基于線性功效系數(shù)法的紫薯面條高效干燥技術(shù)研究

范會平，侯冰潔，符 鋒，馬晨晨，艾志錄

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州450002；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大宗糧食加工重點實驗室，河南鄭州450002；3.河南省糧油飼料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，河南鄭州450000）

紫薯富含膳食纖維、花青素、碘元素、硒元素等營養(yǎng)物質(zhì)，對降低高血壓的發(fā)生率、緩解肝機能障礙等具有一定的作用[1]，深受消費者的喜愛。紫薯全粉由新鮮紫薯加工而成，擁有新鮮紫薯一樣的營養(yǎng)成分；將紫薯全粉加入到面粉中制作紫薯面條，不僅能改善面條色澤，還能保留紫薯的營養(yǎng)價值，從而提升面條的食用價值。

掛面是我國傳統(tǒng)面制品，是將面條經(jīng)過自然或烘房干燥制得，其含水率一般要求≤14.5%，常溫條件下貯藏期較長，使其口感好、食用方便、易于貯存[2]。由于紫薯全粉沒有能夠形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的面筋蛋白，當(dāng)向面條中添加紫薯全粉時，紫薯面條中面筋蛋白在一定程度上被稀釋，加水?dāng)嚢璩擅鎴F后筋性低、黏性大，所以制作的紫薯掛面易出現(xiàn)渾湯、裂紋、劈條、熟斷條率高等現(xiàn)象，造成面條品質(zhì)的下降[3]。

溫度和濕度是影響掛面脫水干燥的重要因素，在掛面干燥過程中會隨著內(nèi)外環(huán)境的溫濕度變化而表現(xiàn)出不同的品質(zhì)。因此，根據(jù)面條本身的特性進(jìn)行分段干燥來確定干燥工藝可以有效改善產(chǎn)品的品質(zhì)[2，4]；陸啟玉[5]將掛面干燥過程分為預(yù)干燥、主干燥和完成干燥3段，與四階段干燥比較而言，這種干燥工藝容易引起掛面干燥龜裂和斷條等不良現(xiàn)象。趙晉府[6]將掛面干燥的過程分為4個階段，即預(yù)干燥、干燥前期、主干燥和干燥后期。王興明[7]為了緩解掛面酥條現(xiàn)象提出將掛面干燥的過程分為冷風(fēng)定條、保潮出汗、高溫排潮和降溫緩酥4個階段。

為了更好地保證紫薯掛面產(chǎn)品品質(zhì)，結(jié)合紫薯面條原料及產(chǎn)品特性，采用四階段干燥對紫薯面條進(jìn)行干燥，通過調(diào)整各干燥階段工藝參數(shù)，使面條表面不易形成厚膜，面條中水分更容易散出，不易產(chǎn)生酥條、裂紋，劈條等，利用線性功效系數(shù)法確定紫薯面條干燥工藝最佳干燥參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紫薯全粉，河南天豫薯業(yè)股份有限公司提供；小麥粉，金苑特一粉；谷朊粉，新鄉(xiāng)封丘粉業(yè)提供；食鹽，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

B5A型多功能攪拌機，廣州威萬事實業(yè)有限公司產(chǎn)品；DMT-5型電動面條機，山東龍口復(fù)興機械有限公司產(chǎn)品；DHG9245A型鼓風(fēng)干燥箱、BPHJS-250A型高低溫交變試驗箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；JMTD 168/140型試驗面條機，北京東孚久恒技術(shù)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗設(shè)計

試驗分4個階段對紫薯面條進(jìn)行干燥，即預(yù)干燥階段、干燥前期、主干燥階段、干燥后期。預(yù)干燥階段的干燥溫度30～40℃，干燥濕度70%～90%，干燥時間50～70 min；干燥前期階段的干燥溫度35～45℃，干燥濕度65%～85%，干燥時間80～100 min；主干燥階段的干燥溫度30～40℃，干燥濕度50%～70%，干燥時間80～100 min；干燥后期階段的干燥溫度25～35℃，干燥濕度為環(huán)境濕度，干燥時間50～70 min；每個因素3個水平，采用正交試驗組合，每組試驗重復(fù)3次。

1.4 試驗方法

1.4.1 紫薯掛面制作

紫薯掛面制作工藝流程：稱量→和面→醒面→壓延→切條→烘干→切斷→包裝。

稱取紫薯全粉44 g，小麥粉56 g，谷朊粉7 g，食鹽1.6 g，將稱量好的原輔料混合均勻置于和面機中，加入比例為34%，溫度為30～40℃的蒸餾水，啟動和面機，攪拌2 min，將上述食材均勻混合為面絮。將制成的面絮用保鮮膜封口，醒面20 min，將面絮進(jìn)行壓延，軋距為5檔，反復(fù)壓面至片，要求組織細(xì)密、表面光滑，最終制成厚1.3 mm，寬2.5 mm的面條，懸掛于恒溫恒濕箱中干燥。干燥溫度和干燥濕度、時間參數(shù)按1.3的方法進(jìn)行。

1.4.2 紫薯掛面品質(zhì)指標(biāo)測定

紫薯掛面最終產(chǎn)品水分含量參照GB 5009.3—2016直接干燥法測定[8]；紫薯掛面自然斷條率、彎曲斷條率參照掛面質(zhì)量檢驗方法和標(biāo)準(zhǔn)測定[9]；紫薯掛面蒸煮損失率、吸水率參照LS/T 3212—1992測定[10]。

1.4.3 線性功效系數(shù)法

紫薯掛面產(chǎn)品蒸煮損失過大會出現(xiàn)渾湯嚴(yán)重現(xiàn)象，吸水率增大會使產(chǎn)品的彈性、韌性變差,食用時缺乏嚼勁。因此，生產(chǎn)中蒸煮損失率、吸水率、彎曲斷條率、自然斷條率和熟斷條率越低質(zhì)量越好。由于參考指標(biāo)參數(shù)大小不一，為了獲得紫薯掛面最優(yōu)的干燥工藝參數(shù)，對蒸煮損失率、熟斷條率、彎曲斷條率、自然斷條率和吸水率進(jìn)行加權(quán)分配，分配權(quán)重系數(shù)分別為0.4，0.1，0.2，0.1，0.2。利用線性型功效系數(shù)法將結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一量綱，令：

蒸煮損失率Y1'=1-（Y1-Y1min）/（Y1max-Y1min）

吸水率Y2'=1-（Y2-Y2min）/（Y2max-Y2min）

彎曲斷條率Y4'=1-（Y4-Y4min)/（Y4max-Y4min）

自然斷條率Y5'=1-（Y5-Y5min）/（Y5max-Y5min）

熟斷條率Y6'=1-（Y6-Y6min)/（Y6max-Y6min）

其中：Yimax與Yimin（i=1，2，3，4，5，6）為試驗中各指標(biāo)的最大值與最小值。這樣用Y1'、Y2'、Y4'、Y5'、Y6'的分別表示蒸煮損失率、吸水率、彎曲斷條率、自然斷條率、熟斷條率的最小值，用Y表示綜合評分的最大值[11]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 16.0軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)干燥階段對紫薯掛面品質(zhì)的影響

紫薯面條預(yù)干燥階段的目的主要是為了蒸發(fā)紫薯面條的表面水分，固定其組織形態(tài)，防止由于自身重力而導(dǎo)致面條拉長和斷裂[12]；同時，在預(yù)干燥階段，干燥速率過快會使?jié)衩鏃l表層迅速失水收縮，形成一層厚殼，封閉了內(nèi)部水分向外部擴散的通道，形成了外干內(nèi)濕的現(xiàn)象，同時內(nèi)部水分不容易向外部遷移，影響水分的進(jìn)一步傳遞[13]。因此，在紫薯面條預(yù)干燥階段選定溫度較低、濕度較高的干燥條件；同時，選定不同干燥時間，考查紫薯面條在預(yù)干燥階段的最佳工藝參數(shù)。

預(yù)干燥階段正交試驗結(jié)果見表1，預(yù)干燥階段正交數(shù)據(jù)分析見表2。

由表1可知，當(dāng)干燥溫度40℃，干燥濕度90%，干燥時間60 min時紫薯面條綜合評分最高、干燥效果最好，此時蒸煮損失率為13.16%，彎曲斷條率為2.22%，熟斷條率為0；吸水率和自然斷條率相對較低。根據(jù)表2中R值對各個測定指標(biāo)進(jìn)行分析可知紫薯掛面蒸煮損失率、自然斷條率受干燥時間影響較大，吸水率、熟斷條率受干燥溫度影響較大，彎曲斷條率受干燥濕度影響較大；通過線性系數(shù)法加權(quán)結(jié)果看，水平組合A3，B2，C2，分別是各因素中效果最好的水平，通過加權(quán)后綜合評分的R值可以看出，試驗因素顯著性順序為時間＞溫度＞濕度，干燥時間對紫薯掛面預(yù)干燥階段面條品質(zhì)影響最大，故通過線性功效系數(shù)法得出紫薯面條高效干燥預(yù)干燥階段的最佳干燥條件是溫度40℃，濕度80%，時間60 min。

表1 預(yù)干燥階段正交試驗結(jié)果

表2 預(yù)干燥階段正交數(shù)據(jù)分析

2.2 干燥前期對紫薯掛面品質(zhì)的影響

通過在紫薯面條預(yù)干燥階段將面條固定形狀之后，將進(jìn)入紫薯面條干燥前期，為主干燥階段做準(zhǔn)備工作，此階段一旦內(nèi)外水分?jǐn)U散速率不等，很容易使得面條形成裂紋[14]，同時水分散失較預(yù)干燥階段快，掛面收縮，在面條截面上由于水分梯度的存在使得掛面內(nèi)部產(chǎn)生各種應(yīng)力[15]；該階段保持較高的溫濕度可以使面條表面水分的蒸發(fā)速率小于或等于內(nèi)部水分向外部轉(zhuǎn)移的速率，使面條內(nèi)部水分較平緩均勻地向外部轉(zhuǎn)移，從而更好地將面條進(jìn)行脫水干燥。因此，這一階段宜采取較高溫度和濕度。

干燥前期正交試驗結(jié)果見表3，干燥前期正交試數(shù)據(jù)分析見表4。

表3 干燥前期正交試驗結(jié)果

由表4可知，干燥溫度對紫薯掛面的蒸煮損失

影響較大，干燥濕度對紫薯掛面的吸水率、彎曲斷條率、熟斷條率影響較大，自然斷條率受干燥時間影響較大。由表3可知，當(dāng)干燥溫度為45℃，干燥濕度為75%，干燥時間為80 min時干燥效果最好，綜合評分達(dá)到0.81分，吸水率和熟斷條率達(dá)到最低；按因素列來看，水平組合A3，B3，C3，分別是各因素中效果最好的水平；通過R值可以看出試驗因素顯著性順序，B＞A＞C，干燥濕度對此階段紫薯面條干燥品質(zhì)影響最大。故通過利用線性功效系數(shù)法得出紫薯面條高效干燥預(yù)干燥階段的試驗最佳條件為溫度45℃，濕度85%，時間100 min。

表4 干燥前期正交試數(shù)據(jù)分析

此階段紫薯面條的最佳干燥濕度比預(yù)干燥階段要高，以降低面條表面蒸發(fā)速率，使面條內(nèi)部水分均勻緩慢地向面條表面移動，減少由于內(nèi)部水分?jǐn)U散不均勻而導(dǎo)致面條水分蒸發(fā)快慢不一，從而出現(xiàn)劈條、斷裂等現(xiàn)象，不僅影響面條口感，而且還會導(dǎo)致渾湯嚴(yán)重，降低紫薯掛面品質(zhì)。

2.3 主干燥階段對紫薯掛面品質(zhì)的影響

主干燥階段為紫薯面條干燥的主要階段，主要目的是為了使面條中水分快速排出去，在到達(dá)干燥面條后期形成一個過渡階段[5]；不僅使面條水分降低而且還可以在進(jìn)入下一階段時防止由于溫度、濕度下降過快使面條表面出現(xiàn)裂紋、酥條等現(xiàn)象，影響面條品質(zhì)[16]。

主干燥階段正交試驗結(jié)果見表5，主干燥階段正交數(shù)據(jù)分析見表6。

表5 主干燥階段正交試驗結(jié)果

表6 主干燥階段正交數(shù)據(jù)分析

由表5可知，當(dāng)干燥溫度40℃，干燥濕度70%，干燥時間90 min時，紫薯掛面干燥效果最好，蒸煮損失率12.87%，熟斷條率0.67%，達(dá)到最低。按因素列來看，水平組合A1，B3，C2，分別是各因素中效果最好的水平，通過R值可以看出試驗因素顯著性順序，即C＞B＞A；根據(jù)表6對紫薯面條干燥數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析可知，干燥溫度對紫薯掛面的吸水率和自然斷條率影響較大，干燥濕度對紫薯掛面蒸煮損失率影響較大，紫薯掛面的彎曲斷條率、熟斷條率受干燥時間影響較大。通過線性功效系數(shù)法計算得出紫薯面條高效干燥主干燥階段的試驗最佳條件是溫度30℃，濕度70%，時間90 min。

2.4 干燥后期對紫薯掛面品質(zhì)的影響

紫薯面條干燥后期的作用主要是對面條品質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，以使面條水分和溫度分布均勻，同時消除面條因干燥收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，增強其韌性和彈性，在這一階段降溫梯度不可過大，溫差過大容易引起掛面酥條、龜裂和脆化[7]。

干燥后期正交試驗結(jié)果見表7，干燥后期正交數(shù)據(jù)分析見表8。

表7 干燥后期正交試驗結(jié)果

表8 干燥后期正交數(shù)據(jù)分析

試驗中干燥階段濕度為環(huán)境濕度，由表7可知，當(dāng)溫度為25℃，干燥時間為60 min時，產(chǎn)品的綜合評分為0.70分，紫薯面條干燥效果最好，此時紫薯掛面的蒸煮損失率為11.85%；按因素列來看，水平組合25℃，環(huán)境濕度，時間60 min，分別是各因素中效果最好的水平，通過R值可以看出試驗因素顯著性順序，即A＞C；由表8可知，干燥溫度對紫薯掛面的蒸煮損失率和自然斷條率影響較大，彎曲斷條率、熟斷條率、吸水率受干燥時間影響較大。利用線性功效系數(shù)法計算得出紫薯面條高效干燥后期的最佳工藝條件為溫度25℃，環(huán)境濕度，時間60 min。

在此工藝條件下進(jìn)行驗證試驗，所得紫薯掛面蒸煮損失為12.55%，吸水率69.81%，彎曲斷條率8.87%，自然斷條率0.19%，熟斷條率0.67%。此時，紫薯掛面的品質(zhì)較好。

3 結(jié)論

采用四階段干燥方法，綜合4個階段優(yōu)化數(shù)據(jù)得出紫薯面條高效干燥最佳干燥條件如下：預(yù)干燥階段的干燥條件為溫度40℃，濕度80%，時間60 min。干燥前期干燥條件為溫度45℃，濕度85%，時間100 min。主干燥階段的干燥條件為溫度30℃，濕度70%，時間90 min。干燥后期的干燥條件是溫度25℃，環(huán)境濕度，時間60 min。