响应面法优化玉米无矾粉丝加工工艺及品质研究

杜杰,钟耀广,田燕楠,李志勇



响应面法优化玉米无矾粉丝加工工艺及品质研究

杜杰,钟耀广*,田燕楠,李志勇

上海海洋大学食品学院, 上海 201306

为研究玉米无矾粉丝的加工工艺，并对其品质进行对比。以粉丝的断条率、糊汤吸光值和膨润度作为试验指标进行单因素实验，考察含芡量、面团含水量、煮沸时间和冻结温度四个因素对玉米淀粉粉丝品质的影响。并通过响应面法和质构分析得出无矾玉米粉丝的最佳优化工艺，以断条率为响应值建立了回归模型。结果表明：优化的加工条件为含芡量4%、面团含水量50%、煮制时间10 min、冻结温度-10 ℃，各因素对响应值显著性的排序为X>X>X> X，此时断条率达到最小值为8.25%。利用响应面法分析结果可靠，确定了玉米无矾粉丝的最佳工艺条件，得出的玉米粉丝品质质构良好，为进一步生产玉米无矾粉丝提供了理论依据。

玉米粉丝; 响应面; 质构; 断条率

粉丝是利用淀粉糊化后形成具有弹韧性的胶体，从而制成的一种淀粉产品[1]。粉丝加工在我国有着悠久的历史，年产量已经达到数十万吨。作为受广大消费者喜爱的传统食品，它具有老少皆宜、食用便捷、贮藏良好、口感独特等特点。玉米淀粉又称玉蜀黍淀粉，俗名六谷粉，为白色微带淡黄色的粉末。玉米是世界公认的“黄金作物”，其脂肪、磷元素、维生素B2的含量居谷类食物之首。玉米中含有亚油酸和维生素E，能使人体内胆固醇水平降低，从而减少动脉硬化的发生[2]。目前对粉丝制作工艺的研究主要针对薯类淀粉，而对玉米淀粉制作粉丝的研究较少。

在传统工艺中，人们通常会加入明矾来提高粉丝的品质[3]。然而，使用明矾会导致铝的残留，在一定程度上会对人体造成伤害，摄入过量的Al3+可能引起老年痴呆等疾病[4]。绿色食品添加剂使用准则中明确标明明矾为生产绿色食品禁止使用的食品添加剂[5]。另外在国标GB2760-2014《食品添加剂使用标准》中也明确表明粉丝生产中严禁明矾的添加[6]，然而粉丝中明矾的非法添加依然存在，无明矾粉丝的研究也随之提上议程，在粉丝制作工艺技术层面上也亟待解决。通过查阅文献，了解粉丝中常用添加剂的一些性质，结合预实验并选出对玉米淀粉改善效果明显的四种添加剂。使用添加剂替代明矾，并着重研究无矾玉米粉丝的优化工艺。根据前期研究基础上选出了含芡量、面团含水量、煮沸时间和冻结温度四个关键工艺点。本文通过应用响应面法（Response surface methodology，RSM）进一步研究最佳的优化工艺[7]，考察粉丝成品的断条率，采用质构仪测定其品质特性进行对比，为最佳工艺优化条件提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米淀粉（食品级）：襄阳三珍食品有限公司；魔芋粉（食品级）：上海联合食品添加剂有限公司；瓜尔豆胶（食品级）：连云港友进食品添加剂有限公司；复合磷酸盐（食品级）：徐州恒世食品有限公司；氯化钙（食品级）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平（AUY120）：梅特勒-托利多仪器有限公司；电动和面机（KM-6）：博乐科有限公司；分光光度计（UV2300）：上海元析仪器有限公司；数显恒温水浴锅（HH-S）：金坛市正基仪器有限公司；鼓风干燥箱（DGG-9203AD）：上海森信实验仪器有限公司；冰箱（BCD-205GS）：中山东菱威力电器有限公司；质构仪（TA-XTplus型）：美国TA公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 实验步骤称取一定量的玉米淀粉，加入不同比例量的添加剂（0.2%魔芋粉、0.3%瓜尔豆胶、0.4%复合磷酸盐、0.3%氯化钙），充分搅拌均匀。取其中少量淀粉与一定量的水混合置于烧杯中，再不断加热搅拌制成芡糊（含芡量）。取出芡糊加入剩余淀粉和水，放于和面机中搅拌和面，用淀粉和水不断调节比例（面团含水量），搓合至面团流畅柔软光滑[8]。将和好的面粉团放于漏瓢快速漏于沸水中，并且在沸水中加热成熟化一段时间后捞出（煮沸时间），粉丝的煮制条件也对品质有一系列的影响[9]。然后把粉丝放置于4 ℃的冷水中冷却成型40 min。再将冷却好的粉丝放于不同温度的冰箱中进行冷冻（冻结温度），冷冻16 h后取出。待其自然解冻后放于40 ℃的烘箱进行干燥，时间4 h左右，取出放置在室温下，紧接着对成品玉米粉丝进行品质的测定。

1.3.3 粉丝品质测定（1）断条率的测定取20根质地均一长度约为20 cm的粉丝，放置于800 mL沸水中，并且保持煮沸30 min，捞出粉丝沥干，计数数出粉丝的完整条数，进行3次平行实验，取平均值。断条率的计算如下：断条率/%=（煮后粉丝断条数／煮前粉丝数）×100

（2）糊汤透光率（吸光值）的测定取5 g粉丝放于100 mL沸水中，不断加热煮沸20 min，取其汤汁在波长650 nm下用1 cm比色皿测定其吸光值，进行3次平行实验，取平均值。

（3）膨润度的测定将糊汤煮沸后的粉丝捞出沥干，用吸水纸吸去表面水分，称其重量为1。再将其放入烘箱中烘干，称其重量为2，进行3次平行实验，取平均值。膨润度的计算如下：

膨润度/% =（煮后粉丝重量／烘干后粉丝重量）×100

1.3.4 TPA试验用TA-XT plus 型质构仪对各工艺条件的玉米粉丝质构特性进行测量，每次把3根粉丝平行放置于载物台上，粉丝之间保持一定的间隔，测定参数：测定前速度为2.00 mm/s，测试速度为1.00 mm/s，测试后速度为1.00 mm/s，二次挤压间隔时间为5.00 s，感应力为5.00 g，测试变形为50%。主要研究指标为硬度、黏附性、弹性、内聚性、胶凝性、咀嚼性、回复性[10]。每次测量3根，重复测3次，结果采取Mean±SD的形式。

1.3.5 数据统计利用统计分析软件SPSS 16.0对试验数据进行显著性检验，以<0.05为显著性标准。采用Origin 8.5软件作图，Design-Expert 8.0.6软件进行响应面绘图及方差分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 含芡量对玉米粉丝品质的影响实验取玉米淀粉的总量均为100 g，含芡量分别为2%、3%、4%、5%、6%，实验观察含芡量对玉米淀粉粉丝断条率、糊汤透光率和膨润度的影响。实验结果见图1。

由图1可知，随着含芡量的增加，玉米粉丝的断条率以及糊汤吸光值不断降低，断条率越小说明粉丝的弹韧性较好不易脆裂，吸光值越低说明煮后的粉丝条不易糊汤，其组织固形物损失少，品质好。由此可知随着含芡量不断增加，玉米粉丝的品质变好。含芡量从2%增加到6%时，断条率从18.3%减少到11.9%，吸光值从0.233降为0.172。而含芡量在5%以后继续增加，其对断条率及糊汤效果趋于平缓，进一步提高含芡量对断条率和糊汤性质影响不大。而粉丝的膨润度随着含芡量不断增大，膨润度从276%提高到309%，说明芡糊能够有持水性的功能提高水分的含量，提升粉丝的性状品质。芡糊的含量也一定程度上可以改变面团流变学特性[11]。

2.1.2 面团含水量对玉米粉丝品质的影响面团含水量对于面团的结构有很大的影响作用。而良好的面团结构能够制作出品质更好的粉丝。

实验使用面团含水量分别为30%、40%、50%、60%、70%，考察面团含水量对玉米淀粉粉丝断条率、糊汤透光率和膨润度的影响，实验结果见图2。

由图2可知，随着面团含水量的不断增加，断条率先降低后升高，糊汤吸光值也先降低后升高，膨润度先增加后减小。各条件均在面团含水量50%时达到极值。这可能是由于含水量能够影响淀粉的回生和凝胶结构从而改变粉丝的品质[12]，含水量少时，面团比较干不能形成较好的胶凝效果，缺乏流动性，搅拌阻力也不断增大，不易漏粉。而含水量过高时，面团较为稀稠，成丝较为困难导致粉丝的品质不够理想。粉丝在成型后保持性状能力较差，影响了弹韧性和筋道感[13]。

图 1 含芡量对玉米粉丝品质的影响

图 2 面团含水量对玉米粉丝品质的影响

2.1.3 煮沸时间对玉米粉丝品质的影响煮沸时间影响着粉丝的熟化程度，对淀粉的糊化起到至关重要的影响[14]。实验采用条件为煮沸时间1 min、5 min、10 min、15 min、20 min，观察对玉米淀粉粉丝品质的影响，实验结果见图3。

由图3可知，减少煮沸时间对粉丝品质有较好的作用，在煮沸时间超过15 min后，各指标都反映出较差品质，并都趋于稳定。但煮制时间较短也会导致熟化程度不够，粉丝的内部黏性不足[15]，维持一定煮沸时间可以保证粉丝弹性、韧性，使粉丝口感爽滑。同时，煮沸时间对再次复水煮制的粉丝糊汤吸光值有很大的影响作用[16]。

2.1.4 冻结温度对玉米淀粉粉丝品质的影响一定冻结温度能够起到硬化淀粉的作用[17]，并且能够影响粉丝的贮藏时间。冻结后的微观结构中糊化的淀粉颗粒膨胀，然后再次与水分凝结产生质构变化的影响[18]。实验选取冻结温度分别为-20 ℃、-14 ℃、-10 ℃、-6 ℃、-4 ℃，考察不同冻结温度对玉米粉丝各项品质的影响。实验结果见图4。

图 3 煮沸时间对玉米粉丝品质的影响

图 4冻结温度对玉米粉丝品质的影响

由图4可知，随着冻结温度的升高，粉丝的断条率和吸光值均成上升趋势，而粉丝的膨润度在-20 ℃到-10 ℃变化不明显，再提高温度到-4 ℃时膨润度下降剧烈。可能是由于冻结温度的提高导致粉丝的保水性丧失，水分子与淀粉颗粒之间不能够很好的相互作用[19]。此外在低冻结温度时，粉丝的断条率和吸光值较低，说明粉丝的品性较好。断条率在-10 ℃左右达到最小值也说明了温度的变化的影响程度较大[20]。

2.2 响应面法分析

综合单因素实验结果，根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理[21]，采用响应面法[22]对玉米无矾粉丝加工工艺进行优化。以含芡量、面团含水量、煮沸时间、冻结温度为因素，断条率为指标进行4因素3水平设计。实验因素和水平见表1。

表 1 响应面分析因素与水平表

表 2 试验结果

表 3 二次响应面模型方差分析

对试验数据进行回归拟合后，可得到断条率和各因子（1，2，3，4）之间的二次多元方程：=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

从方差分析可以看出，模型<0.05，表明该模型显著；失拟=0.0628>0.05，表明差异不显著；另外由表可知，含芡量（1）和煮沸时间（3）对断条率的影响显著。R＝0.9778表明模型充分拟合试验数据，该方程是玉米无矾粉丝断条率与各工艺参数的合适数学模型，可以利用此回归方程确定最佳断条率下的制作工艺，并能够对试验数据进行分析和预测。

响应面图形是响应值对各试验因子1、2、3、4所构成的三维曲面图，从响应面分析图上可形象地看出最佳参数及各参数之间的相互作用。若曲线越陡峭，则表明该因素对断条率的影响越大。由响应面图中可较直观地看出各加工因素交互作用对断条率的影响。而由等高线图可以看出存在极值的条件应该在圆心处。图5~9中所示为当含芡量、面团含水量、煮沸时间和冻结温度任意两个因素为零水平时，其余两个因素的交互作用及对断条率的影响。由图6可以看出断条率先减小后增大，含芡量上升的幅度较煮沸时间稍陡峭。综合各图可以看出含芡量对断条率影响最大，煮沸时间的影响次之，含芡量和煮沸时间二者对应的值小于0.05，均达到了显著水平。这与方差分析表中的回归分析结果相吻合，各因素对响应值显著性的排序为1>3>2>4。对回归方程求解，断条率达到最小值时加工条件为含芡量3.82%、面团含水量49.5%、煮制时间10.65 min、冻结温度-10.04 ℃，此时最小断条率为8.28%。通过验证平行实验，对玉米无矾粉丝优化工艺进行三次重复。验证实验断条率的平均值为8.25%，各优化工艺条件为含芡量4%、面团含水量50%、煮制时间10 min、冻结温度-10 ℃。结果表明，经过响应面方程拟合出的理论值与实际值相吻合，证明用响应面法可以有效的优化玉米无矾粉丝的加工工艺。

2.3 TPA实验

通过质构仪检测粉丝的各项品质，包括硬度、黏附性、弹性、内聚性、胶凝性、咀嚼性和回复性等。对比添加明矾的玉米粉丝（A），使用添加剂替代明矾的无矾粉丝（B），以及优化加工工艺后制得的玉米无矾粉丝（C）。由表可知，无矾玉米粉丝在硬度、粘附性、内聚性、胶凝性、回复性等方面要高于明矾粉丝（＜0.05），而经过工艺优化的无矾玉米粉丝其各项品质效果更加优秀。在弹性、咀嚼性方面则相差不大（＞0.05）。

表 4 玉米淀粉粉丝的质构值

3 结论

利用单因素实验，研究各因素对粉丝断条率、糊汤吸光值和膨润度的影响趋势。采用响应面法对玉米无矾粉丝的加工工工艺进行优化，以断条率为响应值建立了回归模型。该模型优化的加工条件为含芡量4%、面团含水量50%、煮制时间10 min、冻结温度-10 ℃，各因素对响应值显著性的排序为1>3>2>4，此时断条率达到最小值为8.25%。与模型的预测值相近，进一步验证了该模型的可靠性，得出响应面法可以有效的优化玉米无矾粉丝的加工工艺。通过TPA实验，对比了有矾粉丝和使用添加剂的粉丝的各项品质。优化后的玉米粉丝在硬度、粘附性、内聚性、胶凝性、回复性等方面要优于原工艺粉丝（＜0.05）。本实验通过响应面法和质构分析得出无矾玉米粉丝的最佳优化工艺，制备出品质优良的玉米无矾粉丝产品，为进一步生产制作玉米无矾粉丝提供了理论依据。

[1] 范代超.几种粉丝淀粉特性及其对食用品质的影响研究[D].重庆:西南大学,2013

[2] 侯蕾,韩小贤,郑学玲,等.不同直链淀粉含量玉米淀粉研究进展[J].粮食与油脂,2013(6):11-14

[3] 钟正.食品添加剂明矾生产新工艺探索[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] 马楠.食品添加剂与食品安全[J].食品工业科技,2012,33(5):26-26

[6] 中华人民共和国卫生部.GB2760-2014食品添加剂使用标准[S].北京:中国标准出版社,2014

[7] 吕长鑫,李萌萌,徐晓明,等.响应面分析法优化纤维素酶提取紫苏多糖工艺[J].食品科学,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] 岳晓霞,王梁,刘广,等.马铃薯粉丝生产工艺条件的优化[J].食品与机械,2013(2):179-182

[10] 田海龙,张平,农绍庄,等.基于TPA测试法对1-MCP处理后葡萄果实质构性能的分析[J].食品与机械,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] 张本山,邓丹丹,卢海凤.交联羟丙基羧甲基复合改性玉米淀粉的性能研究[J].现代食品科技,2014(4):118-123

[13] 李娜,张英华.用RVA仪分析玉米淀粉的糊化特性[J].中国粮油学报,2011,26(6):20-24

[14] 廖卢艳,吴卫国.不同淀粉糊化及凝胶特性与粉条品质的关系[J].农业工程学报,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] 陈晓文,连小梨,刘军朝,等.无矾豌豆粉丝加工工艺研究[J].现代农业科技,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] 刘雪唯.不同直链淀粉含量的玉米淀粉的理化性质及应用研究[D].哈尔滨:哈尔滨商业大学,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] 张雅媛.玉米淀粉与亲水性胶体协效性和作用机理的研究[D].扬州:江南大学,2012

[21] 颜明霞,谢岩黎,王子良,等.微波处理马铃薯粉团工艺参数的优化及其方便粉丝品质的研究[J].河南工业大学学报: 自然科学版,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,硕士研究生,研究方向为食品加工. E-mail:dujie0034@163.com

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