響應面法優化玉米無礬粉絲加工工藝及品質研究

杜杰,鐘耀廣,田燕楠,李志勇

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響應面法優化玉米無礬粉絲加工工藝及品質研究

杜杰,鐘耀廣*,田燕楠,李志勇

上海海洋大學食品學院, 上海 201306

為研究玉米無礬粉絲的加工工藝，并對其品質進行對比。以粉絲的斷條率、糊湯吸光值和膨潤度作為試驗指標進行單因素實驗，考察含芡量、面團含水量、煮沸時間和凍結溫度四個因素對玉米淀粉粉絲品質的影響。并通過響應面法和質構分析得出無礬玉米粉絲的最佳優化工藝，以斷條率為響應值建立了回歸模型。結果表明：優化的加工條件為含芡量4%、面團含水量50%、煮制時間10 min、凍結溫度-10 ℃，各因素對響應值顯著性的排序為X>X>X> X，此時斷條率達到最小值為8.25%。利用響應面法分析結果可靠，確定了玉米無礬粉絲的最佳工藝條件，得出的玉米粉絲品質質構良好，為進一步生產玉米無礬粉絲提供了理論依據。

玉米粉絲; 響應面; 質構; 斷條率

粉絲是利用淀粉糊化后形成具有彈韌性的膠體，從而制成的一種淀粉產品[1]。粉絲加工在我國有著悠久的歷史，年產量已經達到數十萬噸。作為受廣大消費者喜愛的傳統食品，它具有老少皆宜、食用便捷、貯藏良好、口感獨特等特點。玉米淀粉又稱玉蜀黍淀粉，俗名六谷粉，為白色微帶淡黃色的粉末。玉米是世界公認的“黃金作物”，其脂肪、磷元素、維生素B2的含量居谷類食物之首。玉米中含有亞油酸和維生素E，能使人體內膽固醇水平降低，從而減少動脈硬化的發生[2]。目前對粉絲制作工藝的研究主要針對薯類淀粉，而對玉米淀粉制作粉絲的研究較少。

在傳統工藝中，人們通常會加入明礬來提高粉絲的品質[3]。然而，使用明礬會導致鋁的殘留，在一定程度上會對人體造成傷害，攝入過量的Al3+可能引起老年癡呆等疾病[4]。綠色食品添加劑使用準則中明確標明明礬為生產綠色食品禁止使用的食品添加劑[5]。另外在國標GB2760-2014《食品添加劑使用標準》中也明確表明粉絲生產中嚴禁明礬的添加[6]，然而粉絲中明礬的非法添加依然存在，無明礬粉絲的研究也隨之提上議程，在粉絲制作工藝技術層面上也亟待解決。通過查閱文獻，了解粉絲中常用添加劑的一些性質，結合預實驗并選出對玉米淀粉改善效果明顯的四種添加劑。使用添加劑替代明礬，并著重研究無礬玉米粉絲的優化工藝。根據前期研究基礎上選出了含芡量、面團含水量、煮沸時間和凍結溫度四個關鍵工藝點。本文通過應用響應面法（Response surface methodology，RSM）進一步研究最佳的優化工藝[7]，考察粉絲成品的斷條率，采用質構儀測定其品質特性進行對比，為最佳工藝優化條件提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米淀粉（食品級）：襄陽三珍食品有限公司；魔芋粉（食品級）：上海聯合食品添加劑有限公司；瓜爾豆膠（食品級）：連云港友進食品添加劑有限公司；復合磷酸鹽（食品級）：徐州恒世食品有限公司；氯化鈣（食品級）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

電子天平（AUY120）：梅特勒-托利多儀器有限公司；電動和面機（KM-6）：博樂科有限公司；分光光度計（UV2300）：上海元析儀器有限公司；數顯恒溫水浴鍋（HH-S）：金壇市正基儀器有限公司；鼓風干燥箱（DGG-9203AD）：上海森信實驗儀器有限公司；冰箱（BCD-205GS）：中山東菱威力電器有限公司；質構儀（TA-XTplus型）：美國TA公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 實驗步驟稱取一定量的玉米淀粉，加入不同比例量的添加劑（0.2%魔芋粉、0.3%瓜爾豆膠、0.4%復合磷酸鹽、0.3%氯化鈣），充分攪拌均勻。取其中少量淀粉與一定量的水混合置于燒杯中，再不斷加熱攪拌制成芡糊（含芡量）。取出芡糊加入剩余淀粉和水，放于和面機中攪拌和面，用淀粉和水不斷調節比例（面團含水量），搓合至面團流暢柔軟光滑[8]。將和好的面粉團放于漏瓢快速漏于沸水中，并且在沸水中加熱成熟化一段時間后撈出（煮沸時間），粉絲的煮制條件也對品質有一系列的影響[9]。然后把粉絲放置于4 ℃的冷水中冷卻成型40 min。再將冷卻好的粉絲放于不同溫度的冰箱中進行冷凍（凍結溫度），冷凍16 h后取出。待其自然解凍后放于40 ℃的烘箱進行干燥，時間4 h左右，取出放置在室溫下，緊接著對成品玉米粉絲進行品質的測定。

1.3.3 粉絲品質測定（1）斷條率的測定取20根質地均一長度約為20 cm的粉絲，放置于800 mL沸水中，并且保持煮沸30 min，撈出粉絲瀝干，計數數出粉絲的完整條數，進行3次平行實驗，取平均值。斷條率的計算如下：斷條率/%=（煮后粉絲斷條數／煮前粉絲數）×100

（2）糊湯透光率（吸光值）的測定取5 g粉絲放于100 mL沸水中，不斷加熱煮沸20 min，取其湯汁在波長650 nm下用1 cm比色皿測定其吸光值，進行3次平行實驗，取平均值。

（3）膨潤度的測定將糊湯煮沸后的粉絲撈出瀝干，用吸水紙吸去表面水分，稱其重量為1。再將其放入烘箱中烘干，稱其重量為2，進行3次平行實驗，取平均值。膨潤度的計算如下：

膨潤度/% =（煮后粉絲重量／烘干后粉絲重量）×100

1.3.4 TPA試驗用TA-XT plus 型質構儀對各工藝條件的玉米粉絲質構特性進行測量，每次把3根粉絲平行放置于載物臺上，粉絲之間保持一定的間隔，測定參數：測定前速度為2.00 mm/s，測試速度為1.00 mm/s，測試后速度為1.00 mm/s，二次擠壓間隔時間為5.00 s，感應力為5.00 g，測試變形為50%。主要研究指標為硬度、黏附性、彈性、內聚性、膠凝性、咀嚼性、回復性[10]。每次測量3根，重復測3次，結果采取Mean±SD的形式。

1.3.5 數據統計利用統計分析軟件SPSS 16.0對試驗數據進行顯著性檢驗，以<0.05為顯著性標準。采用Origin 8.5軟件作圖，Design-Expert 8.0.6軟件進行響應面繪圖及方差分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 含芡量對玉米粉絲品質的影響實驗取玉米淀粉的總量均為100 g，含芡量分別為2%、3%、4%、5%、6%，實驗觀察含芡量對玉米淀粉粉絲斷條率、糊湯透光率和膨潤度的影響。實驗結果見圖1。

由圖1可知，隨著含芡量的增加，玉米粉絲的斷條率以及糊湯吸光值不斷降低，斷條率越小說明粉絲的彈韌性較好不易脆裂，吸光值越低說明煮后的粉絲條不易糊湯，其組織固形物損失少，品質好。由此可知隨著含芡量不斷增加，玉米粉絲的品質變好。含芡量從2%增加到6%時，斷條率從18.3%減少到11.9%，吸光值從0.233降為0.172。而含芡量在5%以后繼續增加，其對斷條率及糊湯效果趨于平緩，進一步提高含芡量對斷條率和糊湯性質影響不大。而粉絲的膨潤度隨著含芡量不斷增大，膨潤度從276%提高到309%，說明芡糊能夠有持水性的功能提高水分的含量，提升粉絲的性狀品質。芡糊的含量也一定程度上可以改變面團流變學特性[11]。

2.1.2 面團含水量對玉米粉絲品質的影響面團含水量對于面團的結構有很大的影響作用。而良好的面團結構能夠制作出品質更好的粉絲。

實驗使用面團含水量分別為30%、40%、50%、60%、70%，考察面團含水量對玉米淀粉粉絲斷條率、糊湯透光率和膨潤度的影響，實驗結果見圖2。

由圖2可知，隨著面團含水量的不斷增加，斷條率先降低后升高，糊湯吸光值也先降低后升高，膨潤度先增加后減小。各條件均在面團含水量50%時達到極值。這可能是由于含水量能夠影響淀粉的回生和凝膠結構從而改變粉絲的品質[12]，含水量少時，面團比較干不能形成較好的膠凝效果，缺乏流動性，攪拌阻力也不斷增大，不易漏粉。而含水量過高時，面團較為稀稠，成絲較為困難導致粉絲的品質不夠理想。粉絲在成型后保持性狀能力較差，影響了彈韌性和筋道感[13]。

圖 1 含芡量對玉米粉絲品質的影響

圖 2 面團含水量對玉米粉絲品質的影響

2.1.3 煮沸時間對玉米粉絲品質的影響煮沸時間影響著粉絲的熟化程度，對淀粉的糊化起到至關重要的影響[14]。實驗采用條件為煮沸時間1 min、5 min、10 min、15 min、20 min，觀察對玉米淀粉粉絲品質的影響，實驗結果見圖3。

由圖3可知，減少煮沸時間對粉絲品質有較好的作用，在煮沸時間超過15 min后，各指標都反映出較差品質，并都趨于穩定。但煮制時間較短也會導致熟化程度不夠，粉絲的內部黏性不足[15]，維持一定煮沸時間可以保證粉絲彈性、韌性，使粉絲口感爽滑。同時，煮沸時間對再次復水煮制的粉絲糊湯吸光值有很大的影響作用[16]。

2.1.4 凍結溫度對玉米淀粉粉絲品質的影響一定凍結溫度能夠起到硬化淀粉的作用[17]，并且能夠影響粉絲的貯藏時間。凍結后的微觀結構中糊化的淀粉顆粒膨脹，然后再次與水分凝結產生質構變化的影響[18]。實驗選取凍結溫度分別為-20 ℃、-14 ℃、-10 ℃、-6 ℃、-4 ℃，考察不同凍結溫度對玉米粉絲各項品質的影響。實驗結果見圖4。

圖 3 煮沸時間對玉米粉絲品質的影響

圖 4凍結溫度對玉米粉絲品質的影響

由圖4可知，隨著凍結溫度的升高，粉絲的斷條率和吸光值均成上升趨勢，而粉絲的膨潤度在-20 ℃到-10 ℃變化不明顯，再提高溫度到-4 ℃時膨潤度下降劇烈。可能是由于凍結溫度的提高導致粉絲的保水性喪失，水分子與淀粉顆粒之間不能夠很好的相互作用[19]。此外在低凍結溫度時，粉絲的斷條率和吸光值較低，說明粉絲的品性較好。斷條率在-10 ℃左右達到最小值也說明了溫度的變化的影響程度較大[20]。

2.2 響應面法分析

綜合單因素實驗結果，根據Box-Benhnken的中心組合實驗設計原理[21]，采用響應面法[22]對玉米無礬粉絲加工工藝進行優化。以含芡量、面團含水量、煮沸時間、凍結溫度為因素，斷條率為指標進行4因素3水平設計。實驗因素和水平見表1。

表 1 響應面分析因素與水平表

表 2 試驗結果

表 3 二次響應面模型方差分析

對試驗數據進行回歸擬合后，可得到斷條率和各因子（1，2，3，4）之間的二次多元方程：=8.38+0.761+0.102-0.373+0.0134-0.7012+0.7813-0.5114-0.1323+0.1124-0.4234+2.5612+2.2222+2.0032+3.1442

從方差分析可以看出，模型<0.05，表明該模型顯著；失擬=0.0628>0.05，表明差異不顯著；另外由表可知，含芡量（1）和煮沸時間（3）對斷條率的影響顯著。R＝0.9778表明模型充分擬合試驗數據，該方程是玉米無礬粉絲斷條率與各工藝參數的合適數學模型，可以利用此回歸方程確定最佳斷條率下的制作工藝，并能夠對試驗數據進行分析和預測。

響應面圖形是響應值對各試驗因子1、2、3、4所構成的三維曲面圖，從響應面分析圖上可形象地看出最佳參數及各參數之間的相互作用。若曲線越陡峭，則表明該因素對斷條率的影響越大。由響應面圖中可較直觀地看出各加工因素交互作用對斷條率的影響。而由等高線圖可以看出存在極值的條件應該在圓心處。圖5~9中所示為當含芡量、面團含水量、煮沸時間和凍結溫度任意兩個因素為零水平時，其余兩個因素的交互作用及對斷條率的影響。由圖6可以看出斷條率先減小后增大，含芡量上升的幅度較煮沸時間稍陡峭。綜合各圖可以看出含芡量對斷條率影響最大，煮沸時間的影響次之，含芡量和煮沸時間二者對應的值小于0.05，均達到了顯著水平。這與方差分析表中的回歸分析結果相吻合，各因素對響應值顯著性的排序為1>3>2>4。對回歸方程求解，斷條率達到最小值時加工條件為含芡量3.82%、面團含水量49.5%、煮制時間10.65 min、凍結溫度-10.04 ℃，此時最小斷條率為8.28%。通過驗證平行實驗，對玉米無礬粉絲優化工藝進行三次重復。驗證實驗斷條率的平均值為8.25%，各優化工藝條件為含芡量4%、面團含水量50%、煮制時間10 min、凍結溫度-10 ℃。結果表明，經過響應面方程擬合出的理論值與實際值相吻合，證明用響應面法可以有效的優化玉米無礬粉絲的加工工藝。

2.3 TPA實驗

通過質構儀檢測粉絲的各項品質，包括硬度、黏附性、彈性、內聚性、膠凝性、咀嚼性和回復性等。對比添加明礬的玉米粉絲（A），使用添加劑替代明礬的無礬粉絲（B），以及優化加工工藝后制得的玉米無礬粉絲（C）。由表可知，無礬玉米粉絲在硬度、粘附性、內聚性、膠凝性、回復性等方面要高于明礬粉絲（＜0.05），而經過工藝優化的無礬玉米粉絲其各項品質效果更加優秀。在彈性、咀嚼性方面則相差不大（＞0.05）。

表 4 玉米淀粉粉絲的質構值

3 結論

利用單因素實驗，研究各因素對粉絲斷條率、糊湯吸光值和膨潤度的影響趨勢。采用響應面法對玉米無礬粉絲的加工工工藝進行優化，以斷條率為響應值建立了回歸模型。該模型優化的加工條件為含芡量4%、面團含水量50%、煮制時間10 min、凍結溫度-10 ℃，各因素對響應值顯著性的排序為1>3>2>4，此時斷條率達到最小值為8.25%。與模型的預測值相近，進一步驗證了該模型的可靠性，得出響應面法可以有效的優化玉米無礬粉絲的加工工藝。通過TPA實驗，對比了有礬粉絲和使用添加劑的粉絲的各項品質。優化后的玉米粉絲在硬度、粘附性、內聚性、膠凝性、回復性等方面要優于原工藝粉絲（＜0.05）。本實驗通過響應面法和質構分析得出無礬玉米粉絲的最佳優化工藝，制備出品質優良的玉米無礬粉絲產品，為進一步生產制作玉米無礬粉絲提供了理論依據。

[1] 范代超.幾種粉絲淀粉特性及其對食用品質的影響研究[D].重慶:西南大學,2013

[2] 侯蕾,韓小賢,鄭學玲,等.不同直鏈淀粉含量玉米淀粉研究進展[J].糧食與油脂,2013(6):11-14

[3] 鐘正.食品添加劑明礬生產新工藝探索[J].化工管理,2015(23):209-209

[4] Ribotta PD, Colombo A, Rosell CM. Enzymatic modifications of pea protein and its application in protein-cassava and corn starch gels[J]. Food Hydrocolloids, 2012,27(1):185-190

[5] 馬楠.食品添加劑與食品安全[J].食品工業科技,2012,33(5):26-26

[6] 中華人民共和國衛生部.GB2760-2014食品添加劑使用標準[S].北京:中國標準出版社,2014

[7] 呂長鑫,李萌萌,徐曉明,等.響應面分析法優化纖維素酶提取紫蘇多糖工藝[J].食品科學,2013,34(2):6-10

[8] Menon R, Padmaja G, Sajeev MS. Cooking behavior and starch digestibility of NUTRIOSE? (resistant starch) enriched noodles from sweet potato flour and starch[J]. Food Chemistry, 2015,182(2):217-223

[9] 岳曉霞,王梁,劉廣,等.馬鈴薯粉絲生產工藝條件的優化[J].食品與機械,2013(2):179-182

[10] 田海龍,張平,農紹莊,等.基于TPA測試法對1-MCP處理后葡萄果實質構性能的分析[J].食品與機械,2011,27(3):104-107

[11] Sahraiyan B, Naghipour F, Karimi M,. Evaluation of Lepidium sativum seed and guar gum to improve dough rheology and quality parameters in composite rice–wheat bread[J]. Food Hydrocolloids, 2013,30(2):698-703

[12] 張本山,鄧丹丹,盧海鳳.交聯羥丙基羧甲基復合改性玉米淀粉的性能研究[J].現代食品科技,2014(4):118-123

[13] 李娜,張英華.用RVA儀分析玉米淀粉的糊化特性[J].中國糧油學報,2011,26(6):20-24

[14] 廖盧艷,吳衛國.不同淀粉糊化及凝膠特性與粉條品質的關系[J].農業工程學報,2014,30(15):332-338

[15] Wang LL, Xu J, Fan XR,. Effect of disaccharides of different composition and linkage on corn and waxy corn starch retrogradation[J]. Food Hydrocolloids, 2016,61(2):531-536

[16] 陳曉文,連小梨,劉軍朝,等.無礬豌豆粉絲加工工藝研究[J].現代農業科技,2015(21):293-294

[17] Qiu S, Yadav MP, Liu Y,. Effects of corn fiber gum with different molecular weights on the gelatinization behaviors of corn and wheat starch[J]. Food Hydrocolloids, 2015,32(3):156-157

[18] 劉雪唯.不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉的理化性質及應用研究[D].哈爾濱:哈爾濱商業大學,2015

[19] Ayala VG, Djabourov M, Pj DAS. Water desorption of cassava starch granules: A study based on thermogravimetric analysis of aqueous suspensions and humid powders[J]. Carbohydrate Polymers, 2016,147(2):121-128

[20] 張雅媛.玉米淀粉與親水性膠體協效性和作用機理的研究[D].揚州:江南大學,2012

[21] 顏明霞,謝巖黎,王子良,等.微波處理馬鈴薯粉團工藝參數的優化及其方便粉絲品質的研究[J].河南工業大學學報: 自然科學版,2014,35(3):11-12

[22] Resconi VC, Keenan DF, Gough S,. Response surface methodology analysis of rice starch and fructo-oligosaccharides as substitutes for phosphate and dextrose in whole muscle cooked hams[J]. Food Science and Technology, 2015,64(2):946-958

Study on Optimization Processing Technology and Quality of Non-alum Corn Starch Vermicelli by Response Surface Methodology

DU Jie, ZHONG Yao-guang*, TIAN Yan-nan, LI Zhi-yong

201306,

In order to study the processing technology of non-alum corn starch vermicelli, its quality was compared. The single factor experiment was conducted with the breaking rate, paste soup absorbance and the swelling degree as the test index. The effect of paste content, water content of dough, boiling time and frozen temperature on the quality of corn starch vermicelli were investigated. According to the response surface methodology and TPA evaluation, the optimum process was determined. The regression model was established with the breaking rate as response value. Based on response surface method and texture analysis, the optimum technology of alum free corn vermicelli was obtained, and the regression model was established with broken strip rate as the response value. Through response surface method and texture analysis, the best optimization technique of alum corn fans was obtained, and the regression model was established with the fault rate as the response value. The results showed the optimum processing was paste content 4%, moisture content 50%, boiling time 10min and frozen temperature -10 ℃. The significance sort of response value was1>3>2>4，meanwhile the minimal breaking rate was 8.25%. The results of response surface method were reliable, the optimum technological conditions of corn vermicelli without alum were determined, and thetexture value of corn vermicelli was well constructed, this method provided the theoretical basis for further production.

Corn vermicelli; response surface; texture; breaking rate

TS201.1

A

1000-2324(2018)03-0449-07

2016-10-14

2016-12-02

杜杰(1992-),男,碩士研究生,研究方向為食品加工. E-mail:dujie0034@163.com

Author for correspondence. E-mail:ygzhong@shou.edu.cn