燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面成型機制研究

李露露，趙禮真，胡慧慧，楊歡歡，王利藏，司 蕊，任廣躍

(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471023)

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燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面成型機制研究

李露露，趙禮真，胡慧慧，楊歡歡，王利藏，司 蕊，任廣躍

(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471023)

為獲取一種營養(yǎng)全面、口味獨特兼有食療作用的復(fù)合掛面，以燕麥、馬鈴薯為研究對象，系統(tǒng)研究了最佳配比、小麥粉改良劑和干燥參數(shù)對復(fù)合掛面品質(zhì)的影響，并構(gòu)建了基于非線性擬合的復(fù)合掛面干燥數(shù)學(xué)模型。試驗結(jié)果表明：小麥粉改良劑和干燥參數(shù)對掛面品質(zhì)影響顯著，最佳配方組合為：谷朊粉添加量8%，魔芋粉添加量0.3%，聚丙烯酸鈉添加量0.15%；干燥參數(shù)最佳組合為：干燥溫度為70℃，風(fēng)速為2.0 m/s，掛面厚度為1.5 mm；所構(gòu)建的模型能夠準(zhǔn)確描述復(fù)合掛面的水分變化規(guī)律，干燥過程中復(fù)合掛面有效擴散系數(shù)(D)在4.63×10-7～1.58×10-6m2/s，且隨溫度和風(fēng)速的提高而趨于增大。

燕麥；馬鈴薯；掛面；熱風(fēng)干燥；有效水分?jǐn)U散系數(shù)

燕麥(oat)，是一種兼具食藥功能的谷物，營養(yǎng)豐富，富含人體所需的8種必需氨基酸和不飽和脂肪酸，其維生素和礦物質(zhì)的含量高于小麥粉和大米[1]。近年來，燕麥深受消費者的青睞，但市場上燕麥產(chǎn)品種類有限、口味單一，成為燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此，有必要發(fā)展燕麥的多樣化制品[2]。

馬鈴薯(potato)是一種糧菜兼用型的蔬菜，其營養(yǎng)素全面，易于吸收，淀粉含量非常高，蛋白質(zhì)品質(zhì)高，且維生素種類齊全。中醫(yī)認(rèn)為,馬鈴薯具有健脾、胃和益氣通便的功效；現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為，馬鈴薯有預(yù)治高血壓、抗癌和控制血糖的作用[3]。2015年，我國啟動馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，力推用馬鈴薯加工成中國人愛吃的饅頭、掛面等主食[4]，將其提升為我國的第四大主糧。

燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面是以燕麥粉、馬鈴薯粉為基本原料制成的一種新型掛面[5]。用燕麥和馬鈴薯為原料制作掛面，不僅營養(yǎng)豐富、口味獨特，更有助于推進(jìn)燕麥和馬鈴薯從副食到主食類型的轉(zhuǎn)變[6]。

1 材料與方法

1.1 材料

燕麥粉、馬鈴薯粉,均購于河北張家口市當(dāng)?shù)爻小?/p>

1.2 設(shè)備

熱泵干燥機，GHRH-20型；掛面機，F(xiàn)KM-200型。

1.3 試驗方法

1.3.1 感官評定

按照SB/T 10137—1993的方法和標(biāo)準(zhǔn)[7]對煮制前掛面進(jìn)行色澤和表面狀況的評定；對煮制后掛面進(jìn)行適口性、韌性、彈性、光滑性和滋味的評價[8]。

1.3.2 燕麥馬鈴薯掛面煮制吸水率的測定[9]

準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的干燥后的掛面，煮制后室溫下稱重。

(1)

式中，M1為未煮制之前掛面的質(zhì)量，g;M2為煮制之后掛面質(zhì)量，g。

1.3.3 燕麥馬鈴薯掛面淀粉溶出量的測定

將煮制后的面湯倒入量筒中，室溫下靜置2 h，記錄沉淀層體積。

淀粉溶出量=沉淀層體積。

1.3.4 干燥參數(shù)

對煮制前掛面進(jìn)行剪切力[10]的感官評定，對煮制后掛面進(jìn)行拉伸力的感官評定。

干燥終點的確定[11]：根據(jù)LS/T 3212—2014要求，掛面水分含量≤14.5%。本試驗以含水量降至13%為干燥終點，掛面干燥至終點時質(zhì)量為M1。即：

(2)

式中，M0為物料的初始質(zhì)量，g；W0為物料的濕基含水率，%；W1為物料干燥至終點的含水率，%。

1.3.5 有效水分?jǐn)U散系數(shù)的測定[12-14]

掛面的水分比(moisture ratio，MR)按式(3)計算：

(3)

式中，M0為初始干基含水率；Me為平衡時的干基含水率；Mt為t時刻干基含水率。

試驗所用掛面為(160.0±0.2) mm×(2.5±0.2) mm×(1.5±0.2) mm 細(xì)條，所用掛面的厚度和寬度遠(yuǎn)小于其長度，所以可把掛面看作大長條，水分?jǐn)U散沿著寬(x)、厚(y)兩個方向同時進(jìn)行，所以其水分?jǐn)U散特性為二維平面擴散[15]。由Newmen公式可得：

(4)

(5)

(6)

(7)

將(7)式兩端取自然對數(shù)得：

(8)

由公式(8)可以看出，lnMR與時間t呈線性關(guān)系，有效水分?jǐn)U散系數(shù)(D)可由其斜率求出[18]。數(shù)據(jù)可由軟件origin 8.5擬合得出。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥馬鈴薯掛面比例結(jié)果與分析

燕麥馬鈴薯粉比例對掛面感官評分影響的結(jié)果見圖1，掛面品質(zhì)的評定如圖2所示。

圖1 燕麥馬鈴薯粉比例對感官評分的影響

圖2 不同比例的燕麥馬鈴薯粉掛面品質(zhì)的評定

從圖1、圖2可知，當(dāng)燕麥粉比例逐漸減小時，掛面的感官評分先增加后減小，當(dāng)燕麥與馬鈴薯粉比例達(dá)到1∶1時評分最高，煮制吸水率最大，淀粉溶出量最小，所以選擇最佳的燕麥與馬鈴薯粉比例為1∶1。

2.2 谷朊粉添加量對燕麥馬鈴薯掛面品質(zhì)的影響

谷朊粉添加量對掛面感官評分影響的結(jié)果見圖3，掛面品質(zhì)的評定見圖4。

由圖3、圖4可知，當(dāng)谷朊粉添加量逐漸增加時，感官平均分先增大后減小，當(dāng)谷朊粉添加量為10%時達(dá)到最高值。煮制吸水率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)谷朊粉添加量達(dá)到10%時，掛面的煮制吸水率最大，淀粉溶出量最小，且沒有斷條現(xiàn)象出現(xiàn)，與感官評價相符合，所以谷朊粉的最佳添加量為10%，最適添加量范圍為8%～12%。

圖3 谷朊粉添加量對感官評分的影響

圖4 谷朊粉添加量對品質(zhì)的影響

2.3 魔芋粉添加量對燕麥馬鈴薯掛面品質(zhì)的影響

魔芋粉添加量對掛面感官評分影響的結(jié)果見圖5，掛面品質(zhì)的評定見圖6。

圖5 魔芋粉添加量對感官評分的影響

圖6 魔芋粉添加量對品質(zhì)的影響

由圖5、圖6可知，當(dāng)魔芋粉添加量逐漸增加時，感官平均分先增大后減小，當(dāng)魔芋粉添加量達(dá)到0.2%時煮制吸水率最大，淀粉溶出量最小，且沒有斷條現(xiàn)象出現(xiàn)，感官平均分達(dá)到最高值，所以魔芋粉的最佳添加量為0.2%，魔芋粉最適添加量范圍為0.1%～0.3%。

2.4 聚丙烯酸鈉添加量對燕麥馬鈴薯掛面品質(zhì)的影響

聚丙烯酸鈉添加量對掛面感官評分影響的結(jié)果見圖7，掛面品質(zhì)的評定見圖8。

圖7 聚丙烯酸鈉添加量對感官評分的影響

圖8 聚丙烯酸鈉添加量對品質(zhì)的影響

從圖7、圖8可知，當(dāng)聚丙烯酸鈉添加量逐漸增加時，煮制吸水率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)聚丙烯酸鈉添加量達(dá)到0.15%時，煮制吸水率最大，淀粉溶出量最小，且沒有斷條現(xiàn)象出現(xiàn)，與感官評價相符合，所以聚丙烯酸鈉的最佳添加量為0.15%，最適添加量范圍為0.10%～0.20%。

2.5 配方正交試驗結(jié)果與分析

由單因素試驗結(jié)果確定各因素的水平編碼表如表1。

表1 正交試驗因素水平編碼表

正交試驗采用L9(34)正交表進(jìn)行試驗。以掛面的感官平均值為指標(biāo)，指標(biāo)越大越好。試驗方案、結(jié)果及其極差分析見表2，方差分析見表3。

表2 L9(34) 正交試驗結(jié)果與極差分析

通過極差分析，可得因素影響主次為A>B>C，即谷朊粉對掛面品質(zhì)的影響最大，魔芋粉次之，聚丙烯酸鈉影響最小。

因為指標(biāo)越大越好，所以較優(yōu)參數(shù)組合為A1B3C2。

通過方差分析可知，因素A、B、C即谷朊粉、魔芋粉添加量、聚丙烯酸鈉添加量都對指標(biāo)影響顯著。

對較優(yōu)參數(shù)組合做3次驗證試驗，結(jié)果表明，得到的較優(yōu)參數(shù)組合及其指標(biāo)值合理。

表3 L9(34)正交試驗方差分析表

注：F0.01(2,2)=99.01，F(xiàn)0.05(2,2)=19.00，F(xiàn)0.1(2,2)=9.00，F(xiàn)0.25(2,2)=3.00

2.6 干燥參數(shù)單因素試驗結(jié)果與分析

溫度、風(fēng)速、掛面厚度的單因素試驗結(jié)果見圖9、圖10、圖11。

圖9 溫度對燕麥馬鈴薯掛面品質(zhì)的影響圖

圖10 風(fēng)速對燕麥馬鈴薯掛面品質(zhì)的影響

由圖9中可以看出，當(dāng)溫度逐漸上升時，感官評價值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，最佳溫度為70℃，最適溫度范圍為60～80℃。

由圖10中可以看出，當(dāng)風(fēng)速逐漸上升時，感官評價值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，最佳風(fēng)速為2 m/s，最適風(fēng)速范圍為1.5～2.5 m/s。

由圖11中可以看出，當(dāng)掛面厚度逐漸上升時，感官評價值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，最佳厚度為1.5 mm，最適掛面厚度范圍為1.0～2.0 mm。

圖11 掛面厚度對燕麥馬鈴薯掛面品質(zhì)的影響

2.7 干燥參數(shù)正交試驗結(jié)果與分析

由單因素試驗結(jié)果確定各因素的水平及編碼如表4。

表4 正交試驗因素水平編碼表

正交試驗采用L9(34)正交表進(jìn)行試驗。以拉伸力、剪切力平均分為指標(biāo)，指標(biāo)越大越好。2個指標(biāo)消除量綱后進(jìn)行加權(quán)綜合評分，加權(quán)系數(shù)都取0.5。試驗方案、結(jié)果及其極差分析見表5。

通過極差分析，可得因素影響主次為A>C>B，即溫度對掛面干燥品質(zhì)的影響最大，掛面厚度次之，風(fēng)速影響最小。

因為指標(biāo)越大越好，所以較優(yōu)參數(shù)組合為A2B2C2。即溫度為70℃，風(fēng)速為2.0 m/s，掛面厚度為1.5 mm。

表5 L9(34)正交試驗結(jié)果與極差分析

對較優(yōu)參數(shù)組合做3次驗證試驗，試驗結(jié)果見表6。結(jié)果表明，得到的較優(yōu)參數(shù)組合合理。

表6 驗證性試驗結(jié)果

2.8 有效水分?jǐn)U散系數(shù)測定的結(jié)果與分析

不同條件下燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面的干燥曲線如圖12、13所示。

圖12 不同溫度下掛面的干燥曲線

圖13 不同風(fēng)速下掛面的干燥曲線

圖12、13表明，不同風(fēng)速或溫度下，掛面的干燥曲線在干燥開始階段均快速下降，之后隨時間的延長而趨于穩(wěn)定。造成此現(xiàn)象的主要原因是掛面通過表面水分的蒸發(fā)和內(nèi)部水分向表面擴散和汽化而干燥，干燥開始階段掛面表面水率含量高，表面蒸發(fā)快，隨著干燥時間的延長，汽化面逐漸向掛面內(nèi)部轉(zhuǎn)移，水分內(nèi)部擴散阻力增大，干燥速率也隨之減慢[19-20]。一定風(fēng)速下，空氣溫度越高，曲線的斜率越大，即干燥速率越大。一定溫度下，風(fēng)速越大，干燥時間越短。

不同干燥條件下水分比自然對數(shù)隨干燥時間變化的擬合效果如表7。由表7可知，不同干燥條件下掛面水分比自然對數(shù)lnMR隨時間變化規(guī)律擬合曲線的R2均大于0.9，表現(xiàn)出較好的擬合，這說明通過計算其斜率能夠準(zhǔn)確的得到掛面熱風(fēng)干燥過程中的有效水分?jǐn)U散系數(shù)。

不同條件下燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面的lnMR隨干燥時間的變化規(guī)律如圖14、15所示，有效水分?jǐn)U散系數(shù)如圖16所示。

圖14、15、16顯示了不同干燥條件下掛面干燥水分比自然對數(shù)lnMR隨干燥時間的變化規(guī)律及其有效水分?jǐn)U散系數(shù)。由圖可知，掛面熱風(fēng)干燥過程中的有效水分?jǐn)U散系數(shù)在4.63×10-7～1.58×10-6m2/s。

由圖16可知,溫度的有效水分?jǐn)U散系數(shù)分別為4.63×10-7、5.805×10-7、7.526×10-7、9.59×10-7、12.9×10-7m2/s，最高值比最低值提升了178.6%，風(fēng)速的有效水分?jǐn)U散系數(shù)分別為0.92×10-6、1.11×10-6、1.20×10-6、1.34×10-6、1.58×10-7m2/s，最高值比最低值提升了70.26%。以上分析說明，溫度和風(fēng)速可以強化燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面干燥過程中傳質(zhì)傳熱的行為，從而提高掛面在熱風(fēng)干燥過程中的有效水分?jǐn)U散系數(shù)。

表7 不同干燥條件下水分比自然對數(shù)隨干燥時間變化的擬合效果

注：MR為水分比；a,b為模型參數(shù)；t為干燥時間。

圖14 不同溫度下lnMR隨干燥時間的變化規(guī)律

圖15 不同風(fēng)速下lnMR隨干燥時間的變化規(guī)律

圖16 有效水分?jǐn)U散系數(shù)圖

3 結(jié)論

(1)加工燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面時，燕麥與馬鈴薯粉的最佳比例為1∶1。

(2)燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面的最佳配方為：谷朊粉添加量為8%，魔芋粉添加量為0.3%，聚丙烯酸鈉添加量為0.15%。

(3)熱風(fēng)干燥的最佳工藝參數(shù)為：溫度70℃，風(fēng)速2.0 m/s，掛面厚度1.5 mm。

(4)干燥過程中燕麥馬鈴薯復(fù)合掛面的有效擴散系數(shù)在4.63×10-7～1.58×10-6m2/s，且隨溫度和風(fēng)速的提高而增大。

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(責(zé)任編輯：趙琳琳)

Forming mechanism of the oat potato compound fine dried noodles

LI Lu-lu , ZHAO Li-zhen , HU Hui-hui, YANG Huan-huan , WANG Li-cang, SI Rui，REN Guang-yue

(College of Food Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

In order to obtain a kind of compound fine dried noodles with the comprehensive nutrition, unique taste and food therapy effects, using oat and potato as the raw material,the perfect ratio between oat and potato and the influence of the flour improver and drying parameters on noodles had been studied . The mathematical model based on nonlinear fitting, which can be applied to the drying process of oat potato noodle had been established. Test results showed that the flour improvers and drying parameter had significant effects on the noodles. The perfect parameters of flour improver formulations: gluten content 8%;Konjac flour’s additive amount 0.3%; adding 0.15% sodium polyacrylate. The optimal portfolio of drying parameter were: drying temperature 70℃, the wind velocity is 2.0 m/s,thickness of noodles 1.5 mm. This model could accurately describe the rules of water coefficient during the drying process. During the period of drying, the effective diffusion coefficient was between 4.63×10-7and 1.58×10-6m2/s. The diffusion coefficient was increased with the increasing of the temperature and wind velocity.

oat;potato;fine dried noodles;hot air drying;effective water diffusion coefficient

2017-02-28；

2017-06-17

河南省高?？萍紕?chuàng)新團隊支持計劃(16IRTSTHN009);國家自然科學(xué)基金項目(31671907);河南科技大學(xué)大學(xué)生研究訓(xùn)練計劃(SRTP)資助項目(2017140)。

李露露(1995-),女，本科生,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。

任廣躍(1971-)，男，教授，博士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.07.008

TS275.4

A

1003-6202(2017)07-0030-07