響應(yīng)面法優(yōu)化馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條生產(chǎn)工藝

龐彩霞，王利民

（呼和浩特職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

響應(yīng)面法優(yōu)化馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條生產(chǎn)工藝

龐彩霞，王利民

（呼和浩特職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

以馬鈴薯淀粉為原料，采用擠壓法生產(chǎn)馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條，利用響應(yīng)面試驗優(yōu)化擠壓最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明：在水分添加量為24%、一段擠出溫度140℃、二段擠出溫度100℃的條件下，馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條生產(chǎn)條件最優(yōu)，此時其感官評分為95.25分，馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條口感最好。

響應(yīng)面；馬鈴薯；營養(yǎng)粉條；工藝；優(yōu)化

Abstract：Potatostarch was used as raw material to develop potato-free vitriolic noodles using high-temperature and high-pressure extrusion method，and the optimum process was optimized by response surface method.The results showed that the optimum condition was as follows：water content of 24%，an extrusion temperature of 140℃，two extrusion temperature of 100℃，and the sensory score was 95.25.Under this condition，the best taste of potato noodle nutrition vermicelli.

Key words：response surface；potato；nutritional vermicelli；process；optimization

馬鈴薯又被稱作洋芋、土豆，作為我國四大主糧之一，有重要的地位，馬鈴薯營養(yǎng)成分齊全，尤其淀粉非常優(yōu)質(zhì)[1-2]。我國馬鈴薯種植面積逐年提高，具有一定的戰(zhàn)略地位，改變了糧食格局。目前隨著種植面積加大，馬鈴薯產(chǎn)品卻相對較少[3-4]。我國馬鈴薯進(jìn)一步加工主要是馬鈴薯淀粉及其相關(guān)的研發(fā)階段[5-6]，目前尚處于初開發(fā)階段，產(chǎn)品水平相對落后，品種也較少，影響著我國馬鈴薯作為主糧的開發(fā)利用[7-8]。粉絲作為一種傳統(tǒng)食品，在我國有多年的歷史，國內(nèi)以綠豆、蠶豆、豌豆等作為粉絲的產(chǎn)品較多[9]，然而這類產(chǎn)品價格比較高，粉絲對原料要求較高，原料的性質(zhì)以及加工方法都會對粉絲的品質(zhì)產(chǎn)生影響，因此確定粉絲加工工藝顯得尤為重要[10]，明礬是粉絲的抗老化增強劑，添加明礬能夠使粉絲具有較強的彈性和韌性，但鋁是人體的非必需元素，過量攝入會對人體造成傷害。因此，本研究采用擠壓工藝經(jīng)過兩段擠壓法研制馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條，可為馬鈴薯淀粉綜合開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯淀粉：濟(jì)南興森淀粉科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SJ-65型單螺桿擠出機(jī)：佛山市順德區(qū)明柯泰金屬制品有限公司；OST-6Ea型電子計價秤：石家莊勇漢衡器有限公司；HT-KX-125型真空干燥箱：東莞市匯泰機(jī)械有限公司；LDS-1G型水分測定儀：上海淋譽貿(mào)易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 馬鈴薯無礬粉條單因素試驗

在水分添加量為24%、一段擠出溫度140℃的條件下，二段擠出溫度為 80、90、100、110、120 ℃時，以馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分為考察指標(biāo)，考察二段擠出溫度對感官評分的影響。

在水分添加量為24%、二段擠出溫度100℃條件下，一段擠出溫度為 120、130、140、150、160 ℃時，以馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分為考察指標(biāo)，考察一段擠出溫度對感官評分的影響。

在一段擠出溫度140℃、二段擠出溫度100℃條件下，水分添加量為22%、23%、24%、25%、26%時，以馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分為考察指標(biāo)，考察水分添加量對感官評分的影響。

1.3.3 響應(yīng)面試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以水分添加量、一段擠出溫度、二段擠出溫度為因素，馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分（Y）作為響應(yīng)值，確定最佳馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條工藝。試驗設(shè)計因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素水平表Table 1 Factors and levels used in response surface analysis

1.3.4 馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評定

營養(yǎng)粉絲感官評定涉及到氣味、口感、外觀、耐煮性4大方面。本研究選擇10位有食品感官評價經(jīng)驗的專家進(jìn)行評定，取其平均值，具體感官評分分值分配見表2。

表2 馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria for potato-free alum nutritious vermicelli

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條單因素試驗結(jié)果

2.1.1 一段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條的影響

一段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響見圖1。

圖1 一段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響Fig.1 Effect of 1st extrusion temperature on sensory score

根據(jù)圖1，當(dāng)一次擠出溫度為120℃時，感官評分較低，隨著溫度升高，感光評分逐漸增大，當(dāng)達(dá)到140℃時，馬鈴薯營養(yǎng)粉條感官評分最高，繼續(xù)升高溫度，感官評分逐漸下降。原因可能為，當(dāng)溫度較低時，物料不能充分糊化，導(dǎo)致耐煮性以及外觀結(jié)構(gòu)都較差，而當(dāng)溫度過高后，物料黏度過大不利于進(jìn)行二段擠壓成型[11]。因此，選擇一段擠出溫度130、140、150℃為響應(yīng)面研究水平。

2.1.2 二段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響

二段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響見圖2。

圖2 二段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響Fig.2 Effect of 2nd extrusion temperature on sensory score

根據(jù)圖2，當(dāng)二次擠出溫度為80℃時，感官評分較低，隨著溫度升高，感光評分逐漸增大，當(dāng)達(dá)到100℃時，馬鈴薯營養(yǎng)粉條感官評分最高，繼續(xù)升高溫度，感官評分逐漸下降。原因可能為，當(dāng)溫度較低時，糊化后的馬鈴薯淀粉不能充分成型，粉條狀態(tài)不好，導(dǎo)致耐煮性以及外觀結(jié)構(gòu)都較差，而當(dāng)溫度過高后，物料黏度過大同樣不利于成型，影響口感[12]。因此，選擇二段擠出溫度90、100、110℃為響應(yīng)面研究水平。

2.1.3 水分添加量對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響

水分添加量對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響見圖3。

圖3 水分添加量對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響Fig.3 Effect of addition water on sensory score

根據(jù)圖3，當(dāng)物料水分添加量為20%時，感官評分較低，隨著物料水分的升高，感官評分逐漸增大，當(dāng)達(dá)到24%時，馬鈴薯營養(yǎng)粉條感官評分最高，繼續(xù)提高物料水分，感官評分逐漸下降。原因可能為，當(dāng)物料水分較低時，物料不能充分糊化，導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生裂痕或者起泡影響感官評分，當(dāng)水分過高時，物料黏度降低，影響二段成型[13]。因此，選擇水分添加量22%、24%、26%為響應(yīng)面研究水平。

2.2 馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條工藝的優(yōu)化

2.2.1 數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建與檢驗

根據(jù)單因素分析結(jié)果，選擇水分添加量、一段擠出溫度、二段擠出溫度為因素變量，以馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計原理進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Response surface design and results

續(xù)表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Continue table 3 Response surface design and results

采用Design-Expert8.0.6軟件對表3進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗，得到以馬鈴薯營養(yǎng)粉條感官評分為函數(shù)，關(guān)于各因素編碼值的回歸方程為：

對該模型進(jìn)行顯著性檢驗，得到方差分析見表4，模型的可信度分析見表5。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

表5 回歸模型可信度分析Table 5 Reliability analysis for the established regression model

根據(jù)表4、表5，感官評分回歸方程極顯著。模型與實際值擬合效果好，能夠代替實測值對試驗結(jié)果做分析，R2=98.56%，說明該模型能夠反映98.56%的函數(shù)值，變異系數(shù)較小。R2Adj=96.71%，說明預(yù)測值與實測值高度相關(guān)。水分添加量對感官評分影響極顯著，一段擠壓溫度對感官評分影響顯著，交互項中X1X2影響極顯著，X1X3、X2X3影響顯著，而二次項中 X12、X22影響極顯著，X32影響顯著。各因素影響馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分由大到小依次為水分添加量＞一段擠壓溫度＞二段擠出溫度。

2.2.2 因素交互作用對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響

因素交互作用對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響見圖4。

圖4 因素交互作用對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條感官評分的影響Fig.4 The influence of two factors on sensory score of bread

響應(yīng)面圖是感官評分與各個因素之間形成的三維空間圖，能夠反映出兩個因素交互作用對感官評分的影響[14-15]。等高線中的橢圓形表示兩因素之間交互作用對感官評分影響顯著，圓形可表示兩因素交互作用對感官評分影響不顯著。水分添加量（X1）與一段擠壓溫度（X2）之間交互作用極顯著，表現(xiàn)為等高線為橢圓形，水分添加量（X1）與二段擠壓溫度（X3）之間交互作用顯著，表現(xiàn)為等高線為橢圓形，而一段擠壓溫度（X2）與二段擠壓溫度（X3）之間交互作用顯著，等高線表現(xiàn)為橢圓形。

2.2.3 粉條工藝參數(shù)的優(yōu)化

為確定最佳參數(shù)，對擬合的回歸方程分別求一階偏導(dǎo)數(shù)，令其為0，得到三元一次方程如下：

求解得：X1＝0.975、X2＝－0.126、X3＝－0.321，即最佳工藝參數(shù)為水分添加量為24.1%、一段擠出溫度140.06℃、二段擠出溫度100.64℃。按照此最佳工藝參數(shù)面包感官評分理論值為95.21分。考慮到實際方便及易操作性，將工藝參數(shù)優(yōu)化為：水分添加量為24%、一段擠出溫度140℃、二段擠出溫度100℃，在此工藝參數(shù)下做3次平行試驗，3次試驗的平均感官評分為95.25分。與理論預(yù)測值較為接近，表明該數(shù)學(xué)模型對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條工藝優(yōu)化是可行的。

3 結(jié)論

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面分析對馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明：在水分添加量為24%、一段擠出溫度140℃、二段擠出溫度100℃的條件下，馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條生產(chǎn)工藝最佳，其感官評分為95.25分。此條件下，馬鈴薯無礬營養(yǎng)粉條口感最好。

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Optimization of Potato-free Alum Nutritive Noodle Production Process by Response Surface Methodology

PANG Cai-xia，WANG Li-min
（Hohhot Vocational College，Hohhot 010070，Inner Mongolia，China）

2017-01-17

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.19.016

龐彩霞（1969—），女（漢），副教授，碩士，研究方向：功能性食品。