基于變異系數(shù)法對不同干燥方法馬鈴薯全粉 復合面條品質的評價

李葉貝，任廣躍,2,，屈展平，段 續(xù),2，張樂道,2，盧映潔,2

（1.河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽 471023；2.食品加工與安全國家實驗教學示范中心，河南 洛陽 471023）

馬鈴薯營養(yǎng)豐富，淀粉含量高，蛋白質構成好，維生素種類齊全，且含有膳食纖維[1-3]。在面條的制作中加入馬鈴薯全粉，能夠更好地豐富面條的營養(yǎng)價值。面條作為一種傳統(tǒng)的食品，是亞洲國家重要的主食，且在全球范圍內都有所消費[4-5]；為方便運輸，干燥成為面條加工過程中一個必要的環(huán)節(jié)，其是否合理與面條的產(chǎn)品質量以及經(jīng)濟效益有著較為重要的聯(lián)系[6-7]?？茖W合理的干燥方法，不僅能夠節(jié)省干燥時間，避免資源浪費，而且還能夠保證產(chǎn)品品質[8]。我國面條干燥工藝經(jīng)歷了幾個階段，初期為自然晾干，這種干燥工藝不能實現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，隨之出現(xiàn)了高溫快速干燥技術，雖然解決了產(chǎn)業(yè)化問題，但是產(chǎn)品質量卻不能得到保證，接著低溫慢速干燥技術問世，干燥的面條品質穩(wěn)定，卻因為干燥時間再次被改造成為了中溫中速干燥，直到現(xiàn)在被廣泛應用于實際生產(chǎn)[9]。

目前面條的干燥主要是隧道式干燥，沒有出現(xiàn)新的干燥技術，本實驗力求找尋一種較優(yōu)的干燥方式，對復合面條進行干燥。目前食品常用的干燥方式主要有熱泵干燥、熱風干燥、冷風干燥、紅外干燥等。熱泵干燥具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保的特點[10]；熱風干燥成本低、干燥速度快[11]；冷風干燥能夠較好地保持物料的營養(yǎng)價值，但是干燥時間較長[12]；紅外干燥直接作用于物料內部，效率高、能耗低[13]。

變異系數(shù)法作為一種數(shù)學統(tǒng)計方法，是利用指標本身數(shù)據(jù)所提供的信息，通過對變異系數(shù)進行標準化的處理，從而客觀公正地賦予各指標權重，避免人為賦權的主觀性，更能夠體現(xiàn)數(shù)據(jù)的準確性[14]。由于各指標的單位不用，變異系數(shù)法需要進行量綱的消除，得出各指標在實驗條件中的重要程度[15]。其作為一種有效的評價方法在各領域都有所應用，但是在評定食品干燥品質方面的應用卻不多見，用變異系數(shù)法評定復合面條的品質具有一定的新意。

本實驗選取熱泵干燥、熱風干燥、冷風干燥、紅外干燥4 種干燥方法對復合面條進行干燥，對其干燥特性、煮制特性、白度、質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）特性、剪切力、水分、微觀結構、干燥能耗、吸濕性進行測定，并采用變異系數(shù)法進行綜合評分，以期得到一種較為適合復合面條的干燥方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯購于河南省洛陽市丹尼斯超市，所選馬鈴薯新鮮、大小均勻、無蟲眼、無褐變。小麥面粉（精制特一粉）購于河南省洛陽市丹尼斯超市。

檸檬酸、VC、CaCl2天津德恩化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

Universal 5544型食品質構儀 美國Instron公司；JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡 日本電子株式會社；X-rite Color I5型色差計 美國愛色麗公司；HSP-150B型恒溫恒濕箱 常州賽普試驗儀器廠；JA-B/N型電子天平 上海佑科儀表有限公司；GHRH-20型熱泵干燥機 廣東省農(nóng)業(yè)機械研究所；101型熱風干燥機 北京科偉永興儀器有限公司；LFGZX-3型冷風干燥機 上海聚辰科學儀器有限公司；101型紅外干燥機 河南科技大學。

1.3 方法

1.3.1 馬鈴薯全粉的制備

馬鈴薯經(jīng)過清洗去皮切片后，用1.5%（質量分數(shù)，下同）檸檬酸、1.0% VC、0.15% CaCl2護色液浸泡20 min進行護色處理。將護色后的馬鈴薯片預煮3 min，取出冷卻，然后進行蒸煮，確保馬鈴薯充分糊化但又不破壞細胞壁[16-17]。蒸煮完成后，將馬鈴薯片置于溫度為60 ℃、相對濕度為10%、風速為1.5 m/s的熱泵干燥箱中，干燥完全后，用粉碎機制備馬鈴薯全粉。

1.3.2 面條制作工藝

馬鈴薯全粉、小麥面粉、純凈水、食鹽→和面→靜置熟化→壓片→切條→干燥→緩蘇降溫→成品

稱取小麥面粉160 g、馬鈴薯全粉40 g充分混合均勻，把2 g食鹽溶入80 mL純凈水中，充分溶解后倒入原料中，和面5 min，保持面團干濕得當，色澤一致，沒有干粉，用手稍用力能捏成一團，松開能碎成顆粒。然后放在室溫條件下醒面20 min，放入壓面條機進行反復壓片，直到形成表面光滑、色澤均一且有彈性的面帶，然后進行切條干燥[18]，以濕基水分質量分數(shù)10%為干燥終點，每個樣品重復實驗3 次。

1.3.3 實驗設計

選取熱風（熱風溫度為40 ℃，風速為1.5 m/s）、熱泵（熱泵溫度為40 ℃，風速為1.5 m/s）、冷風（冷風溫度為20 ℃，風速為1.5 m/s）、紅外（紅外溫度為60 ℃）4 種干燥方式，面條厚度均為1.5 mm，對馬鈴薯全粉復合面條進行干燥并對其品質進行研究。每組實驗重復3 次。

1.3.4 指標測定

1.3.4.1 干基含水率及干燥速率的測定

復合面條的干基含水率按式（1）[19]計算。

式中：mt為t時刻物料的質量/g；m為濕物料中絕干料的質量/g。

干燥過程中的干燥速率按式（2）[20]計算。

式中：Xt為t時刻干基含水率/（g/g）；Xt＋Δt為t＋Δt時刻干基含水率/（g/g）；Δt為時間間隔/h。

1.3.4.2 煮制特性的測定

煮制吸水率、烹調損失率的測定：準確稱量20 g復合面條，放入500 mL 100 ℃的沸水中煮至白心剛好消失，撈出面條，瀝水30 s稱量，將所剩面湯倒入500 mL容量瓶中定容，從中取出100 mL于已經(jīng)稱量過質量的燒杯中，先在電爐上蒸發(fā)一定的水分，再移至105 ℃烘箱中烘干至質量恒定，稱質量，煮制吸水率計算如式（3）所示，烹調損失率計算如式（4）[21]所示。

式中：m1為未煮制之前面條的質量/g；m2為煮制之后面條的質量/g。

式中：m3為100 mL面湯中淀粉質量/g。

每個樣品重復3 次，求平均值。

1.3.4.3 白度的測定

將復合面條制成粉，用保鮮膜包好待用，先用黑白板對儀器進行校正，再將不同干燥方式下的樣品依次進行測量，每個樣品選取不同的方位測量3 次，求平均值，可得出L*、a*、b*值。其中L*值表示物料黑白的程度，值越大，表示物料越白，a*值表示物料紅綠的程度，值越大，表示物料越紅，b*值表示物料黃藍的程度，值越大，表示物料越黃[22]。白度的計算如式（5）所示。

1.3.4.4 質地剖面分析

TPA參數(shù)設置：采用P/75探頭，測前速率200 mm/s、測試速率0.17 m/s、測后速率200 mm/s、壓縮程度70%、兩次壓縮間隔時間10 s、數(shù)據(jù)采集速率400 pps，引發(fā)力5 g[23]。將面條3 根一組放在質構儀上進行測試，每個樣品測5 次，求平均值。得出硬度、黏著性、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性、回復性7 個參數(shù)值。

1.3.4.5 剪切力的測定

采用A/LKB-F探頭，設置測前速率1 mm/s、測試速率0.17 mm/s、測后速率5 mm/s、觸發(fā)力5 g、應變量90%[24]。將面條3 根一組放在質構儀上進行測試，每個樣品測5 次，求平均值。

1.3.4.6 微觀結構觀察

用導電膠將樣品粘到樣品臺，通過離子濺射技術對其進行噴金處理，結束后取出，裝入JSM-5610LV掃描電子顯微鏡觀察室，設定加速電壓20 kV、電流15 mA進行觀察[25]。

1.3.4.7 干燥能耗的測定

復合面條的干燥能耗（單位為kJ/kg）以每脫去1 kg物料中的水所消耗的能量來表征[26]，干燥過程中所消耗的總能量用電度表進行測量。

1.3.4.8 吸濕性的測定

用電子天平精確稱取1 g復合面條，放置于康威氏皿內室，將配制好的飽和氯化鈉溶液放入康威氏皿外室，蓋上康威皿蓋子，密封嚴實，之后放入溫度為30 ℃、相對濕度為75%的恒溫恒濕箱中，保持7 d測定吸濕率[27]，吸濕率根據(jù)式（6）計算。

式中：m1為吸濕后馬鈴薯全粉復合面條的質量/g；m2為吸濕前馬鈴薯全粉復合面條的質量/g。

1.3.4.9 變異系數(shù)法分析

變異系數(shù)法是通過各個指標所包含的信息，計算出其權重，用來衡量指標變異程度的一個統(tǒng)計量[28]。

由于不同指標都有各自的單位，不能直接相互比較，所以計算前需要無量綱處理，求出變異系數(shù)[29]，變異系數(shù)的計算如式（7）。

式中：Vi表示第i個指標的變異系數(shù)；σi表示第i個指標的標準差；表示第i個指標的平均值。

各項指標的權重[30]計算如式（8）。

式中：Wi表示權重。

采用Z-score標準化法將各項指標的數(shù)據(jù)進行標準化處理，計算公式如式（9）。

式中：Zij表示標準化后各指標值；Xij表示各指標實際測量值；σi表示第i個指標的標準差；表示第i個指標的平均值。對于值越小越好的指標，標準化之后需要數(shù)值前加負號，然后與將不同干燥方式下各指標標準化值與權重相乘，得到綜合評分。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Origin pro 8.5軟件繪圖；使用DPS 7.05軟件對實驗數(shù)據(jù)進行方差分析，實驗中顯著水平定為P＜0.05。每組實驗重復3 次，取其平均值進行各指標統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條干燥特性的影響

圖 1 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條的干燥曲線（A）及 干燥速率曲線（B）Fig. 1 Drying curves (A) and drying rate curves (B) of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

由圖1A可知，熱泵、熱風、冷風、紅外干燥至終點所用的時間分別為220、180、300、260 min。熱風干燥時間比冷風干燥縮短了40.00%。由圖1B可知，復合面條的干燥過程為降速過程，而且降速較快。熱泵干燥初期干燥速率最大，熱風次之，但隨著干燥時間的延長，中后期熱風的干燥速率反而超過了熱泵干燥，因為中后期物料中主要含有的是結合水，這部分結合水相對于總含水量而言較小，這會使得熱泵干燥的進出口空氣變化量較小，直接影響其干燥效果，熱風干燥卻不受此影響，所以中后期熱風干燥速率反而超過熱泵干燥。冷風干燥和紅外干燥初始干燥速率相差不大，之后紅外干燥速率大于冷風干燥，這可能是由于初始冷風干燥的風速對于干燥影響較大，而紅外干燥沒有風速，但是溫度對于干燥速率的影響比風速大，后期紅外干燥速率高于冷風。紅外干燥主要是紅外線對物料進行的輻射，紅外距物料有一定的距離，當它輻射到物料上之后，溫度并沒有實際溫度高，而且空氣對流沒有熱泵干燥和熱風干燥好，所以紅外干燥和冷風干燥這兩種干燥方式速率低。

2.2 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條煮制特性的影響

表 1 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條的煮制特性Table 1 Cooking characteristics of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

由表1可知，煮制吸水率最大值比最小值升高了31.23%，烹調損失率最小值比最大值降低了44.97%，紅外干燥的斷條率最高，熱風干燥較小，熱泵干燥和冷風干燥斷條率為0。不同干燥方式的煮制特性差別較大，紅外干燥的復合面條品質不佳，煮制吸水率較低，烹調損失率、斷條率較高，這可能是與紅外干燥特性有關，紅外輻射是電磁波與物料共振放出能量，物料內外同時達到干燥的效果，對于復合面條內部結構影響較大，直接導致復合面條煮制吸水率較低、斷條率較高，面條結構的不完整間接致使烹調損失率升高；熱泵干燥和熱風干燥的煮制吸水率和烹調損失率相差不大，但是熱風干燥卻有斷條現(xiàn)象，這可能是因為熱風干燥速率較快，導致物料品質有所下降；冷風干燥溫度低，能夠較好地保證面條品質。

2.3 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條白度的影響

圖 2 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條的白度Fig. 2 Whiteness index of dehydrated compositenoodles subjected to different drying methods

對于面條而言，白度越高，產(chǎn)品的潛在商業(yè)價值可能就越高。如圖2所示，不同干燥方式面條的白度由高到低為：冷風干燥＞紅外干燥＞熱泵干燥＞熱風干燥。冷風干燥白度最高，熱風干燥白度最低，但總體白度相差不大。因為不同干燥方式的溫度和干燥原理不盡相同，冷風干燥溫度較低，能夠抑制一些高溫易產(chǎn)生褐變物質的活性，從而白度較高，熱風干燥溫度較高，從而使白度稍低，熱泵干燥和紅外干燥之間差異不顯著，紅外干燥溫度雖然比較高，但是輻射到面條表面時，溫度并沒有實際溫度高。從整體看來，不同干燥方式對面條的白度影響不明顯。

2.4 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條TPA特性的影響

表 2 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條的TPA參數(shù)Table 2 Texture profile analysis parameters of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

由表2可以看出，熱泵干燥面條的硬度、彈性、咀嚼性最大，其次是冷風干燥、熱風干燥，紅外干燥最小。這表明熱泵干燥的復合面條在硬度、彈性、咀嚼性方面等有著一定的優(yōu)勢，能夠較好地保持面條的品質。

2.5 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條剪切的影響

表 3 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條的剪切參數(shù)Table 3 Shear force parameters of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

由表3可知，熱泵干燥面條的堅實度、咀嚼性、黏性最大，紅外干燥最小。這表明熱泵干燥的復合面條在堅實度、咀嚼性和黏性方面等有著一定的優(yōu)勢，紅外干燥的復合面條堅實度低，易斷，品質不佳。

2.6 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條微觀結構的影響

圖 3 不同干燥方式馬鈴薯全粉復合面條的微觀結構Fig. 3 Microstructure of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

復合面條的微觀結構和形態(tài)對于它們的品質有一定的影響。由圖3A可知，熱泵干燥面條微觀結構表面較為平整堅實，孔隙較少；熱風干燥面條微觀結構孔隙較多，但孔隙大小卻不一致（圖3B）；冷風干燥面條孔隙較為均勻且較?。▓D3C）；紅外干燥面條微觀結構則出現(xiàn)了裂痕（圖3D），這可能是引起復合面條斷條率較高的原因。因此熱泵干燥的復合面條更為堅實，不容易出現(xiàn)斷條。

2.7 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條干燥能耗的影響

圖 4 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條的干燥能耗Fig. 4 Energy consumption of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

干燥能耗是反映干燥是否節(jié)能的一個重要指標，干燥時間、干燥功率等因素都會對其產(chǎn)生影響。如圖4所示，冷風干燥能耗最高，紅外干燥和熱風干燥次之，熱泵干燥能耗最低。這與物料的干燥時間有關，冷風干燥時間最長，能耗最大；同時也與干燥設備有關，紅外干燥是電磁波輻射產(chǎn)生能量，效率較高，所以紅外干燥時間雖然長，但是能耗低。

2.8 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條吸濕性的影響

圖 5 不同干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條吸濕性的影響Fig. 5 Effect of different drying methods on the hygroscopicity of dehydrated composite noodles

對于面條而言，吸濕性越大，其生物穩(wěn)定性越差，越易引起理化性質的變化，越不易貯藏，使產(chǎn)品難以被消費者接受。如圖5所示，4 種干燥方式吸濕率從大到小依次為：紅外干燥＞冷風干燥＞熱風干燥＞熱泵干燥，熱泵和熱風干燥的吸濕率較低，說明這兩種干燥方式不易從外界吸收水分，穩(wěn)定性較好，容易儲存，而冷風和紅外干燥制備的復合面條容易吸收水分，穩(wěn)定性差，不易儲存。這可能與復合面條的表面結構和孔隙直徑有關，冷風干燥復合面條孔隙直徑較大，紅外干燥復合面條內部有較大的裂痕且孔隙直徑較大。因此，熱風和熱泵干燥方式吸濕率較小，干燥效果較好。

2.9 干燥方式對馬鈴薯全粉復合面條品質綜合評分的影響

以干燥時間、煮制吸水率、烹調損失率、斷條率、白度、硬度、彈性、咀嚼性、干燥能耗、吸濕性為指標，運用變異系數(shù)法求出各項指標的平均值、標準差和變異系數(shù)，進而計算各指標的權重，結果見表4。

表 4 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條各指標的權重Table 4 Proportions of various indicators in the overall evaluation of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

由表4可以看出，斷條率、吸濕性、干燥能耗、烹調損失率和咀嚼性這5 個指標所占權重較大，其中斷條率的權重最大。同時也表明干燥方式對這5 個指標影響較大，這5 個指標能夠較好地體現(xiàn)不同方式的干燥效果。

表 5 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條的各項指標的標準化值Table 5 Standardized values of various indicators of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

對4 種干燥方式所得復合面條的10 個指標進行標準化（表5），將標準化值與各指標的權重相乘得到綜合評分（表6）。其中，干燥時間、烹調損失率、斷條率、干燥能耗、吸濕性的值越小越好，需要在標準化后的值前加上負號，然后將得到的各個干燥方式下各指標的標準化值與其對應的權重相乘，最后把不同干燥方式下各個指標的值相加求和，得到綜合評分。

由表6可知，熱風干燥時間最短，冷風干燥煮制吸水率和白度最大，烹調損失率和斷條率最小，熱泵干燥斷條率、干燥能耗和吸濕性最小，硬度、彈性和咀嚼性最大，紅外干燥在各方面都不太理想。由綜合評分值可以看出，熱泵干燥的復合面條品質最優(yōu)（綜合評分：0.239），其次是熱風干燥（綜合評分：0.201），冷風干燥次之（綜合評分：－0.062），紅外干燥的復合面條品質最差（綜合評分：－0.701）。

表 6 不同干燥方式下馬鈴薯全粉復合面條的各項指標的綜合評分Table 6 Comprehensive scores of dehydrated composite noodles subjected to different drying methods

3 結 論

熱泵干燥制備的復合面條能夠較好地保證產(chǎn)品的質量，在煮制特性、TPA特性、剪切特性、微觀結構、能耗和吸濕性等方面均有一定的優(yōu)勢，但在白度方面不及冷風干燥。熱風干燥和冷風干燥制備的復合面條在煮制特性、TPA特性、剪切特性方面的品質還可以，但是整體效果不如熱泵干燥，冷風干燥在白度上優(yōu)勢明顯，但是干燥能耗較大，熱風干燥的白度較差。紅外干燥制備的復合面條在本實驗的條件下，產(chǎn)品質量效果較差，而且斷條嚴重，此實驗條件下不適合用紅外干燥復合面條?；谧儺愊禂?shù)法求出斷條率、吸濕性、干燥能耗、烹調損失率和咀嚼性等指標所占權重較大，可為類似實驗指標提供一定的參考價值，熱泵干燥綜合評分最高，在此實驗條件下，熱泵干燥的復合面條品質最好，因此，選擇熱泵干燥作為本實驗條件下最佳的復合面條干燥方式。