響應(yīng)面法優(yōu)化方便米飯蒸煮工藝

周 薇，邢 明，李遠(yuǎn)志，*（.廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院，廣東廣州50430；.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州5064）

響應(yīng)面法優(yōu)化方便米飯蒸煮工藝

周 薇1，邢 明2，李遠(yuǎn)志2，*
（1.廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院，廣東廣州510430；
2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642）

研究了方便米飯生產(chǎn)蒸煮過程中蒸煮條件對(duì)米飯品質(zhì)的影響。選擇對(duì)米飯品質(zhì)影響較大的蒸煮時(shí)間、米水比、蒸煮功率為自變量，米飯復(fù)水時(shí)間為響應(yīng)值，利用響應(yīng)面分析方法，模擬得到二次多項(xiàng)式回歸方程的預(yù)測(cè)模型，并優(yōu)化出蒸煮工藝的最佳條件為：蒸煮時(shí)間6.5min，米水比1∶6.5，蒸煮功率1600W，此時(shí)方便米飯復(fù)水時(shí)間為4.17min。

方便米飯，蒸煮，響應(yīng)面法，優(yōu)化

米飯是我國三分之二以上人口的主食，在人們生活中占有重要地位。隨著生活水平的提高和工作節(jié)奏的加快，方便食品需求量日益增大，作為主食的米飯方便化成為發(fā)展趨勢(shì)。然而目前生產(chǎn)的方便米飯，普遍存在復(fù)水性差，口感和復(fù)水速度都與傳統(tǒng)米飯差異較大[1]。對(duì)于α化方便米飯生產(chǎn)工藝方面的研究，目前基本集中在原料適應(yīng)性[2-4]、浸泡處理[5-6]和干燥條件[7-8]對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響以及生產(chǎn)工藝的優(yōu)化方面。

蒸煮是方便米飯生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝。大米的蒸煮時(shí)間、米水比、蒸煮溫度等對(duì)米飯品質(zhì)有較大的影響。工業(yè)上普遍存在兩種蒸煮方式，一種是稍煮后再蒸，直到把大米蒸熟；另一種是直接把大米煮熟。直接煮熟制成的成品由于煮制時(shí)間長(zhǎng)，提高了米粒的膨脹度，使水分滲透到了米粒內(nèi)部，提高了糊化度。并且干燥前米粒的吸水量越大，干燥后的復(fù)水速度越快，這樣使大米的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不易損失，并保持了米飯的風(fēng)味，使得產(chǎn)品的品質(zhì)好。本研究采用的是直接把大米煮熟的方法，探討了蒸煮條件對(duì)方便米飯復(fù)水后品質(zhì)的影響，為進(jìn)一步改進(jìn)工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料大米 東莞市太糧米業(yè)有限公司生產(chǎn)的太糧香軟米，市售。

DK-8D電熱恒溫水浴鍋 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；DGG-9420A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；MC-SF194電磁爐 廣東美的生活電器制造公司；JA2003A電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 方便米飯工藝流程

大米→淘洗→浸泡→蒸煮→離散→干燥→冷卻→整理→包裝→成品。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 方便米飯理化指標(biāo)的測(cè)定 按照GB/T 15682測(cè)定方便米飯的復(fù)水率、膨脹率、復(fù)水時(shí)間等理化指標(biāo)[9]。

1.3.1.1 米飯復(fù)水率的測(cè)定 準(zhǔn)確稱取方便米飯成品m1置于燒杯中，加入5倍沸水并立即加蓋復(fù)水5min后立即瀝干，并用吸水紙吸干表面水分后稱重m2，復(fù)水率（%）用m2表示。

1.3.1.2 米飯膨脹率的測(cè)定 稱取0.50g樣品于已盛有5mL水的10mL量筒內(nèi)，量取體積V1。將同等質(zhì)量的上述樣品復(fù)水8min，取出后用吸水紙吸干表面水分，量取體積V2。

1.3.1.3 米飯復(fù)水時(shí)間的測(cè)定 稱取一定量的方便米飯置于燒杯中，倒入方便米飯重量3倍的熱水，于水浴中保溫，一定時(shí)間后，在表面取2～3粒米飯，放在玻璃板上，蓋上同樣規(guī)格的玻璃板，用雙手壓緊。如無白心，則表明方便米飯已完全復(fù)水。記錄此時(shí)消耗的時(shí)間即為方便米飯的復(fù)水時(shí)間。

1.3.2 方便米飯感官品質(zhì)評(píng)定 采用類項(xiàng)標(biāo)度檢驗(yàn)法中的數(shù)值標(biāo)度法，由20人組成評(píng)審小組對(duì)復(fù)水后方便米飯的色澤、形態(tài)、滋味、香味和口感進(jìn)行感官評(píng)定，各項(xiàng)指標(biāo)滿分10分，總分為50分[10]。詳細(xì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 方便米飯感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Instant rice sense organ score

1.3.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.3.3.1 蒸煮功率對(duì)方便米飯品質(zhì)的影響 準(zhǔn)確稱取100.0g大米若干份，淘洗后按米水比1∶1.8進(jìn)行浸泡34min，瀝水后分別于500、800、1300、1600、1900W條件下進(jìn)行蒸煮至米粒完全ɑ化，離散后烘干得到方便米飯，測(cè)定其復(fù)水率、膨脹率和復(fù)水時(shí)間，并進(jìn)行感官評(píng)定。

1.3.3.2 蒸煮米水比對(duì)方便米飯品質(zhì)的影響 準(zhǔn)確稱取100.0g大米若干份，淘洗后按米水比1∶1.8進(jìn)行浸泡34min，于1300W條件進(jìn)行蒸煮至米粒完全ɑ化，蒸煮米水比分別為1∶4.0、1∶5.0、1∶6.0、1∶7.0和1∶8.0。離散烘干后得到方便米飯，測(cè)定其復(fù)水率、膨脹率和復(fù)水時(shí)間，并進(jìn)行感官評(píng)定。

1.3.3.3 蒸煮時(shí)間對(duì)方便米飯品質(zhì)的影響 準(zhǔn)確稱取100.0g大米若干份，淘洗后按米水比1∶1.8進(jìn)行浸泡34min，于1300W條件按米水比1∶7.0進(jìn)行蒸煮至米粒完全ɑ化，蒸煮時(shí)間分別為5.5、6.0、6.5、7.0、7.5min。離散、烘干后得到方便米飯，測(cè)定其復(fù)水率、膨脹率和復(fù)水時(shí)間，并進(jìn)行感官評(píng)定。

1.3.4 響應(yīng)面法對(duì)方便米飯蒸煮工藝進(jìn)行優(yōu)化 綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)3因素3水平的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)因素水平編碼表Table 2 Experimental factors-level coding table

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)各個(gè)因子對(duì)方便米飯品質(zhì)的影響

2.1.1 蒸煮功率對(duì)方便米飯品質(zhì)的影響 由圖1和圖2可以看出，隨蒸煮功率的升高，米飯復(fù)水率、膨脹率變化幅度不大，當(dāng)蒸煮功率為1300W時(shí)復(fù)水時(shí)間相對(duì)較短，方便米飯感官評(píng)分較高。功率較小時(shí)，大米完全α化需要時(shí)間較長(zhǎng)，功率太大煮出來的米飯粘度大[11]，綜合考慮認(rèn)為1300W是方便米飯蒸煮的最佳功率。

圖1 蒸煮功率對(duì)方便米飯復(fù)水率和膨脹率的影響Fig.1 Effect of cooking power on the rehydration rate and inflation rate of instant rice

圖2 蒸煮功率對(duì)方便米飯復(fù)水時(shí)間和感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of cooking power on the rehydration time and sense organ quality of instant rice

2.1.2 蒸煮米水比對(duì)方便米飯品質(zhì)的影響 由圖3、圖4可看出，隨著米水比的增加，方便米飯的復(fù)水率、膨脹率呈現(xiàn)波浪形變化，單總體變化趨勢(shì)不大。蒸煮米水比為1∶7時(shí)，方便米飯復(fù)水時(shí)間最短，感官評(píng)分較高。綜合考慮選擇方便米飯的蒸煮米水比為1∶7。

圖3 蒸煮米水比對(duì)方便米飯復(fù)水率和膨脹率的影響Fig.3 Effect of rice/water ratio on the rehydration rate and inflation rate of instant rice

圖4 蒸煮米水比對(duì)方便米飯復(fù)水時(shí)間和感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of rice/water ratio on the rehydration time and sense organ quality of instant rice

2.1.3 蒸煮時(shí)間對(duì)方便米飯品質(zhì)的影響 由圖5和圖6可以看出，隨著蒸煮時(shí)間的延長(zhǎng)，米飯復(fù)水率、膨脹率和復(fù)水時(shí)間呈現(xiàn)波浪式變化，在蒸煮時(shí)間為7.0min時(shí)，方便米飯復(fù)水率、膨脹率達(dá)到了較高值，復(fù)水時(shí)間較短，感官評(píng)分較高。可能是由于蒸煮時(shí)間過長(zhǎng)，米飯粘度過大，對(duì)復(fù)水后米飯的品質(zhì)影響較大。綜合考慮選擇方便米飯的蒸煮時(shí)間為7.0min。

圖5 蒸煮時(shí)間對(duì)方便米飯復(fù)水率和膨脹率的影響Fig.5 Effect of cooking time on the rehydration rate and inflation rate of instant rice

圖6 蒸煮時(shí)間對(duì)方便米飯復(fù)水時(shí)間和感官品質(zhì)的影響Fig.6 Effect of cooking time on the rehydration time and sense organ quality of instant rice

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，復(fù)水率、膨脹率及感官評(píng)分的整體變化趨勢(shì)不大，而復(fù)水時(shí)間對(duì)于方便食品來講是一個(gè)很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此以蒸煮時(shí)間、米水比、蒸煮功率為自變量，以方便米飯復(fù)水時(shí)間為響應(yīng)值進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Box-Behnken experimental design and results

運(yùn)用SAS軟件對(duì)表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到方便米飯復(fù)水時(shí)間對(duì)以上3個(gè)因素的二次多項(xiàng)回歸模型為：

Y=-113.269+31.13917X1+4.648333X2+0.007542X3-2.271667X12-0.23X1X2+0.000167X1X3-0.225417X22-0.000833X2X3-0.000014X32

對(duì)該模型進(jìn)行回歸方差分析的顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表4，回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表4可知，總模型的p＜0.05，表明回歸模型顯著。由表5可知，模型的一次項(xiàng)X2、二次項(xiàng)X22的影響顯著，二次項(xiàng)X12的影響極顯著，說明各因素對(duì)米飯復(fù)水時(shí)間的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。相關(guān)系數(shù)R2= 0.9280，說明模型擬合程度很好，可用來分析和預(yù)測(cè)方便米飯蒸煮處理工藝條件。根據(jù)回歸方程，作響應(yīng)面分析，如圖7所示。從圖7可以看出，在所選的范圍內(nèi)存在極值，X1、X2的交互作用較強(qiáng)，編碼值較大的X1和X2反而使得響應(yīng)值Y有減小的趨勢(shì)。通過軟件分析，確定方便米飯蒸煮的最佳工藝為：蒸煮時(shí)間6.5min，米水比1∶6.5，電磁爐功率1600W，此時(shí)方便米飯復(fù)水時(shí)間為4.17min。

表4 各項(xiàng)回歸的方差分析Table 4 Analysis of variance for the regression

表5 回歸模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table 5 Significant test of regression coefficient

圖7 蒸煮時(shí)間和米水比對(duì)方便米飯復(fù)水時(shí)間影響的響應(yīng)曲面Fig.7 The response surface effect of cooking time and rice/water ratio on the instant rice rehydration time

為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行裕谝呀⒌臄?shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，利用SAS軟件優(yōu)化出1組數(shù)據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)將實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較。如表6所示，該實(shí)驗(yàn)條件下誤差值在2%以下，可見該模型可以較好的反映蒸煮處理的工藝條件，也證明了響應(yīng)面法在優(yōu)化蒸煮工藝處理?xiàng)l件參數(shù)的可行性。

表6 模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Table 6 Test verification model

3 結(jié)論

本文在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將響應(yīng)面法應(yīng)用于優(yōu)化方便米飯的蒸煮工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，米水比及其平方項(xiàng)對(duì)方便米飯的復(fù)水時(shí)間的影響顯著，蒸煮時(shí)間的平方項(xiàng)對(duì)方便米飯復(fù)水時(shí)間的影響極顯著。說明蒸煮時(shí)間、米水比對(duì)方便米飯復(fù)水時(shí)間的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。回歸分析和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法合理可行。得到方便米飯蒸煮的最佳條件為：蒸煮時(shí)間6.5min，米水比1∶6.5，蒸煮功率1600W，此時(shí)方便米飯的復(fù)水時(shí)間為4.17min。

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Optimization of cooking process for instant rice by response surface method

ZHOU Wei1，XING Ming2，LI Yuan-zhi2，*
（1.Guangdong Vocational College of Science and Trade，Guangzhou 510430，China；2.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

To study the influence of cooking conditions in cooking process on the quality of instant rice，influencing factors including cooking time，rice/water ratio，and cooking power were taken as independent variables，and rice rehydration time was taken as response value.Response surface methodology was adopted to perform the regress equations calculation and response analysis.The best condition of optimizing the cooking process as follows：cooking time 6.5min，rice/water ratio 1∶6.5，and cooking power 1600W，under the conditions，the rehydration time of the produced instant rice was 4.17min.

instant rice；cooking；response surface methodology；optimization

TS201.1

B

1002-0306（2014）12-0287-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.054

2013－09－11 *通訊聯(lián)系人

周薇（1983-），女，講師，研究方向：食品加工、營(yíng)養(yǎng)與檢測(cè)。

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目（2012B091000006）。