燕麦挂面制作过程中干燥工艺优化研究

2022-02-02刘振蓉赵武奇胡新中贺刘成陈月圆

中国农业科学 2022年24期

刘振蓉，赵武奇，胡新中，贺刘成，陈月圆

燕麦挂面制作过程中干燥工艺优化研究

刘振蓉，赵武奇，胡新中，贺刘成，陈月圆

陕西师范大学食品工程与营养科学学院，西安 710119

研究不同干燥模式、干燥因素和干燥工艺参数对燕麦挂面干燥品质和单位能耗的影响，建立模型并进行多目标优化，以期得到品质好、能耗低的燕麦挂面干燥模式及工艺参数。研究9种不同温湿度干燥模式对燕麦挂面干燥品质及单位能耗的影响，对最佳煮制时间、蒸煮损失、烹调吸水率、延展性、硬度、咀嚼性、黏着性、抗弯曲强度、折断距离、酸度和脂肪酸值等指标进行因子分析，得出品质综合评价值，确定燕麦挂面的最佳干燥模式；利用Plackett-Burman试验对燕麦挂面三段变温变湿干燥工艺中的第一阶段温度、第一阶段相对湿度、第二阶段温度、第二阶段相对湿度、第三阶段温度和第三阶段相对湿度6个影响因素进行关键因素筛选，利用Box-Behnken响应面试验设计优化干燥工艺，得出最佳参数并加以验证。燕麦挂面的最佳干燥模式为升温降温结合降湿的三段变温变湿干燥模式。通过Plackett-Burman试验得出燕麦挂面干燥的关键因素为第一阶段相对湿度、第二阶段温度和第三阶段相对湿度；建立的燕麦挂面干燥工艺参数与单位能耗和品质综合评分的回归模型显著（＜0.05）。各因子对单位能耗有极显著影响，第一阶段相对湿度及第二阶段温度和第二阶段相对湿度交互作用极显著；各因子对品质综合评分有极显著影响，影响大小依次为第二阶段温度>第二阶段相对湿度>第一阶段相对湿度，第一阶段相对湿度和第二阶段相对湿度交互作用显著。燕麦挂面三段变温变湿干燥工艺的最佳工艺参数为：第一阶段温度25℃、第一阶段相对湿度88%，第二阶段温度43℃、第二阶段相对湿度71%，第三阶段温度35℃、第三阶段相对湿度50%；在此条件下，燕麦挂面的单位能耗为93.42 kJ·g-1，综合评分为1.02。建立的二次多项式回归模型可用于分析和预测干燥工艺参数对燕麦挂面能耗和品质综合评分的影响。分段变温变湿干燥能够提高燕麦挂面干燥品质的同时降低能耗。利用试验设计和数据处理技术分步解决燕麦挂面干燥工艺的方法全面高效，结果直观、准确，能够提高试验效率和精度。研究为燕麦挂面的工业化生产及节能降耗提供了理论依据。

燕麦挂面；温度；相对湿度；Plackett-Burman试验设计；响应面

0 引言

【研究意义】挂面是我国最常见的主食之一，因其食用方便、货架期长、便于储藏等优点而深受消费者喜爱[1-2]。随着消费者对健康饮食的多样化需求，挂面的功能已从单纯果腹、方便的快捷食品，发展成为营养、健康与美味兼顾的主食产品[3]。由玉米、荞麦、燕麦、豌豆和土豆淀粉等制成的杂粮挂面越来越受到消费者的欢迎。燕麦作为我国历史最悠久的粮食作物之一，富含丰富的蛋白质、膳食纤维、-葡聚糖、维生素B、钙、铁等营养物质，具有极高的营养价值和保健作用[4-5]。因此，以燕麦粉和小麦粉为原料制备燕麦挂面既可以提高挂面的营养价值，又可以为燕麦的深加工广开门路，在特色挂面中有非常广阔的发展前景[6-7]。干燥是燕麦挂面生产的关键环节，是影响其质量最直接、最重要的因素。合理的干燥工艺既可以最大程度地保证挂面质量，又可以节能减排，降低企业生产成本[8-9]。因此，开展燕麦挂面干燥工艺优化的研究对燕麦挂面的工业化生产具有重要意义。【前人研究进展】温度、相对湿度和空气流速是影响挂面干燥脱水的重要因素，目前已有的研究多集中在温湿度对挂面干燥的影响。武亮等[10]认为采用温度40℃、相对湿度75%的低温干燥条件对挂面进行干燥，热能利用率较高，便于生产干燥工艺的调节和控制。魏益民等[11]研究发现，干燥介质温度越高，相对湿度越低，挂面的干燥速率越大，且相对湿度对挂面干燥过程的影响大于温度的影响；惠滢等[12]采用高温、高湿（80℃、85%）对挂面进行干燥，发现挂面的色泽b值、抗弯强度、折断距离和折断功均显著升高；张影全等[13]的研究表明，与传统干燥工艺条件（40℃/75%）相比，干燥组合60℃/75%条件下，产品的整体烹饪质量得到提高；郭颖等[14]认为高温烘干对挂面品质有重要影响，烘干温度为60—70℃时，挂面品质较好；张仲欣等[15]通过正交试验优化得出绿麦挂面干燥工艺参数为干燥温度40℃，风速2 m·s-1，干燥时间240 min；王春等[16]在恒温恒湿条件下，研究不同干燥工艺对挂面品质的影响，发现70℃是较好的挂面干燥温度；施润淋等[17]将挂面的干燥过程分为预干燥、主干燥和完成干燥三段，认为三段变温变湿干燥更符合挂面的干燥过程。现有研究表明，挂面干燥工艺及参数控制与产品质量、生产效率及能源消耗等密切相关。燕麦挂面是一种富含膳食纤维、蛋白质和必需氨基酸的高营养产品。然而，由于燕麦不含面筋蛋白，导致燕麦挂面品质较差，影响其加工性能，SUPARAT等[18]研究发现，在小麦粉中添加燕麦粉能够提高挂面的营养价值，同时会影响挂面的物理、化学、质构和感官特性等。【本研究切入点】干燥是燕麦挂面生产加工的关键步骤，本文研究不同干燥模式、干燥因素及干燥工艺参数对燕麦挂面干燥品质和单位能耗的影响规律，建立模型并进行多目标优化，为燕麦挂面的工业化生产及节能降耗提供理论依据。【拟解决的关键问题】对比不同干燥模式对燕麦挂面干燥品质和单位能耗的影响，确定燕麦挂面的最佳干燥模式。利用Plackett-Burman试验筛选出燕麦挂面三段变温变湿干燥的关键因素，并利用Box-Behnken响应面试验设计优化干燥工艺，得出最佳参数并加以验证。

1 材料与方法

试验于2021年在陕西师范大学食品工程与营养科学学院食品工程实验室进行。

1.1 材料与试剂

小麦粉（含蛋白质14.53%、脂肪1.80%、灰分0.70%），河北金沙河面业有限公司；燕麦粉（含蛋白质15.11%、脂肪9.31%、灰分0.63%），武川县禾川绿色食品有限责任公司；食盐，中盐西安盐业公司；水，华润怡宝饮料有限公司，氢氧化钠、七水硫酸钴，成都市科龙化工试剂厂；酚酞、三氯甲烷，天津市天力化学试剂有限公司。所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JA2003N电子天平，上海精密科学仪器有限公司；EM336和面机，凯伍德有限公司；JMTD 168/140压面机，北京东孚久恒仪器技术有限公司；NS810色差仪，深圳市三恩驰科技有限公司；TA.XT plus质构仪，英国Stable Micro Systems公司；BPS-250CL恒温恒湿箱，上海一恒科学仪器有限公司。

挂面干燥设备如图1所示，包括恒温恒湿箱和连续称重设备。

图1 挂面干燥设备图

1.3 试验方法

1.3.1 挂面制作称取小麦面粉210 g、燕麦粉90 g，食盐6 g，倒入和面机，加入水后用和面机和面5 min（使面团最终含水率为35%），醒发30 min。压延工序：1.5 mm轴间距对折压延3次，1.2 mm轴间距对折压延2次，1.0 mm压延1次，制成厚1 mm、宽2 mm的鲜面条。

待干燥设备运行稳定后，将燕麦鲜面条悬挂于干燥室内，通过称重系统记录挂面的重量，具体干燥操作见王杰等[19]的方法。

1.3.2 不同干燥模式对燕麦挂面品质及能耗试验对燕麦鲜面条分别进行恒温恒湿、两段变温变湿、三段变温变湿干燥模式，具体干燥试验方案如表1所示。干燥结束后分别测定燕麦挂面的最佳煮制时间、蒸煮损失、烹调吸水率、延展性、硬度、咀嚼性、黏着性、抗弯曲强度、折断距离、酸度、脂肪酸值和单位能耗，分析不同的干燥模式对燕麦挂面干燥品质及能耗的影响。

表1 燕麦挂面不同干燥模式的试验设计

1.3.3 Packett-Burman因子筛选试验设计（PBD）采用Packett-Burman设计方法，对三段变温变湿工艺中第一阶段温度（）、第一阶段湿度（）、第二阶段温度（）、第二阶段湿度（）、第三阶段温度（）和第三阶段湿度（）6个试验因素进行筛选，以燕麦挂面品质综合评分为响应值，确定出对燕麦挂面品质影响显著的因素。PBD试验设计的因子水平表见表2。

表2 PBD因素水平表

1.3.4 响应面设计根据PBD试验结果，在第一阶段温度为25℃，第三阶段温度为35℃，第三阶段相对湿度为50%的条件下，选取第一阶段相对湿度（）、第二阶段温度（）和第二阶段相对湿度（）3个因素为自变量，以品质综合评分和单位能耗为响应值，设计3因素3水平响应面试验，因素与水平见表3。

1.3.5 燕麦挂面品质测定

1.3.5.1 蒸煮品质测定最佳煮制时间、蒸煮损失和烹调吸水率LS/T 3212—2021《挂面》方法测定。称取10 g样品，放入盛有500 mL沸水的不锈钢盆中，用电磁炉加热，保持水的微沸状态，以最佳煮制时间煮熟后捞出，待面条表面的水分沥干，准确称量其质量，计算吸水率。

表3 响应面设计试验因子与水平

式中，为吸水率（%）；0为干挂面样品重（g）；1为熟面条重（g）；为挂面含水率（%）；为烹调损失率（%）；为100 mL面汤中干物质质量（g）。

1.3.5.2 质构测定质构品质测定选用TA.XT plus质构仪，采用A/LKB型号探头对煮后的燕麦挂面进行TPA测试，测前速度为2 mm·s-1，测试速度为0.8 mm·s-1，测后速度为2 mm·s-1，压缩比70%，触发力为5 g。

1.3.5.3 抗弯曲特性测定挂面抗弯曲特性测定选用TA.XT plus质构仪，采用A/SFR型号探头将挂面以1.00 mm·s-1速度下压，直至挂面被折断。以探头挤压挂面过程中遇到的最大阻力表示挂面的抗弯曲强度，以探头触发样品至挂面断裂时探头下降的距离表示折断距离。

1.3.5.4 酸度测定酸度测定参照GB 5009.239— 2016《食品酸度的测定》方法进行。计算公式如下：

式中，为试样的酸度（mL/10 g）；1为消耗的氢氧化钠标准溶液体积（mL）；V为空白试验消耗的氢氧化钠标准溶液体积（mL）；2为浸提试样的水体积（mL）；3为用于滴定的试样滤液体积（mL）；为氢氧化钠标准溶液的浓度（mol·L-1）；0.1000为酸度理论定义氢氧化钠的摩尔浓度（mol·L-1）；为试样的质量（g）。

1.3.5.5 脂肪酸值测定脂肪酸值测定参照GB/ T15684—2015《谷物碾磨制品脂肪酸值的测定》方法进行，脂肪酸值以mg/100 g表示（以NaOH计），计算公式如下：

式中，1为消耗NaOH乙醇标准溶液体积（mL）；0为空白试验消耗的NaOH乙醇标准溶液体积（mL）；6 000为用NaOH表示的常数，即40×1.5×100；为试样的水分含量（%）；为NaOH乙醇溶液浓度（mol·L-1）；为试样的质量（g）。

1.3.5.6 单位能耗测定通过读取恒温恒湿箱外接电能表上的读数，计算获得燕麦挂面干燥过程中的单位能耗（kJ·g-1），计算公式如下：

单位能耗=（5）

1.4 燕麦挂面品质综合评分的计算

先将燕麦挂面各评价指标中的负向指标（最佳煮制时间、蒸煮损失、硬度、黏着性、酸度、脂肪酸值、单位能耗）转换为正向指标，公式见式（6）：

i=max-i（6）

式中，i为转化为正向指标后的值，i为指标实际值，max为指标最大值。

对燕麦挂面的各评价指标进行因子分析，依据公因子初始特征值大于1的要求提取公因子，同时得到各样品的主成分得分F，以主成分贡献率E为权重，通过公式（2）得到燕麦挂面各评价指标的综合评分D[20]：

=∑=1F×E（7）

式中，为主成分分析法得到的燕麦挂面各评价指标的综合分值；F为第个样品第个主成分分值；为提取的主成分个数；E为第个主成分的贡献率。

1.5 数据分析

采用Origin8.5进行绘图及模型拟合分析，Minitab 17软件进行Plackeet-Burmann因子筛选试验设计，Design Expert软件进行Box-Behnken响应面试验设计，SPSS22.0进行因子分析及统计分析，显著性水平取0.05。

2 结果

2.1 不同干燥模式对燕麦挂面品质及干燥能耗的影响

2.1.1 对燕麦挂面煮前品质特性的影响不同干燥模式对燕麦挂面的酸度和脂肪酸值影响显著（＜0.05），且工艺2、6、7、8所得燕麦挂面的酸度和脂肪酸值显著高于其他组；不同干燥模式对燕麦挂面抗弯曲强度和折断距离的影响显著（＜0.05），工艺5所得燕麦挂面的抗弯曲强度和折断距离均最大（图2）。

不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下同 Different lowercase letters indicate significant difference (P＜0.05). The same as below

2.1.2 对燕麦挂面煮后品质特性的影响由图3可知，不同干燥模式对燕麦挂面的黏着性、延展性、咀嚼性和硬度影响显著（＜0.05），与分段变温变湿干燥（工艺2—9）相比，恒温恒湿干燥（工艺1）所得燕麦挂面的硬度和黏着性明显增大，咀嚼性和延展性均显著降低；不同的干燥模式对燕麦挂面的最佳煮制时间、烹调吸水率、烹调损失影响显著（＜0.05），其中工艺5干燥模式的最佳煮制时间最短，烹调吸水率最大，烹调损失最少。

2.1.3 不同干燥模式对燕麦挂面单位能耗及品质综合评分的影响不同干燥模式对燕麦挂面单位能耗影响显著（＜0.05），当干燥温度或相对湿度较大时，单位能耗显著增加，如工艺1、工艺7和工艺9的单位能耗显著高于其他组。与恒温恒湿（工艺1）干燥相比，分段变温变湿干燥（工艺2—8）的单位能耗显著降低，其中，工艺4和工艺5的单位能耗显著低于其他组（图4）。

不同干燥模式下燕麦挂面的品质指标结果见表4。对表4中的各品质指标数据进行因子分析，得出主成分1和2，构建燕麦挂面干燥综合评价函数为：A=0.7421+0.2582，其中，A、1和2值见表4。可知，分段变温变湿干燥模式（工艺2—9）下燕麦挂面的品质综合评分均高于恒温恒湿干燥（工艺1），其中，工艺5即升温降温结合降湿干燥模式的品质综合评分最高，为1.42。结合图4可知，工艺5所得燕麦挂面的综合评分最高，单位能耗较小。因此，确定燕麦挂面的最佳干燥模式为升温降温结合降湿（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段变温变湿干燥模式。

2.2 PBD试验结果

根据不同干燥模式对比研究试验结果，利用Minitab17软件进行PBD试验设计，试验结果如表5所示。

表4 不同干燥模式下燕麦挂面综合评价结果

表5 PBD试验设计与结果

图3 不同干燥模式对煮后燕麦挂面质量特性的影响

图4 不同干燥模式对燕麦挂面单位能耗的影响

对表5中的各品质指标数据进行因子分析，得出主成分1和2，构建燕麦挂面干燥综合评价函数为：B= 0.7501+0.2502，其中，B值、1值和2值见表5。

对表5所得试验结果回归拟合分析，得到品质综合评分（）的回归模型方程见式（6）。

-0.081（8）

表6为模型的方差分析结果，可以看出，品质综合评分的回归模型显著（＜0.05），说明建立的回归模型可靠。由表6中效应分析结果可知，考察的6个因子中（第一阶段温度）、（第二阶段温度）和（第三阶段相对湿度）对燕麦挂面综合评分的影响为负效应，（第一阶段相对湿度）、（第二阶段相对湿度）和（第三阶段温度）对燕麦挂面综合评分的影响为正效应。图5为品质综合评分的Pareto图，综合表8可知，（第二阶段温度）和（第二阶段相对湿度）2个因素影响显著，6个影响因子的显著性排序为（第二阶段温度）>（第二阶段相对湿度）>（第一阶段相对湿度）>（第一阶段温度）>（第三阶段相对湿度）>（第三阶段温度）。因此，选择第一阶段相对湿度、第二阶段温度和第二阶段相对湿度作为响应面试验因素，其他因素根据效应分析选择最优值，即第一阶段温度25℃、第三阶段温度35℃和第三阶段相对湿度50%。

表6 PBD试验方差分析结果

图5 品质综合评分的Pareto图

2.3 响应面试验结果

利用Design-Expert进行试验设计，以、分别表示第一阶段相对湿度、第二阶段温度及第二阶段相对湿度，表7为燕麦挂面分段变温变湿干燥工艺的响应面试验设计与结果。对表7中的各品质指标数据进行因子分析，得出主成分1和2，构建燕麦挂面干燥综合评价函数：C=0.6261+0.3742，其中，C值、1值和2值见表4。

2.3.1 回归模型分析采用Design Expert软件进行回归拟合分析，剔除不显著项，得到单位能耗（1）和品质综合评分（2）与第一阶段相对湿度（）、第二阶段温度（）和第二阶段相对湿度（）的二次多项式回归模型：

1=774.38750-6.15925-6.13812-10.23738-

0.074325-0.078450+0.0818582+

0.110722+0.160282（9）

表7 响应面设计与结果

2=-2.6035-0.15215-0.066375+0.32477-

0.0017+0.002027502-0.000174752（10）

表8为各指标的回归方程系数显著性检验结果。由表8可知，能耗（1）和综合评分（2）的回归模型均显著（＜0.05），失拟项均不显著（>0.05），说明建立的回归模型可靠，可用此回归方程对燕麦挂面分段变温变湿干燥的单位能耗和综合评分进行分析和预测。各因子对单位能耗的影响极显著，、、A、B和C对单位能耗有极显著影响（＜0.01）；3个因素对综合评分的影响依次是>>，、A和C对品质综合评分影响显著（＜0.05）。

表8 各指标的回归方程系数显著性检验结果

2.3.2 交互作用分析响应面因子间交互作用分析结果如图6、图7所示。各图是由响应值和试验因子构成的立体曲面图，显示了第一阶段相对湿度、第二阶段相对湿度和第二阶段温度中任一变量取零水平时，其余两个变量对燕麦挂面单位能耗及品质综合评分的影响。

图6为各因素交互作用对燕麦挂面单位能耗的影响。由图6可知，随着第一阶段相对湿度和第二阶段相对湿度的升高，单位能耗逐渐增大；随着第二阶段温度的升高，单位能耗逐渐减小。图7是第二阶段温度为50℃时，第一阶段相对湿度和第二阶段相对湿度交互作用对综合评分的影响。可以看出，随着第一阶段相对湿度的升高，品质综合评分逐渐增大；随着第二阶段相对湿度的升高，品质综合评分先增大后稍有减小。

2.3.3 燕麦挂面分段干燥工艺最佳条件的确定及验证在试验参数范围内，以能耗最小、品质综合评分最大作为优化目标对燕麦挂面分段变温变湿干燥工艺进行综合优化。得到最佳工艺参数为：第一阶段相对湿度88.26%，第二阶段温度42.64℃、第二阶段相对湿度71.30%；结合实际条件，将参数调整为：第一阶段相对湿度88%、第二阶段温度43℃、第二阶段相对湿度71%。在此参数下，燕麦挂面的单位能耗为93.42 kJ·g-1，品质综合评分为1.02。表9为该干燥工艺参数下燕麦挂面品质综合评分和单位能耗实测值与回归方程预测值的比较，由表可知，燕麦挂面的品质综合评分和单位能耗的实测值与理论预测值均比较接近，相对误差均小于5%，说明建立的回归方程可靠，可用于燕麦挂面分段变温变湿干燥过程中单位能耗和品质综合评分的预测。

图6 各因素交互作用对单位能耗影响的响应面图

图7 各因素交互作用对品质综合评分影响的响应面图

表9 回归方程预测效果

3 讨论

3.1 不同干燥模式对燕麦挂面品质和单位能耗的影响

干燥是燕麦挂面生产加工的重要步骤，挂面干燥工艺及参数控制与产品质量、生产效率及能源消耗等密切相关[21]。在工业化生产过程中，挂面干燥主要采用分段变温变湿的干燥工艺。与恒温恒湿干燥相比，变温变湿干燥可根据物料所处的不同干燥阶段，分段控制干燥温度和相对湿度，达到提高物料干燥速率及产品品质、降低能耗的目的[22]。

本研究以品质综合评分及能耗为标准对9种不同干燥模式下的燕麦挂面品质进行评定，得出燕麦挂面的最佳干燥模式为升温降温结合降湿（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段变温变湿干燥模式。在此干燥模式下，燕麦挂面的酸度、脂肪酸值显著下降，抗弯曲强度和折断距离显著增大；最佳煮制时间最短，烹调吸水率最大，烹调损失最少，表明燕麦挂面煮后面渣少，不易糊汤，燕麦挂面品质较好。此外，燕麦挂面的硬度和黏着性明显减小，咀嚼性和延展性均显著增大。这与淀粉糊化、面筋蛋白的网络结构、蛋白质与淀粉间相互作用力等在不同干燥条件下的差异有关；与恒温恒湿（工艺1）干燥相比，分段变温变湿干燥（工艺2—8）的单位能耗显著降低，其中，工艺4和工艺5的单位能耗显著低于其他组。综合来看，工艺5所得燕麦挂面的综合评分最高，单位能耗较小，这与陈建伟[23]的挂面烘干新工艺研究结果一致，采用升温降温结合降湿工艺生产的挂面外形光滑、易贮藏、有良好的烹饪性能和抗弯曲特性。因此，确定燕麦挂面的最佳干燥模式为升温降温结合降湿（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段变温变湿干燥模式。

燕麦中脂肪含量约为5.0%—9.0%，其中，不饱和脂肪酸含量高达82%以上，亚油酸含量为38.1%— 52.0%，对降低血清总胆固醇有显著作用。然而，脂肪含量高会引起燕麦挂面品质出现问题，如产品保质期短、烘烤产品褐变过度等[24]。因此，燕麦挂面的脂肪酸值稳定化对延长燕麦产品保质期至关重要。不同干燥模式对燕麦挂面的脂肪酸值影响显著（＜0.05），工艺2、6、7、8所得燕麦挂面的脂肪酸值显著高于其他组，原因可能是脂肪在高温高湿下极易发生酸败，致使游离脂肪酸含量增加，脂肪酸值升高；同时，湿度增加导致燕麦挂面中酶活性增强，呼吸加剧，各种代谢活动更加旺盛，消耗干物质速度加快，从而使燕麦挂面储藏稳定性降低，脂肪酸值就随之升高。

3.2 三段变温变湿干燥工艺中关键因素对燕麦挂面单位能耗和品质综合评分的影响

影响三段变温变湿干燥工艺的关键因素为第一阶段相对湿度、第二阶段温度和第二阶段相对湿度。当第二阶段温度一定时，能耗随着第一阶段相对湿度和第二阶段相对湿度的升高而增大。挂面干燥过程是利用干燥介质的流动来除去挂面中不同状态的水分，进而实现干燥目的。随着相对湿度增大，燕麦挂面表面与干燥介质间的水蒸气分压差减小，燕麦挂面表面的水分汽化速率减小，单位能耗增加。因此，燕麦挂面干燥后期采用较低的相对湿度有利于缩短干燥时间，降低能耗。当第一阶段相对湿度和第二阶段相对湿度一定时，随着第二阶段温度的升高，单位能耗逐渐减小。挂面干燥过程中第二阶段所占时间相对较长，第二阶段温度越高，挂面吸收的热量越多，导致汽化更多的水分，使燕麦挂面与干燥介质间的水分梯度差增大，从而使干燥速率加快，干燥时间缩短。这与姬长英等[25]的研究结果一致，第二阶段温度越高，干燥时间越短，则单位能耗越小。第二阶段温度一定时，随着第一阶段相对湿度的升高，品质综合评分逐渐增大。随着第一阶段相对湿度的升高，挂面干燥升温缓慢，可以有效防止挂面表面干燥过快而导致结壳，有利于挂面内外水分散失保持平衡，从而改善产品品质，使品质综合评分逐渐增大。这与李华伟等[26]的研究结果一致，挂面干燥的第一干燥阶段应保持较高的相对湿度，此时挂面的品质较好。因此，在第一干燥阶段，挂面应先在高湿条件下缓慢脱水，可提高产品质量。第二阶段温度一定时，随着第二阶段相对湿度的升高，品质综合评分先增大后稍有减小。第二阶段相对湿度升高，减缓了燕麦挂面内部到表面的水分梯度差，不易形成水分通道或裂纹，使燕麦挂面密度增大。较高的密度可使挂面的抗弯曲特性、质构特性等品质表现较好，从而使品质综合评分增大。但是当第二阶段相对湿度过高时，造成挂面内部水汽不易散出，影响挂面产品质量，使品质综合评分稍有减小。

3.3 试验设计与数据处理技术在燕麦挂面干燥工艺优化中的应用

因子分析是从变量群中提取共性因子的一种多元统计分析技术，能够以较少的变量反映大部分的指标信息，起到数据降维的作用。因子分析方法可用于燕麦挂面的综合品质评价。赵建华等[27]通过因子分析筛选出纵径、横径、果糖、葡萄糖、草酸、酒石酸、黄酮、多糖等8项指标作为枸杞鲜果品质综合评价代表性指标，根据综合评价值得出红色鲜果综合品质表现较优；木合塔尔·扎热等[28]利用因子分析提取出4个公因子用于评价新疆地方品种梨的综合品质，其中‘诺尕依梨’的综合评价值最高；古丽尼沙·卡斯木等[29]运用因子分析筛选出3个公因子来评价5种无花果的果实品质，其综合品质得分的优良度大小依次为‘布兰瑞克’>‘美丽亚’>‘日本紫果’>‘波姬红’>‘丰产黄’。本研究利用因子分析法得到燕麦挂面干燥品质综合得分，其得分高低可直接反映不同干燥模式和不同干燥温度及相对湿度条件下燕麦挂面品质的优劣程度，能够客观得出较优的燕麦挂面干燥工艺，为燕麦挂面干燥工艺参数的进一步优化奠定良好基础。

PBD设计是建立在平衡的非完全区组（balanced incomplete block）基础上，通过个试验（为4的倍数）来分析个变量的两水平试验设计方法[30]。与传统的单因素试验相比，PBD可以利用最少的试验次数，快速、准确地在众多试验因素中筛选出显著性影响因子，排列出重要性排名，获得试验变量因素与目标响应值之间的多元回归函数关系式[31]。近年来，PBD主要应用于工艺条件优化和工艺配方设计等领域。吴斯宇等[32]利用Plackett-Burman试验设计，筛选出制备共递送靶向纳米脂质体（RGD-Cur/Bai-Lip）的关键因素为超声时间、胆脂比、水合温度；柯巧媚等[33]通过Plackett-Burman筛选试验确定超声时间、酶解时间、酶解pH和酶添加量作为影响酒糟纤维素酶解的关键因素；赵莹等[34]采用Plackett-Burman试验筛选出对草莓菌落总数影响极显著的因素，即离子体活化水（plasma activated water，PAW）制备时间、水杨酸浓度和介质阻挡（dielectric barrier discharge，DBD）工作电压这3个因素进行Box-Behnken试验。本研究利用Plackett-Burman试验对燕麦挂面三段变温变湿干燥的第一阶段温度、第一阶段相对湿度、第二阶段温度、第二阶段相对湿度、第三阶段温度和第三阶段相对湿度进行筛选，得出燕麦挂面干燥的关键因素为第一阶段相对湿度、第二阶段温度和第二阶段相对湿度。所得综合评分的回归模型显著（＜0.05），说明建立的回归模型可靠、拟合效果好。

响应面法是利用合理的试验设计方法及试验数据，对因素与响应值之间的函数关系进行拟合分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法。响应面法在蜂蜜中果糖、葡萄糖、蔗糖的稳定性条件优化[35]、猕猴桃片超声渗糖工艺优化[36]、桑葚果酒发酵工艺优化[37]等研究中被用于试验设计及工艺参数优化。本研究基于Box-Behnken试验设计原理，利用响应面分析法建立了以单位能耗和品质综合评分为响应值的工艺数学模型，并在此基础上进行了燕麦挂面工艺优化。

4 结论

燕麦挂面的最佳干燥模式为升温降温结合降湿的三段变温变湿干燥模式。影响三段变温变湿干燥的关键因素为第一阶段相对湿度、第二阶段温度和第二阶段相对湿度。建立的燕麦挂面干燥工艺参数与单位能耗和品质综合评分的回归模型显著，可用于分析和预测干燥工艺参数对燕麦挂面单位能耗和品质综合评分的影响。燕麦挂面三段变温变湿干燥最佳工艺参数为：第一阶段温度25℃，第一阶段相对湿度87.24%；第二阶段温度40℃，第二阶段相对湿度72.95%；第三阶段温度35℃，第三阶段相对湿度50%。燕麦挂面三段变温变湿干燥工艺能有效提高燕麦挂面品质，降低能耗。本研究利用试验设计和数据处理技术分步解决燕麦挂面干燥工艺的方法全面准确、高效可行，为燕麦挂面的干燥工艺研究提供了试验基础和理论依据，对食品工程中其他问题的解决具有一定的指导价值。

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Optimization of Drying Process in Oat Noodle Production

LIU ZhenRong, ZHAO WuQi, HU XinZhong, HE LiuCheng, CHEN YueYuan

College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119

The effects of different drying modes, temperature, and relative humidity on drying quality and drying energy of oat noodles were studied. The modes were established and the multi-objective optimization was carried out to obtain the drying mode and process parameters of oat noodles with good quality and low energy consumption.The effects of nine different drying modes of temperature and humidity on the drying quality and drying energy of oat noodles were studied. The factors of optimal cooking time, cooking loss, water absorption, ductility, hardness, chewiness, adhesiveness, bending strength, breaking distance, acidity and fatty acid value were analyzed to obtain the comprehensive evaluation value of quality and determine the optimal drying mode of oat noodle. Plackett-Burman test was used to screen the first temperature, the first relative humidity, the second temperature, the second relative humidity, the third temperature and the third relative humidity of the three-stage drying of oat noodles with variable temperature and humidity. Box-Behnken response surface test was used to optimize the drying process, and the optimal parameters were obtained and verified.The best drying mode of oat noodles was first heating and then cooling combined with dehumidification. Plackett-Burman experiment showed that the key factors of drying oat noodles were the first stage relative humidity, the second stage temperature and the second stage relative humidity. The established regression model of oat noodle drying process parameters with unit energy consumption and the comprehensive score was significant (＜0.05). Each factor had extremely significant influence on unit energy consumption. The interaction between the first relative humidity, the second temperature, and the second relative humidity was extremely significant. All factors had a significant influence on the quality comprehensive score, and the order of influence was second-stage temperature>second-stage relative humidity>first relative humidity. The interaction between first relative humidity, first relative humidity and second relative humidity was significant. The optimal process parameters for three-stage variable temperature and humidity drying of oat noodles were first stage temperature of 25℃, first stage relative humidity of 88%, second stage temperature of 43℃, second stage relative humidity of 71%, third stage temperature of 35℃, and third stage relative humidity of 50%; under this condition, the drying energy of oat noodles was 93.42 kJ·g-1, and the comprehensive score was 1.02.The established quadratic polynomial regression model could be applied to analyze and predict the effects of drying process parameters on drying energy and the comprehensive score of oat noodles. Three-stage variable temperature and humidity drying could improve the drying quality of oat noodles and reduce energy consumption. The method of using experiment design and data processing technology to solve the drying process of oat noodles was comprehensive and efficient. The results were intuitive and accurate, and the experiment efficiency and accuracy were improved. This study provided a theoretical basis for industrial standard production, energy-saving, and consumption reduction of oat noodles.

oat noodles; temperature; relative humidity; Plackett-Burman test design; response surface