响应面结合模糊数学感官评价法优化油橄榄果渣曲奇饼干的配方及其品质测定

Response surface methodology and fuzzy mathematics sensory evaluation were used to optimize the preparation process and quality assessment of olive pomace cookies

摘要

目的 开发油橄榄果渣曲奇饼干。 方法 以低筋面粉、黄油和鲜鸡蛋为材料复配陇南油橄榄果渣、麦芽糖醇、金耳和纹党多糖，添加碳酸氢钠和氯化钠等食品添加剂研制油橄榄果渣低糖复合曲奇饼干，采用响应面结合模糊数学感官评价法优化了配方，对其抗氧化性、理化指标和微生物指标进行了检验。 结果 油橄榄果渣添加量为15%、麦芽糖醇添加量为30%、金耳添加量为10%和纹党多糖添加量为0.35%，曲奇饼干形态完整，断面结构细密、无粉末，硬度适中，薄厚均匀、口感细腻、咀嚼性好，酥脆、无颗粒感，油橄榄风味突出，气味协调、颜色均一卫生指标符合国家标准，具有很好的营养价值和抗氧化功能。 结论 为油橄榄果渣的进一步利用提供了参考。

Abstract

Objective Develop cookies with olive pomace. Method Using low-gluten flour，butter and fresh eggs as ingredients，the mixture of Longnan olive pomace，maltitol，Naematelia aurantialba and Codonopisis pilosula polysaccharides was prepared，a low-sugar composite biscuit with olive pomace was prepared by adding food additives such as sodium bicarbonate and sodium chloride.The formulation was optimized by response surface methodology combined with fuzzy mathematical sensory evaluation，antioxidant activity，physical and chemical indices and microbial indices were tested. Result The contents of olive pomace，maltitol，N.aurantialba and C.pilosula polysaccharides were 15%，30%，10% and 0.35% respectively，moderate hardness，uniform thickness，delicate taste，good chewiness，crispness，no grains，olive flavor，smell coordination，color uniformity，health indicators in accordance with national standards，it has good nutritional value and antioxidant function. Conclusion The study provided a reference for the further use of olive pomace.

Graphical abstract

关键词

油橄榄果渣 / 曲奇饼干 / 配方优化 / 响应面试验 / 模糊数学法 / 抗氧化

Key words

olive pomace / cookies / formulation optimization / response surface test / fuzzy mathematics / Anti-oxidation

Author summay

樊亮，硕士，讲师，研究方向为生物数理统计与可靠性预测数学模型。E-mail：[e-mail]

油橄榄（Olea europaea）是世界著名的木本油料树种^［1］，20世纪50年代从地中海沿海引种到我国，陇南是我国最适宜栽培种植地区，也是全国主产区。油橄榄所结果实鲜榨后即为橄榄油，在橄榄油加工过程中会产生40%左右的油橄榄果渣，除作为肥料和饲料外，长期得不到高效的利用，造成了严重的资源浪费和环境污染^［2］，而果渣中含有大量矿物质和多酚类营养物质，近年来，主要集中在油橄榄果渣膳食纤维粉、面条和酥性饼干等的食品添加研究中，具有开发成功能性食品的巨大潜力^［3-7］。金耳 ［Naematelia aurantialba（Bandoni & M.Zang）Millanes & Wedin］ 为著名药食兼用菌，药性温中带寒、味甘，具化痰、止咳、定喘、调气平肝阳的功效^［8］，现代研究表明，其子实体含有人体必不可少的蛋白质、氨基酸、胶质物、胡萝卜素、多种维生素及矿物质等，在降血糖血脂、保肝、抗血栓、抗氧化、抗辐射等方面具有很高的食用价值和保健功能^［9-10］。纹党是甘肃文县出产的道地药材，是中国国家地理标志产品^［11］。纹党多糖（Codonopisis pilosula polysaccharide）是从纹党中提取的具有广泛生物活性作用的多糖类物质，能提高机体体液免疫水平，有很好的抗氧化作用^［1-13］，在脑梗死、降血糖血脂、延缓衰老、提高肠胃动力、提高记忆力都有明显的效果^［14-17］。曲奇饼干是形状各异、外表美观的小食品，具有携带方便、食用便利等优点，是大众喜爱和流行的食品之一，近年来为了改善曲奇的营养和功能特性，添加功能性、风味性的食品原料来研制新的曲奇饼干是食品中的研究热点^［18］。

为了提高油橄榄果渣的综合利用和延长油橄榄的产业链，以低筋面粉、黄油和鲜鸡蛋为材料复配油橄榄果渣、金耳粉和纹党多糖，同时添加辅助成分开发油橄榄果渣曲奇饼干，并开展单因素筛选试验，利用响应面结合模糊数学感官评价法优化最佳工艺，开展安全和抗氧化作用评价，为开发新产品提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

鲜油橄榄果渣由陇南市经济林研究院提供；纹党多糖由陇南师范高等专科学校农林技术学院食品实验室提供，纯度为为99.95%；金耳由陇南康元生物科技有限公司提供；麦芽糖醇、氯化钠、碳酸氢钠均为食品级；FRAP测定总抗氧化能力试剂盒、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）试剂盒、羟自由基（·OH）试剂盒、超氧阴离子（O₂^－·）检测试剂盒均购自上海舒话生物科技有限公司。

XC-750粉碎机（浙江永康石柱铂欧五金厂），DK-S24恒温水浴锅（上海精宏实验设备有限公司），台式离心机（上海安亭科学仪器厂），DDQ-B01A1型打蛋器（佛山市小熊厨房电器有限公司），KN204P型上烤下醒烤炉（青岛金贝克机械有限公司），BPZ-6210LC真空干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 油橄榄果渣和金耳粉制备

将新鲜的油橄榄果渣在50 ℃烘箱中干燥杀青，过100目筛，超微粉碎1 000目过筛成粉末，取100 g果渣粉末添加到350 mL 0.008 g/mL的NaOH碱液中，在70 ℃水浴锅中进行碱法提取处理，40 min后，4 000/min离心，对上清液减压浓缩后，用4倍体积的95%乙醇醇沉过夜，沉淀用95%乙醇洗至中性50 ℃条件下真空干燥至恒质量，粉碎得水溶性膳食纤维，对离心分离得到的滤渣，用蒸馏水洗至中性，50 ℃条件下真空干燥至恒质量，粉碎得水不溶性膳食纤维，去掉杂质的总膳食纤维得率为92.73%。选取新鲜完整的金耳，切成4 mm薄片，用清水冲洗干净后，于60 ℃干燥箱中干燥8 h，干燥器内冷却，粉碎后过200目筛，备用。

1.2.2 曲奇饼干制备及单因素试验

称取低筋面粉100 g，鲜鸡蛋清35 g，黄油75 g，水15 g，碳酸氢钠0.5 g，食用氯化钠0.75 g^［19］。先将纹党多糖和麦芽糖醇添加到低筋面粉中，添加打发的鸡蛋清，混合均匀，再添加打发好的黄油，最后加入油橄榄果渣粉和金耳粉混合制得面团。用模具将面团制备成直径30 mm，厚度3 mm的胚片，放入对流式烤箱进行烘焙，温度设为上火温度150 ℃，下火温度120 ℃，时间25 min^［19］。按照表1的单因素试验水平添加油橄榄果渣、麦芽糖醇、金耳和纹党多糖开展单因素筛选试验，其中因素水平（%）和配方百分率（%）均按照占低筋面粉的质量比换算。

1.2.3 感官评价与质量指标测定

根据《GB/T16291.1-2012 优选评价员》^［20］要求，邀请10名食品相关专业人员根据织状态、口感、风味、色泽等方面进行感官评价，总分为100分。感官评价标准如表2所示。水分和脂肪测定参照《GB/T20980-2007 饼干》^［21］规定的方法进行；酸价、过氧化值、细菌总数、

霉菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌按照《GB/7100-2015 食品安全国家标准 饼干》^［22］规定的方法测定；总砷、总铅、总镉、总汞按照GB/T5009.11、GB/T5009.12、GB/T5009.15-2014和GB/T5009.17-2014中方法测定；体外FRAP、DPPH自由基、·OH和O₂^－·清除能力检测依据试剂盒方法检测。

1.2.4 模糊数学模型建立

根据《GB/7100-2015食品安全国家标准 饼干》^［22］要求，确定复合低糖曲奇饼干的感官品质由组织形态、口感、风味和色泽等感官指标组成，即U=（组织形态，口感，风味，色泽）；对感官指标的评价按优、良、差3个等级评定^［23-24］，即V=｛优（V₁）、良（V₂）、差（V₃）｝，创建模糊矩阵R，因素集U=｛组织形态u₁，口感u₁，风味u₃，色泽u₄｝；评分标准集V=｛优，良，差｝，其中，优（100分）、良（80分）、差（60分）^［23-25］；权重集X=｛0.25，0.25，0.25，0.25｝，模糊关系综合评分集Y=XR，感官评分标准集Z=（100，80，60），模糊综合评判总分T的计算方法为：T=YZ^［23-25］。

1.3 数据统计

试验所得数据采用SPSS 24.0软件进行统计分析，显著性分析采用单因素方差分析进行比较，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

油橄榄果渣、麦芽糖醇、金耳和纹党多糖添加量对曲奇饼干综合感官评价的影响由图1~2可见，曲奇饼干的感官评价分值均随着4种因素添加量的升高均逐渐升高，4种因素添加量分别在15%、30%、10%和0.35% 的综合感官评价分数最高。油橄榄果渣添加量在13%和7%、麦芽糖醇添加量在28%和32%、金耳在8%和12%、纹党多糖添加量在0.30%和0.45%时综合感官评分数都呈下降趋势。所以可以确定13%、15%和17%的油橄榄果渣、28%、30%和32%的麦芽糖醇、8%、10%和12%的金耳在以及0.30%、0.35%和0.40%纹党多糖为后续的模糊数学评价和响应面试验设计分析，来优化曲奇饼干的加工工艺。

2.2 模糊感官评定及模糊矩阵建立

以表3中试验编号为1的复合低糖曲奇饼干试验组为例，组织形态评价参与人的结果分布为：评价为优的有4人，良的有4人，差的有2人，则R组织形态=（0.4，0.4，0.2）。类推R口感=（0.1，0.4，0.5），R风味=（0.1，0.3，0.6），R色泽=（0.1，0.5，0.4）。

将评价结果列为矩阵，则29组评分矩阵为：

R_{\mathrm{1}}=\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{0.4}& \mathrm{0.4}& \mathrm{0.2}\\ \mathrm{0.1}& \mathrm{0.4}& \mathrm{0.5}\\ \mathrm{0.1}& \mathrm{0.3}& \mathrm{0.6}\\ \mathrm{0.1}& \mathrm{0.5}& \mathrm{0.4}\end{array}\right]···R_{\mathrm{29}}=\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{0.0}& \mathrm{0.5}& \mathrm{0.5}\\ \mathrm{0.1}& \mathrm{0.4}& \mathrm{0.5}\\ \mathrm{0.0}& \mathrm{0.1}& \mathrm{0.9}\\ \mathrm{0.1}& \mathrm{0.1}& \mathrm{0.8}\end{array}\right]，

根据权重集X=｛0.25，0.25，0.25，0.25｝，计算所得模糊关系综合评分集Y和综合评判总分T结果见表4。通过对29组模糊关系综合评分集和综合评判总分进行分析，筛选出评判总分最高的为T₄、T₁₆和T₂₁，评价分数都是95.50，相对应的最佳工艺参数为：油橄榄果渣添加量为15%、麦芽糖醇添加量为30%、金耳添加量为10%和纹党多糖添加量为0.35%。

2.3 曲奇饼干响应面试验设计与结果

选取油橄榄果渣添加量（A）、麦芽糖醇添加量（B）、金耳添加量（C）和纹党多糖添加量（D）为试验因素，以综合感官评分为响应值，按照Box-Behnken中心组合试验设计，优化加工工艺确定了复合低糖曲奇饼干的响应面试验因素水平表，如表5所示。

通过综合感官评价结果分析和对低糖复合曲奇饼干进行响应面试验设计，得到了试验因素的回归模型为：

Y=94.41+2.13A-1.92B+3.00C+2.05D-3.89AB+5.31AC+1.13AD+4.17BC-3.02BD-7.35CD-11.83A²-7.47B²-5.21C²-11.23D²。

方差分析结果和响应面实验设计结果由表6~7可知，经检测模型显著（P<0.001），R²和R²_adj两者接

近，说明响应面拟合较好，而且模型失拟项不显著（P=0.972 7），试验误差小^［26-28］。综合分析该方程能很好地反映复合曲奇饼干与4个因素之间的响应关系^［26-28］。模型中A和C的一次项为极显著水平（P<0.01），B和D的一次项为显著水平（P<0.05），4个二次项（A²，B²，C²和D²）都达到了极显著水平（P<0.01），而且除A和D交互项不显著外（P>0.05）、其他交互项都表现出极显著差异水平（P<0.01），说明油橄榄果渣、麦芽糖醇、金耳和纹党多糖添加量与复合曲奇饼干加工工艺影响显著。

响应曲面的坡度和等高线都可直观反映出添加因素对复合曲奇饼干感官品质的敏感度，4种因子之间交互作用对对曲奇饼干感官品质的结果如图3~8所示。响应面存在着最高值，而且4个因子之间交互影响均在等高线范围之内，说明影响复合咀嚼片最优条件就在所选的浓度范围之内^［26-28］。通过响应面分析预测的最佳工艺参数为：油橄榄果渣添加量为15%、麦芽糖醇添加量为30%、金耳添加量为10%、纹党多糖添加量为0.35%，而且曲奇饼干最佳优化工艺的综合感官评价为96.65（分），预测的综合感官评价为95.38（分），按照预测的最佳优化工艺重复试验，综合感官评价值为96.58（分）和理论值相比没有差异（P>0.05），这与模糊数学评价结果一致，肯定了最佳优化的工艺。

2.4 感官评价和质量指标测定

对复合曲奇饼干进行质量指标的检测结果如表8所示。制备的曲奇饼形态完整，断面结构细密、无粉末，硬度适中、薄厚均匀，酸甜适中，口感细腻、咀嚼性好，酥脆、无颗粒感，油橄榄特有风味突出，颜色整体协调、淡黄色，均匀一致，对其进行理化指标和微生物及重金属指标检测，各项指标均符合国家标准要求。

2.5 抗氧化作用

低糖复合曲奇饼干的抗氧化能力由图9~10所示。用VC和曲奇饼干对比考查抗氧化作用，随着曲奇饼干的浓度升高，对FRAP值和DPPH自由基、·OH和O₂^－·清除能力也随之升高，所表现出的综合抗氧化能力也随之增强，但都比VC要弱。在5 mg/mL的曲奇饼干浓度下，所表现出的FRAP值和DPPH自由基、·OH和O₂^－·清除率分别为1.56%和85.36%、68.21%和78.63%，与同等浓度的VC相比均呈显极著性差异（P<0.05）。

3 讨论

曲奇饼干是一种高油高糖的小食品，虽受人们欢迎，但经常食用不利于人体健康^［25］。本研究在传统曲奇配方基础上，加入了麦芽糖醇，同时添加油橄榄果渣、金耳粉末和纹党多糖等具有保健功能的成分，可降低高糖的摄入，提高膳食纤维、多糖和蛋白质成分，符合现代人的消费趋势。麦芽糖醇是具有低热量、不会被口腔菌利用，也是一个不会被胃酶分解的甜味剂，是在食品加工中逐渐被重视的一种二糖多元醇^［29］。在曲奇饼干工艺研究中，综合感官评价是主要的评价方法，而评分法很容易受到评价员各种主观因素的影响是无法避免的，因此会出现或多或少的误差，而模糊数学感官评价综合考虑了所有因素及权重，会避免评价中出现的主观误差，使评价结果更科学合理^［30］。本研究通过以油橄榄果渣为原料，同时添加金耳粉、纹党多糖和食品添加辅助成分研制低糖曲奇饼干，开展单因素筛选试验，利用响应面结合模糊数学感官评价法优化最佳工艺参数。油橄榄果渣粉中含有丰富的膳食纤维，金耳粉末中含有大量的蛋白质，当两者添加量较小时会影响低筋面粉的吸水率而降低面团的韧性，导致曲奇变干、硬度增大^［18］，随着添加量的增加油橄榄果渣膳食纤维和金耳粉末的持水性增大，结合纹党多糖的粘性和保水性，会使曲奇饼干硬度降低，适口性增强。添加的纹党多糖和金耳成分，会使曲奇饼干具有较好的抑菌效果，降低了霉菌、沙门氏菌和金黄色葡等致病微生物生长。FRAP值和DPPH、·OH和O₂^－·自由基指标是食品加工中常见的抗氧化能力检测指标，FRAP值的大小可作为曲奇饼干中的总抗氧化能力强弱，DPPH作为一种稳定和良好定性的固体自由基被广泛用于定量测定抗氧化能力，·OH是机体最常见的细胞膜受损的产物，也是器官衰老的特征指标，而O₂^－·具有强氧化能力和还原能力，它能与羟基结合并生成损害细胞中DNA的产物，破坏机体功能加速氧化^［18］。在本研究中添加了油橄榄果渣和金耳中含有较多的多酚等活性物质，会对DPPH、·OH和O₂^－·产生较强的清除能力，增强了总体抗氧化作用，表现出较好的生物保健功能。

4 结论

综上，通过响应面结合模糊数学感官评价法优化低糖曲奇饼干研制配方工艺为油橄榄果渣添加量为15%、麦芽糖醇添加量为30%、金耳添加量为10%、纹党多糖添加量为0.35%。研制的低糖复合曲奇饼干形态完整，断面结构细密、无粉末，硬度适中，薄厚均匀、口感细腻、咀嚼性好，酥脆、无颗粒感，油橄榄风味突出，气味协调、颜色均一，检测的重金属含量均小于国家安全标准（<0.05 mg/kg），未检出沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等致病菌，大肠杆菌数和真菌数量等卫生指标均符合国家标准，具有很好的营养价值和抗氧化功能。

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基金资助

甘肃省科技重大专项(21ZD4NK045)

甘肃省自然科学基金项目(21JR7RK912)

甘肃省高等学校创新基金项目(2021B-377)