趙謝，甘巧，湯思憶，陳泗林，周航，范文教

（四川旅游學(xué)院食品學(xué)院，四川成都610100）

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(gè)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1 min～2 min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(dòng)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9 min將烤盤掉頭，23 min時(shí)蛋糕表面呈深黃色時(shí)即可出爐。

1.3.2 工藝流程

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 對(duì)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)對(duì)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(duì)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(píng)分探討其對(duì)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(píng)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

按照戚風(fēng)蛋糕的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，通過感官評(píng)價(jià)法。參與感官評(píng)價(jià)的人員為食品專業(yè)學(xué)生10人，每位評(píng)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(gè)方面對(duì)黑芝麻蛋糕進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果取平均值，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表1，采用百分制。

表1 黑芝麻戚風(fēng)蛋糕感官評(píng)價(jià)表Table 1 Sensory evaluation standards of black sesame cake

1.5.2 比容測定

蛋糕比容評(píng)分：蛋糕出爐后自然冷卻至室溫，脫模稱重（精確至0.1 g），用“小米替換法”測量蛋糕體積（精確至1 mL），體積與質(zhì)量之比即為比容（mL/g）；比容值為4.8時(shí)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(duì)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1 mm/s；壓縮比例60%；最小感應(yīng)力0.375 N。每個(gè)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(píng)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(píng)分相關(guān)性分析

采用SPSS（17.0）軟件對(duì)17個(gè)黑芝麻蛋糕產(chǎn)品的感官評(píng)分和質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性進(jìn)行分析，得到感官評(píng)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(duì)黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響

不同黑芝麻粉的添加量對(duì)黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響如圖1所示。

圖1 黑芝麻粉的添加量對(duì)黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響Fig.1 The effect of the addition about black sesame on cake’s quality

根據(jù)感官評(píng)分折線圖可知，當(dāng)黑芝麻粉添加量為23 g時(shí)，感官評(píng)分取得峰值。此時(shí)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(shí)，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(shí)，蛋糕的口感下降，咀嚼時(shí)顆粒感明顯且出現(xiàn)油膩感，黑芝麻內(nèi)含油脂，對(duì)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20 g時(shí)，比容值達(dá)到峰值。綜合考慮當(dāng)黑芝麻粉的添加量在20 g～26 g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(duì)黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響

蛋白中糖的添加量對(duì)黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 蛋白清中糖的添加量對(duì)黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響Fig.2 The effect of the addition about sugger in the egg white on cake’s quality

蛋白中白砂糖的添加量對(duì)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32 g時(shí)值最大，此時(shí)，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(duì)黑芝麻蛋糕口味的影響至關(guān)重要，由感官評(píng)分柱形圖可知，當(dāng)白砂糖添加量為37 g時(shí)，感官得分最高。綜合考慮，取蛋清中的白砂糖的添加量在32 g～42 g時(shí)較為恰當(dāng)。

2.1.3 玉米淀粉和低筋面粉比例對(duì)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47 g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(duì)黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 玉米淀粉和低筋面粉比例對(duì)黑芝麻蛋糕品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of the proportion of low gluten flour and corn flour on cake’s quality

由圖3中感官評(píng)分的折線圖可知，隨著玉米淀粉量的增加，感官評(píng)分先下降，后上升至相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)玉米淀粉添加量為4 g時(shí)，感官評(píng)分和比容值都與整體的變化趨勢相差很大，所以此時(shí)的值不予以考慮。由圖3可知玉米淀粉的添加量對(duì)黑芝麻蛋糕的比容影響不大，對(duì)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∶35 3個(gè)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(píng)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。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表Table 2 Response surface test factor and level table

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(gè)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(píng)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(píng)分與各個(gè)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。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果Table 3 The results of Response surface test

續(xù)表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果Continue table 3 The results of Response surface test

表4 響應(yīng)面回歸結(jié)果及方差分析Table 4 Response surface regression results and analysis of variance

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(duì)黑芝麻蛋糕感官評(píng)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0.054 0＞0.05，對(duì)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(duì)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(píng)分對(duì)響應(yīng)面的二次多項(xiàng)回歸方程如下：

在所選取的三因素水平范圍內(nèi)，F(xiàn)值代表各因素對(duì)感官評(píng)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(duì)感官評(píng)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（Adeq P）=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0.987 9，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(gè)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(gè)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(duì)響應(yīng)值的影響，對(duì)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。

圖4 黑芝麻粉的添加量（A）和玉米淀粉和低筋面粉的比例（B）對(duì)蛋糕品質(zhì)影響的三維響應(yīng)分析圖和等高線圖Fig.4 Three-dimensional response analysis and contour map of the effect of the addition of black sesame powder and the amount of sugar in the egg white on the quality of the cake

圖5 黑芝麻粉的添加量（A）和蛋白中糖的添加量（C）對(duì)蛋糕品質(zhì)影響的三維響應(yīng)分析圖和等高線圖Fig.5 The three-dimensional response analysis and contour map of the effect of the addition of black sesame powder and the proportion of corn starch and low gluten flour on the quality of the cake

圖6 玉米淀粉與低筋面粉的比例（B）和蛋白中糖的添加量（C）對(duì)蛋糕品質(zhì)影響的三維響應(yīng)分析圖和等高線圖Fig.6 The three-dimensional response analysis and contour map of the effect of the addition of sugar in the egg white and the proportion of corn starch and low gluten flour on the quality of the cake

從圖4～圖6可以看出，3個(gè)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)?？梢钥闯?，3個(gè)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(píng)分最大響應(yīng)值，即黑芝麻添加量為26.00 g，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38.21 g，玉米淀粉添加量為8.79 g），蛋白中白砂糖的添加量為35.46 g，黑芝麻蛋糕的感官評(píng)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(píng)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26.00 g，玉米淀粉和低筋面粉的比例為9∶38（低筋面粉添加量為38 g，玉米淀粉添加量為9 g），蛋白中白砂糖的添加量為36 g。對(duì)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(píng)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(jià)值。

2.3 黑芝麻蛋糕感官評(píng)分與質(zhì)構(gòu)特性相關(guān)性分析

用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)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(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的平均值。具體結(jié)果見表5。

表5 黑芝麻蛋糕質(zhì)構(gòu)特性測試結(jié)果Table 5 The results of texture properties of black sesame cake

將黑芝麻蛋糕感官評(píng)分及質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)經(jīng)SPSS17.0分析后，得到感官評(píng)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26 g，面粉添加量38 g，玉米淀粉添加量9 g，蛋白中白砂糖添加量36 g，雞蛋添加量120 g，塔塔粉添加量1 g，鹽添加量1 g，色拉油添加量18 g，水添加量32 g，蛋黃中白砂糖添加量20 g，在此配方下黑芝麻蛋糕感官評(píng)分可達(dá)90.89。同時(shí)，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(gè)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(píng)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。