响应面分析在荞麦玛咖饼干研制中的应用

食品研发

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.11.007

食品研究与开发

ＦoodResearchAndDevelopment

２０13年6月第34卷第11期

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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Designexpert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

StudyonOptimizationofBuckwheatMacaBiscuitbyUsingResponseSurfaceAnalysis

WANGDe-jing，LILei

（DepartmentofFood，HenanBusinessCollege，Zhengzhou450044，Henan，China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Tooptimizetheprocessingofbuckwheatmacabiscuit，basedonsingle-factorteststheresponsesurfacemethodologywasadoptedwiththreelevelsandfourfactorsthatarebuckwheat，maca，whitesugarandskimmedmilkpowder．TheresultoftheSensoryevaluationscorewasusedasthedatafortheresponsesurfacemethodology．Designexpertwasusedtooptimizetheresponsesurface．Theresultoftheexperimentsdemonstratesthat：buckwheatcontent26.40%，macacontent2.63%，whitesugarcontent22.12%，skimmedmilkpowder5.49%.Undertheseconditions，thesensoryanalysisscoreofbuckwheatmacabiscuitswas85.77.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：responsesurfacemethodology；maca；developmentofbiscuits

ResponseSurfaceMethodology，响应面分析法（

RSM）是由Box[1]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.meyeniiWalp，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4000m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

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。

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、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

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

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粮荞麦作为饼干的主要原料，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25g，盐1g，小苏打1g。1.3工艺流程

配料→预混→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。

表1饼干的感官评价标准

Table1Sensoryevaluationcriteriaofbiscuits

项目

好

一般差组织12~159~11

＜9

15分）内部结构细密均匀，片

略有大孔，层次较质地僵硬，有杂型整齐，由明显层次，

清晰，组织较粗糙，

质，发霉变质无杂质

稍有污点口感26~3021~25＜21

30分）酥松，食之爽口，味道

松软，食之略黏略硬涩，食之黏纯正，不黏牙牙，或有松软现牙，有哈喇味象，荞麦味道较小

外观12~159~11

＜9

15分）外观完整，厚薄基本

凹地面积不超过花纹不清晰，表面均匀，花纹清晰，不收1/3，片形不平整，起泡，破碎较严重缩，不变形，不起泡

有一定的破碎

气味17~2012~16＜12

20分）香味浓，无异味香味略淡香味淡，有异味

色泽17~2012~16

＜12

20分）呈棕黄色或金黄色，

色泽不均匀，略带

色泽不均匀，呈黄色泽基本均匀

异色

褐色，有焦糊，过白现象，发花，有

明显异色

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。

表2饼干试验的因素与水平Table2FactorsandlevelsofBiscuits因素

水平

-10+1A：荞麦粉添加量/%202530B：玛咖粉添加量/%234C：白砂糖添加量/%202530D：脱脂奶粉添加量/%

3

5

7

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。

8887分

86评85官84感83828180

20.022.525.027.530.0

荞麦粉添加量/%

图1荞麦粉添加量对感官评分的影响

Fig.1Effectsthebuckwheatcontentonsensoryevaluationscore

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。

（（（（（（

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王德静，等：响应面分析在荞麦玛咖饼干研制中的应用

2.1.2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。

87.587.0分

86.5评86.0官感85.585.084.584.0

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

玛咖粉添加量/%

图2玛咖粉添加量对感官评分的影响

Fig.2Effectsthemacacontentonsensoryevaluationscore

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200g荞麦玛咖饼干来算，玛咖粉含量远远低于推荐食用量25g/d[17]。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。

88.087.887.6分

87.4评官87.2感87.086.886.686.486.2

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

白砂糖添加量/%

图3白砂糖添加量对感官评分的影响

Fig.3Effectsthewhitesugarcontentonsensoryevaluationscore

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。

27

88.588.0分

评87.5官感87.086.586.0

3

4

5

6

7

脱脂奶粉添加量/%

图4脱脂奶粉添加量对感官评分的影响

Fig.4EffectstheSkimmedmilkpowdercontentonSensory

evaluationscore表3试验方案与试验结果

Table3Testdesignsandextractionresultsofbiscuits实验编号

ABCD感官评分11-10078.82-110082.83110079.8400-1-187.35001-188.4600-1187.07001187.98-100-184.39100-181.610-100183.911100181.1120-1-1084.81301-1085.7140-11085.315011086.616-10-1083.217

10-1080.118-101084.519101081.8200-10-185.121010-186.3220-10185.023010186.124000087.125000087.326000087.227000087.328000087.729

1

-1

78.8

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+0.100AB+0.11AC-0.027AD+0.080BC-0.025BD-0.055CD-4.80A2-1.74B2+0.012C2+0.18D2

（

王德静，等：响应面分析在荞麦玛咖饼干研制中的应用

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28

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。

表4回归模型的方差分析结果

Table4Analysisofvarianceofquadraticpolynomialmodel变异来源平方和自由度均方F值

p值模型202.47871414.46276188.2364

<0.0001

残差1.075662140.076833

失拟项0.909942100.0909942.1963350.2331

纯误差0.1657240.04143

总和

203.5543

28

R=0.9947R2=0.9894R2adj=0.9730

表5回归模型系数的显著性检验结果

Table5Resultofsignificancetestofregressioncoefficient系数项回归系数自由

95%置信95%置信度标准差下限上限

p值

截距87.32610.12396287.0601387.59187

A-荞麦粉

-1.47

10.080017-1.64162-1.29838<0.0001B-玛

咖粉0.491667

10.0800170.3200470.663286<0.0001C-白砂糖0.5375

10.080017

0.36588

0.70912<0.0001

D-奶粉-0.17583

10.080017-0.34745-0.004210.0453AB0.110.138594-0.197250.3972540.4825AC0.107510.138594-0.189750.4047540.4509AD-0.027510.138594-0.324750.2697540.8456BC0.0810.138594-0.217250.3772540.5730BD-0.02510.138594-0.322250.2722540.8594CD-0.05510.138594-0.352250.2422540.6975A2-4.7963310.108835-5.02976-4.56291<0.0001B2-1.7363310.108835-1.96976-1.50291<0.0001C

2

0.01241710.108835-0.221010.2458450.9108D2

0.184917

1

0.108835-0.048510.4183450.1114

从该模型的方差分析（表4）可见，模型的F=188.24>F0.01

（14，4）=14.2，P<0.0001<0.01，失拟项的F=2.20＜F0.05

（14，4）=5.96，本试验所选用的二次多项模型具有高度的显著性，失拟项在p=0.05水平上不显著p=0.2331>0.05），其校正决定系数（R2Adj）为0.9730，

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。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。

87.7085.4583.20分

评80.95官感78.704.00

3.5027.50

30.00

3.00

2.5022.50

25.00

B：玛咖粉添加量/%2.0020.00A

：荞麦粉添加量/%

图5Y=f（A，B）的响应面

Fig.5ResponsesurfaceplotofY=f（A，B）

8886分

84评官82感8030.00

27.50

25.0027.50

30.00

22.5025.00

C：白砂糖添加量/%20.0020.0022.50

A：荞麦粉添加量/%

图6Y=f（A，C）的响应面

Fig.6ResponsesurfaceplotofY=f（A，C）

87.900分

86.175评官84.450感82.72581.0007.00

6.00

5.00

27.50

30.00

4.00

D：脱脂奶粉添加量/%

20.0022.50

25.00A：荞麦粉添加量/%

图7Y=f（A，D）的响应面

Fig.7ResponsesurfaceplotofY=f（A，D）

（

食品研发

王德静，等：响应面分析在荞麦玛咖饼干研制中的应用

88.00分

87.15评官86.30感85.4584.6030.00

27.503.50

4.00

25.00

22.50

2.503.00C：白砂糖添加量/%20.002.00

B：玛咖粉添加量/%图8Y=f（B，C）的响应面

Fig.8ResponsesurfaceplotofY=f（B，C）

87.900分87.175评官86.450感85.72585.0007.00

3.50

4.00

6.00

5.00

3.00

4.00

2.50D：脱脂奶粉添加量/%3.002.00B：玛咖粉添加量/%

图9Y=f（D，B）的响应面

Fig.9ResponsesurfaceplotofY=f（D，B）

88.50分88.05评官87.60感87.1586.707.00

6.00

30.00

5.00

4.00

22.50

25.00

27.50

D：脱脂奶粉添加量/%

20.00

A：荞麦粉添加量/%

图10Y=f（D，C）的响应面

Fig.10ResponsesurfaceplotofY=f（D，C）

3结论

由单因素试验可知，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

29

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。

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收稿日期：2012-09-06