干的硬度和咀嚼性先升高后降低，这是因为当烘焙温度过低时，饼干内部水分没有完全挥发，质地柔软，口感粘牙，影响饼干品质，随着烘焙温度增大时，饼干内部水分，饼干的硬度和弹性增加，感官评分随之提高，在185 ℃时感官评分达到最高。当烘焙温度大于185 ℃时，感官评分逐渐降低，这是由于温度过高会使饼干表面发生碳化而内部水分不易蒸发造成饼干内外水分不一致，造成饼干易断裂、色泽过深、过焦等不良现象[30]。综合质构数据以及感官评分结果，最佳烘焙温度为185 ℃。

表7 烘焙温度对饼干品质的影响

2.3 正交试验结果与分析

在单因素试验基础上，选取甜茶添加量（A）、黄油添加量（B）、烘焙时间（C）、烘焙上火温度（D）四个因素进行L9(34)进行正交试验[20-21]，确定饼干的最佳配方和工艺，试验结果分析见表8。

由表8可知，影响饼干品质的各因素主次顺序为烘焙温度（D）＞甜茶添加量（A）＞烘焙时间（C）＞黄油添加量（B）。正交试验中不同配方工艺组合，饼干的硬度、弹性和咀嚼性数据存在不同的差异，但基本表现出与感官评价结果一致，最优组合为D2A2C1B2，即烘焙温度为185 ℃、甜茶添加量为3.0 g、烘焙时间为21 min、黄油添加量为25 g。采用最优组合验证，制作的甜茶无蔗糖饼干感官评分为88.38分，硬度为2 936.122 g，弹性为0.761，咀嚼性为697.101 g；普通饼干感官评分为82.50分，硬度为3 506.049 g，弹性为0.675，咀嚼性为746.051 g。甜茶无蔗糖饼干在硬度、咀嚼性均低于普通饼干，口感更加酥脆可口，饼干品质更佳。

表8 饼干正交试验结果分析表

2.4 产品评价及抗氧化活性分析

按照最佳配方制作甜茶无蔗糖抗氧化饼干，同时按配方低筋粉100 g、黄油25 g、白砂糖33 g、鸡蛋液14 g、水20 g、小苏打0.6 g、食用盐0.6 g、奶粉4 g制作普通饼干，将这两种产品进行总酚、总黄酮和抗氧化分析。无蔗糖抗氧化饼干总酚、总黄酮含量分别为737.28 mg/100 g和427.99 mg/100 g，比普通饼干的总酚和总黄酮分别高596.45 mg/100 g和310.49 mg/100 g，无蔗糖抗氧化饼干中的总酚和总黄酮含量有助于增强其抗氧化能力，经测定其DPPH自由基清除率和总抗氧化能力分别86.24%和480.44 mg/100 g，这是由于葛根含有丰富葛根素[1-3]、南瓜含有丰富多糖和β-胡萝卜素[6]、甜茶含有丰富的茶多酚[10]等活性成分，有效提高了甜茶无蔗糖饼干的抗氧化能力。

3 结论

通过D-混料设计和正交设计试验，确定甜茶无蔗糖抗氧化酥性饼干的最优配方及制作工艺：确定其最佳制作工艺：甜茶添加量3.0 g，黄油添加量25 g，烘焙时间21 min，烘焙温度185 ℃。此配方制作工艺的饼干感官评分为88.38分，硬度为2 936.122 g，弹性为0.761，咀嚼性为697.101 g。该产品口感细腻，茶香和南瓜香气浓郁，同时该产品以甜茶中的甜茶素作为甜味剂不含蔗糖，经过烘烤后成品中仍保留大量黄酮类和总酚物质，其总抗氧化能力为480.44 mg/100 g，具有较高营养价值及一定的保健功效，尤其适合“三高”人群的需求。