響應(yīng)面法優(yōu)化方便米粉干燥工藝研究

楊 希

（安徽糧食工程職業(yè)學院食品生物系，合肥 230011）

米粉是大米經(jīng)過浸泡、粉碎或磨漿、混料、熟化、成型、老化、干燥等工序加工而成的條狀稻米制品，鮮米粉以其口感好而著稱，但不易保存且保質(zhì)期內(nèi)老化難以控制，隨著2020年新冠疫情爆發(fā)，方便米粉產(chǎn)品表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢[1]。米粉制備過程中，干燥成為方便米粉加工過程的重要工序之一[2]。趙思明等[3-5]研究干燥過程對方便米粉品質(zhì)的影響；劉成梅等[6-7]研究干燥方法對方便米粉品質(zhì)的影響；謝巖黎等[8]研究干燥溫度對米粉晶體特性和復(fù)水性的影響；呂瑩果等[9]采用模糊綜合分析對米粉干燥品質(zhì)的影響因素進行評價；馮岳鳴等[10]研究米粉高濕熱風干燥特性及動力學模型；鄧常繼等[11]對3種常見市售濕米粉的微波干燥特性進行對比研究；江思佳等[12]研 究干燥工藝對米粉品質(zhì)的影響；楊艾迪等[13]研究熱泵干燥過程中溫度、載樣量、風速等單因素對南方波紋米粉干燥效果的影響。從方便米粉生產(chǎn)實踐角度，在保證方便米粉品質(zhì)的前提下提高干燥效率，目前鮮有報道。本研究通過單因素與響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化方便米粉干燥工藝參數(shù)，以期為方便米粉生產(chǎn)實踐提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大米，綿陽仙特米業(yè)有限公司；玉米淀粉，西安國維淀粉實業(yè)責任有限公司；方便米粉生產(chǎn)線，廣州市健力食品機械有限公司；Universal T A型質(zhì)構(gòu)儀，上海騰拔儀器科技有限公司；SFY-6型快速水分測定儀，上海浦予工業(yè)科技有限公司；CWJZ-30型除塵粉碎機，廣州市旭朗機械設(shè)備有限公司。

1.2 試驗方法

將大米粉碎后與玉米淀粉按4:1質(zhì)量比混合后攪拌均勻，加水和料，在溫度為140～160 ℃時進行一次擠壓熟化，在溫度為30～60 ℃時進行二次擠壓成型，經(jīng)輸送帶傳輸冷卻至40 ℃以下，切分成40 cm后老化，經(jīng)水洗松絲、熱風干燥、自動包裝等工序生產(chǎn)方便米粉。

1.3 方便米粉干燥工藝參數(shù)的單因素試驗

1.3.1 干燥溫度對方便米粉品質(zhì)的影響 米粉在溫度為20～25℃、濕度為70%～75%的條件下老化8 h，濕米粉初始水分含量為40%～45%，干燥風速4 m/s，干燥時間60 min，干燥溫度為55、60、65、70、75℃進行單因素試驗，測定米粉樣品斷條率、吐漿值、復(fù)水率。

1.3.2 干燥風速對方便米粉品質(zhì)的影響 米粉在溫度為20～25℃、濕度為70%～75%的條件下老化8 h，濕米粉初始水分含量為40%～45%，干燥溫度65℃，干燥時間60 min，干燥風速為2、3、4、5、6 m/s進行單因素試驗，測定米粉樣品斷條率、吐漿值、復(fù)水率。

1.3.3 干燥時間對方便米粉品質(zhì)的影響 米粉在溫度為20～25℃、濕度為70%～75%的條件下老化8 h，濕米粉初始水分含量為40%～45%，干燥溫度65℃，干燥風速4 m/s，干燥時間為40、50、60、70、80 min進行單因素試驗，測定米粉樣品斷條率、吐漿值、復(fù)水率。

1.3.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以A干燥溫度（℃）、B干燥風速（m/s）、C干燥時間（h）為自變量，通過Box-Behnken設(shè)計3因素3水平響應(yīng)面試驗，以感官評分為響應(yīng)值，考察各因素對響應(yīng)值的影響程度，試驗因素與水平如表1所示。

表1 方便米粉干燥工藝響應(yīng)面試驗設(shè)計的因素與水平

1.4 項目測定

1.4.1 方便米粉復(fù)水率測定 準確稱取成品Ma放入燒杯，加入5倍的沸水立即加蓋，復(fù)水5 min后立即瀝干并用吸水紙吸干表面水分，稱重Mb，方便米粉復(fù)水率（%）=Mb/Ma×100[14]。

1.4.2 方便米粉斷條率測定 取20根長度為20 cm的方便米粉，在500 mL沸水中蒸煮1 min，將米粉樣品撈起過冷水濾干，記錄10 cm以上的米粉條數(shù)（X1），斷條率（%）=

1.4.3 方便米粉吐漿值測定 測定米粉水分含量（W），稱取20 g米粉樣品（M0），在500 mL沸水中蒸煮2 min，將湯汁定容至500 mL，移取50 mL 至已恒重的器皿（M1）中，再將其放置在（105±2）℃條件下干燥至恒重（M2），吐漿值（%）

1.4.4 方便米粉的感官評價 參照楊健等[1]鮮濕米粉感官評分標準，結(jié)合方便米粉的特點進行修改，制定方便米粉感官評價標準。方便米粉經(jīng)沸水泡6～8 min后，由12位具有品嘗經(jīng)驗的專業(yè)人士對方便米粉進行感官評分。

表2 方便米粉感官評價標準

1.4.5 方便米粉質(zhì)構(gòu)測定 采用TPA方法測定方便米粉質(zhì)構(gòu)[15]。稱取方便米粉樣品100 g放入盛有500 mL 沸水（蒸餾水）的燒杯中，加蓋靜置浸泡8 min，立即撈出米粉，瀝干水分進行TPA（全質(zhì)構(gòu)）測定。測定參數(shù)為探頭HDP/PFS，測前、測試、測后速度分為2、1、1 mm/s，感應(yīng)力5 g，壓縮率70%，時間1 s。測定方便米粉的硬度、彈性、回復(fù)性、咀嚼性、膠著性、粘性、黏聚性，測定過程在10 min內(nèi)完成，每個樣品重復(fù)測量6次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件進行單因子方差分析（one way ANOVA）的組間差異性比較，顯著性水平為P<0.05和P<0.01，采用皮爾森相關(guān)系數(shù)雙尾檢驗法（two-tailed）表示。采用Design-expert 8.0.6軟件進行響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥溫度對方便米粉品質(zhì)的影響

干燥溫度是方便米粉生產(chǎn)過程中的重要工序之一，直接影響方便米粉的食用品質(zhì)。干燥溫度過高，導致方便米粉表面的水分蒸發(fā)速度過快，米粉表層形成一層硬殼，阻礙方便米粉內(nèi)部水分向外擴散，造成米粉出現(xiàn)斷條、龜裂等現(xiàn)象，降低方便米粉的沖泡品質(zhì)[16]。在干燥過程應(yīng)控制好方便米粉的凝膠化程度，保證米粉具有較好的復(fù)水性能[17]。

由表3可知，復(fù)水率隨著干燥溫度升高呈升高的趨勢；當干燥溫度過高時，米粉水分散失較快，淀粉分子來不及定向排列，直接將淀粉分子混亂的無定型結(jié)構(gòu)固定下來，方便米粉容易復(fù)水。斷條率和吐漿值隨著干燥溫度升高呈先降低后升高的趨勢。在干燥溫度為65℃時，斷條率和吐漿值最低，但復(fù)水率較高。

表3 不同干燥溫度對方便米粉沖泡特性的影響

由表4可知，方便米粉的硬度、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼型及回復(fù)性隨著干燥溫度升高呈先升高后降低的趨勢，粘性變化呈先降低后升高的趨勢，在干燥溫度為65℃時，各指標出現(xiàn)拐點，方便米粉沖泡品質(zhì)達到最佳。

表4 不同干燥溫度對方便米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.2 不同干燥風速對方便米粉品質(zhì)的影響

由表5可知，復(fù)水率隨著干燥風速增加呈先升高后降低的趨勢。斷條率和吐漿值隨著干燥風速增加呈先降低后升高的趨勢。在干燥風速為4 m/s時，方便米粉的斷條率和吐漿值最低，方便米粉的沖泡品質(zhì)最佳。

表5 不同干燥風速對方便米粉沖泡特性的影響

由表6可知，方便米粉的硬度、彈性、膠著性、咀嚼性隨著干燥風速增加呈先升高后降低的趨勢，粘性呈先降低后升高的趨勢，回復(fù)性持續(xù)增加，黏聚性變化不明顯。綜合考慮，當干燥風速為4 m/s時，方便米粉的沖泡品質(zhì)最佳。

表6 不同干燥風速方對便米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.3 不同干燥時間對方便米粉品質(zhì)的影響

由表7可知，復(fù)水率隨著干燥時間增加呈先升高后降低的趨勢，變化趨勢較平緩。斷條率和吐漿值隨著干燥時間增加呈先降低后升高的趨勢，在干燥時間為60 min時，斷條率和吐漿值出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，方便米粉的斷條率和吐漿值最低，但復(fù)水率最高，表明在干燥溫度和干燥風速一定的情況下，干燥時間為60 min時，方便米粉的沖泡品質(zhì)最佳。

表7 不同干燥時間對方便米粉沖泡特性的影響

由表8可知，方便米粉的硬度、膠著性隨干燥時間增加呈逐漸升高的趨勢，但差值較小，而方便米粉的彈性、黏聚性、咀嚼性、回復(fù)性隨著干燥時間增加呈先升高后降低的趨勢，粘性呈先降低后升高的趨勢，各指標在干燥時間為60 min時出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點。表明在干燥時間為60 min時，方便米粉的沖泡品質(zhì)最佳。

表8 不同干燥時間對方便米粉質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.4 方便米粉干燥工藝響應(yīng)面優(yōu)化試驗

根據(jù)中心組合Box-Behnken試驗設(shè)計原理，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選擇單因素試驗中對響應(yīng)值有顯著影響的因素，設(shè)計3因素3水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗，以干燥溫度、干燥風速、干燥時間為自變量，以感官評分作為響應(yīng)值，試驗結(jié)果如表9所示。

表9 方便米粉干燥工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗因素與水平

運用Design Expert 8.0.6軟件對表9試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸分析，得到方便米粉的干燥工藝響應(yīng)變量X1干燥時間、X2干燥溫度、X3干燥風速與Y感官得分之間的多元二次多項回歸方程Y=－1 081.127 50+5.325 75X1+27.894 50X2+30.830 00X3－9.000 00X1X2－7.500 00X1X3+0.105 00X2X3－0.048 60X12－0.222 40X22－4.685 00X32。

表9 方便米粉干燥工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗因素與水平

由表10可知，根據(jù)F值和P值，干燥工藝參數(shù)對方便米粉感官評分的影響依次為X22>X32>X12>X2>X2X3>X3>X1>X1X3>X1X2，其中X22，X3

表10 方便米粉干燥工藝優(yōu)化感官評分回歸方程方差分析結(jié)果

2影響極顯著（P<0.01），X12，X2影響顯著（P<0.05），其余因素影響不顯著（P>0.05）。該回歸模型P<0.01，表明該方程模型極顯著；模型失擬項不顯著（P=0.1726>0.05），即該方程擬合較好，說明模型設(shè)計合理，可用于模擬分析和預(yù)測方便米粉干燥的最佳工藝參數(shù)。

2.5 交互作用對感官評價的影響

用Design Expert 8.0.6軟件根據(jù)回歸方程進行繪圖分析（見圖1～3）。等高線圖為橢圓形，說明2個因素的交互作用明顯；等高線圖為圓形，說明2個因素的交互作用不明顯。

當干燥風速為4 m/s時，隨著干燥時間和干燥溫度增加，方便米粉的感官評分呈先升高后降低的趨勢，同時干燥溫度對響應(yīng)面坡度的改變大于干燥時間，說明影響方便米粉的感官評分為干燥溫度>干燥時間。從圖1等高線圖可以看出，等高線形狀是橢圓形，說明干燥時間和干燥溫度交互作用明顯。

圖1 干燥時間和干燥溫度對方便米粉感官評分的響應(yīng)面圖與等高線圖

當干燥溫度為65℃時，隨著干燥時間和干燥風速增加，方便米粉的感官評分呈先升高后降低的趨勢，同時干燥時間對響應(yīng)面坡度的改變大于干燥風速，說明影響方便米粉的感官評分為干燥時間>干燥風速。從圖2等高線圖可以看出，等高線形狀是橢圓形，說明干燥時間和干燥風速交互作用明顯。

圖2 干燥時間和干燥風速對方便米粉感官評分的響應(yīng)面圖與等高線圖

當干燥時間為60 min時，隨著干燥風速和干燥溫度增加，方便米粉的感官評分呈先升高后降低的趨勢，同時干燥溫度對響應(yīng)面坡度的改變大于干燥風速，說明影響方便米粉的感官評分為干燥溫度>干燥風速。從圖3等高線圖可以看出，等高線形狀是橢圓形，說明干燥風速和干燥溫度交互作用明顯。

圖3 干燥風速和干燥溫度對方便米粉感官評分的響應(yīng)面圖與等高線圖

2.6 最適方便米粉干燥工藝參數(shù)驗證試驗

根據(jù)Box-Behnken設(shè)計模型分析可知，方便米粉的最適干燥工藝參數(shù)為干燥時間60.49 min，干燥溫度64.87℃，干燥風速3.97 m/s，感官評分預(yù)測值為45.939 9。為驗證方案的有效性，在干燥時間為60 min，干燥溫度為65℃，干燥風速為4 m/s的條件下進行3次重復(fù)驗證試驗，感官評分為46.20。說明根據(jù)Box-Behnken模型得到的方便米粉干燥工藝參數(shù)預(yù)測準確可靠。

3 結(jié)論

本研究對方便米粉的干燥工藝參數(shù)進行優(yōu)化，在提高方便米粉干燥效率的前提下，使方便米粉品品質(zhì)得到有效提升，滿足方便米粉工業(yè)化生產(chǎn)的需求。在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用響應(yīng)面進行優(yōu)化，結(jié)果表明方便米粉干燥溫度、干燥風速、干燥時間對產(chǎn)品品質(zhì)有不同程度的影響。響應(yīng)面試驗優(yōu)化干燥工藝參數(shù)為干燥溫度65℃，干燥風速4 m/s，干燥時間60 min，在此參數(shù)下制得的方便米粉的感官評分為46.20，說明根據(jù)Box-Behnken模型預(yù)測得到的方便米粉的制作工藝準確可靠，對方便米粉生產(chǎn)具有實踐指導意義。