基于线性功效系数法的紫薯面条高效干燥技术研究

范会平，侯冰洁，符 锋，马晨晨，艾志录

（1.河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州450002；2.农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南郑州450002；3.河南省粮油饲料产品质量监督检验中心，河南郑州450000）

紫薯富含膳食纤维、花青素、碘元素、硒元素等营养物质，对降低高血压的发生率、缓解肝机能障碍等具有一定的作用[1]，深受消费者的喜爱。紫薯全粉由新鲜紫薯加工而成，拥有新鲜紫薯一样的营养成分；将紫薯全粉加入到面粉中制作紫薯面条，不仅能改善面条色泽，还能保留紫薯的营养价值，从而提升面条的食用价值。

挂面是我国传统面制品，是将面条经过自然或烘房干燥制得，其含水率一般要求≤14.5%，常温条件下贮藏期较长，使其口感好、食用方便、易于贮存[2]。由于紫薯全粉没有能够形成面筋网络结构的面筋蛋白，当向面条中添加紫薯全粉时，紫薯面条中面筋蛋白在一定程度上被稀释，加水搅拌成面团后筋性低、黏性大，所以制作的紫薯挂面易出现浑汤、裂纹、劈条、熟断条率高等现象，造成面条品质的下降[3]。

温度和湿度是影响挂面脱水干燥的重要因素，在挂面干燥过程中会随着内外环境的温湿度变化而表现出不同的品质。因此，根据面条本身的特性进行分段干燥来确定干燥工艺可以有效改善产品的品质[2，4]；陆启玉[5]将挂面干燥过程分为预干燥、主干燥和完成干燥3段，与四阶段干燥比较而言，这种干燥工艺容易引起挂面干燥龟裂和断条等不良现象。赵晋府[6]将挂面干燥的过程分为4个阶段，即预干燥、干燥前期、主干燥和干燥后期。王兴明[7]为了缓解挂面酥条现象提出将挂面干燥的过程分为冷风定条、保潮出汗、高温排潮和降温缓酥4个阶段。

为了更好地保证紫薯挂面产品品质，结合紫薯面条原料及产品特性，采用四阶段干燥对紫薯面条进行干燥，通过调整各干燥阶段工艺参数，使面条表面不易形成厚膜，面条中水分更容易散出，不易产生酥条、裂纹，劈条等，利用线性功效系数法确定紫薯面条干燥工艺最佳干燥参数。

1 材料与方法

1.1 试验材料

紫薯全粉，河南天豫薯业股份有限公司提供；小麦粉，金苑特一粉；谷朊粉，新乡封丘粉业提供；食盐，市售。

1.2 仪器与设备

B5A型多功能搅拌机，广州威万事实业有限公司产品；DMT-5型电动面条机，山东龙口复兴机械有限公司产品；DHG9245A型鼓风干燥箱、BPHJS-250A型高低温交变试验箱，上海一恒科学仪器有限公司产品；JMTD 168/140型试验面条机，北京东孚久恒技术仪器有限公司产品。

1.3 试验设计

试验分4个阶段对紫薯面条进行干燥，即预干燥阶段、干燥前期、主干燥阶段、干燥后期。预干燥阶段的干燥温度30～40℃，干燥湿度70%～90%，干燥时间50～70 min；干燥前期阶段的干燥温度35～45℃，干燥湿度65%～85%，干燥时间80～100 min；主干燥阶段的干燥温度30～40℃，干燥湿度50%～70%，干燥时间80～100 min；干燥后期阶段的干燥温度25～35℃，干燥湿度为环境湿度，干燥时间50～70 min；每个因素3个水平，采用正交试验组合，每组试验重复3次。

1.4 试验方法

1.4.1 紫薯挂面制作

紫薯挂面制作工艺流程：称量→和面→醒面→压延→切条→烘干→切断→包装。

称取紫薯全粉44 g，小麦粉56 g，谷朊粉7 g，食盐1.6 g，将称量好的原辅料混合均匀置于和面机中，加入比例为34%，温度为30～40℃的蒸馏水，启动和面机，搅拌2 min，将上述食材均匀混合为面絮。将制成的面絮用保鲜膜封口，醒面20 min，将面絮进行压延，轧距为5档，反复压面至片，要求组织细密、表面光滑，最终制成厚1.3 mm，宽2.5 mm的面条，悬挂于恒温恒湿箱中干燥。干燥温度和干燥湿度、时间参数按1.3的方法进行。

1.4.2 紫薯挂面品质指标测定

紫薯挂面最终产品水分含量参照GB 5009.3—2016直接干燥法测定[8]；紫薯挂面自然断条率、弯曲断条率参照挂面质量检验方法和标准测定[9]；紫薯挂面蒸煮损失率、吸水率参照LS/T 3212—1992测定[10]。

1.4.3 线性功效系数法

紫薯挂面产品蒸煮损失过大会出现浑汤严重现象，吸水率增大会使产品的弹性、韧性变差,食用时缺乏嚼劲。因此，生产中蒸煮损失率、吸水率、弯曲断条率、自然断条率和熟断条率越低质量越好。由于参考指标参数大小不一，为了获得紫薯挂面最优的干燥工艺参数，对蒸煮损失率、熟断条率、弯曲断条率、自然断条率和吸水率进行加权分配，分配权重系数分别为0.4，0.1，0.2，0.1，0.2。利用线性型功效系数法将结果进行统一量纲，令：

蒸煮损失率Y1'=1-（Y1-Y1min）/（Y1max-Y1min）

吸水率Y2'=1-（Y2-Y2min）/（Y2max-Y2min）

弯曲断条率Y4'=1-（Y4-Y4min)/（Y4max-Y4min）

自然断条率Y5'=1-（Y5-Y5min）/（Y5max-Y5min）

熟断条率Y6'=1-（Y6-Y6min)/（Y6max-Y6min）

其中：Yimax与Yimin（i=1，2，3，4，5，6）为试验中各指标的最大值与最小值。这样用Y1'、Y2'、Y4'、Y5'、Y6'的分别表示蒸煮损失率、吸水率、弯曲断条率、自然断条率、熟断条率的最小值，用Y表示综合评分的最大值[11]。

1.5 数据处理

数据采用Excel 2003和SPSS 16.0软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 预干燥阶段对紫薯挂面品质的影响

紫薯面条预干燥阶段的目的主要是为了蒸发紫薯面条的表面水分，固定其组织形态，防止由于自身重力而导致面条拉长和断裂[12]；同时，在预干燥阶段，干燥速率过快会使湿面条表层迅速失水收缩，形成一层厚壳，封闭了内部水分向外部扩散的通道，形成了外干内湿的现象，同时内部水分不容易向外部迁移，影响水分的进一步传递[13]。因此，在紫薯面条预干燥阶段选定温度较低、湿度较高的干燥条件；同时，选定不同干燥时间，考查紫薯面条在预干燥阶段的最佳工艺参数。

预干燥阶段正交试验结果见表1，预干燥阶段正交数据分析见表2。

由表1可知，当干燥温度40℃，干燥湿度90%，干燥时间60 min时紫薯面条综合评分最高、干燥效果最好，此时蒸煮损失率为13.16%，弯曲断条率为2.22%，熟断条率为0；吸水率和自然断条率相对较低。根据表2中R值对各个测定指标进行分析可知紫薯挂面蒸煮损失率、自然断条率受干燥时间影响较大，吸水率、熟断条率受干燥温度影响较大，弯曲断条率受干燥湿度影响较大；通过线性系数法加权结果看，水平组合A3，B2，C2，分别是各因素中效果最好的水平，通过加权后综合评分的R值可以看出，试验因素显著性顺序为时间＞温度＞湿度，干燥时间对紫薯挂面预干燥阶段面条品质影响最大，故通过线性功效系数法得出紫薯面条高效干燥预干燥阶段的最佳干燥条件是温度40℃，湿度80%，时间60 min。

表1 预干燥阶段正交试验结果

表2 预干燥阶段正交数据分析

2.2 干燥前期对紫薯挂面品质的影响

通过在紫薯面条预干燥阶段将面条固定形状之后，将进入紫薯面条干燥前期，为主干燥阶段做准备工作，此阶段一旦内外水分扩散速率不等，很容易使得面条形成裂纹[14]，同时水分散失较预干燥阶段快，挂面收缩，在面条截面上由于水分梯度的存在使得挂面内部产生各种应力[15]；该阶段保持较高的温湿度可以使面条表面水分的蒸发速率小于或等于内部水分向外部转移的速率，使面条内部水分较平缓均匀地向外部转移，从而更好地将面条进行脱水干燥。因此，这一阶段宜采取较高温度和湿度。

干燥前期正交试验结果见表3，干燥前期正交试数据分析见表4。

表3 干燥前期正交试验结果

由表4可知，干燥温度对紫薯挂面的蒸煮损失

影响较大，干燥湿度对紫薯挂面的吸水率、弯曲断条率、熟断条率影响较大，自然断条率受干燥时间影响较大。由表3可知，当干燥温度为45℃，干燥湿度为75%，干燥时间为80 min时干燥效果最好，综合评分达到0.81分，吸水率和熟断条率达到最低；按因素列来看，水平组合A3，B3，C3，分别是各因素中效果最好的水平；通过R值可以看出试验因素显著性顺序，B＞A＞C，干燥湿度对此阶段紫薯面条干燥品质影响最大。故通过利用线性功效系数法得出紫薯面条高效干燥预干燥阶段的试验最佳条件为温度45℃，湿度85%，时间100 min。

表4 干燥前期正交试数据分析

此阶段紫薯面条的最佳干燥湿度比预干燥阶段要高，以降低面条表面蒸发速率，使面条内部水分均匀缓慢地向面条表面移动，减少由于内部水分扩散不均匀而导致面条水分蒸发快慢不一，从而出现劈条、断裂等现象，不仅影响面条口感，而且还会导致浑汤严重，降低紫薯挂面品质。

2.3 主干燥阶段对紫薯挂面品质的影响

主干燥阶段为紫薯面条干燥的主要阶段，主要目的是为了使面条中水分快速排出去，在到达干燥面条后期形成一个过渡阶段[5]；不仅使面条水分降低而且还可以在进入下一阶段时防止由于温度、湿度下降过快使面条表面出现裂纹、酥条等现象，影响面条品质[16]。

主干燥阶段正交试验结果见表5，主干燥阶段正交数据分析见表6。

表5 主干燥阶段正交试验结果

表6 主干燥阶段正交数据分析

由表5可知，当干燥温度40℃，干燥湿度70%，干燥时间90 min时，紫薯挂面干燥效果最好，蒸煮损失率12.87%，熟断条率0.67%，达到最低。按因素列来看，水平组合A1，B3，C2，分别是各因素中效果最好的水平，通过R值可以看出试验因素显著性顺序，即C＞B＞A；根据表6对紫薯面条干燥数据结果进行分析可知，干燥温度对紫薯挂面的吸水率和自然断条率影响较大，干燥湿度对紫薯挂面蒸煮损失率影响较大，紫薯挂面的弯曲断条率、熟断条率受干燥时间影响较大。通过线性功效系数法计算得出紫薯面条高效干燥主干燥阶段的试验最佳条件是温度30℃，湿度70%，时间90 min。

2.4 干燥后期对紫薯挂面品质的影响

紫薯面条干燥后期的作用主要是对面条品质进行调控，以使面条水分和温度分布均匀，同时消除面条因干燥收缩而产生的内应力，增强其韧性和弹性，在这一阶段降温梯度不可过大，温差过大容易引起挂面酥条、龟裂和脆化[7]。

干燥后期正交试验结果见表7，干燥后期正交数据分析见表8。

表7 干燥后期正交试验结果

表8 干燥后期正交数据分析

试验中干燥阶段湿度为环境湿度，由表7可知，当温度为25℃，干燥时间为60 min时，产品的综合评分为0.70分，紫薯面条干燥效果最好，此时紫薯挂面的蒸煮损失率为11.85%；按因素列来看，水平组合25℃，环境湿度，时间60 min，分别是各因素中效果最好的水平，通过R值可以看出试验因素显著性顺序，即A＞C；由表8可知，干燥温度对紫薯挂面的蒸煮损失率和自然断条率影响较大，弯曲断条率、熟断条率、吸水率受干燥时间影响较大。利用线性功效系数法计算得出紫薯面条高效干燥后期的最佳工艺条件为温度25℃，环境湿度，时间60 min。

在此工艺条件下进行验证试验，所得紫薯挂面蒸煮损失为12.55%，吸水率69.81%，弯曲断条率8.87%，自然断条率0.19%，熟断条率0.67%。此时，紫薯挂面的品质较好。

3 结论

采用四阶段干燥方法，综合4个阶段优化数据得出紫薯面条高效干燥最佳干燥条件如下：预干燥阶段的干燥条件为温度40℃，湿度80%，时间60 min。干燥前期干燥条件为温度45℃，湿度85%，时间100 min。主干燥阶段的干燥条件为温度30℃，湿度70%，时间90 min。干燥后期的干燥条件是温度25℃，环境湿度，时间60 min。