黑芝麻蛋糕配方優(yōu)化及特性分析范文

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摘要：研究黑芝麻粉、蛋白中糖的添加量、以及低筋面粉和玉米淀粉的比例對黑芝麻蛋糕產(chǎn)品質(zhì)量綜合評分的影響，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以感官得分為響應(yīng)值，通過Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理和響應(yīng)面分析法，對黑芝麻蛋糕的配方進(jìn)行優(yōu)化。確定其最佳配方參數(shù)為：黑芝麻26g，低筋面粉38g，玉米淀粉9g，蛋白中白砂糖36g，雞蛋120g，塔塔粉1g，鹽1g，色拉油18g，水32g，蛋黃中白砂糖20g，在此配方下黑芝麻蛋糕感官評分可達(dá)90.89。建立感官得分與質(zhì)構(gòu)特性之間的線性回歸模型為Y=103.064-1.96a+2.21b-2.216c-17.382d。

關(guān)鍵詞：黑芝麻；蛋糕；配方；響應(yīng)面法；優(yōu)化；質(zhì)構(gòu)

黑芝麻又名黑脂麻、胡麻、巨勝等，是脂麻科（胡麻科）脂麻屬植物脂麻的干燥成熟種子，主要分布在我國江淮區(qū)和華南區(qū)，東北、西北和云貴高原區(qū)較少，是我國傳統(tǒng)的滋補(bǔ)肝腎類中藥，為藥食兼用品種，不僅在傳統(tǒng)食品中應(yīng)用廣泛，還具有獨(dú)特的營養(yǎng)保健功能和醫(yī)藥治療功能，極具開發(fā)前景。黑芝麻雖小，但他的功能卻很大，有著廣泛的藥理作用和保健作用。其富含鈣、磷、鐵等礦物元素和維生素以及大量的脂肪和蛋白質(zhì)，除此之外還含有木脂類素，包括芝麻素、芝麻素酚、芝麻林素等[1]，現(xiàn)代研究表明，黑芝麻具有強(qiáng)抗氧化功能、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、降低膽固醇、保護(hù)肝臟、降低血壓、抗癌等功能。長期食用有醫(yī)療保健之功效，如健胃、保肝、促進(jìn)紅細(xì)胞生長等，也有利于頭發(fā)生長和防止頭發(fā)的脫落。隨著近年來黑色食品的興起與迅速走紅，作為“黑五類”之首的黑芝麻，首當(dāng)其沖成為一個火熱的研究話題，其中有黑芝麻中黑色素的提取與研究、芝麻蛋白的研究與應(yīng)用，以及黑芝麻保健食品的研究等[2-6]。在國內(nèi)市場上多將黑芝麻加工成糊類、羹類食品，或者制備芝麻油等；黑芝麻也用作藥膳的制作，以黑芝麻為原料的營養(yǎng)保健食品也越來越多[7-9]。而本產(chǎn)品將響應(yīng)面法應(yīng)用到黑芝麻蛋糕配方的確定中，優(yōu)化其配方原料，使其風(fēng)味口感獨(dú)特，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)完善，成為新興的一種即食食品。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料黑芝麻粉：湖北馥雅食品科技有限公司；白砂糖：成都市糖酒有限責(zé)任公司；雞蛋：市售，符合國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；色拉油、鹽、低筋粉、雞蛋、塔塔粉、泡打粉：市售。

1.2試驗(yàn)設(shè)備與儀器EK328香山電子秤：廣東山衡器集團(tuán)股份有限公司；XYF-3K遠(yuǎn)紅外線食品烤爐：廣州紅菱電熱設(shè)備有限公司；TMS-PRO食品物性分析儀：美國FTC公司；打蛋器、量筒、燒杯、不銹鋼篩網(wǎng)、長柄刮刀、模具、牛皮紙、羊毛刷。

1.3試驗(yàn)方法1.3.1黑芝麻蛋糕的制作工藝原料預(yù)處理：按基礎(chǔ)配方稱量好原料，并將蛋白、蛋黃分離，低筋面粉加入玉米淀粉、鹽、泡打粉混合均勻過篩后備用。面糊調(diào)制：在蛋黃中加入黑芝麻和白糖，攪打均勻，然后分3次～4次加入色拉油、牛奶，攪打至蛋黃液體均勻、濃稠，沒有油水分離的現(xiàn)象；輕輕加入過篩后的面粉，低速攪拌均勻，液體不能出現(xiàn)面粉顆粒。蛋白膏制備：蛋白中加入塔塔粉（去除蛋腥味），用打蛋器打出魚眼形的大泡，然后加入白糖，剩余的白糖每攪打1min～2min加入一次，分兩次加入，直到蛋白硬性發(fā)泡。調(diào)糊與裝杯：取出1/3的蛋白膏和之前拌勻的面粉混合，用橡皮刮刀切拌均勻，然后將混合好的面糊倒入蛋白中，迅速的切拌均勻；加入量以蛋糕模具的1/2杯為宜，然后抖動模具排除里面不均勻的大氣泡烘烤：設(shè)定烤箱的溫度為上火200℃，下火180℃，烘烤9min將烤盤掉頭，23min時蛋糕表面呈深黃色時即可出爐。1.3.2工藝流程原料的選擇和稱量→面糊調(diào)制→成型→裝模→烘烤↓成品←脫模←冷卻

1.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.4.1對比試驗(yàn)在黑芝麻粉添加量與低筋面粉添加量比例相同的情況下，制作4款黑芝麻蛋糕：戚風(fēng)蛋糕、海綿蛋糕、重油蛋糕以及蜂巢蛋糕，對產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)對照，最終選取戚風(fēng)蛋糕配方作為本試驗(yàn)的基礎(chǔ)配方。1.4.2單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)通過前期預(yù)試驗(yàn)，在基礎(chǔ)配方中，選取3種對蛋糕品質(zhì)影響最顯著的因素：黑芝麻粉的添加量、蛋白中糖的添加量、低筋面粉和玉米淀粉的比例作為試驗(yàn)因素，通過感官評分探討其對蛋糕口味和品質(zhì)的影響，篩選出最佳參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)。1.4.3響應(yīng)面優(yōu)化配方設(shè)計(jì)根據(jù)單因素試驗(yàn)相關(guān)性及顯著性結(jié)果分析，篩選出顯著影響感官評分的參數(shù)，選擇黑芝麻粉的添加量、蛋白中糖的添加量糖、低筋面粉和玉米淀粉的比例為自變量，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理采用三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，確定黑芝麻蛋糕配方的最佳參數(shù)。

1.5指標(biāo)與檢測方法1.5.1黑芝麻蛋糕感官評定標(biāo)準(zhǔn)按照戚風(fēng)蛋糕的評定標(biāo)準(zhǔn)，通過感官評價法。參與感官評價的人員為食品專業(yè)學(xué)生10人，每位評分人員分別從黑芝麻蛋糕外觀形態(tài)、彈柔性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、口感、氣味5個方面對黑芝麻蛋糕進(jìn)行感官評價，結(jié)果取平均值，評定標(biāo)準(zhǔn)見表1，采用百分制。1.5.2比容測定蛋糕比容評分：蛋糕出爐后自然冷卻至室溫，脫模稱重（精確至0.1g），用“小米替換法”測量蛋糕體積（精確至1mL），體積與質(zhì)量之比即為比容（mL/g）；比容值為4.8時分值最高為30分，每減少或增加0.1分，值均減少1分。1.5.3質(zhì)構(gòu)指標(biāo)檢測方法試驗(yàn)采用美國FTC公司TMS-PRO型高精度專業(yè)食品物性分析儀對樣品進(jìn)行測試，選擇質(zhì)構(gòu)儀測試程序，測定條件為：測試速度1mm/s；壓縮比例60%；最小感應(yīng)力0.375N。每個樣品平行測定3次，取平均值。選取內(nèi)聚性（cohesiveness）、硬度（hardness）、咀嚼性（chewiness）、膠黏性（gumminess）作為評定黑芝麻蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的指標(biāo)。1.5.4質(zhì)構(gòu)特性與感官評分相關(guān)性分析采用SPSS（17.0）軟件對17個黑芝麻蛋糕產(chǎn)品的感官評分和質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性進(jìn)行分析，得到感官評分與內(nèi)聚性、咀嚼性、硬度、膠黏性之間有線性關(guān)系。

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)2.1.1黑芝麻粉的添加量對黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響不同黑芝麻粉的添加量對黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響如圖1所示。根據(jù)感官評分折線圖可知，當(dāng)黑芝麻粉添加量為23g時，感官評分取得峰值。此時黑芝麻蛋糕呈特有的灰黑色，黑芝麻味濃郁，整體感官愉悅，滋味協(xié)調(diào)。當(dāng)黑芝麻粉添加量太少時，黑芝麻味不明顯，且顏色呈淺灰色，而當(dāng)黑芝麻添加量繼續(xù)增加時，蛋糕的口感下降，咀嚼時顆粒感明顯且出現(xiàn)油膩感，黑芝麻內(nèi)含油脂，對蛋糕比容影響顯著，由圖1可知，隨著黑芝麻粉添加量的增加，比容得分先增加后下降，在添加量為20g時，比容值達(dá)到峰值。綜合考慮當(dāng)黑芝麻粉的添加量在20g~26g之間，能夠取得較為滿意的感官品質(zhì)。2.1.2蛋白中糖的添加量對黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響蛋白中糖的添加量對黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響見圖2。蛋白中白砂糖的添加量對蛋白膏的打發(fā)起著重要作用，進(jìn)而影響蛋糕的蓬松度，由比容折線圖2可知，隨著蛋白中糖的增加，比容值呈持續(xù)上升的趨勢，在添加量為32g時值最大，此時，蛋糕最為蓬松。甜味是調(diào)整和協(xié)調(diào)平衡風(fēng)味、掩蔽異味、增加適口性的重要因素[10]，因此，白砂糖的添加量對黑芝麻蛋糕口味的影響至關(guān)重要，由感官評分柱形圖可知，當(dāng)白砂糖添加量為37g時，感官得分最高。綜合考慮，取蛋清中的白砂糖的添加量在32g~42g時較為恰當(dāng)。2.1.3玉米淀粉和低筋面粉比例對黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響以低筋面粉和玉米淀粉的總量為47g恒定不變。在蛋糕中加入玉米淀粉可以使蛋糕口感細(xì)膩，蛋糕外皮也十分細(xì)膩漂亮。玉米淀粉和低筋面粉比例對黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響見圖3。由圖3中感官評分的折線圖可知，隨著玉米淀粉量的增加，感官評分先下降，后上升至相對穩(wěn)定。當(dāng)玉米淀粉添加量為4g時，感官評分和比容值都與整體的變化趨勢相差很大，所以此時的值不予以考慮。由圖3可知玉米淀粉的添加量對黑芝麻蛋糕的比容影響不大，對其口感有較大的影響，因此，玉米淀粉和低筋面粉的比例為8∶39、10∶37、12∶353個水平做響應(yīng)面試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。

2.2響應(yīng)面法優(yōu)化模型的建立及其方差分析根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)Box-Behnken的中心組合設(shè)計(jì)原理，采用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)三因素三水平試驗(yàn)方案。響應(yīng)變量Y為感官評分，響應(yīng)因素A為黑芝麻粉添加量，B為玉米淀粉和低筋面粉的比例，C為蛋清中糖的添加量。具體試驗(yàn)因素水平見表2。根據(jù)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案，以不同的黑芝麻粉添加量、蛋清中糖的添加量、玉米淀粉和低筋面粉的比例進(jìn)行17次試驗(yàn)，其中12個試驗(yàn)點(diǎn)為分析因點(diǎn)，自變量取值由A，B，C構(gòu)成；余下為區(qū)域中心點(diǎn)，中心點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)5次用于估計(jì)試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)方案采用以感官評分為響應(yīng)值得單一試驗(yàn)結(jié)果，利用Box-Behnken設(shè)計(jì)矩形回歸擬合綜合感官評分與各個響應(yīng)因素之間的回歸方程，其響應(yīng)數(shù)據(jù)見表3。方程回歸分析結(jié)果及方差分析見表4。由表4可知，本模型顯著性檢驗(yàn)p<0.001，表明該模型極顯著。由表4知對黑芝麻蛋糕感官評分所建立的回歸模型極顯著（p<0.01）。失擬項(xiàng)用來表示所用模型與實(shí)驗(yàn)擬合的程度，即二者差異的程度。本模型p值為0.0540>0.05，對模型是有利的，無失擬因素存在，說明該方程擬合度良好。用軟件對表3中數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合分析，得到感C官綜合評分對響應(yīng)面的二次多項(xiàng)回歸方程如下：Y=-300.25-3.38A+1564.39B+13.14C+28.94AB-0.11AC+1.60BC+0.04A2-5066.11B2-0.14C2在所選取的三因素水平范圍內(nèi)，F(xiàn)值代表各因素對感官評分的影響程度，F(xiàn)值越大，影響越大。由表4可得，本試驗(yàn)中，按照對感官評分結(jié)果影響排序?yàn)椋旱鞍字刑堑奶砑恿浚˙）>黑芝麻粉添加量（A）>玉米淀粉和低筋面粉的比例（C）。此外，回歸模型的診斷分析表明，模型的信噪比（AdeqP）=25.404，一般認(rèn)為模型的可接受信噪比大于4，說明模型的擬合度和可信度相當(dāng)高[11]；模型的校正決定系數(shù)AdjR2為0.9879，說明模型能夠接受98.79%響應(yīng)值的變化。2.2.1等高線圖及響應(yīng)面圖分析響應(yīng)面圖能直接反應(yīng)各因素與響應(yīng)值的關(guān)系及各個因素間的相互作用，響應(yīng)面坡度越陡、等高線密集成橢圓形表明兩個因素交互作用的影響越大[12]。為了更直觀地反映響應(yīng)因素對響應(yīng)值的影響，對獲得的回歸模型進(jìn)行等高線圖及響應(yīng)面圖分析，結(jié)果如圖4～圖6。從圖4~圖6可以看出，3個響應(yīng)面均為開口向下的凸行曲線，說明響應(yīng)值存在極大值，說明配方的最優(yōu)條件存在于所設(shè)計(jì)的因素水平范圍內(nèi)。可以看出，3個響應(yīng)因素在選定的范圍內(nèi)都存在響應(yīng)極值，且A和B交互作用以及A和C交互作用顯著，B和C交互作用不顯著，結(jié)果與方差的結(jié)果一致。由等高線和響應(yīng)面圖分析，結(jié)合回歸模型可以預(yù)測出黑芝麻蛋糕感官評分最大響應(yīng)值，即黑芝麻添加量為26.00g，玉米淀粉和低筋面粉的比例為8.79∶38.21（低筋面粉添加量為38.21g，玉米淀粉添加量為8.79g），蛋白中白砂糖的添加量為35.46g，黑芝麻蛋糕的感官評分為91.04。2.2.2黑芝麻蛋糕最佳工藝參數(shù)的確定為了驗(yàn)證預(yù)測值和真實(shí)值之間的擬合，檢查該響應(yīng)面法優(yōu)化條件的可靠性，將預(yù)測出來的黑芝麻蛋糕感官評分最大響應(yīng)值作為最優(yōu)配方進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)際操作的可行性[13]，驗(yàn)證試驗(yàn)將響應(yīng)因素值調(diào)整為黑芝麻添加量為26.00g，玉米淀粉和低筋面粉的比例為9∶38（低筋面粉添加量為38g，玉米淀粉添加量為9g），蛋白中白砂糖的添加量為36g。對此條件進(jìn)行3次平行試驗(yàn)驗(yàn)證得黑芝麻蛋糕感官評分為90.89，與預(yù)測結(jié)果誤差僅為0.13，可見該模型可靠性較高。因此，基于響應(yīng)面法所得的黑芝麻蛋糕最佳配方參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有一定的實(shí)用借鑒價值。2.3黑芝麻蛋糕感官評分與質(zhì)構(gòu)特性相關(guān)性分析用質(zhì)構(gòu)儀對黑芝麻蛋糕進(jìn)行TPA測試之后，得到其咀嚼性（chewiness）、膠粘性（gumminess）、硬度（hardness）和內(nèi)聚性（cohesiveness）4個質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的平均值。具體結(jié)果見表5。將黑芝麻蛋糕感官評分及質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)經(jīng)SPSS17.0分析后，得到感官評分Y與咀嚼性（a）、膠粘性（b）、硬度（c）、內(nèi)聚性（d）之間有線性關(guān)系，多元二次回歸方程為：Y=103.064-1.96a+2.21b-2.216c-17.382d。

3結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)得出黑芝麻蛋糕的最佳配方為：黑芝麻添加量26g，面粉添加量38g，玉米淀粉添加量9g，蛋白中白砂糖添加量36g，雞蛋添加量120g，塔塔粉添加量1g，鹽添加量1g，色拉油添加量18g，水添加量32g，蛋黃中白砂糖添加量20g，在此配方下黑芝麻蛋糕感官評分可達(dá)90.89。同時，在試驗(yàn)范圍內(nèi)建立的回歸模型可靠有效，且擬合度較好，研究結(jié)果可為黑芝麻蛋糕的工業(yè)化生產(chǎn)提供參數(shù)依據(jù)。所得的17個黑芝麻蛋糕樣品進(jìn)行TPA測試，得到硬度、膠粘性、咀嚼性的質(zhì)構(gòu)特性數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，質(zhì)構(gòu)特性與感官評分通過SPSS17.0軟件分析處理，得到多元線性回歸方程為：Y=103.064-1.96a+2.21b-2.216c-17.382d。

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作者：趙謝 甘巧 湯思憶 陳泗林 周航 范文教 單位：四川旅游學(xué)院