響應面分析法優化方便雜糧米飯熱風干燥工藝

涂向輝, 朱 晶, 許曉蘭

(沈陽師范大學 糧食學院, 沈陽 110034)

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響應面分析法優化方便雜糧米飯熱風干燥工藝

涂向輝, 朱 晶, 許曉蘭

(沈陽師范大學 糧食學院, 沈陽 110034)

為提高一般方便米飯的食用營養性能,研究將北方優質粳米和遼寧產優質燕麥、蕎麥、高粱、黑米、薏仁等雜糧混合,經過浸泡、蒸煮、干燥、滅菌等工序處理,制成營養又易于食用的方便雜糧米飯。并以復水率為指標,根據中心組合(Box-Behnken)試驗設計原理,采用響應面分析法(RSM)對影響方便雜糧米飯復水時間影響較大的干燥工序的熱風干燥條件進行優化設計。結果表明,采用熱風干燥工藝,方便雜糧米飯最佳干燥工藝參數為:干燥時間70 min、干燥溫度100 ℃、米粒厚度0.6 cm,此條件下方便雜糧米飯的復水率為3.09,為較好解決方便雜糧米飯產品容易存在的復水時間長的問題提供了參考。

方便雜糧米飯; 熱風干燥過程; 響應面分析法; 復水率

0 引 言

方便雜糧米飯[1]是以粳米和各種雜糧為主要原料,經過浸泡、蒸煮、干燥、滅菌、包裝等工序加工而成,只需要沸水沖泡即可食用。沖泡后其外觀、色澤、風味、口感皆與新鮮米飯大體一致的一種方便食品。由于各種雜糧[2]是兼備食療功能的優質谷物,富含多種活性營養成分[3-5],因此方便雜糧米飯比單一粳米方便米飯改善了人們日常主食的營養結構,具有保健作用。隨著人們生活水平的不斷提高,健康保健意識的不斷增強,方便雜糧米飯正越來越受到廣大消費者的青睞。

目前市場上推出的方便雜糧米飯產品,按其加工方法不同,可分為無菌包裝米飯、干燥米飯、冷凍米飯、罐頭米飯、軟罐頭米飯(蒸煮袋米飯)以及冷藏米飯等6種類型[6]。其中干燥方便米飯由于具有攜帶方便、保質期長、衛生和經濟等特點,逐漸成為方便米飯的主要生產品種。但在食用中干燥方便米飯受加工工藝、產品配方等因素的影響,存在著復水時間長、回生現象嚴重、香氣損失大等問題[6]。本研究將粳米和數種雜糧按科學比例配合,按照干燥方便米飯加工工藝,采用響應面分析法(RSM),以復水率為指標,對方便雜糧米飯干燥工序進行優化,確定最佳干燥工藝參數,為改進干燥米飯加工工藝,提高復水率,縮短復水時間提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

遼寧產優質燕麥、蕎麥、高粱、黑米、薏仁,優質盤錦粳冠大米。

1.2 儀器與設備

JYC.21ES10-20110232型電磁爐、D2000-2型電子天平、DK-S26型恒溫水浴鍋、DHG-9146A型電熱鼓風干燥箱、蒸鍋、碗、吸水紙等。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程[7]

粳米、雜糧→淘洗→浸泡→瀝水→蒸煮→離散→瀝干→干燥→篩選整理→包裝→成品。

1.3.2 試驗測試指標與方法

1) 復水率[8]:準確稱取方便雜糧米飯A(g)置于燒杯中,加入5倍的沸水并且立即加蓋,復水8 min,然后立即瀝干并用吸水紙吸干表面的水分,稱重B(g),測定其復水率,以B/A表示。

2) 水分測定:按GB 3523—83 105恒重法。

3) 感官評定:方法見表1。

表1 復水后方便雜糧米飯的感官評分標準[9]

4) 熱風干燥[10-11]:干燥方法以熱風干燥、真空干燥和冷凍干燥等最為常用,但真空干燥和冷凍干燥的干燥時間較長,能耗高[12]。熱風干燥是目前工廠大規模生產最廣泛采用的食品干燥方法,具有處理量大、干燥設備操作簡單、干燥費用低等優點,該方法經濟實用又適宜推廣。故綜合考慮后,本試驗選擇熱風干燥作為試驗干燥方法。將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤中。按試驗設計參數的加工工藝測定方便雜糧米飯的復水率,選取最佳熱風干燥條件。試驗重復3次,結果取其平均值。

1.3.3 單因素試驗設計[13]

1.3.3.1 熱風干燥時間對方便雜糧米飯復水率的影響

將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤中,米粒厚度為0.6 cm,放入熱風干燥箱,溫度為100 ℃,分別干燥60 min,70 min,80 min,90 min,100 min,測定復水率。

1.3.3.2 熱風干燥溫度對方便雜糧米飯復水率的影響

將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤中,米粒厚度0.6 cm,放入熱風干燥箱,干燥時間為70 min,干燥溫度分別為80 ℃,90 ℃,100 ℃,110 ℃,120 ℃,測定復水率。

1.3.3.3 雜糧米飯米粒厚度對方便雜糧米飯復水率的影響

將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤中,米粒厚度分別為0.3 cm,0.6 cm,0.9 cm,1.2 cm,1.5 cm,干燥溫度為100 ℃,干燥時間為70 min,測定復水率。

1.3.4 響應面試驗設計[14-15]

按粳米60%,燕麥米量5%,高粱米量10%,黑米量10%,薏仁量5%,蕎麥量10% 的比例混合置于500 mL燒杯中,同時加入2倍水,置于水浴鍋中,溫度為50 ℃ 恒溫浸泡80 min,然后倒入碗中用蒸鍋蒸煮35 min,將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤中,干燥至安全水份(水份含量在2%～15%)后測定復水率。重復3次。

根據以上單因素試驗的優化結果,選取熱風干燥時間(A)、干燥溫度(B),米粒厚度(C)為影響因素,方便雜糧米飯復水率為響應值,每個因素取3個水平,軸向點設為±1,進行Box-Behnken 試驗設計。每個試驗重復3次,取其平均值,各試驗因素水平、編碼見表2。

表2 試驗因素水平及編碼

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

圖1 熱風干燥型干燥時間對復水率的影響Fig.1 Effect of hot-air drying process time on the rate of rehydration

試驗結果表明,當熱風干燥時間越接近70 min時,方便雜糧米飯復水率較高,當熱風干燥時間為70 min 時,方便雜糧米飯復水率最高,當熱風干燥時間大于70 min后,隨著時間的增長,方便雜糧米飯復水率逐漸降低。當熱風干燥溫度從80 ℃到100 ℃時,方便雜糧米飯復水率隨溫度升高而提高,當熱風干燥溫度為100 ℃時,方便雜糧米飯復水率最高,當熱風干燥溫度大于100 ℃后,隨著時間的增長,方便雜糧米飯復水率逐漸降低。當雜糧米飯米粒厚度在0.3 cm到0.9 cm時,方便雜糧米飯復水率較高,當雜糧米飯米粒厚底為0.6 cm時,方便雜糧米飯復水率最高。

這是當前我國農村面臨的普遍現象，農村的收入較低，青壯年勞動力多外出打工，在農村留守的多是老人和兒童，農村電商發展中主要依賴的青壯年群體的流失，對農村電商發展不利。年輕化群體擁有良好的信息獲取能力和主動學習能力，但是在當前農村運營團隊中，重慶忠縣涼泉村依賴村干部和年齡較大的村民，在電商知識和技能獲取學習方面都力不從心，限制了忠縣農村電商的發展。

圖2 熱風干燥型干燥溫度對復水率的影響

圖3 熱風干燥型米粒厚度對復水率的影響

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 響應面結果與分析

采用Box-Behnken 試驗設計,方案以及結果見表3。

表3 熱風干燥型響應面設計方案

用Design Expert軟件對表中數據進行多元回歸擬合,得到方便雜糧米飯復水率(Y)相對于熱風干燥時間(A)、干燥溫度(B),米粒厚度(C)的多項回歸方程為:

Y=3.09-0.017*A-0.027*B+0.010*C+0.000*A*B-5.000E-003*A*C-

5.000E-003*B*C-0.068*A2-0.10*B2-0.098*C2

回歸方程中各變量對響應值影響的顯著性用F檢驗來判定,概率P(F>Fα)值越小,則相應變量的顯著程度越高P(F>Fα)<0.01時,影響為高度顯著;P(F>Fα)<0.05,影響顯著。由表4的分析結果可以看出,A,B,A2,B2,C2對方便雜糧米飯干燥后復水率的影響高度顯著。在3對交互作用的分析中均為不顯著?；貧w模型和二次項高度顯著,一次項顯著,交叉項和失擬項不顯著。 回歸方程一次項的回歸系數絕對值大小依次為干燥溫度(B)、熱風干燥時間(A)、米粒厚度(C)。此外,模型的回歸系數R2=0.963 9, 說明模型響應干燥后復水率的變化96.39%來自所選因變量。響應面的回歸方程代表了實驗點中的96.39%。因此,回歸方程可以較好地描述與響應值之間的真實關系,利用此回歸方程對實驗結果進行計算是合理可行的。

表4 熱風干燥型回歸模型方差分析

為進一步研究相關變量之間的交互作用及確定最優點,利用Design-Expert軟件分析二次回歸模型,繪制響應面分析立體圖和等高線圖。圖4～圖6為熱風干燥型響應面分析立體圖和等高線圖,等高線圖可以直觀地反映兩變量交互作用的顯著程度,各圖中等高線均呈橢圓形,表明兩因素交互作用顯著。

圖4 熱風干燥時間與干燥溫度對復水率的響應面立體分析圖及等高線

圖5 熱風干燥時間與米粒厚度對復水率的響應面立體分析圖及等高線

圖6 熱風干燥溫度與米粒厚度對復水率的響應面立體分析圖及等高線

觀察上述回歸方程可得,二次項的系數均為負數,由立體圖可見擬合面可得,拋物面均開口向下,具有極大值點。利用響應面軟件進行計算分析,可以得出熱風干燥型最佳干燥工藝參數為:干燥時間68.7 min、干燥溫度98.7 ℃、米粒厚度0.58 cm。結合實際情況,確定方便雜糧米飯熱風干燥型最佳干燥工藝參數為:干燥時間70 min、干燥溫度100 ℃、米粒厚度0.6 cm此條件下方便雜糧米飯的復水率為3.09。

3 驗證試驗

在以上3種干燥工藝參數條件下進行驗證試驗,重復3次平行試驗,得出熱風干燥型真實復水率為3.02,與預測值的擬合率為97.73%,表明預測值和實際值有較好的擬合性,優化模型可靠、優化方案設計有效,優化工藝參數科學,以上條件下可以提高熱風干燥型方便雜糧米飯的復水率。

4 結 語

通過單因素試驗和響應面試驗確定了方便雜糧米飯最佳干燥工藝參數:熱風干燥型最佳干燥工藝參數為:干燥時間70 min、干燥溫度100 ℃、米粒厚度0.6 cm,此條件下方便雜糧米飯的復水率為3.09。

[ 1 ]劉瑋,孫愛景. 方便米飯市場現狀與發展趨勢[J]. 糧食與食品工業, 2008,15(3):3-5.

[ 2 ]李桂霞,王鳳成,鄔大江,等. 我國雜糧的營養與加工[J]. 糧食與食品工業, 2009,16(5):12-14.

[ 3 ]劉影,董利. 燕麥的營養成分與保健作用[J]. 中國食物與營養, 2009(3):55-57.

[ 4 ]胡新中. 燕麥食品加工及功能特性研究進展[J]. 麥類作物學報, 2005,25(5):122-124.

[ 5 ]馬小玫. 淺談黑米的營養價值[J]. 山西食品工業,1994(4):35-36.

[ 6 ]劉敏,汪芳安. 方便米飯生產中若干技術問題的探討[J]. 武漢工業學院學報, 2000(2):28-31.

[ 7 ]熊善柏,周習才,熊明,等. 方便米飯生產工藝研究[J]. 糧食與飼料工業, 1995(10):12-15.

[ 8 ]方麗,王朝輝,姜宏宇,等. 真空冷凍干燥對方便米飯理化性質的影響[J].吉林農業大學學報, 2009,31(6):777-780.

[ 9 ]段振華,汪菊蘭. 微波干燥技術在食品工業中的應用研究[J]. 食品研究與開發, 2007,28(1):90-94.

[10]熊善柏. 干燥方法對方便米飯品質的影響[J]. 食品科學, 1997(4):19-22.

[11]焦愛權,莊海寧,金征宇,等. 微波熱風干燥擠壓方便米飯的脫水和復水數學模型的建立[J]. 食品與生物技術學報, 2009,28(2):35-39.

[12]康東方,何錦風,王錫昌,等. 探討干燥方法對方便米飯品質的影響[J]. 現代食品科技, 2006,23(9):50-53.

[13]LUANGMALAWAT P,PRACHAYAWARAKORN S,NATHAKARANAKULE A,et al. Effect of temperature on drying characteristics and quality of cooked rice[J]. LWT-Food Science and Technology, 2008,41(4):716-723.

[14]張佳霖,邱芳萍,王志兵,等. 響應面法優化速食米飯的生產工藝[J]. 糧食加工, 2011,36(3):85-87.

[15]張澤志,韓春亮,李成末,等. 響應面法在實驗設計與優化中的應用[J]. 河南教育學院學報(自然科學版), 2011,20(4):33-37.

Research on optimization of hot-air drying parameters in process of convenient cooked grains and rice by Response Surface Methodology (RSM)

TU Xianghui, ZHU Jing, XU Xiaolan

(College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

In order to improve the nutritional performance of the Convenient Cooked Rice, We mixed the high-quality rice and the high-quality products of oats, buckwheat, sorghum, black rice,barley in Liaoning. The mixture food prepared by soaking, cooking,drying and sterilization is nutritious and easy to eat, which is named Convenient Cooked Grains and Rice. Then we used the rehydration rate of rice greatly affected by rehydration time was used as an index in the hot-air drying conditions of Convenient Cooked Grains and Rice, according to the Box-Behnken experiment design principle, though using the method of Response Surface Methodology(RSM). The results showed that the best parameters for drying process of the Convenient Cooke Grains and Rice include:the drying time of 70 min, drying temperature of 100 ℃, grain thickness of 0.6 cm and the rehydration rate of 3.09. The results provided a reference for solving the problem of the longer rehydration time.

Convenient Cooked Grains and Rice; hot-air drying process; Response Surface Methodology(RSM); rehydration rate

1673-5862(2017)02-0198-06

2016-07-30。

遼寧省科技廳科學計劃農業攻關重大項目(2015211003)。

涂向輝(1970-),女,遼寧沈陽人,沈陽師范大學副教授,碩士。

TS217

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2017.02.015