基于線性功效系數法的紫薯面條高效干燥技術研究

范會平，侯冰潔，符 鋒，馬晨晨，艾志錄

（1.河南農業大學食品科學技術學院，河南鄭州450002；2.農業農村部大宗糧食加工重點實驗室，河南鄭州450002；3.河南省糧油飼料產品質量監督檢驗中心，河南鄭州450000）

紫薯富含膳食纖維、花青素、碘元素、硒元素等營養物質，對降低高血壓的發生率、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價值，從而提升面條的食用價值。

掛面是我國傳統面制品，是將面條經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絡結構的面筋蛋白，當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，加水攪拌成面團后筋性低、黏性大，所以制作的紫薯掛面易出現渾湯、裂紋、劈條、熟斷條率高等現象，造成面條品質的下降[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外環境的溫濕度變化而表現出不同的品質。因此，根據面條本身的特性進行分段干燥來確定干燥工藝可以有效改善產品的品質[2，4]；陸啟玉[5]將掛面干燥過程分為預干燥、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象。趙晉府[6]將掛面干燥的過程分為4個階段，即預干燥、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象提出將掛面干燥的過程分為冷風定條、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品品質，結合紫薯面條原料及產品特性，采用四階段干燥對紫薯面條進行干燥，通過調整各干燥階段工藝參數，使面條表面不易形成厚膜，面條中水分更容易散出，不易產生酥條、裂紋，劈條等，利用線性功效系數法確定紫薯面條干燥工藝最佳干燥參數。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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

1.2 儀器與設備

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

1.3 試驗設計

試驗分4個階段對紫薯面條進行干燥，即預干燥階段、干燥前期、主干燥階段、干燥后期。預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，將面絮進行壓延，軋距為5檔，反復壓面至片，要求組織細密、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、時間參數按1.3的方法進行。

1.4.2 紫薯掛面品質指標測定

紫薯掛面最終產品水分含量參照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量檢驗方法和標準測定[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 線性功效系數法

紫薯掛面產品蒸煮損失過大會出現渾湯嚴重現象，吸水率增大會使產品的彈性、韌性變差,食用時缺乏嚼勁。因此，生產中蒸煮損失率、吸水率、彎曲斷條率、自然斷條率和熟斷條率越低質量越好。由于參考指標參數大小不一，為了獲得紫薯掛面最優的干燥工藝參數，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行加權分配，分配權重系數分別為0.4，0.1，0.2，0.1，0.2。利用線性型功效系數法將結果進行統一量綱，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 數據處理

數據采用Excel 2003和SPSS 16.0軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 預干燥階段對紫薯掛面品質的影響

紫薯面條預干燥階段的目的主要是為了蒸發紫薯面條的表面水分，固定其組織形態，防止由于自身重力而導致面條拉長和斷裂[12]；同時，在預干燥階段，干燥速率過快會使濕面條表層迅速失水收縮，形成一層厚殼，封閉了內部水分向外部擴散的通道，形成了外干內濕的現象，同時內部水分不容易向外部遷移，影響水分的進一步傳遞[13]。因此，在紫薯面條預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，考查紫薯面條在預干燥階段的最佳工藝參數。

預干燥階段正交試驗結果見表1，預干燥階段正交數據分析見表2。

由表1可知，當干燥溫度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。根據表2中R值對各個測定指標進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；通過線性系數法加權結果看，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干燥階段面條品質影響最大，故通過線性功效系數法得出紫薯面條高效干燥預干燥階段的最佳干燥條件是溫度40℃，濕度80%，時間60 min。

表1 預干燥階段正交試驗結果

表2 預干燥階段正交數據分析

2.2 干燥前期對紫薯掛面品質的影響

通過在紫薯面條預干燥階段將面條固定形狀之后，將進入紫薯面條干燥前期，為主干燥階段做準備工作，此階段一旦內外水分擴散速率不等，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部產生各種應力[15]；該階段保持較高的溫濕度可以使面條表面水分的蒸發速率小于或等于內部水分向外部轉移的速率，使面條內部水分較平緩均勻地向外部轉移，從而更好地將面條進行脫水干燥。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果見表3，干燥前期正交試數據分析見表4。

表3 干燥前期正交試驗結果

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，綜合評分達到0.81分，吸水率和熟斷條率達到最低；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影響最大。故通過利用線性功效系數法得出紫薯面條高效干燥預干燥階段的試驗最佳條件為溫度45℃，濕度85%，時間100 min。

表4 干燥前期正交試數據分析

此階段紫薯面條的最佳干燥濕度比預干燥階段要高，以降低面條表面蒸發速率，使面條內部水分均勻緩慢地向面條表面移動，減少由于內部水分擴散不均勻而導致面條水分蒸發快慢不一，從而出現劈條、斷裂等現象，不僅影響面條口感，而且還會導致渾湯嚴重，降低紫薯掛面品質。

2.3 主干燥階段對紫薯掛面品質的影響

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裂紋、酥條等現象，影響面條品質[16]。

主干燥階段正交試驗結果見表5，主干燥階段正交數據分析見表6。

表5 主干燥階段正交試驗結果

表6 主干燥階段正交數據分析

由表5可知，當干燥溫度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；根據表6對紫薯面條干燥數據結果進行分析可知，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的影響

紫薯面條干燥后期的作用主要是對面條品質進行調控，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生的內應力，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果見表7，干燥后期正交數據分析見表8。

表7 干燥后期正交試驗結果

表8 干燥后期正交數據分析

試驗中干燥階段濕度為環境濕度，由表7可知，當溫度為25℃，干燥時間為60 min時，產品的綜合評分為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℃，環境濕度，時間60 min。

在此工藝條件下進行驗證試驗，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，紫薯掛面的品質較好。

3 結論

采用四階段干燥方法，綜合4個階段優化數據得出紫薯面條高效干燥最佳干燥條件如下：預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℃，環境濕度，時間60 min。