響應面法優化蜂蜜甜面包制作工藝研究

解殿偉，王慧俐，吳祖芳

（1.浙江特殊教育職業學院，浙江杭州310023；2.寧波大學食品與藥學學院，浙江寧波315800）

隨著居民生活品質的提高，烘焙行業迎來了快速發展期，近年來對面包的需求市場不斷擴大[1]。為了滿足烘焙市場需求，國內研究面包制作的學者們對面包制備工藝進行了大量研究，主要集中在配方優化與工藝改良[2]。尋找一種砂糖替代品，既能保持甜面包香甜的味覺感受，降低成品糖分成為目前企業需要解決的關鍵問題[3]。

蜂蜜是由蜜蜂釀制而成的一種純天然綠色食品，容易被人體吸收利用，具有良好的保健功效[4]。同質量的蜂蜜所含熱量是蔗糖的80%，蜂蜜的甜度約是蔗糖的2 倍[5]。在甜面包制作中用蜂蜜取代蔗糖可降低面包熱量，增加各種營養素，增加面包的食用功能，而且也符合現代人健康飲食的習慣[6]。蜂蜜可以分解發酵面團中的植酸，為酵母繁殖提供能量，縮短發酵時間，使制品更加香甜松軟[7]。

基于此，本研究在傳統甜面包制作配方基礎上，使用蜂蜜替代蔗糖，對面團攪拌、發酵、烘烤三大工藝采用不同時間、溫度進行單因素試驗，應用JMP 軟件設計響應面分析，研究面團攪拌浸泡、發酵時間、烘烤時間、烘烤溫度等因素與感官評價之間建立響應關系，采用響應面設計試驗，對數據進行分析，最終確定甜面包最優加工工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

高筋面粉：江蘇南順食品有限公司；安佳黃油：新西蘭恒天然集團；蜂蜜：北京百花蜂蜜有限公司；韓國幼砂糖：大韓制糖（株）；鹽：浙江鹽業公司；脫脂奶粉：安徽達諾乳業有限公司；即發干酵母：英聯馬利食品（上海）有限公司；S500 面包改良劑：廣州焙樂道食品有限公司；雞蛋：市售。

1.1.2 儀器與設備

SPC-40SP 噴霧醒發箱、SM25 雙速雙動面團攪拌機、SK2-633 烤箱：無錫新麥機械有限公司；JA2003A電子天平：上海精密儀器儀表有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 配方確定

以行業甜面包制作配方為基礎，通過預試驗確定試驗配方，高筋粉1 000 g、蜂蜜160 g、即發干酵母14 g、水380g、鹽 10 g、黃油 80 g、雞蛋 70 g、面包改良劑 3 g。

1.2.2 制備工藝

1）面團浸泡：將高筋粉倒入攪拌機內，加入300 g水攪拌均勻2min，取出密封放置，進行面團浸泡[9]。

2）面團成型：將浸泡過的面團放入攪拌機內，加入改良劑、即發干酵母、蜂蜜、全蛋液、水，中速攪拌5 min，再加入鹽、黃油慢速攪拌10 min，靜置20 min后分割成100 g/個，搓圓，放入烤盤備用[10]。

3）面團發酵：將成型后的面團放入溫度30 ℃、濕度85%的醒發箱內進行面團發酵[11]。

4）面包烘焙：將完成發酵的面包胚體放入烤箱，按設計溫度與時間進行烘焙，即得蜂蜜甜面包。

1.2.3 面包體質比計算

面包出爐后放置30 min，先測量面包質量，在將面包放入量筒中，加入色拉油并覆蓋，測量體積，取出面包后測量剩余色拉油體積，二者差即為面包體積[12]。計算公式如下：體質比=面包體積（mL）/面包質量（g）。

1.2.4 感官檢驗指標

依據美國烘焙學院設計的面包評價標準對面包進行外部感官和內部感官評價。面包出爐后放置120 min，測量其重量、體積，面包體積采用油菜籽代替法測定，計算體質比。請10 位具有食品背景專業人員進行感官評定，取10 個人的平均值，評價標準見表1。

表1 感官評定標準表Table 1 Sensory evaluation standard table

1.2.5 單因素試驗設計

以面團浸泡時間50 min、發酵時間70 min、烘烤溫度200 ℃、烘烤時間45 min 為基礎工藝條件，在其他工藝條件恒定情況下，分別分析不同的面團浸泡時間（0、10、20、30、40、50、60、70 min），不同的發酵時間（60、70、80、90、100、110 min）、不同的烘烤溫度（170、180、190、200、210、220 ℃）、不同的烘烤時間（35、40、45、50、55、60 min）對蜂蜜甜面包的品質影響，根據結果確定最佳工藝因素。

1.2.6 響應面優化試驗設計

根據單因素試驗結果，以面團浸泡時間、發酵時間、烘烤溫度、烘烤時間為試驗因素，使用JMP13 軟件，設計四因素三水平響應面試驗，根據軟件設計進行17 次獨立試驗，對蜂蜜甜面包制作工藝進行優化分析，響應面試驗設計參數見表2。

表2 響應面因素水平Table 2 Response surface factor level

1.3 數據分析

單組別試驗重復3 次，通過SPSS 軟件進行數據分析，P＜0.05[14]為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 浸泡時間對蜂蜜甜面包品質影響

浸泡時間對蜂蜜甜面包品質影響見圖1。

圖1 浸泡時間對蜂蜜甜面包品質影響Fig.1 Effect of soaking time on the quality of honey sweet bread

由圖1 可知，在面團攪拌工藝增加面團浸泡環節對面包感官得分影響明顯。在面團浸泡0 min 至50 min區間內，面包體質與感官評價分值成上升趨勢，在面團浸泡0 min 至30 min 區間內，圖像斜率平緩，制得的面包體積和感官評價分值相差較小，說明在此時間區間內浸泡時間對面團對面筋的影響較小，在30 min 至50 min 分區間內圖像斜率大，增速較快，說明此時間區間內浸泡面團時間長短對面筋的影響較大；在面團浸泡50 min 至70 min 區間內，制作面包體積和感官評分變化不顯著。綜合分析，面團浸泡50 min 品質最佳。

2.1.2 發酵時間對蜂蜜甜面包品質影響

發酵時間對蜂蜜甜面包品質影響見圖2。

圖2 發酵時間對蜂蜜甜面包品質影響Fig.2 Effect of fermentation time on the quality of honey sweet bread

根據圖2 分析，面團的發酵時間對蜂蜜甜面包的品質影響較大，直接影響面包的體積、組織、口感、味道、硬度、新鮮度等[15]。在發酵50 min 時感官得分較低，是因為面團發酵時間短，內部二氧化碳氣體產生較少，面筋沒有充分擴展，成品體積較小，組織粗糙、硬度大。在50 min 至80 min 區間，隨著時間的增長，感官得分增速較快，發酵速度逐漸變快，面團內二氧化碳氣體增速變快，體積膨脹增快，面筋逐漸擴展，硬度降低，彈性增強。在70 min 至80 min 區間隨著時間的增長，對感官評分影響效果逐漸放緩，在80 min 時達到最大值。原因是面團經過70 min 發酵已達到合格標準，在此區間各項感官評分指標變化變較?。?0 min 至110 min區間感官得分逐漸降低，下降速度呈加快趨勢，原因是隨著發酵時間的持續增長，酵母大量繁殖產生大量二氧化碳氣體超出面胚承受能力，漲斷面筋，體積減小，組織變得粗糙，氣孔變大，硬度增強，酵母繁殖釋放出的乳酸菌快速增加使成品變酸，食用價值降低[16]。綜合分析，蜂蜜甜面包發酵時間過長或過短對面包的品質影響很大，在70 min 至90 min 內較為適宜，發酵時間為80 min 品質最佳。

2.1.3 烘烤溫度對蜂蜜甜面包品質影響

烘烤溫度對蜂蜜甜面包品質影響見圖3。

圖3 烘烤溫度對蜂蜜甜面包品質影響Fig.3 Effect of baking temperature on the quality of honey sweet bread

由圖3 可知，烘烤溫度對蜂蜜甜面包的感官評分影響較大。以烘烤溫度在170 ℃為起點，蜂蜜甜面包感官評分隨著烘烤溫度的上升，以200 ℃為最高值，先增加，后下降。烘烤溫度在170 ℃至180 ℃區間內感官分值與體積增加緩慢，原因是此區間溫度較低，面胚不易成熟，面包芯會發黏，受熱膨脹不夠明顯，體積增長緩慢，缺少彈性，表皮顏色淺[17]；烘烤溫度在180 ℃至190 ℃區間內感官分值增加明顯，原因是隨著區間溫度升高胚體顏色增深，體積膨大效果變得明顯，內芯成熟加快，彈性增強。烘烤溫度在190 ℃至200 ℃區間內感官分值增加并不明顯，原因是在190 ℃時面包烘烤溫度達到合格標準，烘烤胚體各項感官指標得分較好，故此區間感官得分提升較??；當溫度超過200 ℃后，隨著溫度持續升高，感官得分下降速度加快，因溫度過高，胚體表面焦糖化反應過度，呈現深黃色或黑色，內部水分蒸發較快導致成品變硬，口感降低，體積減小。綜合分析，面團烘烤溫度在200 ℃蜂蜜甜面包品質最佳。

2.1.4 烘烤時間對蜂蜜甜面包品質影響

烘烤時間對蜂蜜甜面包品質影響見圖4。

圖4 烘烤時間對蜂蜜甜面包品質影響Fig.4 Effect of baking time on the quality of honey sweet bread

從圖4 可知，烘烤時間的掌控對蜂蜜甜面包品感官得分影響明顯。以35 min 為起點，隨著烘烤時間的延長，感官得分呈現先增加，后降低的趨勢，在45 min時達到最大值。在35 min 時，因烘烤時間沒有達到使胚體成熟的程度，胚體膨脹小，焦糖化作用小，表面顏色淺，內芯沒有完全成熟而發黏[18]。在35 min 至40 min區間，感官分值上升較快，因隨著烘烤時間增長胚體顏色增深，內芯漸漸成熟，組織漸漸均勻、松軟，體積增大。在40 min 至45 min 感官分值增速較慢，原因是在烘烤時間在40 min 時，面包內部已經成熟，體積膨大基本完成，成品色澤基本達標，所以隨著時間的增加胚體表面顏色會更加美觀，體積更加穩定，其他因素影響較小。當烘烤時間超過45 min 后，感官得分隨著時間的延長逐漸下降，時間越長降速越快。原因是隨著烘烤時間增長，水分蒸發過多，硬度增強，焦糖化作用更明顯，表皮變深黃或淺黑色[19]。綜合分析，面團烘烤時間在45 min 時蜂蜜甜面包品質最佳。

2.2 響應面試驗優化結果及分析

2.2.1 回歸模型建立與顯著性檢驗

使用JMP13 軟件中試驗設計中的定制設計，將蜂蜜甜面包感官評價得分作為響應量，目標設定為最大化[20]，將面團攪拌浸泡時間、發酵時間、烘烤溫度、烘烤時間等四個因素作為因子，設定三水平試驗，按照各組合參數進行試驗，確定感官評價得分，結果如表3所示。

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Response surface experiment design and results

續表3 響應面試驗設計及結果Continue table 3 Response surface experiment design and results

將表3 感官得分錄入JMP13 軟件，采用響應曲面試驗設計，在分析-擬合模型中角色變量選擇感官評價得分，特質選擇擬合最小二乘法進行統計分析[21]。得到擬合總匯表4 和表5 參數估計值。

表4 響應面試驗擬合總匯表Table 4 Response surface experiment fitting summary table

表5 參數估計值Table 5 Parameter estimates

由表4、表5 數據得到，|t|＜0.000 1＜0.05 概率，同時R2為 0.994 993 趨近于 1，且 R2-調整 R2=0.011 015 非常小，所以證明此模型與實際擬合良好，所分析得到的數據為有效數據，對產品制作工藝具有優化指導意義。

圖中P 值越小，該項或交互作用項影響越大。由圖可得，本組試驗中CD P=0.000 02、B2P=0.000 005 說明這兩項的擬合作用對模型有顯著影響最為顯著，結果誤差小。工藝因素對面包品質影響主次順序為：發酵時間＞浸泡時間＞烘烤溫度＞烘烤時間。

2.2.2 響應面分析與優化

依據所建立的二元回歸擬合方程所建立的模型對影響因素進行優化分析，圖5 為JMP14 軟件中擬合最小二乘法-響應感官評分預測刻畫器最大化意愿圖。

圖5 JMP-擬合最小二乘法-響應感官評分預測刻畫器最大化意愿圖Fig.5 JMP-fitting least squares-response sensory score prediction illustrator maximizes willingness map

圖5 中顯示采用浸泡時間50 min，發酵時間80 min，烘烤溫度200 ℃，烘烤時間45 min 制得的產品感官得分為96.21，意愿值為0.999 5，置信區間[95.213 95，97.205 9]。對所建立的模型進行響應曲面刻畫，得到響應曲面圖6、圖7、圖8、圖9、圖10。

圖6 烘烤時間與發酵時間對面包感官評價影響Fig.6 Effect of baking time and fermentation time on sensory evaluation of bread

圖7 烘烤溫度與發酵時間對面包感官評價影響Fig.7 Effect of baking temperature and fermentation time on sensory evaluation of bread

圖8 烘烤時間與烘烤溫度對面包感官評價影響Fig.8 Effect of baking time and baking temperature on sensory evaluation of bread

圖9 發酵時間與浸泡時間對面包感官評價影響Fig.9 Effect of fermentation time and dough soaking on sensory evaluation of bread

圖10 烘烤時間與浸泡時間對面包感官評價影響Fig.10 Effect of baking time and soaking on sensory evaluation of bread

圖6～圖10 用三維圖示的形式體現面發酵時間、面團攪拌浸泡、烘烤溫度、烘烤時間等因素中兩兩之間的交互作用與感官得分之間的關系[22]。更形象的說明了蜂蜜甜面包制作工藝在浸泡時間50 min，發酵時間80 min，烘烤溫度200 ℃，烘烤時間45 min 情況下制得的產品感官質量最優。在蜂蜜甜面包制作中考慮烘烤溫度與烘烤時間、發酵時間與烘烤溫度各因素之間的交互作用尤為重要。對上述優化條件下進行驗證試驗，實際評分為96.8 分，與預測的97.7 分相差0.9分，說明試驗結果和預測結果一致性強。

3 結論

本試驗將傳統甜面包配方進行調整，用蜂蜜替換砂糖，通過單因素試驗與響應面分析對蜂蜜甜面包工藝條件進行優化。通過研究發現工藝因素對面包品質影響主次順序為發酵時間＞浸泡時間＞烘烤溫度＞烘烤時間；蜂蜜甜面包最佳工藝組合為：浸泡時間50 min、發酵時間80 min、烘烤溫度200 ℃、烘烤時間45 min，通過驗證試驗制得蜂蜜甜面包感官評分達到96.8，與預測97.7 分相差0.9 分，說明試驗結果和預測結果一致性強。