响应面优化黑木耳面包制作工艺及品质分析

＊苏超 李天一 高婷 戴文娜 张爽 许华方

（1.芜湖职业技术学院芜湖市生命健康工程技术研究中心 安徽 241000 2.南京卫岗乳业有限公司 江苏 210000）

引言

黑木耳[1]是著名的山珍，可食、可药、可补，中国老百姓餐桌上久食不厌，有“素中之荤”之美誉，世界上被称之为“中餐中的黑色瑰宝”。黑木耳是一种重要的食用菌，富含蛋白质、脂肪、糖类及多种维生素等营养物质[2]，其中铁的含量极为丰富[3]，并可防治缺铁性贫血，还含有丰富的维生素K，能维持体内凝血因子的正常水平，以防止出血。黑木耳不仅营养价值极高，同时还含有黑色素、多糖、黄酮等天然活性成分[4-5]，具有抗氧化[6]、抗辐射[7]、降低胆固醇[8]、预防高血脂[9]和提高免疫力[10]等多种保健功效[11-13]。

现代社会不断发展，人们的工作节奏不断加快，这就需要方便快速、随时随地解决饮食问题，而面包食用可口又方便，能够满足人们日常生活的饮食需求[14-15]。市售面包的调查显示未见黑木耳面包的销售，因此，开发口味独特、集营养与保健为一体的黑木耳面包能够迎合消费者的需求，具有较大的生产研究价值[16]。响应面分析法（Response Surface Methodology，RSM），是通过一系列多个变量、确定性的“试验”得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合多因子实验中因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的统计方法[17]。本文对黑木耳面包制作工艺进行响应面优化研究[18-19]，得到最优制作工艺参数，并对其进行了品质测定，为新型面包的开发利用提供了有益参考。

1.材料与方法

(1)材料与试剂

高筋粉新乡良润全谷物食品有限公司；白糖太古糖业有限公司；鸡蛋大润发超市；食盐中国盐业股份有限公司；即发干酵母安琪酵母股份有限公司。

(2)仪器与设备

FA2004分析天平上海衡平仪器仪表厂；WF111710-849粉碎机江阴市万通药化机械设备有限公司；SEC-1Y-S发酵箱江苏三麦机械有限公司；TA.TOUCH质构仪上海保圣实业发展有限公司。

(3)方法

①面包的制作工艺流程和操作要点

A.工艺流程

面粉、糖、盐、酵母、木耳混合→加入全蛋液、水混合→搅拌→揉搓→一次发酵→排气揉搓→二次发酵→烘焙→成品。

B.操作要点

挑选品质较好的黑木耳，用粉碎机进行粉碎，再通过过筛获得不同粒度的黑木耳。称取适量的高筋粉、酵母、食盐、白砂糖、黑木耳进行混合，向其中倒入全蛋液，边搅拌边加水，搅拌均匀，制成面团。将揉搓好的面团放在碗中盖上保鲜膜，在室温25～28℃的环境中进行第一次发酵，发酵至2～2.5倍大，手指蘸粉戳孔不回弹不塌陷即可。将发酵好的面团取出，轻拍排气，分块，每块约为50g，滚圆后盖保鲜膜松弛20min，拍扁、擀开、叠起、再擀、卷起、收口。注意收口处要平滑平整。将揉搓好的面团放入温度为37℃左右，湿度为70%左右环境中进行二次发酵，发酵到6～7min时即可。将发酵好的面团放入预热好的烤箱中，进行烘焙，面包出炉后，在表面刷一层油，室温冷却后即为成品[20]。

②制作工艺优化研究

A.单因素实验

在面包的制备过程中，考察了黑木耳粉添加量、黑木耳粉的目数、面包的发酵时间对面包品质的影响，以面包的感官评分做标准。考察的因素和范围有：黑木耳粉添加量1%、2%、3%、4%、5%；黑木耳粉目数60目、80目、100目、120目、140目；发酵时间1h、1.5h、2h、2.5h、3h。

B.响应面实验设计

为进一步确定面包的最佳工艺参数，在单因素实验的基础上，选取黑木耳粉的添加量（A）、黑木耳粉的粒数（B）、发酵时间（C）为自变量，以面包的感官评分为响应值，设计3因素3水平响应面实验，优化最佳工艺参数。因素及水平见表1。

表1 响应面试验因素与水平编码

③成品黑木耳面包的品质测定

相同的制作工艺，在不添加黑木耳粉的条件下，进行面包的制作。将该面包与最佳制作工艺条件下的黑木耳面包采用质构仪对硬度、黏度、弹性、咀嚼性、胶着性进行测定并进行感官评分。

④指标的测定

A.感官品质评分

面包的感官品质对于面包的整体品质来说尤其重要。试验采用感官评分的方式对黑木耳面包的品质进行评价。感官评分（Sensory Analysis）是一种能真实、客观反映食品品质的有效方法，在国内外食品品质研究中得到广泛的应用，目前尚无一种仪器测试能完全取代感官鉴评[21]。感官评定试验方案，是由20位食品检验专业的学生组成评定小组，对黑木耳面包进行感官评定，根据《GB7099-2015食品安全国家标准面包、糕点》的要求，选用百分制来评定黑木耳面包，最终取20名评审员的评分均值，具体的评分标准如表2所示。

表2 感官评分标准[22]

B.质构特性

利用质构仪模拟人口腔的咀嚼运动测试面包的质构特性，包括硬度、黏度、弹性、咀嚼性、胶着性等指标，来客观评产品的质构特性变化。将面包放置至室温后，切取2cm厚度的中间层，放置于质构仪探头面积下的载物台上，进行测定。每个样品平行测定3次，取其平均值。

测定条件：探头为P/36柱状探头，运行模式为TPA方案，探头感应力为5g，测前速度为2.00mm/s，测中、测后速率均为1.00mm/s。

(4)数据统计与分析

主要采用SPSS 22.0对数据进行差异性分析，采用Origin.9软件作图，利用Design-E Expert 10.0软件进行响应面实验方差分析。单因素实验均重复3次，取平均值。

2.结果与分析

(1)黑木耳面包制作工艺的研究

①黑木耳粉添加量对面包感官品质的影响

在保持黑木耳粉粒数为100目，发酵时间为2h不变的条件下，以黑木耳面包的感官评分为评价指标，研究在不同黑木耳粉添加量条件下对面包感官品质的影响。分别以1%、2%、3%、4%、5%的黑木耳粉进行添加，其感官评分趋势如图1所示。结果表明，随着黑木耳粉添加量的增加，感官评分先逐渐上升至较最高值后又下降。当黑木耳粉添加量为3%时，感官评分达到最高分94分。这可能是由于黑木耳粉的添加量过少时面包味道过淡，而黑木耳粉添加量过大时，会影响面包的色泽，掩盖面包的奶香味道，所以选择适宜的黑木耳粉添加量为3%。

图1 黑木耳粉添加量对面包感官评分的影响

②黑木耳粉粒数对面包感官品质的影响

在保持黑木耳粉添加量为3%，发酵时间为2h不变的条件下，以黑木耳面包的感官评分为评价指标，研究在不同黑木耳粉粒数条件下对面包感官品质的影响。分别以60目、80目、100目、120目、140目的黑木耳粒数进行添加，其感官评分趋势如图2所示。结果表明，黑木耳粉粒数在100目以内，感官评分逐渐上升，当黑木耳粉粒数达到100目时，感官评分达到最高分93分，在100～140目范围内，曲线呈现下降趋势。这可能是由于黑木耳粉的粒数过小时，面包食用起来会有颗粒感；当黑木耳粒数过大时，其吸水性导致成品面包的水分降低，出现裂开的现象，因此选择适宜的黑木耳粉粒数为100目。

图2 黑木耳粉粒数对面包感官评分的影响

③发酵时间对面包感官品质的影响

在保持黑木耳粉添加量为3%，黑木耳粉粒数为100目不变的条件下，以黑木耳面包的感官评分为评价指标，研究在不同发酵时间条件下对面包感官品质的影响。分别以发酵1h、1.5h、2h、2.5h、3h进行面包制作，其感官评分趋势如图3所示。结果表明，随着面包的发酵时间增加，感官评分先逐渐上升至较高值后又下降，当发酵时间达到2h时，感官评分达到最高分93分。这可能是因为发酵时间过短时发酵程度不够，面包过硬；当发酵时间过长时发酵过度，面包发酸，因此选择适宜的发酵时间为2h。

图3 发酵时间对面包感官评分的影响

(2)黑木耳面包最佳制作工艺参数确定

①Box-Behnken响应面数据处理

根据单因素试验结果，及表2的试验安排，自变量选择黑木耳粉添加量（A）、黑木耳粉的粒数（B）、面包的发酵时间（C），面包感官品质（Y）为响应值，利用Design-Expert 10.0设计3因素3水平Box-Behnken试验，进行响应面分析试验，优化方案和结果见表3。由方差分析结果（表4）可知，实验设计范围内总模型P值＜0.01，表明总模型方程极显著。失拟项P值＞0.05，不显著，说明预测值和实际值之间的拟合程度较高；校正决定系数R2Adj=0.9055，决定系数R2=0.9587，说明该模型拟合程度良好，各因素之间存在着交互作用，其中A、C、AB、AC、A2、B2、C2均呈显著影响。

表3 响应面优化设计方案及实验结果

表4 方差分析表

②响应面回归模型的建立与拟合

通过Design-Expert 10.0对表3数据进行回归拟合，得到回归方程如下：

Y=94.40+1.25A-0.87B+1.38C-2.00AB+1.50AC-1.25BC-1.83A2-4.58B2-2.57C2

③各因素交互作用分析

通过响应面法方差分析得到等高线图和响应面图，如下图4～6所示。若曲面较为平坦，则表示各因素的变化对响应值有较小的影响，反之，则说明各因素的变化对响应值有较大的影响。通过等高线也可以分析2个因素之间的交互作用强弱，当等高线趋于圆形时，则说明2个因素之间的交互作用不显著，等高线趋于椭圆时，则说明2个因素之间的交互作用显著。通过图4～6可知，黑木耳粉的添加量和粒数之间交互作用极显著，黑木耳粉的添加量和发酵时间之间交互作用较显著，黑木耳粉的粒数和发酵时间之间交互作用不显著。

图4 黑木耳粉添加量和粒数等高线与响应面图

图5 黑木耳粉添加量和发酵时间等高线与响应面图

图6 黑木耳粉粒数和发酵时间等高线与响应面图

④验证实验

利用Design-Expert软件对本试验回归方程进行优化求解，得到黑木耳面包的最优工艺条件为：黑木耳粉添加量3.77%，黑木耳粉粒数93.18目，发酵时间2.29h，而黑木耳面包的感官评分为95分。为了验证试验可靠性，结合面包制作的可操作性，修正工艺参数为：黑木耳粉添加量3.5%，黑木耳粉粒数95目，发酵时间2.3h，进行三次平行实验，测得黑木耳面包的感官评分为97分，相对误差为2.06%，说明本实验设计来优化黑木耳面包的制作是可行的。

(3)品质指标的测定

成品黑木耳面包与未加黑木耳粉的面包在硬度、黏附性、弹性和咀嚼性、胶着性指标的测定结果如表5所示，结果表明添加了黑木耳粉的面包，各方面指标均有所改善，品质得到了提升。

表5 黑木耳面包品质指标

3.结论

通过单因素实验和响应面优化实验，对制作工艺参数进行修订，最终确定了黑木耳面包最佳制作工艺条件为：黑木耳粉添加量3.5%，黑木耳粉粒数95目，发酵时间2.3h，该条件下黑木耳面包的感官评分为97分，且在硬度、黏附性、弹性和咀嚼性、胶着性指标上均有所改善，品质得到了提升。黑木耳粉的添加，提高了面包的营养价值，并附加了保健价值，满足了人们的需求，为新型面包的开发提供了有益参考。