劉振蓉，趙武奇，胡新中，賀劉成，陳月圓

燕麥掛面制作過(guò)程中干燥工藝優(yōu)化研究

劉振蓉，趙武奇，胡新中，賀劉成，陳月圓

陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，西安 710119

研究不同干燥模式、干燥因素和干燥工藝參數(shù)對(duì)燕麥掛面干燥品質(zhì)和單位能耗的影響，建立模型并進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，以期得到品質(zhì)好、能耗低的燕麥掛面干燥模式及工藝參數(shù)。研究9種不同溫濕度干燥模式對(duì)燕麥掛面干燥品質(zhì)及單位能耗的影響，對(duì)最佳煮制時(shí)間、蒸煮損失、烹調(diào)吸水率、延展性、硬度、咀嚼性、黏著性、抗彎曲強(qiáng)度、折斷距離、酸度和脂肪酸值等指標(biāo)進(jìn)行因子分析，得出品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)值，確定燕麥掛面的最佳干燥模式；利用Plackett-Burman試驗(yàn)對(duì)燕麥掛面三段變溫變濕干燥工藝中的第一階段溫度、第一階段相對(duì)濕度、第二階段溫度、第二階段相對(duì)濕度、第三階段溫度和第三階段相對(duì)濕度6個(gè)影響因素進(jìn)行關(guān)鍵因素篩選，利用Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化干燥工藝，得出最佳參數(shù)并加以驗(yàn)證。燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕的三段變溫變濕干燥模式。通過(guò)Plackett-Burman試驗(yàn)得出燕麥掛面干燥的關(guān)鍵因素為第一階段相對(duì)濕度、第二階段溫度和第三階段相對(duì)濕度；建立的燕麥掛面干燥工藝參數(shù)與單位能耗和品質(zhì)綜合評(píng)分的回歸模型顯著（＜0.05）。各因子對(duì)單位能耗有極顯著影響，第一階段相對(duì)濕度及第二階段溫度和第二階段相對(duì)濕度交互作用極顯著；各因子對(duì)品質(zhì)綜合評(píng)分有極顯著影響，影響大小依次為第二階段溫度>第二階段相對(duì)濕度>第一階段相對(duì)濕度，第一階段相對(duì)濕度和第二階段相對(duì)濕度交互作用顯著。燕麥掛面三段變溫變濕干燥工藝的最佳工藝參數(shù)為：第一階段溫度25℃、第一階段相對(duì)濕度88%，第二階段溫度43℃、第二階段相對(duì)濕度71%，第三階段溫度35℃、第三階段相對(duì)濕度50%；在此條件下，燕麥掛面的單位能耗為93.42 kJ·g-1，綜合評(píng)分為1.02。建立的二次多項(xiàng)式回歸模型可用于分析和預(yù)測(cè)干燥工藝參數(shù)對(duì)燕麥掛面能耗和品質(zhì)綜合評(píng)分的影響。分段變溫變濕干燥能夠提高燕麥掛面干燥品質(zhì)的同時(shí)降低能耗。利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)分步解決燕麥掛面干燥工藝的方法全面高效，結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，能夠提高試驗(yàn)效率和精度。研究為燕麥掛面的工業(yè)化生產(chǎn)及節(jié)能降耗提供了理論依據(jù)。

燕麥掛面；溫度；相對(duì)濕度；Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)；響應(yīng)面

0 引言

【研究意義】掛面是我國(guó)最常見(jiàn)的主食之一，因其食用方便、貨架期長(zhǎng)、便于儲(chǔ)藏等優(yōu)點(diǎn)而深受消費(fèi)者喜愛(ài)[1-2]。隨著消費(fèi)者對(duì)健康飲食的多樣化需求，掛面的功能已從單純果腹、方便的快捷食品，發(fā)展成為營(yíng)養(yǎng)、健康與美味兼顧的主食產(chǎn)品[3]。由玉米、蕎麥、燕麥、豌豆和土豆淀粉等制成的雜糧掛面越來(lái)越受到消費(fèi)者的歡迎。燕麥作為我國(guó)歷史最悠久的糧食作物之一，富含豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、-葡聚糖、維生素B、鈣、鐵等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健作用[4-5]。因此，以燕麥粉和小麥粉為原料制備燕麥掛面既可以提高掛面的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，又可以為燕麥的深加工廣開門路，在特色掛面中有非常廣闊的發(fā)展前景[6-7]。干燥是燕麥掛面生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是影響其質(zhì)量最直接、最重要的因素。合理的干燥工藝既可以最大程度地保證掛面質(zhì)量，又可以節(jié)能減排，降低企業(yè)生產(chǎn)成本[8-9]。因此，開展燕麥掛面干燥工藝優(yōu)化的研究對(duì)燕麥掛面的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】溫度、相對(duì)濕度和空氣流速是影響掛面干燥脫水的重要因素，目前已有的研究多集中在溫濕度對(duì)掛面干燥的影響。武亮等[10]認(rèn)為采用溫度40℃、相對(duì)濕度75%的低溫干燥條件對(duì)掛面進(jìn)行干燥，熱能利用率較高，便于生產(chǎn)干燥工藝的調(diào)節(jié)和控制。魏益民等[11]研究發(fā)現(xiàn)，干燥介質(zhì)溫度越高，相對(duì)濕度越低，掛面的干燥速率越大，且相對(duì)濕度對(duì)掛面干燥過(guò)程的影響大于溫度的影響；惠瀅等[12]采用高溫、高濕（80℃、85%）對(duì)掛面進(jìn)行干燥，發(fā)現(xiàn)掛面的色澤b值、抗彎強(qiáng)度、折斷距離和折斷功均顯著升高；張影全等[13]的研究表明，與傳統(tǒng)干燥工藝條件（40℃/75%）相比，干燥組合60℃/75%條件下，產(chǎn)品的整體烹飪質(zhì)量得到提高；郭穎等[14]認(rèn)為高溫烘干對(duì)掛面品質(zhì)有重要影響，烘干溫度為60—70℃時(shí)，掛面品質(zhì)較好；張仲欣等[15]通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化得出綠麥掛面干燥工藝參數(shù)為干燥溫度40℃，風(fēng)速2 m·s-1，干燥時(shí)間240 min；王春等[16]在恒溫恒濕條件下，研究不同干燥工藝對(duì)掛面品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)70℃是較好的掛面干燥溫度；施潤(rùn)淋等[17]將掛面的干燥過(guò)程分為預(yù)干燥、主干燥和完成干燥三段，認(rèn)為三段變溫變濕干燥更符合掛面的干燥過(guò)程?，F(xiàn)有研究表明，掛面干燥工藝及參數(shù)控制與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及能源消耗等密切相關(guān)。燕麥掛面是一種富含膳食纖維、蛋白質(zhì)和必需氨基酸的高營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品。然而，由于燕麥不含面筋蛋白，導(dǎo)致燕麥掛面品質(zhì)較差，影響其加工性能，SUPARAT等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在小麥粉中添加燕麥粉能夠提高掛面的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)會(huì)影響掛面的物理、化學(xué)、質(zhì)構(gòu)和感官特性等?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】干燥是燕麥掛面生產(chǎn)加工的關(guān)鍵步驟，本文研究不同干燥模式、干燥因素及干燥工藝參數(shù)對(duì)燕麥掛面干燥品質(zhì)和單位能耗的影響規(guī)律，建立模型并進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，為燕麥掛面的工業(yè)化生產(chǎn)及節(jié)能降耗提供理論依據(jù)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】對(duì)比不同干燥模式對(duì)燕麥掛面干燥品質(zhì)和單位能耗的影響，確定燕麥掛面的最佳干燥模式。利用Plackett-Burman試驗(yàn)篩選出燕麥掛面三段變溫變濕干燥的關(guān)鍵因素，并利用Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化干燥工藝，得出最佳參數(shù)并加以驗(yàn)證。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2021年在陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院食品工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.1 材料與試劑

小麥粉（含蛋白質(zhì)14.53%、脂肪1.80%、灰分0.70%），河北金沙河面業(yè)有限公司；燕麥粉（含蛋白質(zhì)15.11%、脂肪9.31%、灰分0.63%），武川縣禾川綠色食品有限責(zé)任公司；食鹽，中鹽西安鹽業(yè)公司；水，華潤(rùn)怡寶飲料有限公司，氫氧化鈉、七水硫酸鈷，成都市科龍化工試劑廠；酚酞、三氯甲烷，天津市天力化學(xué)試劑有限公司。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JA2003N電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；EM336和面機(jī)，凱伍德有限公司；JMTD 168/140壓面機(jī)，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；NS810色差儀，深圳市三恩馳科技有限公司；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro Systems公司；BPS-250CL恒溫恒濕箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

掛面干燥設(shè)備如圖1所示，包括恒溫恒濕箱和連續(xù)稱重設(shè)備。

圖1 掛面干燥設(shè)備圖

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 掛面制作 稱取小麥面粉210 g、燕麥粉90 g，食鹽6 g，倒入和面機(jī)，加入水后用和面機(jī)和面5 min（使面團(tuán)最終含水率為35%），醒發(fā)30 min。壓延工序：1.5 mm軸間距對(duì)折壓延3次，1.2 mm軸間距對(duì)折壓延2次，1.0 mm壓延1次，制成厚1 mm、寬2 mm的鮮面條。

待干燥設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，將燕麥鮮面條懸掛于干燥室內(nèi)，通過(guò)稱重系統(tǒng)記錄掛面的重量，具體干燥操作見(jiàn)王杰等[19]的方法。

1.3.2 不同干燥模式對(duì)燕麥掛面品質(zhì)及能耗試驗(yàn) 對(duì)燕麥鮮面條分別進(jìn)行恒溫恒濕、兩段變溫變濕、三段變溫變濕干燥模式，具體干燥試驗(yàn)方案如表1所示。干燥結(jié)束后分別測(cè)定燕麥掛面的最佳煮制時(shí)間、蒸煮損失、烹調(diào)吸水率、延展性、硬度、咀嚼性、黏著性、抗彎曲強(qiáng)度、折斷距離、酸度、脂肪酸值和單位能耗，分析不同的干燥模式對(duì)燕麥掛面干燥品質(zhì)及能耗的影響。

表1 燕麥掛面不同干燥模式的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.3 Packett-Burman因子篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)（PBD） 采用Packett-Burman設(shè)計(jì)方法，對(duì)三段變溫變濕工藝中第一階段溫度（）、第一階段濕度（）、第二階段溫度（）、第二階段濕度（）、第三階段溫度（）和第三階段濕度（）6個(gè)試驗(yàn)因素進(jìn)行篩選，以燕麥掛面品質(zhì)綜合評(píng)分為響應(yīng)值，確定出對(duì)燕麥掛面品質(zhì)影響顯著的因素。PBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因子水平表見(jiàn)表2。

表2 PBD因素水平表

1.3.4 響應(yīng)面設(shè)計(jì) 根據(jù)PBD試驗(yàn)結(jié)果，在第一階段溫度為25℃，第三階段溫度為35℃，第三階段相對(duì)濕度為50%的條件下，選取第一階段相對(duì)濕度（）、第二階段溫度（）和第二階段相對(duì)濕度（）3個(gè)因素為自變量，以品質(zhì)綜合評(píng)分和單位能耗為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)3因素3水平響應(yīng)面試驗(yàn)，因素與水平見(jiàn)表3。

1.3.5 燕麥掛面品質(zhì)測(cè)定

1.3.5.1 蒸煮品質(zhì)測(cè)定 最佳煮制時(shí)間、蒸煮損失和烹調(diào)吸水率LS/T 3212—2021《掛面》方法測(cè)定。稱取10 g樣品，放入盛有500 mL沸水的不銹鋼盆中，用電磁爐加熱，保持水的微沸狀態(tài)，以最佳煮制時(shí)間煮熟后撈出，待面條表面的水分瀝干，準(zhǔn)確稱量其質(zhì)量，計(jì)算吸水率。

表3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)因子與水平

式中，為吸水率（%）；0為干掛面樣品重（g）；1為熟面條重（g）；為掛面含水率（%）；為烹調(diào)損失率（%）；為100 mL面湯中干物質(zhì)質(zhì)量（g）。

1.3.5.2 質(zhì)構(gòu)測(cè)定 質(zhì)構(gòu)品質(zhì)測(cè)定選用TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，采用A/LKB型號(hào)探頭對(duì)煮后的燕麥掛面進(jìn)行TPA測(cè)試，測(cè)前速度為2 mm·s-1，測(cè)試速度為0.8 mm·s-1，測(cè)后速度為2 mm·s-1，壓縮比70%，觸發(fā)力為5 g。

1.3.5.3 抗彎曲特性測(cè)定 掛面抗彎曲特性測(cè)定選用TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，采用A/SFR型號(hào)探頭將掛面以1.00 mm·s-1速度下壓，直至掛面被折斷。以探頭擠壓掛面過(guò)程中遇到的最大阻力表示掛面的抗彎曲強(qiáng)度，以探頭觸發(fā)樣品至掛面斷裂時(shí)探頭下降的距離表示折斷距離。

1.3.5.4 酸度測(cè)定 酸度測(cè)定參照GB 5009.239— 2016《食品酸度的測(cè)定》方法進(jìn)行。計(jì)算公式如下：

式中，為試樣的酸度（mL/10 g）；1為消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（mL）；V為空白試驗(yàn)消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（mL）；2為浸提試樣的水體積（mL）；3為用于滴定的試樣濾液體積（mL）；為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol·L-1）；0.1000為酸度理論定義氫氧化鈉的摩爾濃度（mol·L-1）；為試樣的質(zhì)量（g）。

1.3.5.5 脂肪酸值測(cè)定 脂肪酸值測(cè)定參照GB/ T15684—2015《谷物碾磨制品脂肪酸值的測(cè)定》方法進(jìn)行，脂肪酸值以mg/100 g表示（以NaOH計(jì)），計(jì)算公式如下：

式中，1為消耗NaOH乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（mL）；0為空白試驗(yàn)消耗的NaOH乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（mL）；6 000為用NaOH表示的常數(shù)，即40×1.5×100；為試樣的水分含量（%）；為NaOH乙醇溶液濃度（mol·L-1）；為試樣的質(zhì)量（g）。

1.3.5.6 單位能耗測(cè)定 通過(guò)讀取恒溫恒濕箱外接電能表上的讀數(shù)，計(jì)算獲得燕麥掛面干燥過(guò)程中的單位能耗（kJ·g-1），計(jì)算公式如下：

單位能耗=（5）

1.4 燕麥掛面品質(zhì)綜合評(píng)分的計(jì)算

先將燕麥掛面各評(píng)價(jià)指標(biāo)中的負(fù)向指標(biāo)（最佳煮制時(shí)間、蒸煮損失、硬度、黏著性、酸度、脂肪酸值、單位能耗）轉(zhuǎn)換為正向指標(biāo)，公式見(jiàn)式（6）：

i=max-i（6）

式中，i為轉(zhuǎn)化為正向指標(biāo)后的值，i為指標(biāo)實(shí)際值，max為指標(biāo)最大值。

對(duì)燕麥掛面的各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，依據(jù)公因子初始特征值大于1的要求提取公因子，同時(shí)得到各樣品的主成分得分F，以主成分貢獻(xiàn)率E為權(quán)重，通過(guò)公式（2）得到燕麥掛面各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合評(píng)分D[20]：

=∑=1F×E（7）

式中，為主成分分析法得到的燕麥掛面各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合分值；F為第個(gè)樣品第個(gè)主成分分值；為提取的主成分個(gè)數(shù)；E為第個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Origin8.5進(jìn)行繪圖及模型擬合分析，Minitab 17軟件進(jìn)行Plackeet-Burmann因子篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)，Design Expert軟件進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，SPSS22.0進(jìn)行因子分析及統(tǒng)計(jì)分析，顯著性水平取0.05。

2 結(jié)果

2.1 不同干燥模式對(duì)燕麥掛面品質(zhì)及干燥能耗的影響

2.1.1 對(duì)燕麥掛面煮前品質(zhì)特性的影響 不同干燥模式對(duì)燕麥掛面的酸度和脂肪酸值影響顯著（＜0.05），且工藝2、6、7、8所得燕麥掛面的酸度和脂肪酸值顯著高于其他組；不同干燥模式對(duì)燕麥掛面抗彎曲強(qiáng)度和折斷距離的影響顯著（＜0.05），工藝5所得燕麥掛面的抗彎曲強(qiáng)度和折斷距離均最大（圖2）。

不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。下同 Different lowercase letters indicate significant difference (P＜0.05). The same as below

2.1.2 對(duì)燕麥掛面煮后品質(zhì)特性的影響 由圖3可知，不同干燥模式對(duì)燕麥掛面的黏著性、延展性、咀嚼性和硬度影響顯著（＜0.05），與分段變溫變濕干燥（工藝2—9）相比，恒溫恒濕干燥（工藝1）所得燕麥掛面的硬度和黏著性明顯增大，咀嚼性和延展性均顯著降低；不同的干燥模式對(duì)燕麥掛面的最佳煮制時(shí)間、烹調(diào)吸水率、烹調(diào)損失影響顯著（＜0.05），其中工藝5干燥模式的最佳煮制時(shí)間最短，烹調(diào)吸水率最大，烹調(diào)損失最少。

2.1.3 不同干燥模式對(duì)燕麥掛面單位能耗及品質(zhì)綜合評(píng)分的影響 不同干燥模式對(duì)燕麥掛面單位能耗影響顯著（＜0.05），當(dāng)干燥溫度或相對(duì)濕度較大時(shí)，單位能耗顯著增加，如工藝1、工藝7和工藝9的單位能耗顯著高于其他組。與恒溫恒濕（工藝1）干燥相比，分段變溫變濕干燥（工藝2—8）的單位能耗顯著降低，其中，工藝4和工藝5的單位能耗顯著低于其他組（圖4）。

不同干燥模式下燕麥掛面的品質(zhì)指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表4。對(duì)表4中的各品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，得出主成分1和2，構(gòu)建燕麥掛面干燥綜合評(píng)價(jià)函數(shù)為：A=0.7421+0.2582，其中，A、1和2值見(jiàn)表4?？芍侄巫儨刈儩窀稍锬Ｊ剑üに?—9）下燕麥掛面的品質(zhì)綜合評(píng)分均高于恒溫恒濕干燥（工藝1），其中，工藝5即升溫降溫結(jié)合降濕干燥模式的品質(zhì)綜合評(píng)分最高，為1.42。結(jié)合圖4可知，工藝5所得燕麥掛面的綜合評(píng)分最高，單位能耗較小。因此，確定燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段變溫變濕干燥模式。

2.2 PBD試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)不同干燥模式對(duì)比研究試驗(yàn)結(jié)果，利用Minitab17軟件進(jìn)行PBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表4 不同干燥模式下燕麥掛面綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

表5 PBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

圖3 不同干燥模式對(duì)煮后燕麥掛面質(zhì)量特性的影響

圖4 不同干燥模式對(duì)燕麥掛面單位能耗的影響

對(duì)表5中的各品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，得出主成分1和2，構(gòu)建燕麥掛面干燥綜合評(píng)價(jià)函數(shù)為：B= 0.7501+0.2502，其中，B值、1值和2值見(jiàn)表5。

對(duì)表5所得試驗(yàn)結(jié)果回歸擬合分析，得到品質(zhì)綜合評(píng)分（）的回歸模型方程見(jiàn)式（6）。

-0.081（8）

表6為模型的方差分析結(jié)果，可以看出，品質(zhì)綜合評(píng)分的回歸模型顯著（＜0.05），說(shuō)明建立的回歸模型可靠。由表6中效應(yīng)分析結(jié)果可知，考察的6個(gè)因子中（第一階段溫度）、（第二階段溫度）和（第三階段相對(duì)濕度）對(duì)燕麥掛面綜合評(píng)分的影響為負(fù)效應(yīng)，（第一階段相對(duì)濕度）、（第二階段相對(duì)濕度）和（第三階段溫度）對(duì)燕麥掛面綜合評(píng)分的影響為正效應(yīng)。圖5為品質(zhì)綜合評(píng)分的Pareto圖，綜合表8可知，（第二階段溫度）和（第二階段相對(duì)濕度）2個(gè)因素影響顯著，6個(gè)影響因子的顯著性排序?yàn)椋ǖ诙A段溫度）>（第二階段相對(duì)濕度）>（第一階段相對(duì)濕度）>（第一階段溫度）>（第三階段相對(duì)濕度）>（第三階段溫度）。因此，選擇第一階段相對(duì)濕度、第二階段溫度和第二階段相對(duì)濕度作為響應(yīng)面試驗(yàn)因素，其他因素根據(jù)效應(yīng)分析選擇最優(yōu)值，即第一階段溫度25℃、第三階段溫度35℃和第三階段相對(duì)濕度50%。

表6 PBD試驗(yàn)方差分析結(jié)果

圖5 品質(zhì)綜合評(píng)分的Pareto圖

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

利用Design-Expert進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以、分別表示第一階段相對(duì)濕度、第二階段溫度及第二階段相對(duì)濕度，表7為燕麥掛面分段變溫變濕干燥工藝的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果。對(duì)表7中的各品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，得出主成分1和2，構(gòu)建燕麥掛面干燥綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：C=0.6261+0.3742，其中，C值、1值和2值見(jiàn)表4。

2.3.1 回歸模型分析 采用Design Expert軟件進(jìn)行回歸擬合分析，剔除不顯著項(xiàng)，得到單位能耗（1）和品質(zhì)綜合評(píng)分（2）與第一階段相對(duì)濕度（）、第二階段溫度（）和第二階段相對(duì)濕度（）的二次多項(xiàng)式回歸模型：

1=774.38750-6.15925-6.13812-10.23738-

0.074325-0.078450+0.0818582+

0.110722+0.160282（9）

表7 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果

2=-2.6035-0.15215-0.066375+0.32477-

0.0017+0.002027502-0.000174752（10）

表8為各指標(biāo)的回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果。由表8可知，能耗（1）和綜合評(píng)分（2）的回歸模型均顯著（＜0.05），失擬項(xiàng)均不顯著（>0.05），說(shuō)明建立的回歸模型可靠，可用此回歸方程對(duì)燕麥掛面分段變溫變濕干燥的單位能耗和綜合評(píng)分進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。各因子對(duì)單位能耗的影響極顯著，、、A、B和C對(duì)單位能耗有極顯著影響（＜0.01）；3個(gè)因素對(duì)綜合評(píng)分的影響依次是>>，、A和C對(duì)品質(zhì)綜合評(píng)分影響顯著（＜0.05）。

表8 各指標(biāo)的回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 交互作用分析 響應(yīng)面因子間交互作用分析結(jié)果如圖6、圖7所示。各圖是由響應(yīng)值和試驗(yàn)因子構(gòu)成的立體曲面圖，顯示了第一階段相對(duì)濕度、第二階段相對(duì)濕度和第二階段溫度中任一變量取零水平時(shí)，其余兩個(gè)變量對(duì)燕麥掛面單位能耗及品質(zhì)綜合評(píng)分的影響。

圖6為各因素交互作用對(duì)燕麥掛面單位能耗的影響。由圖6可知，隨著第一階段相對(duì)濕度和第二階段相對(duì)濕度的升高，單位能耗逐漸增大；隨著第二階段溫度的升高，單位能耗逐漸減小。圖7是第二階段溫度為50℃時(shí)，第一階段相對(duì)濕度和第二階段相對(duì)濕度交互作用對(duì)綜合評(píng)分的影響?？梢钥闯觯S著第一階段相對(duì)濕度的升高，品質(zhì)綜合評(píng)分逐漸增大；隨著第二階段相對(duì)濕度的升高，品質(zhì)綜合評(píng)分先增大后稍有減小。

2.3.3 燕麥掛面分段干燥工藝最佳條件的確定及驗(yàn)證 在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，以能耗最小、品質(zhì)綜合評(píng)分最大作為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)燕麥掛面分段變溫變濕干燥工藝進(jìn)行綜合優(yōu)化。得到最佳工藝參數(shù)為：第一階段相對(duì)濕度88.26%，第二階段溫度42.64℃、第二階段相對(duì)濕度71.30%；結(jié)合實(shí)際條件，將參數(shù)調(diào)整為：第一階段相對(duì)濕度88%、第二階段溫度43℃、第二階段相對(duì)濕度71%。在此參數(shù)下，燕麥掛面的單位能耗為93.42 kJ·g-1，品質(zhì)綜合評(píng)分為1.02。表9為該干燥工藝參數(shù)下燕麥掛面品質(zhì)綜合評(píng)分和單位能耗實(shí)測(cè)值與回歸方程預(yù)測(cè)值的比較，由表可知，燕麥掛面的品質(zhì)綜合評(píng)分和單位能耗的實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值均比較接近，相對(duì)誤差均小于5%，說(shuō)明建立的回歸方程可靠，可用于燕麥掛面分段變溫變濕干燥過(guò)程中單位能耗和品質(zhì)綜合評(píng)分的預(yù)測(cè)。

圖6 各因素交互作用對(duì)單位能耗影響的響應(yīng)面圖

圖7 各因素交互作用對(duì)品質(zhì)綜合評(píng)分影響的響應(yīng)面圖

表9 回歸方程預(yù)測(cè)效果

3 討論

3.1 不同干燥模式對(duì)燕麥掛面品質(zhì)和單位能耗的影響

干燥是燕麥掛面生產(chǎn)加工的重要步驟，掛面干燥工藝及參數(shù)控制與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及能源消耗等密切相關(guān)[21]。在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，掛面干燥主要采用分段變溫變濕的干燥工藝。與恒溫恒濕干燥相比，變溫變濕干燥可根據(jù)物料所處的不同干燥階段，分段控制干燥溫度和相對(duì)濕度，達(dá)到提高物料干燥速率及產(chǎn)品品質(zhì)、降低能耗的目的[22]。

本研究以品質(zhì)綜合評(píng)分及能耗為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)9種不同干燥模式下的燕麥掛面品質(zhì)進(jìn)行評(píng)定，得出燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段變溫變濕干燥模式。在此干燥模式下，燕麥掛面的酸度、脂肪酸值顯著下降，抗彎曲強(qiáng)度和折斷距離顯著增大；最佳煮制時(shí)間最短，烹調(diào)吸水率最大，烹調(diào)損失最少，表明燕麥掛面煮后面渣少，不易糊湯，燕麥掛面品質(zhì)較好。此外，燕麥掛面的硬度和黏著性明顯減小，咀嚼性和延展性均顯著增大。這與淀粉糊化、面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)與淀粉間相互作用力等在不同干燥條件下的差異有關(guān)；與恒溫恒濕（工藝1）干燥相比，分段變溫變濕干燥（工藝2—8）的單位能耗顯著降低，其中，工藝4和工藝5的單位能耗顯著低于其他組。綜合來(lái)看，工藝5所得燕麥掛面的綜合評(píng)分最高，單位能耗較小，這與陳建偉[23]的掛面烘干新工藝研究結(jié)果一致，采用升溫降溫結(jié)合降濕工藝生產(chǎn)的掛面外形光滑、易貯藏、有良好的烹飪性能和抗彎曲特性。因此，確定燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段變溫變濕干燥模式。

燕麥中脂肪含量約為5.0%—9.0%，其中，不飽和脂肪酸含量高達(dá)82%以上，亞油酸含量為38.1%— 52.0%，對(duì)降低血清總膽固醇有顯著作用。然而，脂肪含量高會(huì)引起燕麥掛面品質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題，如產(chǎn)品保質(zhì)期短、烘烤產(chǎn)品褐變過(guò)度等[24]。因此，燕麥掛面的脂肪酸值穩(wěn)定化對(duì)延長(zhǎng)燕麥產(chǎn)品保質(zhì)期至關(guān)重要。不同干燥模式對(duì)燕麥掛面的脂肪酸值影響顯著（＜0.05），工藝2、6、7、8所得燕麥掛面的脂肪酸值顯著高于其他組，原因可能是脂肪在高溫高濕下極易發(fā)生酸敗，致使游離脂肪酸含量增加，脂肪酸值升高；同時(shí)，濕度增加導(dǎo)致燕麥掛面中酶活性增強(qiáng)，呼吸加劇，各種代謝活動(dòng)更加旺盛，消耗干物質(zhì)速度加快，從而使燕麥掛面儲(chǔ)藏穩(wěn)定性降低，脂肪酸值就隨之升高。

3.2 三段變溫變濕干燥工藝中關(guān)鍵因素對(duì)燕麥掛面單位能耗和品質(zhì)綜合評(píng)分的影響

影響三段變溫變濕干燥工藝的關(guān)鍵因素為第一階段相對(duì)濕度、第二階段溫度和第二階段相對(duì)濕度。當(dāng)?shù)诙A段溫度一定時(shí)，能耗隨著第一階段相對(duì)濕度和第二階段相對(duì)濕度的升高而增大。掛面干燥過(guò)程是利用干燥介質(zhì)的流動(dòng)來(lái)除去掛面中不同狀態(tài)的水分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)干燥目的。隨著相對(duì)濕度增大，燕麥掛面表面與干燥介質(zhì)間的水蒸氣分壓差減小，燕麥掛面表面的水分汽化速率減小，單位能耗增加。因此，燕麥掛面干燥后期采用較低的相對(duì)濕度有利于縮短干燥時(shí)間，降低能耗。當(dāng)?shù)谝浑A段相對(duì)濕度和第二階段相對(duì)濕度一定時(shí)，隨著第二階段溫度的升高，單位能耗逐漸減小。掛面干燥過(guò)程中第二階段所占時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，第二階段溫度越高，掛面吸收的熱量越多，導(dǎo)致汽化更多的水分，使燕麥掛面與干燥介質(zhì)間的水分梯度差增大，從而使干燥速率加快，干燥時(shí)間縮短。這與姬長(zhǎng)英等[25]的研究結(jié)果一致，第二階段溫度越高，干燥時(shí)間越短，則單位能耗越小。第二階段溫度一定時(shí)，隨著第一階段相對(duì)濕度的升高，品質(zhì)綜合評(píng)分逐漸增大。隨著第一階段相對(duì)濕度的升高，掛面干燥升溫緩慢，可以有效防止掛面表面干燥過(guò)快而導(dǎo)致結(jié)殼，有利于掛面內(nèi)外水分散失保持平衡，從而改善產(chǎn)品品質(zhì)，使品質(zhì)綜合評(píng)分逐漸增大。這與李華偉等[26]的研究結(jié)果一致，掛面干燥的第一干燥階段應(yīng)保持較高的相對(duì)濕度，此時(shí)掛面的品質(zhì)較好。因此，在第一干燥階段，掛面應(yīng)先在高濕條件下緩慢脫水，可提高產(chǎn)品質(zhì)量。第二階段溫度一定時(shí)，隨著第二階段相對(duì)濕度的升高，品質(zhì)綜合評(píng)分先增大后稍有減小。第二階段相對(duì)濕度升高，減緩了燕麥掛面內(nèi)部到表面的水分梯度差，不易形成水分通道或裂紋，使燕麥掛面密度增大。較高的密度可使掛面的抗彎曲特性、質(zhì)構(gòu)特性等品質(zhì)表現(xiàn)較好，從而使品質(zhì)綜合評(píng)分增大。但是當(dāng)?shù)诙A段相對(duì)濕度過(guò)高時(shí)，造成掛面內(nèi)部水汽不易散出，影響掛面產(chǎn)品質(zhì)量，使品質(zhì)綜合評(píng)分稍有減小。

3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)在燕麥掛面干燥工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

因子分析是從變量群中提取共性因子的一種多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，能夠以較少的變量反映大部分的指標(biāo)信息，起到數(shù)據(jù)降維的作用。因子分析方法可用于燕麥掛面的綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)。趙建華等[27]通過(guò)因子分析篩選出縱徑、橫徑、果糖、葡萄糖、草酸、酒石酸、黃酮、多糖等8項(xiàng)指標(biāo)作為枸杞鮮果品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)代表性指標(biāo)，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)值得出紅色鮮果綜合品質(zhì)表現(xiàn)較優(yōu)；木合塔爾·扎熱等[28]利用因子分析提取出4個(gè)公因子用于評(píng)價(jià)新疆地方品種梨的綜合品質(zhì)，其中‘諾尕依梨’的綜合評(píng)價(jià)值最高；古麗尼沙·卡斯木等[29]運(yùn)用因子分析篩選出3個(gè)公因子來(lái)評(píng)價(jià)5種無(wú)花果的果實(shí)品質(zhì)，其綜合品質(zhì)得分的優(yōu)良度大小依次為‘布蘭瑞克’>‘美麗亞’>‘日本紫果’>‘波姬紅’>‘豐產(chǎn)黃’。本研究利用因子分析法得到燕麥掛面干燥品質(zhì)綜合得分，其得分高低可直接反映不同干燥模式和不同干燥溫度及相對(duì)濕度條件下燕麥掛面品質(zhì)的優(yōu)劣程度，能夠客觀得出較優(yōu)的燕麥掛面干燥工藝，為燕麥掛面干燥工藝參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化奠定良好基礎(chǔ)。

PBD設(shè)計(jì)是建立在平衡的非完全區(qū)組（balanced incomplete block）基礎(chǔ)上，通過(guò)個(gè)試驗(yàn)（為4的倍數(shù)）來(lái)分析個(gè)變量的兩水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[30]。與傳統(tǒng)的單因素試驗(yàn)相比，PBD可以利用最少的試驗(yàn)次數(shù)，快速、準(zhǔn)確地在眾多試驗(yàn)因素中篩選出顯著性影響因子，排列出重要性排名，獲得試驗(yàn)變量因素與目標(biāo)響應(yīng)值之間的多元回歸函數(shù)關(guān)系式[31]。近年來(lái)，PBD主要應(yīng)用于工藝條件優(yōu)化和工藝配方設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。吳斯宇等[32]利用Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，篩選出制備共遞送靶向納米脂質(zhì)體（RGD-Cur/Bai-Lip）的關(guān)鍵因素為超聲時(shí)間、膽脂比、水合溫度；柯巧媚等[33]通過(guò)Plackett-Burman篩選試驗(yàn)確定超聲時(shí)間、酶解時(shí)間、酶解pH和酶添加量作為影響酒糟纖維素酶解的關(guān)鍵因素；趙瑩等[34]采用Plackett-Burman試驗(yàn)篩選出對(duì)草莓菌落總數(shù)影響極顯著的因素，即離子體活化水（plasma activated water，PAW）制備時(shí)間、水楊酸濃度和介質(zhì)阻擋（dielectric barrier discharge，DBD）工作電壓這3個(gè)因素進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)。本研究利用Plackett-Burman試驗(yàn)對(duì)燕麥掛面三段變溫變濕干燥的第一階段溫度、第一階段相對(duì)濕度、第二階段溫度、第二階段相對(duì)濕度、第三階段溫度和第三階段相對(duì)濕度進(jìn)行篩選，得出燕麥掛面干燥的關(guān)鍵因素為第一階段相對(duì)濕度、第二階段溫度和第二階段相對(duì)濕度。所得綜合評(píng)分的回歸模型顯著（＜0.05），說(shuō)明建立的回歸模型可靠、擬合效果好。

響應(yīng)面法是利用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合分析來(lái)尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，解決多變量問(wèn)題的一種統(tǒng)計(jì)方法。響應(yīng)面法在蜂蜜中果糖、葡萄糖、蔗糖的穩(wěn)定性條件優(yōu)化[35]、獼猴桃片超聲滲糖工藝優(yōu)化[36]、桑葚果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化[37]等研究中被用于試驗(yàn)設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)優(yōu)化。本研究基于Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，利用響應(yīng)面分析法建立了以單位能耗和品質(zhì)綜合評(píng)分為響應(yīng)值的工藝數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了燕麥掛面工藝優(yōu)化。

4 結(jié)論

燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕的三段變溫變濕干燥模式。影響三段變溫變濕干燥的關(guān)鍵因素為第一階段相對(duì)濕度、第二階段溫度和第二階段相對(duì)濕度。建立的燕麥掛面干燥工藝參數(shù)與單位能耗和品質(zhì)綜合評(píng)分的回歸模型顯著，可用于分析和預(yù)測(cè)干燥工藝參數(shù)對(duì)燕麥掛面單位能耗和品質(zhì)綜合評(píng)分的影響。燕麥掛面三段變溫變濕干燥最佳工藝參數(shù)為：第一階段溫度25℃，第一階段相對(duì)濕度87.24%；第二階段溫度40℃，第二階段相對(duì)濕度72.95%；第三階段溫度35℃，第三階段相對(duì)濕度50%。燕麥掛面三段變溫變濕干燥工藝能有效提高燕麥掛面品質(zhì)，降低能耗。本研究利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)分步解決燕麥掛面干燥工藝的方法全面準(zhǔn)確、高效可行，為燕麥掛面的干燥工藝研究提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)，對(duì)食品工程中其他問(wèn)題的解決具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

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Optimization of Drying Process in Oat Noodle Production

LIU ZhenRong, ZHAO WuQi, HU XinZhong, HE LiuCheng, CHEN YueYuan

College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119

The effects of different drying modes, temperature, and relative humidity on drying quality and drying energy of oat noodles were studied. The modes were established and the multi-objective optimization was carried out to obtain the drying mode and process parameters of oat noodles with good quality and low energy consumption.The effects of nine different drying modes of temperature and humidity on the drying quality and drying energy of oat noodles were studied. The factors of optimal cooking time, cooking loss, water absorption, ductility, hardness, chewiness, adhesiveness, bending strength, breaking distance, acidity and fatty acid value were analyzed to obtain the comprehensive evaluation value of quality and determine the optimal drying mode of oat noodle. Plackett-Burman test was used to screen the first temperature, the first relative humidity, the second temperature, the second relative humidity, the third temperature and the third relative humidity of the three-stage drying of oat noodles with variable temperature and humidity. Box-Behnken response surface test was used to optimize the drying process, and the optimal parameters were obtained and verified.The best drying mode of oat noodles was first heating and then cooling combined with dehumidification. Plackett-Burman experiment showed that the key factors of drying oat noodles were the first stage relative humidity, the second stage temperature and the second stage relative humidity. The established regression model of oat noodle drying process parameters with unit energy consumption and the comprehensive score was significant (＜0.05). Each factor had extremely significant influence on unit energy consumption. The interaction between the first relative humidity, the second temperature, and the second relative humidity was extremely significant. All factors had a significant influence on the quality comprehensive score, and the order of influence was second-stage temperature>second-stage relative humidity>first relative humidity. The interaction between first relative humidity, first relative humidity and second relative humidity was significant. The optimal process parameters for three-stage variable temperature and humidity drying of oat noodles were first stage temperature of 25℃, first stage relative humidity of 88%, second stage temperature of 43℃, second stage relative humidity of 71%, third stage temperature of 35℃, and third stage relative humidity of 50%; under this condition, the drying energy of oat noodles was 93.42 kJ·g-1, and the comprehensive score was 1.02.The established quadratic polynomial regression model could be applied to analyze and predict the effects of drying process parameters on drying energy and the comprehensive score of oat noodles. Three-stage variable temperature and humidity drying could improve the drying quality of oat noodles and reduce energy consumption. The method of using experiment design and data processing technology to solve the drying process of oat noodles was comprehensive and efficient. The results were intuitive and accurate, and the experiment efficiency and accuracy were improved. This study provided a theoretical basis for industrial standard production, energy-saving, and consumption reduction of oat noodles.

oat noodles; temperature; relative humidity; Plackett-Burman test design; response surface

2022-03-21；

2022-06-06

國(guó)家燕麥?zhǔn)w麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-07）、陜西省谷物食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2020TD-049）、陜西省國(guó)際合作基地項(xiàng)目（2019GHJD-15）

劉振蓉，E-mail：liuzr@snnu.edu.cn。通信作者趙武奇，E-mail：zwq65@163.com。通信作者胡新中，E-mail：hxinzhong@snnu.edu.cn

（責(zé)任編輯 趙伶俐）