响应面法优化方便米粉干燥工艺研究

杨 希

（安徽粮食工程职业学院食品生物系，合肥 230011）

米粉是大米经过浸泡、粉碎或磨浆、混料、熟化、成型、老化、干燥等工序加工而成的条状稻米制品，鲜米粉以其口感好而著称，但不易保存且保质期内老化难以控制，随着2020年新冠疫情爆发，方便米粉产品表现出独特的优势[1]。米粉制备过程中，干燥成为方便米粉加工过程的重要工序之一[2]。赵思明等[3-5]研究干燥过程对方便米粉品质的影响；刘成梅等[6-7]研究干燥方法对方便米粉品质的影响；谢岩黎等[8]研究干燥温度对米粉晶体特性和复水性的影响；吕莹果等[9]采用模糊综合分析对米粉干燥品质的影响因素进行评价；冯岳鸣等[10]研究米粉高湿热风干燥特性及动力学模型；邓常继等[11]对3种常见市售湿米粉的微波干燥特性进行对比研究；江思佳等[12]研 究干燥工艺对米粉品质的影响；杨艾迪等[13]研究热泵干燥过程中温度、载样量、风速等单因素对南方波纹米粉干燥效果的影响。从方便米粉生产实践角度，在保证方便米粉品质的前提下提高干燥效率，目前鲜有报道。本研究通过单因素与响应面设计优化方便米粉干燥工艺参数，以期为方便米粉生产实践提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

大米，绵阳仙特米业有限公司；玉米淀粉，西安国维淀粉实业责任有限公司；方便米粉生产线，广州市健力食品机械有限公司；Universal T A型质构仪，上海腾拔仪器科技有限公司；SFY-6型快速水分测定仪，上海浦予工业科技有限公司；CWJZ-30型除尘粉碎机，广州市旭朗机械设备有限公司。

1.2 试验方法

将大米粉碎后与玉米淀粉按4:1质量比混合后搅拌均匀，加水和料，在温度为140～160 ℃时进行一次挤压熟化，在温度为30～60 ℃时进行二次挤压成型，经输送带传输冷却至40 ℃以下，切分成40 cm后老化，经水洗松丝、热风干燥、自动包装等工序生产方便米粉。

1.3 方便米粉干燥工艺参数的单因素试验

1.3.1 干燥温度对方便米粉品质的影响 米粉在温度为20～25℃、湿度为70%～75%的条件下老化8 h，湿米粉初始水分含量为40%～45%，干燥风速4 m/s，干燥时间60 min，干燥温度为55、60、65、70、75℃进行单因素试验，测定米粉样品断条率、吐浆值、复水率。

1.3.2 干燥风速对方便米粉品质的影响 米粉在温度为20～25℃、湿度为70%～75%的条件下老化8 h，湿米粉初始水分含量为40%～45%，干燥温度65℃，干燥时间60 min，干燥风速为2、3、4、5、6 m/s进行单因素试验，测定米粉样品断条率、吐浆值、复水率。

1.3.3 干燥时间对方便米粉品质的影响 米粉在温度为20～25℃、湿度为70%～75%的条件下老化8 h，湿米粉初始水分含量为40%～45%，干燥温度65℃，干燥风速4 m/s，干燥时间为40、50、60、70、80 min进行单因素试验，测定米粉样品断条率、吐浆值、复水率。

1.3.4 响应面试验设计 在单因素试验的基础上，以A干燥温度（℃）、B干燥风速（m/s）、C干燥时间（h）为自变量，通过Box-Behnken设计3因素3水平响应面试验，以感官评分为响应值，考察各因素对响应值的影响程度，试验因素与水平如表1所示。

表1 方便米粉干燥工艺响应面试验设计的因素与水平

1.4 项目测定

1.4.1 方便米粉复水率测定 准确称取成品Ma放入烧杯，加入5倍的沸水立即加盖，复水5 min后立即沥干并用吸水纸吸干表面水分，称重Mb，方便米粉复水率（%）=Mb/Ma×100[14]。

1.4.2 方便米粉断条率测定 取20根长度为20 cm的方便米粉，在500 mL沸水中蒸煮1 min，将米粉样品捞起过冷水滤干，记录10 cm以上的米粉条数（X1），断条率（%）=

1.4.3 方便米粉吐浆值测定 测定米粉水分含量（W），称取20 g米粉样品（M0），在500 mL沸水中蒸煮2 min，将汤汁定容至500 mL，移取50 mL 至已恒重的器皿（M1）中，再将其放置在（105±2）℃条件下干燥至恒重（M2），吐浆值（%）

1.4.4 方便米粉的感官评价 参照杨健等[1]鲜湿米粉感官评分标准，结合方便米粉的特点进行修改，制定方便米粉感官评价标准。方便米粉经沸水泡6～8 min后，由12位具有品尝经验的专业人士对方便米粉进行感官评分。

表2 方便米粉感官评价标准

1.4.5 方便米粉质构测定 采用TPA方法测定方便米粉质构[15]。称取方便米粉样品100 g放入盛有500 mL 沸水（蒸馏水）的烧杯中，加盖静置浸泡8 min，立即捞出米粉，沥干水分进行TPA（全质构）测定。测定参数为探头HDP/PFS，测前、测试、测后速度分为2、1、1 mm/s，感应力5 g，压缩率70%，时间1 s。测定方便米粉的硬度、弹性、回复性、咀嚼性、胶着性、粘性、黏聚性，测定过程在10 min内完成，每个样品重复测量6次。

1.5 数据分析

采用SPSS 19.0软件进行单因子方差分析（one way ANOVA）的组间差异性比较，显著性水平为P<0.05和P<0.01，采用皮尔森相关系数双尾检验法（two-tailed）表示。采用Design-expert 8.0.6软件进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 不同干燥温度对方便米粉品质的影响

干燥温度是方便米粉生产过程中的重要工序之一，直接影响方便米粉的食用品质。干燥温度过高，导致方便米粉表面的水分蒸发速度过快，米粉表层形成一层硬壳，阻碍方便米粉内部水分向外扩散，造成米粉出现断条、龟裂等现象，降低方便米粉的冲泡品质[16]。在干燥过程应控制好方便米粉的凝胶化程度，保证米粉具有较好的复水性能[17]。

由表3可知，复水率随着干燥温度升高呈升高的趋势；当干燥温度过高时，米粉水分散失较快，淀粉分子来不及定向排列，直接将淀粉分子混乱的无定型结构固定下来，方便米粉容易复水。断条率和吐浆值随着干燥温度升高呈先降低后升高的趋势。在干燥温度为65℃时，断条率和吐浆值最低，但复水率较高。

表3 不同干燥温度对方便米粉冲泡特性的影响

由表4可知，方便米粉的硬度、弹性、黏聚性、胶着性、咀嚼型及回复性随着干燥温度升高呈先升高后降低的趋势，粘性变化呈先降低后升高的趋势，在干燥温度为65℃时，各指标出现拐点，方便米粉冲泡品质达到最佳。

表4 不同干燥温度对方便米粉质构特性的影响

2.2 不同干燥风速对方便米粉品质的影响

由表5可知，复水率随着干燥风速增加呈先升高后降低的趋势。断条率和吐浆值随着干燥风速增加呈先降低后升高的趋势。在干燥风速为4 m/s时，方便米粉的断条率和吐浆值最低，方便米粉的冲泡品质最佳。

表5 不同干燥风速对方便米粉冲泡特性的影响

由表6可知，方便米粉的硬度、弹性、胶着性、咀嚼性随着干燥风速增加呈先升高后降低的趋势，粘性呈先降低后升高的趋势，回复性持续增加，黏聚性变化不明显。综合考虑，当干燥风速为4 m/s时，方便米粉的冲泡品质最佳。

表6 不同干燥风速方对便米粉质构特性的影响

2.3 不同干燥时间对方便米粉品质的影响

由表7可知，复水率随着干燥时间增加呈先升高后降低的趋势，变化趋势较平缓。断条率和吐浆值随着干燥时间增加呈先降低后升高的趋势，在干燥时间为60 min时，断条率和吐浆值出现转折点，方便米粉的断条率和吐浆值最低，但复水率最高，表明在干燥温度和干燥风速一定的情况下，干燥时间为60 min时，方便米粉的冲泡品质最佳。

表7 不同干燥时间对方便米粉冲泡特性的影响

由表8可知，方便米粉的硬度、胶着性随干燥时间增加呈逐渐升高的趋势，但差值较小，而方便米粉的弹性、黏聚性、咀嚼性、回复性随着干燥时间增加呈先升高后降低的趋势，粘性呈先降低后升高的趋势，各指标在干燥时间为60 min时出现转折点。表明在干燥时间为60 min时，方便米粉的冲泡品质最佳。

表8 不同干燥时间对方便米粉质构特性的影响

2.4 方便米粉干燥工艺响应面优化试验

根据中心组合Box-Behnken试验设计原理，在单因素试验的基础上，选择单因素试验中对响应值有显著影响的因素，设计3因素3水平响应面优化试验，以干燥温度、干燥风速、干燥时间为自变量，以感官评分作为响应值，试验结果如表9所示。

表9 方便米粉干燥工艺优化响应面试验因素与水平

运用Design Expert 8.0.6软件对表9试验数据进行多元回归分析，得到方便米粉的干燥工艺响应变量X1干燥时间、X2干燥温度、X3干燥风速与Y感官得分之间的多元二次多项回归方程Y=－1 081.127 50+5.325 75X1+27.894 50X2+30.830 00X3－9.000 00X1X2－7.500 00X1X3+0.105 00X2X3－0.048 60X12－0.222 40X22－4.685 00X32。

表9 方便米粉干燥工艺优化响应面试验因素与水平

由表10可知，根据F值和P值，干燥工艺参数对方便米粉感官评分的影响依次为X22>X32>X12>X2>X2X3>X3>X1>X1X3>X1X2，其中X22，X3

表10 方便米粉干燥工艺优化感官评分回归方程方差分析结果

2影响极显著（P<0.01），X12，X2影响显著（P<0.05），其余因素影响不显著（P>0.05）。该回归模型P<0.01，表明该方程模型极显著；模型失拟项不显著（P=0.1726>0.05），即该方程拟合较好，说明模型设计合理，可用于模拟分析和预测方便米粉干燥的最佳工艺参数。

2.5 交互作用对感官评价的影响

用Design Expert 8.0.6软件根据回归方程进行绘图分析（见图1～3）。等高线图为椭圆形，说明2个因素的交互作用明显；等高线图为圆形，说明2个因素的交互作用不明显。

当干燥风速为4 m/s时，随着干燥时间和干燥温度增加，方便米粉的感官评分呈先升高后降低的趋势，同时干燥温度对响应面坡度的改变大于干燥时间，说明影响方便米粉的感官评分为干燥温度>干燥时间。从图1等高线图可以看出，等高线形状是椭圆形，说明干燥时间和干燥温度交互作用明显。

图1 干燥时间和干燥温度对方便米粉感官评分的响应面图与等高线图

当干燥温度为65℃时，随着干燥时间和干燥风速增加，方便米粉的感官评分呈先升高后降低的趋势，同时干燥时间对响应面坡度的改变大于干燥风速，说明影响方便米粉的感官评分为干燥时间>干燥风速。从图2等高线图可以看出，等高线形状是椭圆形，说明干燥时间和干燥风速交互作用明显。

图2 干燥时间和干燥风速对方便米粉感官评分的响应面图与等高线图

当干燥时间为60 min时，随着干燥风速和干燥温度增加，方便米粉的感官评分呈先升高后降低的趋势，同时干燥温度对响应面坡度的改变大于干燥风速，说明影响方便米粉的感官评分为干燥温度>干燥风速。从图3等高线图可以看出，等高线形状是椭圆形，说明干燥风速和干燥温度交互作用明显。

图3 干燥风速和干燥温度对方便米粉感官评分的响应面图与等高线图

2.6 最适方便米粉干燥工艺参数验证试验

根据Box-Behnken设计模型分析可知，方便米粉的最适干燥工艺参数为干燥时间60.49 min，干燥温度64.87℃，干燥风速3.97 m/s，感官评分预测值为45.939 9。为验证方案的有效性，在干燥时间为60 min，干燥温度为65℃，干燥风速为4 m/s的条件下进行3次重复验证试验，感官评分为46.20。说明根据Box-Behnken模型得到的方便米粉干燥工艺参数预测准确可靠。

3 结论

本研究对方便米粉的干燥工艺参数进行优化，在提高方便米粉干燥效率的前提下，使方便米粉品品质得到有效提升，满足方便米粉工业化生产的需求。在单因素试验的基础上采用响应面进行优化，结果表明方便米粉干燥温度、干燥风速、干燥时间对产品品质有不同程度的影响。响应面试验优化干燥工艺参数为干燥温度65℃，干燥风速4 m/s，干燥时间60 min，在此参数下制得的方便米粉的感官评分为46.20，说明根据Box-Behnken模型预测得到的方便米粉的制作工艺准确可靠，对方便米粉生产具有实践指导意义。