熱風(fēng)—壓差膨化生產(chǎn)非油炸方便面的工藝優(yōu)化

胡 艦 周 瑩 左 波 石怡雪 戴陽軍

(1. 揚州大學(xué)旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚州 225127；2. 江蘇中譜檢測有限公司，江蘇 南京 210061;3. 常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500)

方便面按制作工藝可分油炸和非油炸兩大類。油炸方便面以其獨特的感官品質(zhì)長期占據(jù)著大部分市場[1]，但隨著消費者逐漸意識到油炸方便面“高油脂、高熱量、營養(yǎng)破壞”等不足，且兩者制作工藝、生產(chǎn)原理及口感等方面趨于同質(zhì)化[2-3]，導(dǎo)致消費者更青睞于非油炸方便面。

目前非油炸方便面的生產(chǎn)工藝幾乎都是蒸煮熟制過后進(jìn)行烘干，且烘干方法局限于熱風(fēng)或微波干燥2種[4-5]，其他工藝流程和設(shè)備與油炸方便面大致相同。傳統(tǒng)非油炸方便面未經(jīng)油炸，無法形成微小的孔狀網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)品復(fù)水性遠(yuǎn)差于油炸方便面，開水沖泡6～7 min后才能勉強食用；另外，由于非油炸方便面面條含水量較低(濕粉面團(tuán)一般在36%以下)，在糊化過程中淀粉分子不能吸收足夠的水分而膨脹，導(dǎo)致其不能充分糊化，故面條的熟度較低，而熟化度直接影響面條的浸泡韌性和口感[6-7]。這2個原因使得非油炸方便面的復(fù)水性和口感質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到?jīng)_泡式油炸方便面的基本要求，難以被廣大消費者接受，也是制約非油炸方便面發(fā)展的最大因素。

變溫壓差膨化干燥，簡稱壓差膨化，屬于一種新型、環(huán)保、節(jié)能的非油炸膨化干燥技術(shù)[8]，目前較多地應(yīng)用于蘋果、番木瓜、菠蘿等果蔬制品[9]，尚未見有關(guān)方便面壓差膨化的技術(shù)研究。本研究擬采用熱風(fēng)預(yù)干燥—壓差膨化聯(lián)用的技術(shù)生產(chǎn)非油炸膨化方便面，運用Plackett-Burman(PB)試驗設(shè)計、最陡爬坡試驗結(jié)合響應(yīng)面試驗設(shè)計，以非油炸方便面復(fù)水性、質(zhì)構(gòu)和感官評價為指標(biāo)，優(yōu)化非油炸膨化方便面的工藝參數(shù)，旨在為非油炸方便面的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉、玉米粉、玉米淀粉、食鹽、食用堿：市售；

復(fù)合磷酸鹽：食品級，天津市科頓生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

變溫壓差膨化干燥設(shè)備：ZGF100型，山東登月紅景天有限公司；

萬能蒸烤箱：Palux 1011QL型，德國帕露西烹飪設(shè)備有限公司；

壓面機：SM-307Y型，新麥機械(無錫)有限公司；

食品物性測定儀：TA.XTC型，上海保圣科技有限公司；

上豪多功能廚師機：KA-1000型，廣東上豪廚具有限公司；

臺式面條機：DK-160型，任縣道寬機械廠；

電磁爐：AE-1106B型，北京微訊超技儀器技術(shù)有限公司；

紅外快速水分測定儀：PM202型，英國艾德姆實驗設(shè)備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 配方 參考李剛鳳等[10]、楊銘鐸等[11]的研究，確定非油炸方便面的基本配方為：以小麥粉500 g為一次試驗的基準(zhǔn)用量，玉米粉10.0%，玉米淀粉6.0%，食鹽1.2%，食用堿0.2%，復(fù)合磷酸鹽[12](改善面條彈性)1.0%，水43.0%。

1.3.2 工藝流程

面粉+輔料混勻→和面→熟化→壓面→分切制面→蒸煮→過涼水→拌油→瀝干→熱風(fēng)預(yù)干燥→壓差膨化→成品

1.3.3 操作要點

(1) 和面：取500 g面粉與稱量好的輔料置于廚師機混合均勻后，分3次加水和面至絮狀，手握可成團(tuán)。

(2) 熟化：又稱“醒面”，和好的面團(tuán)置于醒發(fā)箱30 ℃、水分65%醒發(fā)25 min，可消除和面時產(chǎn)生的應(yīng)力[13]。

(3) 壓面、制面：熟化后的面團(tuán)進(jìn)壓面機反復(fù)碾壓25次以上，制成表面光滑、厚度約0.2 cm的均勻面片，再上面條機制成面條。

(4) 蒸煮：面條置于微沸的水煮透至中間無白芯(約95 ℃、7 min)后迅速過涼水，可增強面條彈性和韌性。

(5) 拌油：用大豆油水溶液對面條進(jìn)行水洗，防止粘連。

(6) 熱風(fēng)預(yù)干燥：面條平鋪于網(wǎng)眼烤盤中，瀝干后放入萬能蒸烤箱進(jìn)行干燥，設(shè)置不同的熱風(fēng)溫度和干燥時間。

(7) 壓差膨化：熱風(fēng)干燥后的面條晾涼，利用模具造型制成質(zhì)量為(110±10) g的面餅半成品，放入壓差膨化干燥機進(jìn)行膨化，設(shè)置不同的膨化溫度、膨化時間和排水時間，真空度為-0.093 MPa。

(8) 熱風(fēng)干燥預(yù)試驗：為保證試驗的科學(xué)性，先以單一熱風(fēng)干燥工藝制作非油炸方便面，即不經(jīng)壓差膨化，直接熱風(fēng)烘干，與熱風(fēng)—壓差膨化聯(lián)合生產(chǎn)的產(chǎn)品做對比。

1.3.4 Plackett-Burman試驗設(shè)計 根據(jù)前期單因素預(yù)試驗確定聯(lián)合干燥工藝中，熱風(fēng)預(yù)干燥溫度、熱風(fēng)時間、膨化溫度、膨化時間和排水時間5個因素對非油炸膨化方便面品質(zhì)影響的合適范圍，利用Minitab 16.0軟件進(jìn)行N=12的PB設(shè)計，每個因素取高(1)和低(-1)2個水平，考察各因素對非油炸方便面復(fù)水性(Y1)、硬度(Y2)、彈性(Y3)、黏聚性(Y4)、咀嚼性(Y5)和感官評價(Y6)6個指標(biāo)的影響。設(shè)置2個空白列，用于估計試驗誤差。因素及水平見表1。

表1 Plackett-Burman試驗因素及水平Table 1 Factors and levels of Plackett-Burman design

1.3.5 最陡爬坡試驗 根據(jù)PB試驗設(shè)計結(jié)果設(shè)計爬坡方向和步長，按一定梯度改變重要因素的取值，使其逼近最佳區(qū)域，建立響應(yīng)面擬合方程。

1.3.6 Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計 在PB試驗設(shè)計和最陡爬坡試驗的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken響應(yīng)面法建立三因素三水平的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步優(yōu)化熱風(fēng)—壓差膨化生產(chǎn)非油炸方便面的工藝參數(shù)。

1.3.7 復(fù)水性的測定 復(fù)水性是衡量方便面品質(zhì)的重要指標(biāo)，本研究以復(fù)水時間(min)表示產(chǎn)品復(fù)水性，參照SB/T 10250—95。

1.3.8 質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的測定 取20根復(fù)水好的面條于冷水中冷卻1 min，用面紙吸去表面水分，用質(zhì)構(gòu)儀檢測面條質(zhì)構(gòu)特性。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)設(shè)置為：TPA全質(zhì)構(gòu)模式，探頭為P/5N平底圓柱型探頭，測前速度4 mm/s，測試速度0.8 mm/s，測后速度6 mm/s，壓縮形變量70%，兩次壓縮時間間隔3 s。測定結(jié)果取硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性為指標(biāo)進(jìn)行分析。每組測6個樣品，取平均值。

1.3.9 感官評價 邀請10名食品專業(yè)碩士研究生組成品評小組，對非油炸方便面的組織狀態(tài)、口感、色澤、彈性及硬度5個方面進(jìn)行評價，計算結(jié)果取平均值。感官評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 非油炸方便面感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory quality indexTable of Non-fried instant noodle

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用軟件IBM SPSS Statistics 21.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用軟件Minitab 16.0、Origin 7.5及Design-Expert 8.0進(jìn)行制圖和數(shù)據(jù)分析。質(zhì)構(gòu)測定重復(fù)6次，其他試驗均重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)干燥預(yù)試驗

制得的面條瀝干后直接熱風(fēng)干燥，參照文獻(xiàn)[12]設(shè)置干燥條件為85 ℃、50 min，檢測其復(fù)水性、質(zhì)構(gòu)參數(shù)及感官評價，結(jié)果見表3。

2.2 Plackett-Burman試驗

PB試驗的結(jié)果與方差分析見表4、5。由表5可以看出，除Y5(咀嚼性)的試驗?zāi)Ｐ屯猓渌憫?yīng)值模型P值均小于0.05，說明模型擬合性良好。以Y1(復(fù)水性)、Y6(感官評價)為主，質(zhì)構(gòu)指標(biāo)為輔，得出影響非油炸膨化方便面品質(zhì)的主要因素為：X2(熱風(fēng)時間)、X4(膨化溫度)和X5(膨化時間)。熱風(fēng)時間實際上是影響面餅壓差膨化的預(yù)留水分含量，根據(jù)原料的不同，壓差膨化的效果也有所差異，因此合適的水分預(yù)留量對產(chǎn)品品質(zhì)影響較大[14]；膨化溫度和膨化時間對產(chǎn)品各指標(biāo)均有顯著影響(P<0.05)。所以在接下來的響應(yīng)面試驗中，重點考察X2、X4、X53個因素的最優(yōu)水平，其他對結(jié)果無顯著影響的因素，根據(jù)單因素試驗結(jié)合因素的正負(fù)效應(yīng)確定為：熱風(fēng)預(yù)干燥溫度70 ℃、排水時間5 min。

表3 熱風(fēng)干燥預(yù)試驗結(jié)果Table 3 The results of heated-air drying pre-experimental

2.3 最陡爬坡試驗

根據(jù)Plackett-Burman試驗結(jié)果，結(jié)合3個重要因素的變量關(guān)系確定爬坡方向和步長[15]，結(jié)果見表6。隨著熱風(fēng)時間、膨化溫度和膨化時間的變化，產(chǎn)品復(fù)水性、硬度、咀嚼性呈逐漸減小的趨勢，彈性、內(nèi)聚性和感官評價呈先升高后降低的趨勢，綜合可得，試驗4是最優(yōu)工藝條件，此時復(fù)水性和感官評價較好，比較接近最佳響應(yīng)區(qū)域。故以試驗4的條件，即熱風(fēng)時間35 min、膨化溫度75 ℃、膨化時間85 min為下一步響應(yīng)面優(yōu)化的中心點。

2.4 響應(yīng)面試驗

2.4.1 Box-Behnken試驗設(shè)計 本試驗中復(fù)水時間越短越好，故復(fù)水性屬于“低優(yōu)值”；感官評價越大越好，屬于“高優(yōu)值”[16]；質(zhì)構(gòu)指標(biāo)當(dāng)中，硬度既不屬于“高優(yōu)值”也不屬于“低優(yōu)值”，咀嚼性是硬度、彈性和黏聚性的乘積值，不宜作為響應(yīng)值[17]，而彈性、內(nèi)聚性和感官評價的變化趨勢相近，也不以其為響應(yīng)值。所以，在最陡爬坡試驗的基礎(chǔ)上，以熱風(fēng)時間、膨化溫度和膨化時間為自變量，Y1復(fù)水性和Y6感官評價為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面試驗設(shè)計，因素水平見表7，試驗結(jié)果見表8。

表4 Plackett-Burman試驗設(shè)計及響應(yīng)值Table 4 Plackett-Burman design and results

表5 Plackett-Burman試驗方差分析表?Table 5 ANOVA of Plackett-Burman design

? *表示差異顯著(P<0.05)；**表示差異極顯著(P<0.01)。

表6 最陡爬坡試驗設(shè)計及結(jié)果Table 6 Design and results of steepest climbing design

用Design Expert 8.0軟件對表8數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，可得各響應(yīng)值與因素的二次回歸模型：

Y1=5.10-0.24A-0.20B-0.19C-0.23AB-0.22AC+0.06BC+0.27A2+0.80B2+0.04C2，

(1)

Y6=88.35-1.02A-1.13B-0.71C+2.41AB-2.36AC-4.76BC-6.50A2-6.48B2-2.79C2。

(2)表7 響應(yīng)面設(shè)計因素水平表Table 7 Factors and levels in response surface design

表8 Box-Behnken設(shè)計方案及結(jié)果Table 8 Design and results of Box-Behnken

表9 Box-Behnken試驗方差分析?Table 9 ANOVA of Box-Behnken experiment

? *表示差異顯著(P<0.05)；**表示差異極顯著(P<0.01)。

2.4.2 響應(yīng)面交互分析及優(yōu)化 為確定3個因素及其交互作用對熱風(fēng)—壓差膨化生產(chǎn)非油炸方便面品質(zhì)的影響，對回歸模型進(jìn)行響應(yīng)面分析。響應(yīng)面坡度越陡，等高線越密集且呈橢圓形，說明兩因素交互作用越顯著[19]。結(jié)合方差結(jié)果，對響應(yīng)值有顯著影響的交互作用進(jìn)行繪圖。

(1) 各因素交互作用對復(fù)水性的影響：圖1(a)表示熱風(fēng)時間和膨化溫度對方便面復(fù)水性的交互作用，其響應(yīng)曲面陡峭、等高線密集，故熱風(fēng)時間對方便面復(fù)水性影響最為顯著。隨著熱風(fēng)時間的延長，面條復(fù)水時間呈逐漸下降后漸平緩的趨勢，而隨著膨化溫度的增加，復(fù)水時間呈先下降后升高的趨勢，是因為熱風(fēng)時間越長，面餅預(yù)留水分含量越低，后續(xù)壓差膨化效果更好，面條易形成更多小氣孔；而合適的膨化溫度能顯著降低復(fù)水時間。由圖1(b)可知，產(chǎn)品復(fù)水性隨熱風(fēng)時間和膨化時間的增加都呈逐漸下降后趨于平緩的趨勢，且熱風(fēng)時間對復(fù)水時間的影響比膨化時間更顯著。因為膨化時間越長，面條膨化越徹底，但從生產(chǎn)成本考慮，生產(chǎn)時間不宜過長，綜合來看，膨化時間應(yīng)為85～90 min。

圖1 各因素交互作用對復(fù)水性影響的響應(yīng)面圖Figure 1 Response surface curve of quality of rehydration time affected by two-factor interaction

(2) 各因素交互作用對感官評分的影響：圖2(a)顯示了熱風(fēng)時間和膨化溫度對方便面感官評分的交互影響，膨化時間一定時，感官評分隨熱風(fēng)時間、膨化溫度的增加均呈先增加后下降的趨勢，是因為過長的熱風(fēng)時間會使面條水分過多地流失變得“干癟”，即使再經(jīng)壓差膨化，也會影響復(fù)水后面條的韌性、勁性，而膨化溫度太高時，會影響面條色澤，導(dǎo)致感官評分降低。由圖2(b)可知，膨化溫度一定時，感官評分隨熱風(fēng)時間的升高呈先上升后緩慢下降的趨勢，是因為隨著時間的延長，物料水分逐漸降低，在負(fù)壓作用下面筋蛋白張力得以延伸，而使產(chǎn)品韌性增加，在膨化時間84～86 min、熱風(fēng)時間34～36 min時，感官分值最高，且在膨化時間80～90 min 時，響應(yīng)值變化不顯著，與方差分析結(jié)果一致(Pc>0.05)。由圖2(c)可知，當(dāng)熱風(fēng)時間一定、膨化時間較低時，產(chǎn)品感官評分隨膨化溫度的上升快速上升；膨化時間較長時，感官評分隨膨化溫度的升高而緩慢降低，說明膨化溫度與膨化時間之間存在極顯著的交互作用[P(B,C)<0.01]。

2.4.3 最優(yōu)工藝的確定及驗證實驗 以復(fù)水性和感官評分作為響應(yīng)值，質(zhì)構(gòu)指標(biāo)做參考，設(shè)定復(fù)水性的目標(biāo)為最小值，感官評分目標(biāo)值為最大值，對回歸方程偏導(dǎo)求解可得預(yù)測的最佳工藝條件為：熱風(fēng)時間35.72 min、膨化溫度75.11 ℃、膨化時間86.61 min，此時復(fù)水時間為4.99 min，感官評分87.4分。為檢驗優(yōu)化試驗結(jié)果的可靠性，采用最佳工藝參數(shù)進(jìn)行驗證實驗，考慮實際操作的可行性，將參數(shù)修正為熱風(fēng)時間36 min、膨化溫度75 ℃、膨化時間87 min。經(jīng)3次平行實驗，所得產(chǎn)品復(fù)水時間為4.93 min，感官評分88.9，平均相對誤差為1.47%，產(chǎn)品質(zhì)量為(60±5) g，水分含量為6.75%，此時質(zhì)構(gòu)參數(shù)為硬度27.79 N、彈性0.93、黏聚性1.20、咀嚼性30.99 N，即富彈性、韌性，咀嚼性也較好，對照預(yù)試驗組產(chǎn)品品質(zhì)有顯著提高(P<0.05)。

3 結(jié)論

本研究采用熱風(fēng)—壓差膨化聯(lián)用技術(shù)生產(chǎn)非油炸方便面，運用Plackett-Burman試驗設(shè)計篩選出了熱風(fēng)—壓差膨化生產(chǎn)非油炸方便面工藝的3個重要參數(shù)，即：熱風(fēng)時間、膨化溫度和膨化時間。在此基礎(chǔ)上，用最陡爬坡試驗逼近最大響應(yīng)區(qū)域，再以產(chǎn)品復(fù)水性和感官評價為響應(yīng)值進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面試驗設(shè)計，所構(gòu)建的回歸方程模型效果極顯著(P<0.01)，最終確定熱風(fēng)—壓差膨化生產(chǎn)非油炸方便面的最佳工藝參數(shù)為：熱風(fēng)預(yù)干燥溫度75 ℃、熱風(fēng)時間36 min、膨化溫度75 ℃、膨化時間87 min、排水時間5 min。此條件下生產(chǎn)的非油炸方便面在復(fù)水性、感官評分和質(zhì)構(gòu)指標(biāo)上顯著優(yōu)于對照組(P<0.05)，也優(yōu)于馬浩然等[20]、張海芳等[21]研制的同類產(chǎn)品，是方便面行業(yè)理想的升級產(chǎn)品，對非油炸方便市場的產(chǎn)品研發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。研究的不足之處在于生產(chǎn)時間過長，僅熱風(fēng)、壓差膨化聯(lián)用工藝耗時就超2 h，如何提升生產(chǎn)效率，關(guān)鍵點在于如何縮短壓差膨化的時間，這將是后續(xù)研究的重點。另外，由于非油炸方便面產(chǎn)品品質(zhì)的復(fù)雜性，對其安全質(zhì)量和營養(yǎng)指標(biāo)的檢測也是日后的研究方向之一。

圖2 各因素交互作用對感官評分影響的響應(yīng)面圖Figure 2 Response surface curve of quality of sensory score affected by two-factor interaction