黑芝麻蛋糕配方優化及特性分析范文

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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品質量綜合評分的影響，在單因素試驗的基礎上，以感官得分為響應值，通過Box-Behnken中心組合設計原理和響應面分析法，對黑芝麻蛋糕的配方進行優化。確定其最佳配方參數為：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90.89。建立感官得分與質構特性之間的線性回歸模型為Y=103.064-1.96a+2.21b-2.216c-17.382d。

關鍵詞：黑芝麻；蛋糕；配方；響應面法；優化；質構

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和華南區，東北、西北和云貴高原區較少，是我國傳統的滋補肝腎類中藥，為藥食兼用品種，不僅在傳統食品中應用廣泛，還具有獨特的營養保健功能和醫藥治療功能，極具開發前景。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，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]，現代研究表明，黑芝麻具有強抗氧化功能、調節脂質代謝、降低膽固醇、保護肝臟、降低血壓、抗癌等功能。長期食用有醫療保健之功效，如健胃、保肝、促進紅細胞生長等，也有利于頭發生長和防止頭發的脫落。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用，以及黑芝麻保健食品的研究等[2-6]。在國內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保健食品也越來越多[7-9]。而本產品將響應面法應用到黑芝麻蛋糕配方的確定中，優化其配方原料，使其風味口感獨特，營養結構完善，成為新興的一種即食食品。

1材料與方法

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

1.2試驗設備與儀器EK328香山電子秤：廣東山衡器集團股份有限公司；XYF-3K遠紅外線食品烤爐：廣州紅菱電熱設備有限公司；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、長柄刮刀、模具、牛皮紙、羊毛刷。

1.3試驗方法1.3.1黑芝麻蛋糕的制作工藝原料預處理：按基礎配方稱量好原料，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，沒有油水分離的現象；輕輕加入過篩后的面粉，低速攪拌均勻，液體不能出現面粉顆粒。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，直到蛋白硬性發泡。調糊與裝杯：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→面糊調制→成型→裝?！婵尽善贰撃！鋮s

1.4試驗設計1.4.1對比試驗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：戚風蛋糕、海綿蛋糕、重油蛋糕以及蜂巢蛋糕，對產品進行品質對照，最終選取戚風蛋糕配方作為本試驗的基礎配方。1.4.2單因素試驗設計通過前期預試驗，在基礎配方中，選取3種對蛋糕品質影響最顯著的因素：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因素，通過感官評分探討其對蛋糕口味和品質的影響，篩選出最佳參數，并在此基礎上設計響應面試驗。1.4.3響應面優化配方設計根據單因素試驗相關性及顯著性結果分析，篩選出顯著影響感官評分的參數，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Box-Behnken試驗設計原理采用三因素三水平的響應面分析試驗，確定黑芝麻蛋糕配方的最佳參數。

1.5指標與檢測方法1.5.1黑芝麻蛋糕感官評定標準按照戚風蛋糕的評定標準，通過感官評價法。參與感官評價的人員為食品專業學生10人，每位評分人員分別從黑芝麻蛋糕外觀形態、彈柔性、內部結構、口感、氣味5個方面對黑芝麻蛋糕進行感官評價，結果取平均值，評定標準見表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質構指標檢測方法試驗采用美國FTC公司TMS-PRO型高精度專業食品物性分析儀對樣品進行測試，選擇質構儀測試程序，測定條件為：測試速度1mm/s；壓縮比例60%；最小感應力0.375N。每個樣品平行測定3次，取平均值。選取內聚性（cohesiveness）、硬度（hardness）、咀嚼性（chewiness）、膠黏性（gumminess）作為評定黑芝麻蛋糕質構特性的指標。1.5.4質構特性與感官評分相關性分析采用SPSS（17.0）軟件對17個黑芝麻蛋糕產品的感官評分和質構特性的相關性進行分析，得到感官評分與內聚性、咀嚼性、硬度、膠黏性之間有線性關系。

2結果與分析

2.1單因素試驗2.1.1黑芝麻粉的添加量對黑芝麻蛋糕品質的影響不同黑芝麻粉的添加量對黑芝麻蛋糕品質的影響如圖1所示。根據感官評分折線圖可知，當黑芝麻粉添加量為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，滋味協調。當黑芝麻粉添加量太少時，黑芝麻味不明顯，且顏色呈淺灰色，而當黑芝麻添加量繼續增加時，蛋糕的口感下降，咀嚼時顆粒感明顯且出現油膩感，黑芝麻內含油脂，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，比容值達到峰值。綜合考慮當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。2.1.2蛋白中糖的添加量對黑芝麻蛋糕品質的影響蛋白中糖的添加量對黑芝麻蛋糕品質的影響見圖2。蛋白中白砂糖的添加量對蛋白膏的打發起著重要作用，進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。甜味是調整和協調平衡風味、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重要，由感官評分柱形圖可知，當白砂糖添加量為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。2.1.3玉米淀粉和低筋面粉比例對黑芝麻蛋糕品質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膩，蛋糕外皮也十分細膩漂亮。玉米淀粉和低筋面粉比例對黑芝麻蛋糕品質的影響見圖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，后上升至相對穩定。當玉米淀粉添加量為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個水平做響應面試驗進行優化。

2.2響應面法優化模型的建立及其方差分析根據單因素試驗結果，根據Box-Behnken的中心組合設計原理，采用響應面法設計三因素三水平試驗方案。響應變量Y為感官評分，響應因素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。具體試驗因素水平見表2。根據設計的試驗方案，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行17次試驗，其中12個試驗點為分析因點，自變量取值由A，B，C構成；余下為區域中心點，中心點試驗重復5次用于估計試驗誤差。試驗方案采用以感官評分為響應值得單一試驗結果，利用Box-Behnken設計矩形回歸擬合綜合感官評分與各個響應因素之間的回歸方程，其響應數據見表3。方程回歸分析結果及方差分析見表4。由表4可知，本模型顯著性檢驗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）。失擬項用來表示所用模型與實驗擬合的程度，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中數據進行二次多元回歸擬合分析，得到感C官綜合評分對響應面的二次多項回歸方程如下：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，F值代表各因素對感官評分的影響程度，F值越大，影響越大。由表4可得，本試驗中，按照對感官評分結果影響排序為：蛋白中糖的添加量（B）>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高[11]；模型的校正決定系數AdjR2為0.9879，說明模型能夠接受98.79%響應值的變化。2.2.1等高線圖及響應面圖分析響應面圖能直接反應各因素與響應值的關系及各個因素間的相互作用，響應面坡度越陡、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因素對響應值的影響，對獲得的回歸模型進行等高線圖及響應面圖分析，結果如圖4～圖6。從圖4~圖6可以看出，3個響應面均為開口向下的凸行曲線，說明響應值存在極大值，說明配方的最優條件存在于所設計的因素水平范圍內?？梢钥闯?，3個響應因素在選定的范圍內都存在響應極值，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，結果與方差的結果一致。由等高線和響應面圖分析，結合回歸模型可以預測出黑芝麻蛋糕感官評分最大響應值，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的確定為了驗證預測值和真實值之間的擬合，檢查該響應面法優化條件的可靠性，將預測出來的黑芝麻蛋糕感官評分最大響應值作為最優配方進行試驗驗證，根據實際操作的可行性[13]，驗證試驗將響應因素值調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。對此條件進行3次平行試驗驗證得黑芝麻蛋糕感官評分為90.89，與預測結果誤差僅為0.13，可見該模型可靠性較高。因此，基于響應面法所得的黑芝麻蛋糕最佳配方參數準確可靠，具有一定的實用借鑒價值。2.3黑芝麻蛋糕感官評分與質構特性相關性分析用質構儀對黑芝麻蛋糕進行TPA測試之后，得到其咀嚼性（chewiness）、膠粘性（gumminess）、硬度（hardness）和內聚性（cohesiveness）4個質構指標的平均值。具體結果見表5。將黑芝麻蛋糕感官評分及質構特性指標經SPSS17.0分析后，得到感官評分Y與咀嚼性（a）、膠粘性（b）、硬度（c）、內聚性（d）之間有線性關系，多元二次回歸方程為：Y=103.064-1.96a+2.21b-2.216c-17.382d。

3結論

通過單因素試驗和響應面試驗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90.89。同時，在試驗范圍內建立的回歸模型可靠有效，且擬合度較好，研究結果可為黑芝麻蛋糕的工業化生產提供參數依據。所得的17個黑芝麻蛋糕樣品進行TPA測試，得到硬度、膠粘性、咀嚼性的質構特性數據，在此基礎上，質構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：四川旅游學院