響應面優化黑木耳面包制作工藝及品質分析

＊蘇超 李天一 高婷 戴文娜 張爽 許華方

（1.蕪湖職業技術學院蕪湖市生命健康工程技術研究中心 安徽 241000 2.南京衛崗乳業有限公司 江蘇 210000）

引言

黑木耳[1]是著名的山珍，可食、可藥、可補，中國老百姓餐桌上久食不厭，有“素中之葷”之美譽，世界上被稱之為“中餐中的黑色瑰寶”。黑木耳是一種重要的食用菌，富含蛋白質、脂肪、糖類及多種維生素等營養物質[2]，其中鐵的含量極為豐富[3]，并可防治缺鐵性貧血，還含有豐富的維生素K，能維持體內凝血因子的正常水平，以防止出血。黑木耳不僅營養價值極高，同時還含有黑色素、多糖、黃酮等天然活性成分[4-5]，具有抗氧化[6]、抗輻射[7]、降低膽固醇[8]、預防高血脂[9]和提高免疫力[10]等多種保健功效[11-13]。

現代社會不斷發展，人們的工作節奏不斷加快，這就需要方便快速、隨時隨地解決飲食問題，而面包食用可口又方便，能夠滿足人們日常生活的飲食需求[14-15]。市售面包的調查顯示未見黑木耳面包的銷售，因此，開發口味獨特、集營養與保健為一體的黑木耳面包能夠迎合消費者的需求，具有較大的生產研究價值[16]。響應面分析法（Response Surface Methodology，RSM），是通過一系列多個變量、確定性的“試驗”得到一定數據，采用多元二次回歸方程來擬合多因子實驗中因素與響應值之間的函數關系，通過對回歸方程的分析來尋求最優工藝參數，解決多變量問題的統計方法[17]。本文對黑木耳面包制作工藝進行響應面優化研究[18-19]，得到最優制作工藝參數，并對其進行了品質測定，為新型面包的開發利用提供了有益參考。

1.材料與方法

(1)材料與試劑

高筋粉新鄉良潤全谷物食品有限公司；白糖太古糖業有限公司；雞蛋大潤發超市；食鹽中國鹽業股份有限公司；即發干酵母安琪酵母股份有限公司。

(2)儀器與設備

FA2004分析天平上海衡平儀器儀表廠；WF111710-849粉碎機江陰市萬通藥化機械設備有限公司；SEC-1Y-S發酵箱江蘇三麥機械有限公司；TA.TOUCH質構儀上海保圣實業發展有限公司。

(3)方法

①面包的制作工藝流程和操作要點

A.工藝流程

面粉、糖、鹽、酵母、木耳混合→加入全蛋液、水混合→攪拌→揉搓→一次發酵→排氣揉搓→二次發酵→烘焙→成品。

B.操作要點

挑選品質較好的黑木耳，用粉碎機進行粉碎，再通過過篩獲得不同粒度的黑木耳。稱取適量的高筋粉、酵母、食鹽、白砂糖、黑木耳進行混合，向其中倒入全蛋液，邊攪拌邊加水，攪拌均勻，制成面團。將揉搓好的面團放在碗中蓋上保鮮膜，在室溫25～28℃的環境中進行第一次發酵，發酵至2～2.5倍大，手指蘸粉戳孔不回彈不塌陷即可。將發酵好的面團取出，輕拍排氣，分塊，每塊約為50g，滾圓后蓋保鮮膜松弛20min，拍扁、搟開、疊起、再搟、卷起、收口。注意收口處要平滑平整。將揉搓好的面團放入溫度為37℃左右，濕度為70%左右環境中進行二次發酵，發酵到6～7min時即可。將發酵好的面團放入預熱好的烤箱中，進行烘焙，面包出爐后，在表面刷一層油，室溫冷卻后即為成品[20]。

②制作工藝優化研究

A.單因素實驗

在面包的制備過程中，考察了黑木耳粉添加量、黑木耳粉的目數、面包的發酵時間對面包品質的影響，以面包的感官評分做標準。考察的因素和范圍有：黑木耳粉添加量1%、2%、3%、4%、5%；黑木耳粉目數60目、80目、100目、120目、140目；發酵時間1h、1.5h、2h、2.5h、3h。

B.響應面實驗設計

為進一步確定面包的最佳工藝參數，在單因素實驗的基礎上，選取黑木耳粉的添加量（A）、黑木耳粉的粒數（B）、發酵時間（C）為自變量，以面包的感官評分為響應值，設計3因素3水平響應面實驗，優化最佳工藝參數。因素及水平見表1。

表1 響應面試驗因素與水平編碼

③成品黑木耳面包的品質測定

相同的制作工藝，在不添加黑木耳粉的條件下，進行面包的制作。將該面包與最佳制作工藝條件下的黑木耳面包采用質構儀對硬度、黏度、彈性、咀嚼性、膠著性進行測定并進行感官評分。

④指標的測定

A.感官品質評分

面包的感官品質對于面包的整體品質來說尤其重要。試驗采用感官評分的方式對黑木耳面包的品質進行評價。感官評分（Sensory Analysis）是一種能真實、客觀反映食品品質的有效方法，在國內外食品品質研究中得到廣泛的應用，目前尚無一種儀器測試能完全取代感官鑒評[21]。感官評定試驗方案，是由20位食品檢驗專業的學生組成評定小組，對黑木耳面包進行感官評定，根據《GB7099-2015食品安全國家標準面包、糕點》的要求，選用百分制來評定黑木耳面包，最終取20名評審員的評分均值，具體的評分標準如表2所示。

表2 感官評分標準[22]

B.質構特性

利用質構儀模擬人口腔的咀嚼運動測試面包的質構特性，包括硬度、黏度、彈性、咀嚼性、膠著性等指標，來客觀評產品的質構特性變化。將面包放置至室溫后，切取2cm厚度的中間層，放置于質構儀探頭面積下的載物臺上，進行測定。每個樣品平行測定3次，取其平均值。

測定條件：探頭為P/36柱狀探頭，運行模式為TPA方案，探頭感應力為5g，測前速度為2.00mm/s，測中、測后速率均為1.00mm/s。

(4)數據統計與分析

主要采用SPSS 22.0對數據進行差異性分析，采用Origin.9軟件作圖，利用Design-E Expert 10.0軟件進行響應面實驗方差分析。單因素實驗均重復3次，取平均值。

2.結果與分析

(1)黑木耳面包制作工藝的研究

①黑木耳粉添加量對面包感官品質的影響

在保持黑木耳粉粒數為100目，發酵時間為2h不變的條件下，以黑木耳面包的感官評分為評價指標，研究在不同黑木耳粉添加量條件下對面包感官品質的影響。分別以1%、2%、3%、4%、5%的黑木耳粉進行添加，其感官評分趨勢如圖1所示。結果表明，隨著黑木耳粉添加量的增加，感官評分先逐漸上升至較最高值后又下降。當黑木耳粉添加量為3%時，感官評分達到最高分94分。這可能是由于黑木耳粉的添加量過少時面包味道過淡，而黑木耳粉添加量過大時，會影響面包的色澤，掩蓋面包的奶香味道，所以選擇適宜的黑木耳粉添加量為3%。

圖1 黑木耳粉添加量對面包感官評分的影響

②黑木耳粉粒數對面包感官品質的影響

在保持黑木耳粉添加量為3%，發酵時間為2h不變的條件下，以黑木耳面包的感官評分為評價指標，研究在不同黑木耳粉粒數條件下對面包感官品質的影響。分別以60目、80目、100目、120目、140目的黑木耳粒數進行添加，其感官評分趨勢如圖2所示。結果表明，黑木耳粉粒數在100目以內，感官評分逐漸上升，當黑木耳粉粒數達到100目時，感官評分達到最高分93分，在100～140目范圍內，曲線呈現下降趨勢。這可能是由于黑木耳粉的粒數過小時，面包食用起來會有顆粒感；當黑木耳粒數過大時，其吸水性導致成品面包的水分降低，出現裂開的現象，因此選擇適宜的黑木耳粉粒數為100目。

圖2 黑木耳粉粒數對面包感官評分的影響

③發酵時間對面包感官品質的影響

在保持黑木耳粉添加量為3%，黑木耳粉粒數為100目不變的條件下，以黑木耳面包的感官評分為評價指標，研究在不同發酵時間條件下對面包感官品質的影響。分別以發酵1h、1.5h、2h、2.5h、3h進行面包制作，其感官評分趨勢如圖3所示。結果表明，隨著面包的發酵時間增加，感官評分先逐漸上升至較高值后又下降，當發酵時間達到2h時，感官評分達到最高分93分。這可能是因為發酵時間過短時發酵程度不夠，面包過硬；當發酵時間過長時發酵過度，面包發酸，因此選擇適宜的發酵時間為2h。

圖3 發酵時間對面包感官評分的影響

(2)黑木耳面包最佳制作工藝參數確定

①Box-Behnken響應面數據處理

根據單因素試驗結果，及表2的試驗安排，自變量選擇黑木耳粉添加量（A）、黑木耳粉的粒數（B）、面包的發酵時間（C），面包感官品質（Y）為響應值，利用Design-Expert 10.0設計3因素3水平Box-Behnken試驗，進行響應面分析試驗，優化方案和結果見表3。由方差分析結果（表4）可知，實驗設計范圍內總模型P值＜0.01，表明總模型方程極顯著。失擬項P值＞0.05，不顯著，說明預測值和實際值之間的擬合程度較高；校正決定系數R2Adj=0.9055，決定系數R2=0.9587，說明該模型擬合程度良好，各因素之間存在著交互作用，其中A、C、AB、AC、A2、B2、C2均呈顯著影響。

表3 響應面優化設計方案及實驗結果

表4 方差分析表

②響應面回歸模型的建立與擬合

通過Design-Expert 10.0對表3數據進行回歸擬合，得到回歸方程如下：

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

通過響應面法方差分析得到等高線圖和響應面圖，如下圖4～6所示。若曲面較為平坦，則表示各因素的變化對響應值有較小的影響，反之，則說明各因素的變化對響應值有較大的影響。通過等高線也可以分析2個因素之間的交互作用強弱，當等高線趨于圓形時，則說明2個因素之間的交互作用不顯著，等高線趨于橢圓時，則說明2個因素之間的交互作用顯著。通過圖4～6可知，黑木耳粉的添加量和粒數之間交互作用極顯著，黑木耳粉的添加量和發酵時間之間交互作用較顯著，黑木耳粉的粒數和發酵時間之間交互作用不顯著。

圖4 黑木耳粉添加量和粒數等高線與響應面圖

圖5 黑木耳粉添加量和發酵時間等高線與響應面圖

圖6 黑木耳粉粒數和發酵時間等高線與響應面圖

④驗證實驗

利用Design-Expert軟件對本試驗回歸方程進行優化求解，得到黑木耳面包的最優工藝條件為：黑木耳粉添加量3.77%，黑木耳粉粒數93.18目，發酵時間2.29h，而黑木耳面包的感官評分為95分。為了驗證試驗可靠性，結合面包制作的可操作性，修正工藝參數為：黑木耳粉添加量3.5%，黑木耳粉粒數95目，發酵時間2.3h，進行三次平行實驗，測得黑木耳面包的感官評分為97分，相對誤差為2.06%，說明本實驗設計來優化黑木耳面包的制作是可行的。

(3)品質指標的測定

成品黑木耳面包與未加黑木耳粉的面包在硬度、黏附性、彈性和咀嚼性、膠著性指標的測定結果如表5所示，結果表明添加了黑木耳粉的面包，各方面指標均有所改善，品質得到了提升。

表5 黑木耳面包品質指標

3.結論

通過單因素實驗和響應面優化實驗，對制作工藝參數進行修訂，最終確定了黑木耳面包最佳制作工藝條件為：黑木耳粉添加量3.5%，黑木耳粉粒數95目，發酵時間2.3h，該條件下黑木耳面包的感官評分為97分，且在硬度、黏附性、彈性和咀嚼性、膠著性指標上均有所改善，品質得到了提升。黑木耳粉的添加，提高了面包的營養價值，并附加了保健價值，滿足了人們的需求，為新型面包的開發提供了有益參考。