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1、响应面分析在荞麦玛咖饼干研制中的应用王德静，李磊（河南商业高等专科学校 食品系，河南 郑州 450044）摘要：以新资源食品玛咖粉和荞麦为主要原料，在单因素分析的基础上，通过对玛咖荞麦饼干生产配方进行 4 因素（荞麦粉、玛咖粉、白砂糖和脱脂奶粉）3 水平的响应面试验设计，以饼干的感官评定结果，通过 Design expert 软件进行响应面优化。试验结果表明：荞麦粉添加量为 26.40%，玛咖粉添加量为 2.63%，白砂糖添加量为 22.12%，脱脂奶粉添加量为 5.49%，在此条件下，荞麦玛咖饼干的感官分析评分为 85.77。关键词：响应面分析；玛咖；饼干研制Study on Optimiz
2、ation of Buckwheat Maca Biscuit by Using Response Surface AnalysisWANG De-jing，LI Lei（Department of Food，Henan Business College，Zhengzhou 450044，Henan，China）Abstract：To optimize the processing of buckwheat maca biscuit，based on single-factor tests the responsesurface methodology was adopted with thr
3、ee levels and four factors that are buckwheat，maca，white sugar andskimmed milk powderThe result of the Sensory evaluation score was used as the data for the response surfacemethodologyDesign expert was used to optimize the response surfaceThe result of the experiments demonstratesthat：buckwheat cont
4、ent 26.40%，maca content 2.63%，white sugar content 22.12%，skimmed milk powder5.49%.Under these conditions，the sensory analysis score of buckwheat maca biscuits was 85.77.Key words：response surface methodology；maca；development of biscuits作者简介：王德静（1968），男（汉），教授，硕士，研究方向：食品新产品开发。食品研究与开发Food Research And
5、Development2013 年 6 月第 34 卷第 11 期食品研发DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.11.007响应面分析法（Response Surface Methodology，RSM）是由 Box1等于 20 世纪 50 年代提出的一种统计方法，用于确定各因素及其交互作用在加工过程中对非独立变量的影响，精确地表述因素和响应值之间的关系，是一种优化反应条件和加工工艺参数的有效方法，已经广泛应用于化学化工、生物工程、食品工程等方面。感官评价是一门用于指定、测量、分析和说明人类通过视觉、嗅觉、味觉、触觉和听觉而感知的感觉到科学2。通过响应面分析并把感
6、官评价的综合得分作为响应面分析的指标，可以更好地优化工艺条件，确定最佳的工艺配方，以获得感官品质佳、节约生产成本的食品3。玛咖（maca）植物学名为 Lepidium.meyenii Walp，属于十字花科植物玛咖独行菜，原产于秘鲁中部基宁（Junin）及帕斯科（Pasco）附近 4 000 m 以上的安第斯山区，为一年生栽培植物或野生植物。玛咖植株具有莲座状的叶片，叶丛形成垫子状，贴着地面生长，主根和下胚轴膨大成为地下部分，形状像萝卜或蔓菁，外皮颜色呈紫色、奶油色或黄色，食用部位为胚轴和主根膨胀形成的肉质贮藏根。玛咖中蛋白质、粗纤维、钙、铁、锌、VC等成分的含量较高4-5，具有增强人体免疫力
7、、缓解体力疲劳6-7、改善记忆、治疗前列腺炎、提高男性性功能、抗氧化作用8-9，具有较高的营养价值。2008 年在我国云南引种成功。荞麦是一种营养和药用价值都很高的小宗粮食作物，蛋白含量高达 12%、膳食纤维含量为 1.3%，同时含有多种人体必需氨基酸、微量元素和维生素。苦荞含有其他粮谷不具有的芦丁，是苦荞麦中黄酮类物质的主要成分之一，有扩张冠状血管和降低血管脆性的作用，在降低血胆固醇、防治心脑血管疾病及高血脂症等方面有较好的效果10，以荞麦面为原料已有多种保健饼干得以开发11-14。国外玛咖相关食品非常多，主要有玛咖咖啡、玛咖饼干和玛咖饮料等。本实验利用新资源食品玛咖和杂25粮荞麦作为饼干的
8、主要原料，以饼干的感官分析结果作为响应面分析的指标进行响应面分析，从而确定荞麦玛咖饼干的最佳工艺配方。1材料与方法1.1材料与设备玛咖粉：沈阳伊人宝生化制品有限公司；荞麦粉：州市南阳路市场（产自内蒙古）；小麦粉：郑州金苑面业有限公司；脱脂奶粉：黑龙江完达山乳业；白砂糖：郑州市二七区喜红食品厂；食用盐：河南省盐业总公司；小苏打：郑州新源食品添加剂有限公司。和面机：河南东方食品机械设备有限公司；烤箱（远红外电热食品烤炉）：广东多丽食品机械有限公司。1.2基本配方11，15小麦粉100g，荞麦粉 25g，玛咖粉 3g，脱脂奶粉 5g，白砂糖 25 g，盐 1 g，小苏打 1 g。1.3工艺流程配料预
9、混面团调制静置辊轧成形烘烤冷却包装成品1.4试验方法1.4.1饼干感官评价对饼干品质进行感官评定。评定时由10名有感官评定经验的专业技术人员组成评定小组，在感官品质评定室内进行，按规定的评分标准对产品的感官品质进行综合评价，满分为 100 分，取其平均值为最终结果。1.4.2单因素试验荞麦粉添加量（20%、22.5%、25%、27.5%、30%），对玛咖粉添加量（2%、2.5%、3%、3.5%、4%），对白砂糖添加量（20%、22.5%、25%、27.5%、30%），对脱脂奶粉添加量（3%、4%、5%、6%、7%）分别取 5 个水平，其他原料的使用量固定，分别分析荞麦粉添加量、玛咖粉添加量和白
10、砂糖添加量三个因素单独对饼干的感官评价影响，做 2 次重复试验，并通过 10 为评委综合评定打分。1.4.3响应面实验在单因素试验结果基础上，采用中心组合试验Box-Behnken 设计方案，以荞麦粉添加量、玛咖粉添加量、白砂糖添加量、脱脂奶粉添加量，分别用 A、B、C、D来表示，并以+1、0、-1 分别代表变量的水平，试验因素与水平设计见表 2。2结果与分析2.1单因素试验2.1.1荞麦粉添加量荞麦蛋白质中醇溶蛋白含量较低，不具有面筋，不能单独与水形成面团。小麦面粉在加水过程能形成较好纤维状三维面筋网络，构成骨架结构，形成具有良好黏性、弹性和延展性的面团，还可掩蔽荞麦口感较差、颜色较深等不利
11、因素16。故荞麦粉添加量是影响饼干感官质量的第一首要因素。荞麦粉添加量对感官评分的影响见图 1。荞麦粉的添加量在 60%以上时面片质量较差，低于 30%时添加量对面片影响不大。从图 1 可知，当荞麦粉添加量达到 25%的时候，感官评分最高。表 1饼干的感官评价标准Table 1Sensory evaluation criteria of biscuits项目好一般差组织（15 分）1215内部结构细密均匀，片型整齐，由明显层次，无杂质911略有大孔，层次较清晰，组织较粗糙，稍有污点9质地僵硬，有杂质，发霉变质口感（30 分）2630酥松，食之爽口，味道纯正，不黏牙2125松软，食之略黏牙，或有
12、松软现象，荞麦味道较小21略硬涩，食之黏牙，有哈喇味外观（15 分）1215外观完整，厚薄基本均匀，花纹清晰，不收缩，不变形，不起泡911凹地面积不超过1/3，片形不平整，有一定的破碎9花纹不清晰，表面起泡，破碎较严重气味（20 分）1720香味浓，无异味1216香味略淡12香味淡，有异味色泽（20 分）1720呈棕黄色或金黄色，色泽基本均匀1216色泽不均匀，略带异色12色泽不均匀，呈黄褐色，有焦糊，过白现象，发花，有明显异色表 2饼干试验的因素与水平Table 2Factors and levels of Biscuits因素水平-10+1A：荞麦粉添加量/%202530B：玛咖粉添加量/
13、%234C：白砂糖添加量/%202530D：脱脂奶粉添加量/%357图 1荞麦粉添加量对感官评分的影响Fig.1Effects the buckwheat content on sensory evaluation score888786858483828180感官评分20.022.530.0荞麦粉添加量/%25.027.5王德静，等：响应面分析在荞麦玛咖饼干研制中的应用食品研发262.1.2玛咖粉添加量玛咖粉味微苦，玛咖粉添加量对感官评分的影响，见图 2。由图 2 可知，当玛咖添加量为 3%时感官评分最高，以每天食用 200 g 荞麦玛咖饼干来算，玛咖粉含量远远低于推荐食用量 25 g/d1
14、7。2.1.3白砂糖添加量糖在面团调制过程中起反水化作用，造成面筋形成程度降低，弹性减弱。糖的反水化作用不仅使面团容易操作，而且可防止饼干的收缩变形，使其外形美观，内部结构疏松。白砂糖添加量对感官评分的影响，见图 3。白砂糖添加量超过 20 时，在饼干焙烤过程中发生的焦糖化反应和美拉德反应，饼干色泽和口感都较好，甜味适当。但是当白砂糖添加量为 32 时，色泽偏深且口感太甜14。考虑上述综合因素，白砂糖添加量为22.5%左右即可。2.1.4脱脂奶粉添加量脱脂奶粉可以增加饼干的口感，脱脂奶粉添加量对感官评分的影响，见图 4。由表 4 可知，随着脱脂奶粉添加量的增加，饼干的感官评分增加。因此选择脱脂
15、奶粉选择 7%的添加量。2.2响应面试验结果与分析2.2.1试验结果按 1.4.3 因素与水平设计试验方案，试验结果见表 3。2.2.2模型的建立及其显著性检验利用 Design-Expert 软件对表 3 试验数据进行多元回归拟合，得到感官评分对荞麦粉添加量（A）、玛咖粉添加量（B）、白砂糖添加量（C）和脱脂奶粉添加量（D）的二元多次回归模型为：感官评分（Y）=87.33-1.47A+0.49B+0.54C-0.18D+0.100A B+0.11AC-0.027AD+0.080BC-0.025BD-0.055 CD-4.80A2-1.74 B2+0.012C2+0.18D2图 2玛咖粉添加量
16、对感官评分的影响Fig.2Effects the maca content on sensory evaluation score图 4脱脂奶粉添加量对感官评分的影响Fig.4Effects the Skimmed milk powder content on Sensoryevaluation score88.588.087.587.086.586.0感官评分3467脱脂奶粉添加量/%587.587.086.586.085.585.084.584.0感官评分2.02.53.04.0玛咖粉添加量/%3.5图 3白砂糖添加量对感官评分的影响Fig.3Effects the white sugar
17、 content on sensory evaluation score88.087.887.687.487.287.086.886.686.486.2感官评分20.022.525.030.0白砂糖添加量/%27.5表 3试验方案与试验结果Table 3Test designs and extraction results of biscuits实验编号ABCD感官评分11-10078.82-110082.83110079.8400-1-187.35001-188.4600-1187.07001187.98-100-184.39100-181.610-100183.911100181.1120
18、-1-1084.81301-1085.7140-11085.315011086.616-10-1083.21710-1080.118-101084.519101081.8200-10-185.121010-186.3220-10185.023010186.124000087.125000087.326000087.227000087.328000087.7291-10078.8王德静，等：响应面分析在荞麦玛咖饼干研制中的应用食品研发27对该模型进行显著性检验，结果见表 4，回归模型系数显著性检验结果见表 5。从该模型的方差分析（表 4）可见，模型的 F=188.24F0.01（14，4）=14
19、.2，P0.000 10.05），其校正决定系数（R2Adj）为 0.973 0，表明此模型拟合优度好，仅有约 2.7 的感官评分不能由此模型进行解释。可以用此模型来分析和预测荞麦玛咖饼干的感官评分。由表 5 回归模型系数显著性检验结果可知，模型的一次项 A、B、C 在 0.01 水平上非常显著，D 在 0.05水平上显著；二次项 A2、B2在水平上非常显著，C2和D2不显著；交互项都不太显著。2.2.3饼干配方的响应面分析与优化根据回归分析结果（表 4）作出相应曲面图，结果见图 5图 10。由图 5图 10 可知，AB 和 CD 之间交互作用显著，AD、AC、BC 和 BD 之间交互作用较小
20、。从图 5 可知，荞麦粉添加量对饼干感官评分影响最大。优化后的荞麦玛咖饼干配方为荞麦粉添加量为26.40%，玛咖粉添加量为 2.63%，白砂糖添加量为22.12%，脱脂奶粉添加量为 5.49%。在此条件下，荞麦玛咖饼干的感官分析评分为 85.77。表 4回归模型的方差分析结果Table 4Analysis of variance of quadratic polynomial model变异来源平方和自由度均方F 值p 值模型202.478 71414.462 76188.236 4 0.000 1残差1.075 662140.076 833失拟项0.909 942100.090 9942.1
21、96 3350.233 1纯误差0.165 7240.041 43总和203.554 328R=0.994 7 R2=0.989 4 R2adj=0.973 0系数项 回归系数自由度标准差95%置信下限95%置信上限p 值截距87.32610.123 96287.060 1387.591 87A-荞麦粉-1.4710.080 017-1.641 62-1.298 38 0.000 1B-玛咖粉0.491 66710.080 0170.320 0470.663 286 0.000 1C-白砂糖0.537 510.080 0170.365 880.709 12 0.000 1D-奶粉-0.175
22、8310.080 017-0.347 45-0.004 21 0.045 3AB0.110.138 594-0.197 250.397 254 0.482 5AC0.107 510.138594-0.189 750.404 754 0.450 9AD-0.027 510.138 594-0.324 750.269 754 0.845 6BC0.0810.138 594-0.217 250.377 254 0.573 0BD-0.02510.138 594-0.322 250.272 254 0.859 4CD-0.05510.138 594-0.352 250.242 254 0.697 5A
23、2-4.796 3310.108 835-5.029 76-4.562 91 0.000 1B2-1.736 3310.108 835-1.969 76-1.502 91 0.000 1C20.012 41710.108 835-0.221 010.245 845 0.910 8D20.184 91710.108 835-0.048 510.418 345 0.111 4表 5回归模型系数的显著性检验结果Table 5Result of significance test of regression coefficient图 6Y=f（A，C）的响应面Fig.6Response surface
24、 plot of Y=f（A，C）图 7Y=f（A，D）的响应面Fig.7Response surface plot of Y=f（A，D）78.7080.9583.2085.4587.7020.0022.5025.0027.5030.002.002.503.003.504.00A：荞麦粉添加量/%B：玛咖粉添加量/%感官评分808284868820.0022.5025.0027.5030.0020.0022.5025.0027.5030.00A：荞麦粉添加量/%C：白砂糖添加量/%感官评分图 5Y=f（A，B）的响应面Fig.5Response surface plot of Y=f（A，B
25、）81.00082.72584.45086.17587.90020.0022.5025.0027.5030.004.005.006.007.00A：荞麦粉添加量/%D：脱脂奶粉添加量/%感官评分王德静，等：响应面分析在荞麦玛咖饼干研制中的应用食品研发28图 9Y=f（D，B）的响应面Fig.9Response surface plot of Y=f（D，B）图 10Y=f（D，C）的响应面Fig.10Response surface plot of Y=f（D，C）图 8Y=f（B，C）的响应面Fig.8Response surface plot of Y=f（B，C）3结论由单因素试验可知，
26、优化的荞麦玛咖饼干配方为荞麦粉添加量 25%，对玛咖粉添加量 3%，对白砂糖添加量 22.5%，对脱脂奶粉添加量 7%。经响应面分析优化后，配方为荞麦粉添加量为 26.40%，玛咖粉添加量为 2.63%，白砂糖添加量为 22.12%，脱脂奶粉添加量为 5.49%。在此条件下，荞麦玛咖饼干的感官分析评分为 85.77，所得饼干的表面呈金黄色且色泽均匀；厚薄一致，外形完整，无变形和起泡现象，风味纯正，无苦味和异味，口感酥脆，无粗粒感，内部结构呈致密均匀的多孔性，层次分明。参考文献：1G E P BOX,D W BEHNKEN.Some New Three-Level Designs forthe
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