响应面法优化蜂蜜甜面包制作工艺研究

解殿伟，王慧俐，吴祖芳

（1.浙江特殊教育职业学院，浙江杭州310023；2.宁波大学食品与药学学院，浙江宁波315800）

随着居民生活品质的提高，烘焙行业迎来了快速发展期，近年来对面包的需求市场不断扩大[1]。为了满足烘焙市场需求，国内研究面包制作的学者们对面包制备工艺进行了大量研究，主要集中在配方优化与工艺改良[2]。寻找一种砂糖替代品，既能保持甜面包香甜的味觉感受，降低成品糖分成为目前企业需要解决的关键问题[3]。

蜂蜜是由蜜蜂酿制而成的一种纯天然绿色食品，容易被人体吸收利用，具有良好的保健功效[4]。同质量的蜂蜜所含热量是蔗糖的80%，蜂蜜的甜度约是蔗糖的2 倍[5]。在甜面包制作中用蜂蜜取代蔗糖可降低面包热量，增加各种营养素，增加面包的食用功能，而且也符合现代人健康饮食的习惯[6]。蜂蜜可以分解发酵面团中的植酸，为酵母繁殖提供能量，缩短发酵时间，使制品更加香甜松软[7]。

基于此，本研究在传统甜面包制作配方基础上，使用蜂蜜替代蔗糖，对面团搅拌、发酵、烘烤三大工艺采用不同时间、温度进行单因素试验，应用JMP 软件设计响应面分析，研究面团搅拌浸泡、发酵时间、烘烤时间、烘烤温度等因素与感官评价之间建立响应关系，采用响应面设计试验，对数据进行分析，最终确定甜面包最优加工工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

高筋面粉：江苏南顺食品有限公司；安佳黄油：新西兰恒天然集团；蜂蜜：北京百花蜂蜜有限公司；韩国幼砂糖：大韩制糖（株）；盐：浙江盐业公司；脱脂奶粉：安徽达诺乳业有限公司；即发干酵母：英联马利食品（上海）有限公司；S500 面包改良剂：广州焙乐道食品有限公司；鸡蛋：市售。

1.1.2 仪器与设备

SPC-40SP 喷雾醒发箱、SM25 双速双动面团搅拌机、SK2-633 烤箱：无锡新麦机械有限公司；JA2003A电子天平：上海精密仪器仪表有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 配方确定

以行业甜面包制作配方为基础，通过预试验确定试验配方，高筋粉1 000 g、蜂蜜160 g、即发干酵母14 g、水380g、盐 10 g、黄油 80 g、鸡蛋 70 g、面包改良剂 3 g。

1.2.2 制备工艺

1）面团浸泡：将高筋粉倒入搅拌机内，加入300 g水搅拌均匀2min，取出密封放置，进行面团浸泡[9]。

2）面团成型：将浸泡过的面团放入搅拌机内，加入改良剂、即发干酵母、蜂蜜、全蛋液、水，中速搅拌5 min，再加入盐、黄油慢速搅拌10 min，静置20 min后分割成100 g/个，搓圆，放入烤盘备用[10]。

3）面团发酵：将成型后的面团放入温度30 ℃、湿度85%的醒发箱内进行面团发酵[11]。

4）面包烘焙：将完成发酵的面包胚体放入烤箱，按设计温度与时间进行烘焙，即得蜂蜜甜面包。

1.2.3 面包体质比计算

面包出炉后放置30 min，先测量面包质量，在将面包放入量筒中，加入色拉油并覆盖，测量体积，取出面包后测量剩余色拉油体积，二者差即为面包体积[12]。计算公式如下：体质比=面包体积（mL）/面包质量（g）。

1.2.4 感官检验指标

依据美国烘焙学院设计的面包评价标准对面包进行外部感官和内部感官评价。面包出炉后放置120 min，测量其重量、体积，面包体积采用油菜籽代替法测定，计算体质比。请10 位具有食品背景专业人员进行感官评定，取10 个人的平均值，评价标准见表1。

表1 感官评定标准表Table 1 Sensory evaluation standard table

1.2.5 单因素试验设计

以面团浸泡时间50 min、发酵时间70 min、烘烤温度200 ℃、烘烤时间45 min 为基础工艺条件，在其他工艺条件恒定情况下，分别分析不同的面团浸泡时间（0、10、20、30、40、50、60、70 min），不同的发酵时间（60、70、80、90、100、110 min）、不同的烘烤温度（170、180、190、200、210、220 ℃）、不同的烘烤时间（35、40、45、50、55、60 min）对蜂蜜甜面包的品质影响，根据结果确定最佳工艺因素。

1.2.6 响应面优化试验设计

根据单因素试验结果，以面团浸泡时间、发酵时间、烘烤温度、烘烤时间为试验因素，使用JMP13 软件，设计四因素三水平响应面试验，根据软件设计进行17 次独立试验，对蜂蜜甜面包制作工艺进行优化分析，响应面试验设计参数见表2。

表2 响应面因素水平Table 2 Response surface factor level

1.3 数据分析

单组别试验重复3 次，通过SPSS 软件进行数据分析，P＜0.05[14]为差异显著。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 浸泡时间对蜂蜜甜面包品质影响

浸泡时间对蜂蜜甜面包品质影响见图1。

图1 浸泡时间对蜂蜜甜面包品质影响Fig.1 Effect of soaking time on the quality of honey sweet bread

由图1 可知，在面团搅拌工艺增加面团浸泡环节对面包感官得分影响明显。在面团浸泡0 min 至50 min区间内，面包体质与感官评价分值成上升趋势，在面团浸泡0 min 至30 min 区间内，图像斜率平缓，制得的面包体积和感官评价分值相差较小，说明在此时间区间内浸泡时间对面团对面筋的影响较小，在30 min 至50 min 分区间内图像斜率大，增速较快，说明此时间区间内浸泡面团时间长短对面筋的影响较大；在面团浸泡50 min 至70 min 区间内，制作面包体积和感官评分变化不显著。综合分析，面团浸泡50 min 品质最佳。

2.1.2 发酵时间对蜂蜜甜面包品质影响

发酵时间对蜂蜜甜面包品质影响见图2。

图2 发酵时间对蜂蜜甜面包品质影响Fig.2 Effect of fermentation time on the quality of honey sweet bread

根据图2 分析，面团的发酵时间对蜂蜜甜面包的品质影响较大，直接影响面包的体积、组织、口感、味道、硬度、新鲜度等[15]。在发酵50 min 时感官得分较低，是因为面团发酵时间短，内部二氧化碳气体产生较少，面筋没有充分扩展，成品体积较小，组织粗糙、硬度大。在50 min 至80 min 区间，随着时间的增长，感官得分增速较快，发酵速度逐渐变快，面团内二氧化碳气体增速变快，体积膨胀增快，面筋逐渐扩展，硬度降低，弹性增强。在70 min 至80 min 区间随着时间的增长，对感官评分影响效果逐渐放缓，在80 min 时达到最大值。原因是面团经过70 min 发酵已达到合格标准，在此区间各项感官评分指标变化变较小；80 min 至110 min区间感官得分逐渐降低，下降速度呈加快趋势，原因是随着发酵时间的持续增长，酵母大量繁殖产生大量二氧化碳气体超出面胚承受能力，涨断面筋，体积减小，组织变得粗糙，气孔变大，硬度增强，酵母繁殖释放出的乳酸菌快速增加使成品变酸，食用价值降低[16]。综合分析，蜂蜜甜面包发酵时间过长或过短对面包的品质影响很大，在70 min 至90 min 内较为适宜，发酵时间为80 min 品质最佳。

2.1.3 烘烤温度对蜂蜜甜面包品质影响

烘烤温度对蜂蜜甜面包品质影响见图3。

图3 烘烤温度对蜂蜜甜面包品质影响Fig.3 Effect of baking temperature on the quality of honey sweet bread

由图3 可知，烘烤温度对蜂蜜甜面包的感官评分影响较大。以烘烤温度在170 ℃为起点，蜂蜜甜面包感官评分随着烘烤温度的上升，以200 ℃为最高值，先增加，后下降。烘烤温度在170 ℃至180 ℃区间内感官分值与体积增加缓慢，原因是此区间温度较低，面胚不易成熟，面包芯会发黏，受热膨胀不够明显，体积增长缓慢，缺少弹性，表皮颜色浅[17]；烘烤温度在180 ℃至190 ℃区间内感官分值增加明显，原因是随着区间温度升高胚体颜色增深，体积膨大效果变得明显，内芯成熟加快，弹性增强。烘烤温度在190 ℃至200 ℃区间内感官分值增加并不明显，原因是在190 ℃时面包烘烤温度达到合格标准，烘烤胚体各项感官指标得分较好，故此区间感官得分提升较小；当温度超过200 ℃后，随着温度持续升高，感官得分下降速度加快，因温度过高，胚体表面焦糖化反应过度，呈现深黄色或黑色，内部水分蒸发较快导致成品变硬，口感降低，体积减小。综合分析，面团烘烤温度在200 ℃蜂蜜甜面包品质最佳。

2.1.4 烘烤时间对蜂蜜甜面包品质影响

烘烤时间对蜂蜜甜面包品质影响见图4。

图4 烘烤时间对蜂蜜甜面包品质影响Fig.4 Effect of baking time on the quality of honey sweet bread

从图4 可知，烘烤时间的掌控对蜂蜜甜面包品感官得分影响明显。以35 min 为起点，随着烘烤时间的延长，感官得分呈现先增加，后降低的趋势，在45 min时达到最大值。在35 min 时，因烘烤时间没有达到使胚体成熟的程度，胚体膨胀小，焦糖化作用小，表面颜色浅，内芯没有完全成熟而发黏[18]。在35 min 至40 min区间，感官分值上升较快，因随着烘烤时间增长胚体颜色增深，内芯渐渐成熟，组织渐渐均匀、松软，体积增大。在40 min 至45 min 感官分值增速较慢，原因是在烘烤时间在40 min 时，面包内部已经成熟，体积膨大基本完成，成品色泽基本达标，所以随着时间的增加胚体表面颜色会更加美观，体积更加稳定，其他因素影响较小。当烘烤时间超过45 min 后，感官得分随着时间的延长逐渐下降，时间越长降速越快。原因是随着烘烤时间增长，水分蒸发过多，硬度增强，焦糖化作用更明显，表皮变深黄或浅黑色[19]。综合分析，面团烘烤时间在45 min 时蜂蜜甜面包品质最佳。

2.2 响应面试验优化结果及分析

2.2.1 回归模型建立与显著性检验

使用JMP13 软件中试验设计中的定制设计，将蜂蜜甜面包感官评价得分作为响应量，目标设定为最大化[20]，将面团搅拌浸泡时间、发酵时间、烘烤温度、烘烤时间等四个因素作为因子，设定三水平试验，按照各组合参数进行试验，确定感官评价得分，结果如表3所示。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Response surface experiment design and results

续表3 响应面试验设计及结果Continue table 3 Response surface experiment design and results

将表3 感官得分录入JMP13 软件，采用响应曲面试验设计，在分析-拟合模型中角色变量选择感官评价得分，特质选择拟合最小二乘法进行统计分析[21]。得到拟合总汇表4 和表5 参数估计值。

表4 响应面试验拟合总汇表Table 4 Response surface experiment fitting summary table

表5 参数估计值Table 5 Parameter estimates

由表4、表5 数据得到，|t|＜0.000 1＜0.05 概率，同时R2为 0.994 993 趋近于 1，且 R2-调整 R2=0.011 015 非常小，所以证明此模型与实际拟合良好，所分析得到的数据为有效数据，对产品制作工艺具有优化指导意义。

图中P 值越小，该项或交互作用项影响越大。由图可得，本组试验中CD P=0.000 02、B2P=0.000 005 说明这两项的拟合作用对模型有显著影响最为显著，结果误差小。工艺因素对面包品质影响主次顺序为：发酵时间＞浸泡时间＞烘烤温度＞烘烤时间。

2.2.2 响应面分析与优化

依据所建立的二元回归拟合方程所建立的模型对影响因素进行优化分析，图5 为JMP14 软件中拟合最小二乘法-响应感官评分预测刻画器最大化意愿图。

图5 JMP-拟合最小二乘法-响应感官评分预测刻画器最大化意愿图Fig.5 JMP-fitting least squares-response sensory score prediction illustrator maximizes willingness map

图5 中显示采用浸泡时间50 min，发酵时间80 min，烘烤温度200 ℃，烘烤时间45 min 制得的产品感官得分为96.21，意愿值为0.999 5，置信区间[95.213 95，97.205 9]。对所建立的模型进行响应曲面刻画，得到响应曲面图6、图7、图8、图9、图10。

图6 烘烤时间与发酵时间对面包感官评价影响Fig.6 Effect of baking time and fermentation time on sensory evaluation of bread

图7 烘烤温度与发酵时间对面包感官评价影响Fig.7 Effect of baking temperature and fermentation time on sensory evaluation of bread

图8 烘烤时间与烘烤温度对面包感官评价影响Fig.8 Effect of baking time and baking temperature on sensory evaluation of bread

图9 发酵时间与浸泡时间对面包感官评价影响Fig.9 Effect of fermentation time and dough soaking on sensory evaluation of bread

图10 烘烤时间与浸泡时间对面包感官评价影响Fig.10 Effect of baking time and soaking on sensory evaluation of bread

图6～图10 用三维图示的形式体现面发酵时间、面团搅拌浸泡、烘烤温度、烘烤时间等因素中两两之间的交互作用与感官得分之间的关系[22]。更形象的说明了蜂蜜甜面包制作工艺在浸泡时间50 min，发酵时间80 min，烘烤温度200 ℃，烘烤时间45 min 情况下制得的产品感官质量最优。在蜂蜜甜面包制作中考虑烘烤温度与烘烤时间、发酵时间与烘烤温度各因素之间的交互作用尤为重要。对上述优化条件下进行验证试验，实际评分为96.8 分，与预测的97.7 分相差0.9分，说明试验结果和预测结果一致性强。

3 结论

本试验将传统甜面包配方进行调整，用蜂蜜替换砂糖，通过单因素试验与响应面分析对蜂蜜甜面包工艺条件进行优化。通过研究发现工艺因素对面包品质影响主次顺序为发酵时间＞浸泡时间＞烘烤温度＞烘烤时间；蜂蜜甜面包最佳工艺组合为：浸泡时间50 min、发酵时间80 min、烘烤温度200 ℃、烘烤时间45 min，通过验证试验制得蜂蜜甜面包感官评分达到96.8，与预测97.7 分相差0.9 分，说明试验结果和预测结果一致性强。