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(1.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院,浙江臨安 311300; 2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,浙江杭州 310008; 3.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶 400715)

茶是我國傳統(tǒng)的健康飲品,茶葉中含有多種營養(yǎng)成分,具有較高的保健養(yǎng)生功能[1]。利用茶葉的功能成分開發(fā)新型茶食品已成為茶產(chǎn)業(yè)和食品產(chǎn)業(yè)的一大趨勢[2],茶食品逐漸受到了消費者的青睞。

超微茶粉是指利用現(xiàn)代超微粉碎技術(shù)，使茶葉的細胞破壁率達到95%以上的茶葉粉末[3],它保持了茶葉原有的營養(yǎng)成分和天然性,有很強的表面吸附力及親和力、固香性及良好的懸浮穩(wěn)定性等有機特性,易被腸胃消化吸收[4-6]。經(jīng)研究,茶葉沖泡后茶多酚浸出率約為70%,與之相比,超微茶粉水浸出物含量明顯提高,茶多酚浸出率達到90%以上[7-8]。超微茶粉充分保留了生物活性成分,能夠有效地利用茶葉中的營養(yǎng)成分,提高了茶葉的生物利用率。超微茶粉可直接飲用或添加于各類食品中,并賦予各類食食品天然的色澤和特有的茶風(fēng)味,改善食品的口感,在食品領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較為廣泛。

目前，國內(nèi)關(guān)于超微茶粉蛋糕制作工藝的研究大多集中在以超微綠茶粉為原料上[9-11],以超微紅茶粉為原料的研究很少。因此,本文對超微紅茶粉海綿蛋糕的制作工藝進行優(yōu)化,設(shè)計單因素實驗,以感官評分為評價指標(biāo),選出較優(yōu)的參數(shù)。在單因素實驗的基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)面法Box-Behnken中心組合設(shè)計,以超微紅茶粉的粒度、茶粉添加量、烘烤溫度、烘烤時間四個因素為自變因素,蛋糕硬度和感官評分為評價指標(biāo),對超微紅茶粉蛋糕的工藝進行優(yōu)化,以期對其工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶樹鮮葉(鳩坑種) 采自建德市峰鼎茶葉有限公司,采摘標(biāo)準(zhǔn)為一芽二葉,鮮葉在建德市峰鼎茶葉有限公司加工,經(jīng)過萎凋-揉捻-發(fā)酵-干燥等工藝制得毛茶,超微紅茶粉由南京大學(xué)雨潤集團納米科技工程中心加工而成;低筋面粉、雞蛋、白糖、植物油、泡打粉 均為市售。

AM-CG108型廚師機 北美電器(珠海)有限公司;PE5456型多功能電烤箱 北京中興柏翠電器有限公司;ME104E/02型電子天平 梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀 北京超技儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蛋糕制作工藝

操作要點:150 g雞蛋、60 g白糖放入攪拌盆中,用廚師機4檔中速攪拌5 min至均勻,轉(zhuǎn)6檔攪拌15 min,使雞蛋打發(fā)。低筋面粉、超微茶粉、和泡打粉分別過60目網(wǎng)篩,取低筋面粉80 g、一定量的超微紅茶粉和1.5 g泡打粉混合至打發(fā)好的蛋液中,再用1檔低速攪拌15 s,倒入30 g植物油,繼續(xù)攪拌均勻[12]。將面糊倒入模具中,選擇烤箱上下火溫度和時間進行烘烤[13-14]。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 不同茶粉粒度對蛋糕品質(zhì)的影響 設(shè)計超微紅茶粉500、1500、3500、4000和4500目五個粒度水平進行單因素實驗,固定茶粉添加量6%(以面粉添加量的百分比計),烘烤溫度為上火165 ℃/下火165 ℃,烘烤時間25 min[15],考察不同粒度對蛋糕品質(zhì)的影響,通過感官評價,預(yù)選出合適的茶粉粒度進行優(yōu)化實驗。

1.2.2.2 不同茶粉添加量對蛋糕品質(zhì)的影響 設(shè)計超微紅茶粉的添加量為2%、4%、6%、8%和10%(以面粉添加量的百分比計)五個水平進行單因素實驗,固定烘烤溫度為上火165 ℃/下火165 ℃,烘烤時間25 min[15],茶粉粒度3500目,考察不同茶粉添加量對蛋糕品質(zhì)的影響,通過感官評價,預(yù)選出合適的茶粉添加量進行優(yōu)化實驗。

1.2.2.3 不同烘烤溫度對蛋糕品質(zhì)的影響 設(shè)計烘烤溫度上火155 ℃/下火155 ℃、上火160 ℃/下火160 ℃、上火165 ℃/下火165 ℃、上火170 ℃/下火170 ℃、上火175 ℃/下火175 ℃五個水平進行單因素試驗,固定茶粉添加量6%(以面粉添加量的百分比計),烘烤時間25 min[15],茶粉粒度3500目,考察不同烘烤溫度對蛋糕品質(zhì)的影響,通過感官評價,預(yù)選出合適的烘烤溫度進行優(yōu)化實驗。

1.2.2.4 不同烘烤時間對蛋糕品質(zhì)的影響 設(shè)計烘烤時間為20、25、30、35、40 min五個水平進行單因素試驗,茶粉添加量6%(以面粉添加量的百分比計),上火165 ℃/下火165 ℃[15],茶粉粒度3500目,考察不同烘烤時間對蛋糕品質(zhì)的影響,通過感官評價,預(yù)選出合適的烘烤時間進行優(yōu)化實驗。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化蛋糕工藝配方 在單因素實驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計原理,選擇茶粉粒度、茶粉添加量、烘烤溫度、烘烤時間四個因素為自變因素,以硬度和感官評分為響應(yīng)值,分別做四因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化實驗,確定超微紅茶粉蛋糕的最佳工藝。響應(yīng)面因素水平表如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗因素水平表Table 1 Factors and levels table of response surface experiment

1.2.4 蛋糕感官評價方法 按照GB 7099-2015《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 糕點、面包》[16]和GB/T 24303-2009《糧油檢驗 小麥粉蛋糕烘焙品質(zhì)試驗 海綿蛋糕法》[17]中的方法,結(jié)合GB/T 23776-2018《茶葉感官審評方法》[18]對超微茶粉蛋糕品質(zhì)進行評價。由10名經(jīng)過培訓(xùn)的食品專業(yè)學(xué)生組成評定小組,對蛋糕的外形、色澤、組織結(jié)構(gòu)和口感滋味進行感官評價。超微紅茶海綿蛋糕感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表2所示。

表2 超微紅茶海綿蛋糕感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of superfine black tea sponge cake

1.2.5 蛋糕質(zhì)構(gòu)測定 將蛋糕切成的4 cm×4 cm×2 cm塊狀測定。選用TPA模式,采用P/36R壓盤式測試探頭,測定條件為:測前速率2 mm/s;測試速率1 mm/s;測后速率10 mm/s;壓縮程度50%;感應(yīng)力度5 g;兩次壓縮之間停留時間5 s;每項測試重復(fù)3次[19]。由質(zhì)構(gòu)特征曲線可以得到表征蛋糕質(zhì)構(gòu)狀況的評價參數(shù),選擇能夠顯著反映蛋糕品質(zhì)變化的參數(shù),故選取硬度數(shù)值作為參考數(shù)據(jù)[20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗結(jié)果采用Excel 2003軟件進行單因素分析;采用Design-Expert 8.0.6.1軟件對Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計的數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 不同茶粉粒度對蛋糕品質(zhì)的影響 圖1為不同茶粉粒度對蛋糕感官品質(zhì)和硬度的影響。由圖1可知,隨著茶粉粒徑的增大,蛋糕感官評分現(xiàn)先升高后下降,硬度逐漸增加。這是因為當(dāng)茶粉粒度較大時顆粒感明顯,影響了蛋糕的口感,隨著茶粉粒度變小,蛋糕口感變得細膩,感官評分升高,茶粉粒度為4000目時,感官評分達到最高78.2分,蛋糕呈紅棕色,組織均勻柔軟,口感細膩,茶香明顯且純正。4500目分?jǐn)?shù)略有下降,產(chǎn)生此結(jié)果的原因是當(dāng)茶粉粒度減小,茶粉的黏性增強,流動性變差,蛋糕的組織變硬。故選擇4000目的紅茶粉進行實驗。

圖1 茶粉粒度對蛋糕感官評分和硬度的影響Fig.1 Effects of tea powder size on sensorysore and hardness of cake

2.1.2 不同茶粉添加量對蛋糕品質(zhì)的影響 圖2為不同茶粉添加量對蛋糕品質(zhì)和硬度的影響。由圖2可知,蛋糕中超微紅茶粉的添加量為2%～10%時,感官評分先升高后降低,硬度逐步升高。隨著茶粉添加量的增加,蛋糕色澤由淺至深,組織結(jié)構(gòu)變得細密,硬度變大,蓬松度降低,口感變厚實,滋味略苦澀。當(dāng)茶粉添加量為6%時,感官評分達到最高77.48分,此時紅茶蛋糕色澤紅棕有光澤,組織細密,口感綿軟,有明顯紅茶香氣。故選擇茶粉添加量為6%進行實驗。

圖2 茶粉添加量對蛋糕感官品質(zhì)和硬度的影響Fig.2 Effects of adding amount of tea powder on sensory score and hardness of cake

2.1.3 不同烘烤溫度對蛋糕品質(zhì)的影響 圖3為不同烘烤溫度對蛋糕品質(zhì)和硬度的影響。由圖3可知,隨著烘烤溫度升高,蛋糕感官評分先升高后降低,硬度不斷升高。當(dāng)溫度較低時,蛋糕冷卻后收縮,彈性和恢復(fù)性差,口感較黏;溫度過高,蛋糕水分散失,組織變硬,口感發(fā)干、粗糙,出現(xiàn)焦味。當(dāng)烘烤溫度為165 ℃時,蛋糕感官評分達到最高74.3分,此時蛋糕軟硬適中,氣孔均勻、口感細膩,有蛋香和明顯紅茶香氣。故選擇165 ℃的烘烤溫度進行實驗。

圖3 烘烤溫度對蛋糕感官品質(zhì)和硬度的影響Fig.3 Effects of baking temperature on sensory score and hardness of cake

2.1.4 不同烘烤時間對蛋糕品質(zhì)的影響 圖4為不同烘烤時間對蛋糕品質(zhì)和硬度的影響。由圖4可知,隨著烘烤時間增加,蛋糕感官得分先增加后下降,硬度由低到高。當(dāng)烘烤時間為15 min時,蛋糕冷卻后收縮,組織較濕軟;蛋糕在烘烤25 min時,感官評分達到最高74.98分,此時蛋糕入口松軟,茶香凸顯;烘烤35 min的蛋糕含水率下降,硬度升高明顯,回彈性差,口感干澀,茶香弱,焦香明顯。故選擇烘烤時間為25 min進行實驗。

圖4 烘烤時間對蛋糕感官品質(zhì)和硬度的影響Fig.4 Effects of baking time on sensory score and hardness of cake

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化實驗結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果分析 結(jié)合單因素實驗結(jié)果,應(yīng)用Design Expert8.0.6響應(yīng)面試驗設(shè)計結(jié)果如表3所示,以茶粉粒度(A)、茶粉添加量(B)、烘烤溫度(C)、烘烤時間(D)為自變因素,每個因素選擇3水平進行29次實驗,其中24次實驗為析因點,中心點實驗重復(fù)5次用于估計實驗誤差。

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface experiment

2.2.2 Y1回歸方程模型方差分析 應(yīng)用Design Expert8.0.6對表中數(shù)據(jù)進行分析。對硬度的回歸模型為:Y1=960.17+49.74A+139.09B+74.58C+86.43D+35.30AB+17.86AC-49.26AD-13.90BC+74.69BD+72.98CD+58.54A2+18.31B2-27.56C2-36.86D2。

由表4可以看出,模型顯著性檢驗p<0.0001,R2=0.9479,模型具有顯著性,表明該模型具有統(tǒng)計學(xué)意義。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。失擬項p=0.1144>0.05,對模型是有利的,無失擬因素存在,因此可用該回歸方程代替試驗真實點對實驗結(jié)果進行分析。由方差分析可知,模型中一次項A、B、C、D,二次項A2,交互項BD、CD對硬度影響達到極顯著水平(p<0.01);二次項D2、交互項AD對硬度影響達到顯著水平(p<0.05),其他項對硬度的影響不顯著(p>0.05)。由F值檢驗可以得到各因素對蛋糕硬度的影響為茶粉添加量>烘烤時間>烘烤溫度>茶粉粒度。

表4 Y1回歸方程模型方差分析Table 4 Variance analysis of Y1 regression equation model

2.2.3 Y1響應(yīng)面圖分析 根據(jù)回歸方程做出各因素交互作用的響應(yīng)面圖,響應(yīng)面曲面坡度越陡峭,表明響應(yīng)值受到相應(yīng)因素變化的影響越顯著;反之曲面坡度越平緩,則表明響應(yīng)值受相應(yīng)因素變化的影響越小;投影面的等高線的形狀也可反映出交互作用的強弱,橢圓形表示兩因素交互作用顯著,而圓形則與之相反[21]。由圖5～圖10可知,烘烤時間與茶粉添加量、烘烤溫度與烘烤時間、烘烤時間與茶粉粒度的交互作用顯著,其他交互項交互作用不顯著。從曲面的變化趨勢看,茶粉粒度、茶粉添加量、烘烤時間以及烘烤溫度對蛋糕硬度的影響均較大。

圖5 茶粉粒度和茶粉添加量的交互作用對硬度的影響Fig.5 Effect of the interaction of tea powder size and tea powder adding amount on the hardness

圖6 茶粉粒度和烘烤溫度的交互作用對硬度的影響Fig.6 Effect of the interaction of tea powder size and baking temperature on the hardness

圖7 茶粉粒度和烘烤時間的交互作用對硬度的影響Fig.7 Effect of the interaction of tea powder size and baking time on the hardness

圖8 茶粉添加量和烘烤溫度的交互作用對硬度的影響Fig.8 Effect of the interaction of tea powder adding amount and baking temperature on the hardness

圖9 茶粉添加量和烘烤時間的交互作用對硬度的影響Fig.9 Effect of the interaction of tea powder adding amount and baking time on the hardness

圖10 烘烤溫度和烘烤時間的交互作用對硬度的影響Fig.10 Effect of the interaction of baking temperature and baking time on the hardness

2.2.4 Y2回歸方程模型方差分析 應(yīng)用Design Expert8.0.6對表中數(shù)據(jù)進行分析。對感官評分的回歸模型為:Y2=73.90-2.17A-3.95B+0.21C+0.52D-2.09AB-0.075AC-0.81AD+2.11BC-0.63BD-2.60CD-1.91A2-2.62B2-1.52C2-1.88D2。

由表5可以看出,模型顯著性檢驗p=0.0008<0.05,R2=0.8599,模型具有顯著性,該模型具有統(tǒng)計學(xué)意義。模型中一次項A、B,二次項B2對感官評分達到極顯著水平(p<0.01),交互項CD,二次項A2、D2對感官評分達到顯著水平(p<0.05)，其它項對感官評分的影響不顯著(p>0.05)。失擬項p=0.2770>0.05,對模型是有利的,無失擬因素存在,因此可用該回歸方程代替試驗真實點對實驗結(jié)果進行分析。由F值檢驗可以得到各因素對蛋糕感官評分的影響為茶粉添加量>茶粉粒度>烘烤時間>烘烤溫度。

表5 Y2回歸方程模型方差分析Table 5 Variance analysis of Y2 regression equation model

2.2.5 Y2響應(yīng)面圖分析 根據(jù)回歸方程得出不同因素的響應(yīng)面結(jié)果見圖11～圖16,從該組圖可以分析出茶粉粒度、茶粉添加量、烘烤溫度和烘烤時間對紅茶蛋糕感官評分的影響。從曲面的變化趨勢可知,烘烤溫度與烘烤時間有明顯的交互作用。茶粉粒度、茶粉添加量的曲面變化均較大,對感官評分有極顯著的影響,但二者交互的影響不顯著,此外,烘烤溫度與茶粉粒度、烘烤時間與茶粉粒度、烘烤溫度與茶粉添加量、烘烤時間與茶粉添加量的交互作用均不顯著。

圖12 茶粉粒度和烘烤溫度的交互作用對感官評分的影響Fig.12 Effect of the interaction of tea powder size and baking temperature on the sensory score

圖13 茶粉粒度和烘烤時間的交互作用對感官評分的影響Fig.13 Effect of the interaction of tea powder size and baking time on the sensory score

圖14 茶粉添加量和烘烤溫度的交互作用對感官評分的影響Fig.14 Effect of the interaction of tea powder adding amount and baking temperature on the sensory score

圖15 茶粉添加量和烘烤時間的交互作用對感官評分的影響Fig.15 Effect of the interaction of tea powder adding amount and baking time on the sensory score

圖16 烘烤溫度和烘烤時間的交互作用對感官評分的影響Fig.16 Effect of the interaction of baking temperature and baking time on the sensory score

2.2.6 最佳工藝配方預(yù)測與驗證 應(yīng)用Design Expert 8.0.6對超微紅茶蛋糕的硬度和感官性能評分進行綜合分析,預(yù)測最佳工藝配方的條件為:茶粉粒度3806.88目,茶粉添加量4.30%,烘烤溫度160.74 ℃,烘烤時間29.14 min。在此工藝條件下,蛋糕硬度預(yù)測值為726.17 g,感官評分預(yù)測值為77.13分。

為了檢測軟件模擬最佳值與實際情況之間的差距,采用以下工藝配方對預(yù)測值進行驗證:茶粉粒度4000目,茶粉添加量4.30%,烘烤溫度160 ℃,烘烤時間29 min。在此工藝條件下,紅茶蛋糕硬度值為731.63 g,感官評分為78.20分,與預(yù)測指標(biāo)相近?？梢姴捎庙憫?yīng)面法優(yōu)化茶為紅茶蛋糕生產(chǎn)工藝配方具有實際的應(yīng)用價值。

3 結(jié)論

本研究以超微紅茶粉為原料制作海綿蛋糕,通過單因素實驗和響應(yīng)面法Box-Behnken中心組合原理對蛋糕工藝進行優(yōu)化,設(shè)計超微紅茶粉的粒度、茶粉添加量、烘烤溫度、烘烤時間四個因素對蛋糕硬度和感官評分的回歸模型。通過對模型分析可知,各因素對超微紅茶蛋糕硬度的影響順序為:茶粉添加量>烘烤時間>烘烤溫度>茶粉粒度,各因素對蛋糕感官評分的影響順序為:茶粉添加量>茶粉粒度>烘烤時間>烘烤溫度。超微紅茶粉海綿蛋糕的最優(yōu)工藝配方為:超微紅茶粉粒度4000目、茶粉添加量4.30%、烘烤溫度160 ℃、烘烤時間29 min,該條件下蛋糕硬度值為731.63 g,感官評分為78.20分,與模型預(yù)測值結(jié)果相近,表明響應(yīng)面法優(yōu)化超微紅茶粉海綿蛋糕工藝切實可行。此工藝制作的蛋糕色澤呈紅棕色,組織細膩,柔軟有彈性,口感綿軟,紅茶香氣純正且馥郁,回味較好。