Box-Behnken响应面法优化水东芥菜魔芋粉面包制备工艺

摘 要：以水东芥菜和魔芋粉为主要原料，研制了一款含有水东芥菜和魔芋粉营养的新型面包。以感官评分作为主要的评价指标，综合选取最佳单因素添加量，进而采取Box-Behnken响应面设计优化配方。结果表明，水东芥菜魔芋粉面包的最佳配方为高筋面粉100 g、魔芋粉5.3 g、芥菜浆51.1 g、酵母1.4 g、黄油10 g、白砂糖15 g、食盐2 g、水50 g、鸡蛋液20 g。用此配方制作的面包形态完整，呈现绿色且颜色和芥菜纤维分布均匀，色香味俱全。

关键词：水东芥菜；魔芋粉；面包；响应面优化

Optimization of the Preparation Process of Shuidong Mustard and Konjac Flour Bread by Box-Behnken Response

Surface Methodology

Abstract： A new type of bread with the nutrition of Shuidong mustard and konjac flour was developed using the unique Shuidong mustard and konjac flour as the main raw materials. Sensory evaluation was used as the main evaluation index， and the optimal single-factor addition amount was selected comprehensively， and then the Box-Behnken response surface design was used to optimize the formula. The results showed that the best formula for Shuidong mustard and konjac flour bread was 100 g of high-gluten flour， 5.3 g of konjac flour， 51.1 g of mustard pulp， 1.4 g of yeast， 10 g of butter， 15 g of white sugar， 2 g of salt， 50 g of water， and 20 g of egg liquid. The bread made with this formula had a complete shape， was green in color， and had a uniform distribution of color and mustard fibers， with a perfect combination of color， aroma， and taste.

Keywords： Shuidong mustard; konjac flour; bread; response surface optimization

水东芥菜含有丰富的维生素、蛋白质、纤维素和矿物质，对增强免疫力、缓解疼痛和改善视力有积极作用[1-2]。魔芋，又称蒟蒻，含有多种维生素、钾、磷、硒等矿物质和魔芋多糖，以其低热量、低脂肪和高纤维的特性而闻名，有助于降低胆固醇和胆汁酸，对控制糖尿病患者的血糖水平有益[3-4]。魔芋粉的主要成分，即魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM），能够降低血压和胆固醇，调节肠道菌群和代谢，对于预防或治疗肥胖、糖尿病、冠心病有潜力，并能保护肝脏和肾脏[5-6]。在面包中添加魔芋粉不仅能提升面包的品质，还能增强其营养价值，有助于减肥[7]。本研究以水东芥菜浆和魔芋粉作为辅料，旨在将两者的营养和风味融入面包制作中，为水东芥菜和魔芋粉新型产品的开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

鸡蛋、水东芥菜市售；魔芋粉，佛山谷本生物科技有限公司；高筋小麦粉，延津克明面粉有限公司；耐高糖高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；安佳黄油，新西兰乳品牌有限公司。

1.2 仪器与设备

STPL-F39型分层烤炉（广东美的厨房电器制造有限公司）、L6-L621榨汁搅拌机（九阳股份有限公司）、KM-993多功能厨师机（康佳股份有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

水东芥菜魔芋粉面包工艺流程见图1。

1.3.2 操作要点

（1）面团的制备。挑选品质好的水东芥菜，洗净、切碎用榨汁机制成芥菜浆备用。称取适量的高筋粉、酵母、白砂糖、芥菜浆、蛋液、魔芋粉进行混合，制作成面团。

（2）一次发酵。将揉好的面团发酵30 min，覆盖保鲜膜，观察形状是否有变化，当面团发酵到原体积1.5倍大时，即可完成第一次发酵。发酵完毕后，把面团拿出揉搓排出空气，整形并松驰10～15 min。

（3）二次发酵。将整形好的面团放入干净且无油无水的烤盘中，设置醒发箱温度38 ℃，湿度为75%，将其放进醒发箱进行二次发酵，面包体积增大到原来的1.5～2.0倍。

（4）烤箱烤制。面包发酵好后送进烤箱，设置烤箱上火温度为165 ℃，下火温度为155 ℃，烘烤时间为15 min，烘烤完成后表皮应呈浅绿色且颜色均匀。

1.3.3 试验设计

（1）单因素试验设计。以高筋面粉100 g、魔芋粉5 g、芥菜浆40 g、活性干酵母1.5 g、黄油10 g、白糖15 g、盐2 g、水50 mL、鸡蛋液20 mL为基本配方，探讨不同芥菜浆添加量（20 g、30 g、40 g、50 g、60 g）、魔芋粉添加量（1 g、3 g、5 g、7 g、9 g）、酵母用量（0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g）以及烘烤时长（9 min、12 min、15 min、18 min、21 min）对水东芥菜魔芋粉面包感官评分的影响。

（2）响应面试验设计。基于单因素实验研究，选取芥菜浆添加量（A）、魔芋粉添加量（B）和酵母添加量（C）作为变量，并以水东芥菜魔芋粉面包的感官评分作为评价指标，进行3因素3水平的响应面实验，旨在找出最佳的工艺条件。具体的变量和水平信息详见表1。

1.3.4 综合评价指标

感官评价标准见表2。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 芥菜浆添加量

如图2所示，随着芥菜浆用量从20 g增至50 g，面包的感官评分不断提升。然而，当用量增至60 g时，评分开始下降。在芥菜浆用量为50 g时，感官评价达到了最大值，即88.3分。因此，水东芥菜魔芋粉面包最适芥菜浆添加量是50 g。

2.1.2 魔芋粉添加量

如图3所示，在魔芋粉的添加量不超过5 g时，面包的感官评分随着魔芋粉含量的提升而逐步提高，当达到5 g时，感官评分达到峰值，为90.2分。超过5 g后，感官评分开始下降。因此，5 g被选为魔芋粉的理想添加量。

2.1.3 酵母添加量

如图4所示，酵母添加量的增加使面包的感官评分出现先增后减的趋势。在酵母添加量为1.5 g时，面包结构均匀，质地柔滑，且带有轻微的水东芥菜香气。因此，确定1.5 g的酵母添加量为最佳水平。

2.1.4 烘烤时间

如图5所示，水东芥菜魔芋粉面包的外观色泽随烘焙时间的不同而发生变化。在烘焙9～15 min期间，感官评价得分逐渐上升。烘焙至15 min时，面包的感官评分达到顶峰。基于此，烘焙时间为15 min被选为最佳。

2.2 Box-Behnken响应面优化实验结果

2.2.1 Box-Behnken 响应面的设计与结果

根据单因素试验结果，烘烤时间对于面包品质的影响不大，选择芥菜浆添加量（A）、魔芋粉添加量（B）和酵母添加量（C）3个变量，采用Box-Behnken响应面设计了3因素3水平实验，结果见表3。利用Design-Expert 8.0.6软件进行二次多元回归拟合，得到模型的二次多项回归方程为Y=90.8+1.23A+1.41B-0.987 5C+2.82AB+2.58AC-0.35BC-6.33A2-6.05B2-3.35C2。

从表4可以看出，由于P值小于0.01，表明该回归模型在统计上极为显著，且失拟项P值为0.203 1不显著。模型的R2值为0.981 1，调整后的R2值为0.956 8，显示出模型与实验数据有很好的吻合度。因此，该模型可以有效用于分析和预测水东芥菜魔芋粉面包的制作工艺参数。在所研究的因素水平范围内，对面包感官评分影响由大到小的因素顺序是魔芋粉添加量（B）＞芥菜浆添加量（A）＞酵母添加量（C）。

2.2.2 最佳优化结果及验证实验

通过Design-Expert软件对试验的回归模型进行优化计算，确定了水东芥菜魔芋粉面包的最佳配比：芥菜浆的添加量为51.1 g，魔芋粉为5.29 g，酵母为1.44 g，且该面包的感官评估得分为91分。为检验实验结果的稳定性，对工艺参数进行了微调，调整后的配比为芥菜浆添加量51.1 g，魔芋粉添加量5.3 g，酵母添加量1.4 g，实际测得的感官评分提升至93分。这表明该模型与实际情况拟合度高，模型预测效果好，可运用响应面法优化水东芥菜魔芋粉面包制备工艺。

3 结论

本研究采用水东芥菜与魔芋粉作为主要原料，通过实施单一因素实验和响应面法优化，确定了水东芥菜魔芋粉面包的理想配方：100 g高筋面粉、5.3 g魔芋粉、51.1 g芥菜浆、1.4 g酵母、10 g黄油、15 g白砂糖、2 g食盐、50 mL水和20 mL鸡蛋液。根据此配方制成的面包在感官评价中获得了93分的高分，面包外观完整，色泽一致，且融合了水东芥菜和魔芋的营养与风味，为这两种原料的新产品开发提供了科学依据。

参考文献

[1] 李海渤，罗桂彬，张锦堃，等.国家地理标志产品：水东芥菜[J].长江蔬菜，2023（6）：26-29.

[2] 邓金兰，李伟华，谢颖琦，等.水东芥菜矿物质元素含量测定及营养评价[J].农产品加工，2023（5）：57-60.

[3] 王占华，张楠楠.魔芋蔬菜面包的工艺研究[J].食品安全导刊，2023（8）：130-133.

[4] 信珊珊.魔芋葡甘聚糖的生理功效综述[J].粮食与食品工业，2019，26（5）：50-52.

[5] 谭燕，刘曦，袁芳.魔芋葡甘聚糖的结构、性质及其在食品中的应用[J].中国调味品，2019，44（2）：168-174.

[6] FANG Y，MA J，LEI P，et al.Konjac glucomannan： an emerging specialty medical food to aid in the treatment of type 2 diabetes mellitus[J].Foods，2023，12（2）：363.

[7] 秦小转，轩云梦，聂卉.果蔬酵素魔芋粉面包的研制及质构特性研究[J].粮食与油脂，2023，36（4）：93-96.