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紫菜饼干制作工艺的优化
摘要
紫菜是一种富含蛋白质、氨基酸、碳水化合物、膳食纤维、维生素等元素，营养成分全面的海产品。
本文以紫菜和低筋面粉为主要原料，对紫菜饼干加工工艺进行研究，通过单因素试验首先得出紫菜添加量、酵母添加量、细砂糖添加量、焙烤温度四个因素对于紫菜饼干的感官品质均有一定程度的影响。
然后利用响应面实验对其进行优化。
最终得到紫菜饼干加工工艺优化配方为：
100g低筋面粉、紫菜粉4.0g、酵母1.7g、细砂糖9g、焙烤温度180℃,用此配方制作出来的紫菜饼干，颜色均匀，形态完整，断面层次清晰且均匀，口感松脆，并带有紫菜的独特风味。
关键词：
紫菜；饼干；优化；响应面实验
紫菜饼干制作工艺的优化
1引言
1.1研究背景
紫菜学名为（Pyropia/Porphyraspp.），在系统分类学上隶属于红藻门（Rhodophyta），原红藻纲（Protoflorideae），红毛菜目（Bangiales），红毛菜科（Bangiaceae），主要生长于近海的岩石上，它的颜色主要是深褐色、紫红色或褐绿色，它的干品颜色是深紫色，它的叶状体主要是由一层包埋在薄层胶质中的细胞组成的，它成熟期的形状有膜状、长形或圆形[1]。
紫菜的种类有很多，目前世界上已知的紫菜种类超过130种。
现在人们所食用的紫菜绝大部分来自于人工养殖，种植的紫菜主要是条斑紫菜、坛紫菜和甘紫菜这三种[2]。
紫菜在世界上市产值最高的栽培海藻。
紫菜的营养十分全面，根据其营养成分分析表可知，紫菜富含蛋白质、氨基酸、碳水化合物、维生素、Ca、Mg、P、K、I、Se等矿质元素和微量元素，都是人们所需要的营养物质[3]。
紫菜中蛋白质含量丰富[4]，富含人体所需的8种必需氨基酸，不饱和脂肪酸的含量较高，EPA含量高达18%，紫菜含有多种维生素以及钙、钾、碘、铁、锌等矿物质[5]。
除此以外，紫菜中含有的紫菜多糖具有多种生物学功能，如抗凝血、免疫调节、抗肿瘤、抗衰老、改善肠道菌群及肠道微环境等[6，7]。
紫菜还有许多功能，如降血压、降血脂、防止动脉硬化和脑血栓等[8，9]。
在人们大规模种植的海藻中，其营养价值高居榜首，适合加工成各种家常菜肴及休闲食品以满足人体日常营养需求。
紫菜在我国沿海地区大量种植，是我国重要的经济栽培海藻，而且早在21世纪初我国紫菜产量排名世界第一。
我国紫菜的主要种植产地分布在江苏、浙江、福建、山东和广州的沿海地区，条斑紫菜和坛紫菜是我国紫菜种植的主要品种，条斑紫菜的养殖主要在江苏、山东沿海地区，最近几年也开始种植坛紫菜；坛紫菜的主要养殖区在福建、浙江、广州沿海地区[10]。
目前我国紫菜的栽培产业规模已经达到6.4万公顷，年产量11.4万吨[1]，其中2017年福建省紫菜养殖面积15178公顷，占全国的19.07%，产量63509吨，占全国的36.65%[11]。
紫菜的食用方式在我国较为单一，尤其是在内陆地区，人们在日常生活中食用紫菜主要是把它做成汤品，表明紫菜产品的开发还不能满足消费需要，所以我们要加大对紫菜产品的研发，使紫菜走进人们生活中，来满足人门对营养价值高的食品需求。
新世纪以来，我国经济得到飞速发展，人们都富裕起来，人们对吃的要求逐渐提高，从而使人们的饮食结构发生巨大改变，对食物的需求也越来越多，进而使休闲食品的市产业不断扩大，饼干产业是休闲食品产业主要组成产业之一，饼干产业也的到快速发展。
不过人们对饼干的要求也逐渐发生了变化，从最初的果腹、代餐需求，到休闲、好吃需求，再到健康、营养、美味的需求。
前两种需求以基本得到满足，但第三种需求仍未得到满足，人们对功能化的中高端饼干的需求，是未来饼干产业发展的突破点。
由于我国的紫菜产量世界第一，而且紫菜价值高。
紫菜饼干这样的产品还是比较少的。
以紫菜为原料制成饼干，为人们提供一种健康,方便、美味的休闲食品,同时也提高了紫菜的经济价值，为种植紫菜的农民提供新的销路。
1.2国内外发展现状
零八年奥运会以后，我国的经济得到飞速发展，而且我国从基本建成小康社会到现在即将全面建成小康社会的这个阶段，新时代下成长的消费者们的消费观念与上一代消费者们有很大的不同。
新一代消费者们对吃的需求越来越高，不在满足于前一代消费者们对食品便宜、便捷、美味的要求，而且还要满足于健康、营养、低脂低糖、安全等需求。
紫菜的营养价值就十分的高，相信其经过加工制成的休闲食品能够满足新一代消费者的要求。
目前我国拥有紫菜加工企业一百家以上，但是他们主要是对紫菜的初加工企业，而关于紫菜休闲食品加工的企业是比较少的。
福建浙江的紫菜加工企业主要生产的是坛紫菜的小饼紫菜和调味紫菜；江苏的紫菜加工企业主要生产条斑紫菜产品，他们引进迚、消化吸收日本一次加工、二次加工生产线和生产技术,生产标准紫菜片和烤紫菜[12，13]。
目前关于紫菜的加工产品还是比较少的。
胡茂芩[14]以紫菜、色拉油等为原料研究出紫菜馒头。
徐向波[15]以紫菜以及鸡蛋等为原料研究拥有良好色泽、细腻组织、均匀孔洞、柔软口感、较好风味的紫菜法式海绵蛋糕。
宋亚茹[16]以紫菜、牛乳等为原料研究出拥有细腻口感，柔和均一的淡紫色、浓厚醇香的味道、淡淡紫菜风味的紫菜酸奶。
任蒙蒙[17]以紫菜、炒小麦和豆粕为原料,采用高盐稀态工艺酿造了紫菜酱油。
伍宏[18]以福建沿海大量种植的经济海藻坛紫菜为原料，使用生物酶解技术、中药枸杞调配、高温灭菌罐装等工艺技术，开发出一种具有补碘和降压效果的紫菜复合功能饮。
如今的社会，人们越来越向往健康以及高质量的生活，因而饮食观念也越来越偏向于营养、健康、安全、绿色的养生理念。
因此，我们以营养丰富且健康的紫菜以及如今有良好前景的面包相结合，制作出既有紫菜丰富的营养价值、又有良好风味的紫菜饼干。
非常地符合目前人们的需求，相信其拥有广泛的前景。
1.3研究目的和意义
现今的饼干市场，饼干的种类越来越多，并且随着人们生活水平的提高，对休闲食品营养健康也提出了较高要求，研制营养保健性饼干也逐渐成为当下主流，如螺旋藻饼干[19]、麦麸膳食纤维饼干[20]、低热量南瓜糜子饼干[21]等，这些功能性饼干越发地受到广大消费者的青睐。
我国是世界第一紫菜生产国，紫菜产量特别多。
紫菜营养十分全面，符合人们对绿色营养健康食品的需求。
采用紫菜粉，可以使饼干色泽分布均匀，紫菜风味更加浓郁，并保留了紫菜中的营养保健物质，促使其更易吸收，也可以让人们在使用休闲食品中更好地摄入营养物质，并且在饼干市场中，关于紫菜口味的饼干还未被开发出来，本实验采用以紫菜为原料加工成的饼干，不仅增加了饼干的种类，而且还提高了紫菜的附加值，同时开拓紫菜的市场，促进经济的发展。
1.4研究主要内容
本课题是以紫菜粉和低筋面粉为原料，对紫菜饼干中的紫菜添加量、酵母添加量、细砂糖添加量以及焙烤温度进行单因素试验，以感官评分为评定指标，选出了紫菜粉添加量、酵母添加量、细砂糖添加量、焙烤温度这四个对紫菜饼干感官评分影响较大的因素，进行四因素三水平的响应面优化实验，从而得到紫菜饼干的最佳配方。
1.5尚待研究的问题
紫菜在打成粉末时，紫菜的特由风味是否会流失，在高温烘焙过程中是否会破坏紫菜的营养物质。
目前对紫菜的烘焙产品还是很少，相信紫菜的烘焙加工是紫菜产业发展的有一个方向。
2材料和方法
2.1实验原料
实验原料见表2-1。
表2-1实验原料
原料名称
产地/公司
低筋面粉
苏州王后烘焙食品贸易有限公司
紫菜
宁德霞浦县
牛奶
内蒙古伊利实业股份有限公司
细砂糖
大卫贝克有限公司
酵母
法国燕牌有限公司
小苏打
安琪酵母有限公司
食盐、食用油
市售
2.2实验设备
实验原料见表2-2。
表2-2实验设备
设备名称
型号
公司
电子天平
YP802N
上海精密科学仪器有限公司
烤箱
MG38CB-AA
广东美的厨房电器制造有限公司
粉碎机
800A
永康市红太阳机电有限公司
2.3实验方法
2.3.1工艺流程
原、辅料预处理→称取原辅料→原辅料均匀混合→面团调制→静置→滚轧→造型→焙烤→冷却→成型
2.3.2操作要点
（1）原料预处理：
将紫菜打成粉末，后将低筋面粉过筛，备用。
（2）称量：
精确称取各原辅料所需的用量，备用。
（3）混合：
将紫菜粉和低筋面粉均匀混合，再将称量好的其余原辅料一起加入混合均匀
（4）面团调制：
将面粉揉成光滑面团。
（5）静置：
将揉好的面团用保鲜膜包裹，在室温下静置30min。
（6）造型：
将面团擀成薄薄的面皮，用饼干模具印出想要的形状，再用牙签在其上方进行均匀扎孔，防止饼干表面起泡。
（7）焙烤：
将造型好的饼干置于刷过油的烤盘上，每个饼坯之间留出足够的空隙，以防止在焙烤过程中饼干体积变大造成的粘连，放入预热好的烤箱中，在170℃下烘烤15min，直至饼干表面变成淡黄绿色。
（8）冷却：
把烤好的饼干取出冷却至室温，在进行密封保存。
2.3.3单因素试验
（1）紫菜粉添加量单因素实验
称取低筋面粉100.0g、酵母1.5g、细砂糖7.0g、玉米油25.0g、牛奶50.0g、小苏打0.5g、盐1.0g，再称取紫菜的质量分别为3.0g、3.5g、4.0g、4.5g、5.0g,揉成光滑面团，用保鲜膜包裹静置30min，放入预热好的焙烤温度为170℃的烤箱中烤15min，研究不同紫菜添加量对紫菜饼干感官评分的影响。
（2）酵母添加量单因素试验
称取低筋面粉100.0g、紫菜粉4.0g、细砂糖7.0g、米油25.0g、牛奶50.0g、盐1.0g、小苏打0.5g，再称取酵母的质量分别为1.1g、1.3g、1.5g、1.7g、1.9g,揉成光滑面团，用保鲜膜包裹静置30min，放入预热好的焙烤温度为170℃的烤箱中烤15min，研究不同酵母添加量对紫菜饼干感官评分影响。
（3）细砂糖添加量单因素试验
称取低筋面粉100.0g、紫菜粉4.0g、酵母1.7g、玉米油25.0g、牛奶50.0g、小苏打0.5g、盐1.0g，再称取细砂糖的质量分别为5.0g、6.0g、7.0g、8.0g、9.0g,揉成光滑面团，用保鲜膜包裹静置30min，放入预热好的焙烤温度为170℃的烤箱中烤15min，研究不同细砂糖添加量对紫菜饼干感官评分的影响。
（4）焙烤温度单因素试验
称取低筋面粉100g、紫菜粉4.0g、酵母1.7g、细砂糖8.0g牛奶50g玉、米油25g、小苏打0.5g、盐1.0g，揉成光滑面团，用保鲜膜包裹静置30min，分别放入预热好的温度150℃、160℃、170℃、180℃、190℃的烤箱中烤15min，研究不同焙烤温度对紫菜饼干感官评分的影响。
2.3.4响应面法
通过单因素实验，选取对紫菜饼干感官评价影响较大的紫菜粉添加量、酵母添加量、细砂糖添加量以及焙烤温度四个因素，进行四因素三水平的响应面分析，研究紫菜饼干最佳工艺试验因素及水平表见表2-3。
表2-3响应面试验因素水平编码
水
平
因素
A紫菜添加量/g
B酵母添加量/g
C细砂糖添加量/g
D焙烤温度/℃
-1
3.5
1.5
7
160
0
4.0
1.7
8
170
+1
4.5
1.9
9
180
2.3.5感官评分标准
紫菜饼干的感官评分参考GB/T20980-2007《饼干》对紫菜饼干进行感官评分，感官评分由饼干的色泽、形态、口感、滋味、组织五个因素组成，并随机选取10名的同学或老师对饼干进行评分，以百分计，结果取平均值，评分标准见表2-4。
表2-4紫菜饼干感官评定评分标准
项目
标准
分数
形态
（20分）
外形完整,厚度均匀,无裂痕,无凹底,未起泡
15-20分
外形完整,有裂痕,无较大凹底,有均匀泡点
7-14分
有变形,有明显裂痕,有凹底以及泡点
0-6分
色泽
（20分）
带有紫菜独特色泽,颜色均匀,无过焦、过白现象
15-20分
有紫菜独特色泽,颜色基本均匀,无过焦、过白现象
7-14分
颜色不均匀,出现过焦、过白现象
0-6分
滋味
（25分）
具有紫菜和饼干香味,无异味
20-25分
有饼干的香味,紫菜味道过淡或较重
10-19分
无饼干的香味,没有紫菜风味
0-9分
口感
（20分）
口感酥松、细腻,不粘牙
15-20分
口感较酥松,不粘牙
7-14分
口感较酥松,粘牙
0-6分
组织
（15分）
断面结构呈现多孔状、细密均匀,无大孔洞
10-15分
断面结构清晰,略微有大孔洞
6-10分
断面结构不清晰,有较大孔洞
0-5分
2.4统计软件
本实验数据采用Design-Expert10软件进行分析。
3结果与讨论
3.1单因素试验结果分析
3.1.1紫菜粉添加量的确定
图3-1紫菜粉添加量对感官评分的影响
由图3-1所示，随着紫菜粉添加量的增加，紫菜饼干的感官评分先增加后减少。
当紫菜添加量少时，饼干中无明显紫菜的口感且色泽分布不均匀，饼干香味不浓，饼干有点焦糊味；当紫菜粉添加量多时，面团的延展性、弹性、可塑性降低，颜色变深，紫菜味过浓，咸腥味加重。
在紫菜添加量为4g时，紫菜饼干的感官评分为71.6分，而且饼干具有较好的紫菜风味，颜色均匀，无过焦过白现象，口感酥脆。
因此紫菜的最佳添加量为4.0g。
其中由F（5.00）＞F0.05（4.46）可知P＜0.05，说明紫菜添加量对紫菜饼干感官评分影响显著。
3.1.2酵母加量的确定
图3-2酵母添加量对感官评分的影响
由图3-2可知，随着酵母添加量的增加，紫菜饼干的感官评分先升高再下降。
酵母添加量少时，饼干形状完整，风味清淡，稍微有一些黏牙，层次不够分明；酵母添加量过多时，饼干会有变形，下底凹起，有不均匀泡点，口感松脆，但是不够细腻，在酵母添加量为1.7g时，饼干的感官评分最高为75.7分，此时饼干形状完整无裂痕，泡点均匀，口感松脆、细腻。
因此，酵母的最佳添加量为1.7g。
其中由F（22.15）＞F0.05（4.46）可知P＜0.05，说明酵母添加量对紫菜饼干感官评分影响显著。
3.1.3白砂糖添加量的确定
图3-3白砂糖添加量对感官评分的影响
如图3-3所示，随着细砂糖添加量量的增加，感官评分呈上升趋势，达到最高点后开始下降。
这可能是因为当细砂糖的量太少时，饼干的甜度很轻，颜色很差；细砂糖添加过量，口感越发甜腻，色泽也会受美拉德反应的影响变暗。
在细砂糖添加量为8.0g时，感官评分最高为84.3分，这是饼干形态完好，薄厚均匀，色泽最佳，甜度适中，具有良好的饼干风味，组织结构分明。
因此细砂糖的最佳添加量为8g。
其中由F（6.41）＞F0.05（4.46）可知P＜0.05，说明酵母添加量对紫菜饼干感官评分影响显著。
3.1.4焙烤温度的确定
图3-4焙烤温度对感官评分影响
焙烤是一个由生到熟的过程，进入烤箱的饼干表面到内部会形成一个温度梯度，在此过程中会发生一系列的变化，如颜色、温度、组织结构的变化等等。
由图3-4所示，随着温度的升高，感官评分先呈上升趋势，然后开始下降。
当烘烤温度为170℃时，感官评分最高为93.4。
当烘烤温度较低时，饼干内部的水分较多，造成饼干有轻微气泡现象且口感不松脆，会比较黏牙，饼干特有的香味减少，当温度过高时，饼干表面的水分散发太快，导致饼干表面起泡从而出现烤焦的现象，色泽不均匀，口感较硬饼干会出现焦糊味。
因此，结合感官评分，最佳的焙烤温度为170℃。
其中由F（16.25）＞F0.05（4.46）可知P＜0.05，说明酵母添加量对紫菜饼干感官评分影响显著。
3.2响应面法分析实验结果
将紫菜粉添加量、酵母添加量、细砂糖糖添加量及焙烤温度四个单因素进行响应面分析，响应面试验结果及分析见表3-1。
表3-1响应面试验分析结果
试验号
因素
感官评分
A
B
C
D
1
3.5
1.5
8
170
78.6
2
4.5
1.5
8
170
76.8
3
3.5
1.9
8
170
72.1
4
4.5
1.9
8
170
84.2
5
4.0
1.7
7
160
74.4
6
4.0
1.7
9
160
82.7
7
4.0
1.7
7
180
73.1
8
4.0
1.7
9
180
71.5
9
3.5
1.7
8
160
71.2
10
4.5
1.7
8
160
74.3
11
3.5
1.7
8
180
70.4
12
4.5
1.7
8
180
72.4
13
4.0
1.5
7
170
79.6
14
4.0
1.9
7
170
84.3
15
4.0
1.5
9
170
88.4
16
4.0
1.9
9
170
89.7
17
3.5
1.7
7
170
76.3
18
4.5
1.7
7
170
76.3
19
3.5
1.7
9
170
74.6
20
4.5
1.7
9
170
82.3
21
4.0
1.5
8
160
76.3
22
4.0
1.9
8
160
76.4
23
4.0
1.5
8
180
72.1
24
4.0
1.9
8
180
70.3
25
4.0
1.7
8
170
89.6
26
4.0
1.7
8
170
89.4
27
4.0
1.7
8
170
90.1
28
4.0
1.7
8
170
93.4
29
4.0
1.7
8
170
88.6
3.2.1感官评价回归及方差分析结果
通过Design-Expert软件进行多项回归拟合，得到感官评分与紫菜粉添加量（A）、酵母添加量（B）、细砂糖添加量（C）以及焙烤温度（D）的多元回归方程为：
感官评分＝+90.22+1.92A+0.43B+2.10C-2.13D+3.48AB+1.93AC-0.27AD-0.85BC-0.48BD-2.48CD-8.43A2-3.52B2-2.97C2-11.48D2。
通过对响应面试验结果进行分析，得到以下数据，总回归项p＜0.0001,表明此试验数学回归模型的建立显著；其中的失拟项p=0.2160不显著，说明该实验中的回归模型选择合理；而决定系数R2=0.9356，表现模型中真实试验值和预测值二者之间的关联性达到93.56%，拥有较好的相关性；以及校正决定系数R2adj=0.8712，说明有87.12%数据可以被该模型解释，表明此模型拥有较好的拟合度。
表中对应的CV=3.27%，表明了这个回归模型有比较低的误差，且有较高精确度的输出数据。
最后精密度的值为12.711大于4，说明这个模型可以在此空间内合理运用。
综合上述所得各个参数，我们可以确定这个模型可以用来测定紫菜饼干的感官品质。
由此可知所选的四因素对感官评分的影响大小为D>C>A>B。
表3-2感官评价回归及方差分析结果
方差来源
平方和
自由度
均方
F值
P值
显著性
模型
1366.24
14
97.59
14.52
<0.0001
显著
A紫菜的质量
44.47
1
44.47
6.62
0.0221
显著
B酵母的质量
2.25
1
2.25
0.34
0.5717
不显著
C细砂糖的质量
52.92
1
52.92
7.88
0.0140
显著
D焙烤温度
54.19
1
54.19
8.07
0.0131
显著
AB
48.30
1
48.30
7.19
0.0179
显著
AC
14.82
1
14.82
2.21
0.1596
不显著
AD
0.30
1
0.30
0.045
0.8350
不显著
BC
2.89
1
2.89
0.43
0.5226
不显著
BD
0.90
1
0.90
0.13
0.7195
不显著
CD
24.50
1
24.50
3.65
0.0769
不显著
A2
461.51
1
461.51
68.69
<0.0001
显著
B2
80.48
1
80.48
11.98
0.0038
显著
C2
57.31
1
57.31
8.53
0.0112
显著
D2
855.60
1
855.60
127.35
<0.0001
显著
残差
94.06
14
6.72
失拟项
80.25
10
8.03
2.32
0.2160
不显著
绝对误差
13.81
4
3.45
总和
1460.31
28
3.2.2因素间的交互关系
各因素相互作用的响应面等高线如下图所示。
图3-5紫菜粉添加量与酵母添加量对感官评分的影响
图3-5显示了紫菜和酵母的添加量对紫菜饼干的感官评分的交互影响，随酵母添加量的增加，感官评分先升高后降低，酵母添加量为1.7g时，感官评分最高，等高线较趋于椭圆形，说明紫菜粉和酵母的交互作用对感官评价的影响非常显著。
图3-6紫菜粉添加量与细砂糖添加量对感官评分的影响
由图3-6可知，随着细砂糖糖添加量的增加，感官评分先升高后降低。
随着紫菜添加量的增加，感官评分先升高后降低。
等高线呈椭圆形，说明紫菜和细砂糖的交互作用对感官评分的影响非常显著。
图3-7紫菜粉添加量与焙烤温度对感官评分的影响
由图3-7可知，在设计范围内，随着烘烤温度的升高，感官评分先升高后降低。
当烘烤温度为170℃时，感官评分最高。
随着紫菜含量的增加，感官评分增加，达到最高值后开始下降。
响应面曲面没有太大的波动，等高线较趋于圆形，说明紫菜粉和焙烤温度的交互作用对感官评分的影响不显著。
图3-8酵母加量与细砂糖添加量对感官评分的影响
由图3-8可知，随着砂糖添加量的增加，感官评分先升高后降低，达到最高点后缓慢下降。
随着酵母添加量的增加，感官评分先升高后降低。
并且等高线呈椭圆形，说明酵母和细砂糖互作用对感官评分的影响十分显著。
图3-9酵母添加量与焙烤温度对感官评分的影响
由图3-9可知，随着焙烤温度升高感官评分也随着增加，之后开始下降，感官评分随酵母添加量的增加而增加，然后缓慢下降。
等高线呈椭圆形，说明酵母与烘烤温度的交互作用对感官评分有显著影响。
图3-10细砂糖添加量与焙烤温度对感官评分的影响
由图3-10可知随着焙烤温度的增加感官评分也明显上升达到最高点后快速下降，而随着细砂糖添加量的增加，感官评分先升高后下降，但感官评分变化范围较小，说明焙烤温度对感官评分的影响大于细砂糖的添加量。
等高线成椭圆形，说明细砂糖和焙烤温度的交互作用对感官评分的影响非常显著。
响应面3D模型中，响应面起伏表明响应值受相对单一因素的影响。
当模型的斜率相对平缓时，说明响应值受相应因素变化的影响较小。
否则，说明响应值明显受因素变化的影响，从图中响应面及等高线情况可知：
对感官评价而言，在试验设计范围内响应值均有最高值，紫菜添加量（A）和白酵母添加量（B）、紫菜添加量（A）和细砂糖的添加量（C）、酵母添加量（B）和细砂糖添加量（C）、酵母添加量（B）和焙烤温度（D）、细砂糖添
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