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基于模糊綜合評價法優化擠壓型速凍青稞魚面關鍵工藝

2017-07-05 14:46:35胡欣潔趙雪梅段麗麗
食品與機械 2017年4期
關鍵詞:工藝

胡欣潔 - 趙雪梅 - 丁 捷 段麗麗 -

(1. 江南大學食品學院,江蘇 無錫 214122;2. 四川農業大學食品學院,四川 雅安 625014;3. 四川旅游學院,四川 成都 610100)

基于模糊綜合評價法優化擠壓型速凍青稞魚面關鍵工藝

胡欣潔1,2HUXin-jie1,2趙雪梅3ZHAOXue-mei3丁 捷3DINGJie3段麗麗3DUANLi-li3

(1. 江南大學食品學院,江蘇 無錫 214122;2. 四川農業大學食品學院,四川 雅安 625014;3. 四川旅游學院,四川 成都 610100)

以加水量、和面時間、靜置時間、速凍溫度為工藝關鍵點,在單因素試驗基礎上,基于模糊綜合評價法,利用響應面法優化擠壓型速凍青稞魚面關鍵工藝參數。試驗結果表明:加水量和速凍溫度對面條綜合品質影響均達到顯著水平(P<0.05),且加水量和速凍溫度之間存在明顯的協同作用,對面條品質綜合評分影響的主次順序為加水量>速凍溫度。而和面時間與靜置時間對成品綜合品質影響呈正相關,但是影響不顯著。最佳關鍵參數為:加水量18.84%、和面時間12 min、靜置時間25 min、速凍溫度-32 ℃。

速凍青稞魚面;工藝;模糊評價法

擠壓技術是多學科交叉所產生的一門高新技術。食品擠壓是集混合、攪拌、成型等多種操作單元為一體,具有連續加工、方便靈活和高效等優點[1]。將擠壓技術應用于面條的生產上,不僅能夠減少傳統的工藝過程,大大縮短生產周期,降低生產成本,還能夠改善產品的組織狀態和口感,有效提高成品面條的品質等[2]。王威等[3]采用雙螺桿擠壓膨化機加工全麥鮮濕面,通過響應面法優化得到的最佳工藝參數為:水分含量41 g/100 g,螺旋轉速35 r/min,擠壓溫度83 ℃;錢平等[4]利用單螺桿擠壓機加工非油炸方便面,以正交試驗篩選出一組改良劑配方,獲得了較好的效果;梁卓然[5]利用擠壓技術得到具有良好外觀與烹調特性的紅稗營養面條;徐穎[6]發現擠壓型魚糜面條的最佳工藝參數為物料外加水分31.1%,機筒溫度122.5 ℃,螺桿轉速53 r/min;魏益民[7]利用雙螺桿擠壓機制備玉米面條和蕎麥面條,試驗結果表明,樣品水分含量30%、擠壓溫度80 ℃左右面條的蒸煮品質最好;隋繼學等[8]選取加水量、香椿汁添加量和攪拌輥轉速對速凍香椿面條的工藝條件進行優化,得到了最佳工藝參數,該工藝條件下,香椿面條的品質能達到最佳狀態。但常見的面條工藝優化考察目標以感官評分、彈性、硬度等簡單且少量指標為主,未全面考察關鍵工藝對成品綜合品質的影響,優化效果較片面。

青稞是中國西北、內蒙和西藏等高寒地區廣泛栽培種植的一種常見裸大麥,屬低脂低糖優質雜糧,有較高的營養價值及醫療保健作用[9-11]。在推動青稞深加工的過程中,考慮到其特殊的保健功效,目前多利用青稞全粉和小麥面粉的混粉生產一些快餐食品、高纖維食品、低能量烘焙食品;本課題組[12]前期曾以青稞粉、小麥粉、魚糜和谷朊粉等為原料,成功研發出一種工藝簡單且風味較佳、營養豐富的單螺旋擠壓型速凍青稞魚面。但采用單螺旋擠壓法加工的速凍青稞魚面與壓延法[13](CN 105767886 A)相比,在加工過程中有容易黏連成團,成品率較低,糊化后斷條率較高,口感較差等問題。現階段對于速凍青稞面條品質的改良,基本停留在配方優化的基礎上,丁捷等[14]發現青稞粉與麥芯粉混粉比例為1∶9~1∶6時速凍面條成品品質最好。目前對于基于綜合評價法的擠壓型速凍青稞面條關鍵工藝優化尚未見報道。

本試驗針對擠壓型速凍青稞魚面,基于模糊綜合評價法研究關鍵工藝參數對其品質的影響,利用響應面試驗優化顯著影響品質綜合評分的關鍵工藝,以期為速凍青稞魚面進一步工業化生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

1.1.1 試驗材料

青稞粉:由甘孜州農科所八美農場提供的康青8號(2016年產)制備;

面條專用粉:臨邑縣鴻泰制粉有縣公司;

谷朊粉:山東渠風食品科技有限公司;

綠色生態井鹽:四川久大制鹽有限責任公司;

食用純堿:鄭州特正商貿有限公司;

復合磷酸鹽:徐州恒世磷酸鹽有限公司;

CMC(羧甲基纖維素鈉):鄭州特正商貿有限公司。

1.1.2 儀器與設備

電子天平:YB-N型,上海精密儀器儀表有限公司;

高速組織攪碎機:DS-1型,上海標本模型廠;

高速分散器(內切式勻漿機):XHF-D型,寧波新芝生物科技股份有限公司;

自動面條機:HR2356型,飛利浦投資有限公司;

高精度專業食品物性分析儀:TMS-PRO型,美國TFC公司;

手壓封口機:SF-400型,沈陽東泰機械制造有限公司;

急凍柜: RD10型立式,北京榮港順華制冷設備有限公司;

錘片式糧食試驗粉碎機:IFSJ-I型,成都施特威科技發展公司;

電熱鼓風干燥箱:101-oA型,北京中興偉業儀器有限公司;

電子恒溫不銹鋼水浴鍋:HHS-8s型,上海光地儀器設備有限公司。

1.2 速凍青稞魚面加工工藝

1.2.1 加工工藝 根據文獻[12~13],將草魚洗凈,去頭、去鱗、去內臟預處理后得到兩片魚肉。用水洗凈魚肉后,放入5倍水,漂洗2次。然后將魚肉和水按1∶1(質量比)的比例在組織搗碎勻漿機1 200 r/min下勻漿1 min得到魚糜。以180 g青稞混粉(青稞粉∶高筋麥芯粉=1∶9)為基準,稱取0.10%食用堿,復合磷酸鹽0.25%,CMC(羧甲基纖維素鈉)0.20%,谷朊粉8.33%,食鹽1.25%,魚糜33.33%,純凈水16.67%。將食用堿、復合磷酸鹽、CMC、食鹽、純凈水在95 ℃水浴鍋中加熱溶解,獲得復合改良劑溶液。將青稞混粉、谷朊粉混和在勻漿機10 000 r/s的條件下勻漿30 s后,將魚糜(含復合改良劑、純凈水)一起加入自動面條機中。采用孔徑為1 mm的模具,和面8 min后靜置15 min單螺旋擠壓制得生面條。將生面條經沸水糊化,冷水冷卻后瀝干,稱重分袋包裝,然后進行速凍冷藏。面條直接置于微波爐、蒸汽或沸水加熱,即可拌上調料食用。

1.2.2 單因素試驗

(1) 加水量對速凍青稞魚面品質的影響:控制加水量分別為10%,12%,14%,16%,18%,20%,探討對成品面條質構、感官和蒸煮品質的影響。

(2) 和面時間對速凍青稞魚面品質的影響:控制和面時間分別為4,6,8,10,12,14 min,探討對成品面條質構、感官和蒸煮品質的影響。

(3) 和面后的靜置時間對速凍青稞魚面品質的影響:控制和面后靜置時間分別為4,6,8,10,12,14 min,探討對成品面條質構、感官和蒸煮品質的影響。

(4) 速凍溫度對速凍青稞魚面品質的影響:控制速凍溫度分別為-19,-22,-25,-28,-31,-34 ℃,探討對成品面條質構、感官和蒸煮品質的影響。

完成單因素試驗后,對關鍵工藝參數與面條品質指標的相關性進行分析,確定顯著影響面條綜合品質評分的因素。

1.2.3 CCD響應面試驗設計 在單因素試驗基礎上,采用和面時間12 min,靜置時間25 min,選擇加水量及速凍溫度為變量,以面條品質綜合評分為考察指標,根據CCD響應面試驗設計原理[15],采取兩因素三水平的響應面分析方法對速凍青稞魚面關鍵工藝參數進行優化。

1.3 指標的測定

1.3.1 質構特性的測定 根據文獻[16~17]的方法,改進如下:取速凍青稞魚面10 g,不解凍直接放入盛有500 mL沸水中煮熟撈出,置于漏水絲網容器中過水,然后立即放入裝有200 mL室溫蒸餾水中,2 min后取出瀝干至無明水。每次將4根面條水平放置在載物臺上,放置方向與平口探頭垂直,參數設定(高度30 mm,形變量50 mm,速度60 mm/min,回復力0.375 N,兩次壓縮停留間隔5 s)。每組試驗平行6組,每個儀器參數處理采用去掉最大值和最小值,求平均值的方法。

1.3.2 蒸煮特性的測定

(1) 水分的測定:采用常壓干燥法[18]。

(2) 干物質吸水率測定:根據文獻[19],取20根長為22 cm的面條稱重,置于500 mL沸騰的蒸餾水中煮制4 min,撈出面條放到濾紙上瀝干5 min稱重,按式(1)計算干物質吸水率。

(1)

式中:

X——干物質吸水率,%;

M2——煮后面條的重量,g;

M1——煮前面條的重量,g;

W——面條水分含量,%。

(3) 干物質損失率測定:根據文獻[20]的方法,修改如下:將測干物質吸水率時剩余的面湯放至常溫后,轉入500 mL容量瓶中定容混勻,量取50 mL面湯倒入恒重的250 mL燒杯中,放在可調式電爐上蒸發掉大部分水分后,再量取50 mL面湯,如此重復4次,當量取的200 mL面湯在燒杯中蒸發至少許時,將燒杯放入105 ℃烘箱內烘至恒重,取出放入干燥器中冷卻至室溫稱重,按式(2)計算干物質損失率。

(2)

式中:

Y——干物質損失率,%

M——200 mL面湯中干物質質量,g;

G——煮前面條質量,g;

W——煮前面條的水分含量,%。

(4) 面條最佳煮制時間的測定:根據文獻[21]的方法,修改如下:取25根速凍面條放入200 mL沸水中,同時開始計時。保持水處于微沸狀態下煮制,從2 min開始,每隔10 s取出一根面條,用透明片壓開觀察面條中間有無白芯,白芯剛消失為止,記錄時間,為面條的最佳煮制時間,每個試樣進行3個平行。

(5) 面條斷條率的測定:參照文獻[22],取25根面條放入200 mL的沸水煮至最佳煮制時間后撈出,觀察有無斷條,按式(3)計算面條的斷條率。

(3)

式中:

N——斷條率,%;

n1——斷條根數;

n——烹煮根數。

(6) 成品率的測定:按式(4)計算成品率。

(4)

式中:

M——成品率,%;

m1——成品重量,g;

m——投料重量,g。

1.3.3 感官評價 參考文獻[23~24],修改如下:量取500 mL自來水于不銹鋼鍋中,在2 000 W電磁爐上煮沸,煮至面條芯的白色生粉剛剛消失,立即撈出分裝在碗中待品嘗。選擇10名感官評定員,對不同處理的樣品進行色澤、表觀狀態和風味的感官評定。評價標準見表1。

1.3.4 品質綜合評價 評價項目成品率U1、感官評分U2、水分含量U3、吸水率U4、損失率U5、最佳煮制時間U6、斷條率U7、硬度U8、黏附性U9、彈性U10、咀嚼性U11,根據前期研究實踐并參考文獻[25],確定指標范圍:U1=60%~90%,U2=55~90,U3=20%~35%,U4=55%~110%,U5=5%~25%,U6=10~260 s,U7=0%~35%,U8=0.5~1.5 N,U9=0.01~4 mJ,U10=0~4 mm,U11=0~2 N。

表1 速凍面條感官評價標準Table 1 Sensory evaluation quick-frozen noodles

為了進行模糊綜合評價,要計算隸屬度值,根據線性模型建立如下隸屬度[26-27]:

品質綜合評分為:

Y=p(U1)×a1+p(U2)×a2+p(U3)×a3+p(U4)×a4-p(U5)×a5+p(U6)×a6-p(U7)×a7+p(U8)×a8+p(U9)×a9+p(U10)×a10-p(U11)×a11,

(5)

式中:

Y——品質綜合評分;

ai——各指標在評價體系中所占的比重,由經驗確定,品質綜合評分ai其值分別為0.05,0.2,0.1,0.1,0.1,0.05,0.1,0.1,0.1,0.05,0.05。

1.4 數據處理

數據統計采用Excel軟件,方差分析、Duncan多重比較顯著性差異分析、相關性分析用SPSS 20.0,響應面分析采用Desgin 8.0.6。

2 結果與分析

2.1 加水量對速凍青稞魚面品質的影響

由表2可知,面條品質綜合評分隨加水量的增加呈現先增加后減小的趨勢,加水量為16%~20%時面條品質相對較佳,成品率和吸水率較高,分別達到74.83%~81.10%,72.87%~78.25%,硬度和黏附性適中,咀嚼性、斷條率和損失率較低,感官風味口感較好。

2.2 和面時間對速凍青稞魚面品質的影響

由表3可知,不同處理組的面條品質綜合評分差異顯著,和面時間10~14 min時面條品質評分較為理想,面條成品率較高,損失率較低,蒸煮品質和質構特性較佳。其中,面條品質綜合評分在和面12 min時達到最高值(0.90),此時感官評分為86.00成品率為83.77%。

2.3 靜置時間對速凍青稞魚面品質的影響

由表4可知,面條品質綜合評分隨靜置時間的延長呈現先增加后減小的趨勢。靜置20~30 min時面條品質綜合評分較高,較其他處理組差異顯著(P<0.05),成品硬度、咀嚼性和黏附性較小,斷條率和損失率較低,最佳煮制時間較長。靜置時間為25 min時,面條綜合品質最佳,顯著優于其他處理組(P<0.05)。

2.4 速凍溫度對速凍青稞魚面品質的影響

速凍溫度越低,凍結速度越快,所形成的冰晶越小,其對面條內部面筋結構破壞程度越小,成品綜合評價越佳。由表5可知,面條品質綜合評分隨速凍溫度的升高總體呈現下降的趨勢,在速凍溫度為-34~-31 ℃時評分最高(0.88),-19 ℃時顯著下降(0.80)。當速凍溫度低于-31 ℃時,成品綜合品質評分差異不顯著(P>0.05),因此從工藝成本出發,速凍溫度選擇在-34~-28 ℃時,面條硬度較為適宜,彈性較高,損失率較低,耐煮不易混湯,感官品質較佳。

表2 加水量對速凍青稞魚面品質的影響?Table 2 Effect of purified water addition on quick-frozen Highland barley fish noodles quality

? 同列數據中標注不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表3 和面時間對速凍青稞魚面品質的影響?Table 3 Effect of different mixing time on quick-frozen Highland barley fish noodles quality

? 同列數據中標注不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表4 靜置時間對速凍青稞魚面品質的影響?Table 4 Effect of different tanding time on quick-frozen Highland barley fish noodles quality

? 同列數據中標注不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表5 速凍溫度對速凍青稞魚面品質的影響?Table 5 Effect of different quick-frozen temperatures on quick-frozen Highland barley fish noodles quality

? 同列數據中標注不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.5 關鍵工藝參數與速凍青稞魚面品質指標的相關性分析

由表6可知,各工藝參數與面條品質指標之間有一定的相關性。加水量與面條的吸水率呈極顯著正相關(P<0.01),與品質綜合評分呈顯著正相關(P<0.05);和面時間與斷條率呈顯著負相關(P<0.05),與感官評分呈極顯著正相關(P<0.01);靜置時間與硬度呈顯著負相關(P<0.05);速凍溫度與最佳煮制時間、品質綜合評分呈極顯著正相關(P<0.01),與成品率呈顯著正相關(P<0.05)。綜上所述,與面條綜合品質相關性顯著的工藝參數條件為加水量和速凍溫度,而和面時間與靜置時間對成品綜合品質影響呈正相關,但是影響不顯著。因此,選擇加水量、速凍溫度進行后續試驗。

2.6 CCD響應面試驗結果與分析

2.6.1 CCD響應面試驗 CCD試驗編碼因素水平、實施方案與結果分別見表7、8。

表6 速凍青稞魚面加工工藝特性間的Pearson相關性分析?Table 6 Pearson correlation analysis between quick-frozen Highland barley fish noodles and Processing Technology

? **.在 0.01 水平上顯著相關;*. 在 0.05 水平上顯著相關。

表7 編碼因素水平Table 7 The coded form of factor level

表8 試驗實施方案與結果Table 8 Experiment implementing plan and results

2.6.2 方差分析 對表8試驗數據進行回歸擬合,得到品質綜合評分(Y)為響應值的回歸方程:

Y=0.97+0.036A-0.029B-0.034AB-0.058A2-0.057B2。

(6)

表9 綜合品質評分的方差分析?Table 9 Variance analysis of the comprehensive quality scores

2.6.3 單因素效應分析 采用降維分析法進行單因素效應分析,即將回歸方程中兩個因素固定在零水平,分別得到2個因素的因素模型:

YA=0.97+0.036A-0.058A2,

(7)

YB=0.97-0.029B-0.057B2。

(8)

由圖1可知,隨著水量的增加、速凍溫度的增高,面條的品質綜合評分呈現先增加后降低的趨勢,各因素在-0.5~0.5水平間對品質綜合評分的影響存在極大值,曲線的彎曲程度為A>B,因此對面條品質綜合評分影響的主次順序為加水量>速凍溫度。

2.6.4 因素交互作用分析 加水量和速凍溫度的交互作用對面條品質綜合評分的影響見圖2。當加水量在18.20%左右和速凍溫度達到-31.20 ℃左右時,品質綜合評分達到最大值(0.98);在加水量>18.20%、速凍溫度>-31.20 ℃時,品質綜合評分隨水量、速凍溫度的增加而增加,這是兩個因素協同所致,可能是水量的增加,有利于面筋組織的充分形成,彈性增加,不容易被拉斷[28];隨速凍溫度的上升,在一定范圍內會防止因速凍溫度過低而使面條表面出現干裂、粗糙的現象,品質較佳。當加水量大于18.20%、速凍溫度大于-31.20 ℃時,評分隨加水量和速凍溫度的增加而降低,可能是水量過高時,面條較柔軟,難以切分;而速凍溫度越高,凍結的速度越慢,在面條組織內形成的冰晶顆粒越大,越容易破壞面筋網絡結構,導致品質下降[29-30]。

A. 加水量 B. 速凍溫度圖1 單因素軌跡圖Figure 1 Perturbation of single factors

圖2 各因素交互作用的響應面圖

Figure 2 Response surface plots showing the interactive effects of two factors on bacteriostatic rate

2.6.5 關鍵工藝參數優化及驗證實驗結果 通過Desgin 8.0.6進行模型優化的最佳工藝參數為:加水量18.84%、速凍溫度-32.14 ℃,品質綜合評分預計能夠達到0.984,為了實際生產操作的便利,將工藝參數調整為加水量18.84%、速凍溫度-32 ℃。利用此工藝進行驗證實驗,重復5次,得到的品質綜合評分為0.982±0.006,優于其他工藝組合。

3 結論

對于擠壓型速凍青稞魚面加工工藝而言,加水量、和面時間、靜置時間和速凍溫度均為重要關鍵工藝,但加水量和速凍溫度對面條綜合品質影響更顯著(P<0.05),且加水量和速凍溫度之間存在明顯的協同作用,對面條品質綜合評分的影響的主次順序為加水量>速凍溫度。而和面時間與靜置時間對成品綜合品質影響呈正相關,但是影響不顯著。

試驗獲得擠壓型速凍青稞魚面最佳工藝參數:加水量18.84%、和面時間12 min、靜置時間25 min、速凍溫度-32 ℃,此時品質綜合評分為0.982。通過此方法生產的魚面不僅口感良好,質構特性和蒸煮特性較佳,還有效解決了單螺旋擠壓型速凍青稞魚面在加工過程中有容易黏連成團、成品率較低,糊化后斷條率較高,口感較差等問題,為青稞主食工業化的生產提供了依據。本研究主要是針對單螺旋擠壓面條機的特點進行工藝參數的優化,并未考慮速凍青稞魚面本身的工藝條件,后續將針對魚糜加工工藝、魚面速凍的時間和冷藏時間等進行深入研究。

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基金項目:山東省農業產業技術體系建設經費資助項目(編號:SDAIT-07-07)

作者簡介:孫亞男,女,青島農業大學在讀碩士研究生。

通信作者:李文香(1963-),女,青島農業大學教授,博士。 E-mail:xiang7332@126.com

收稿日期:2016-12-14

基金項目:吉首大學大學生研究性學習與創新性實驗計劃項目(編號:教通[2015]21-55)

作者簡介:余兆碩,男,吉首大學在讀本科生。

通信作者:麻成金(1963—),男,吉首大學教授,碩士。 E-mail: machengjin368@126.com

收稿日期:2017—03—15

Research on the key technological application of extrusion type quick-frozen highland barley fish noodle based on the fuzzy comprehensive

(1.SchoolofFoodScienceandTecnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China;2.CollegeofFoodScience,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an,Sichuan625014,China;3.SichuanTourismCollege,Chengdu,Sichuan610100,China)

Taking the Water addition, mixing time, settling time and freezing temperature as factors, response surface experiments were used to optimize the technological application of extrusion type quick-frozen highland barley fish noodle based on the results of single factor experiments by the fuzzy comprehensive. Results were as followed: Water addition and freezing temperature with the quality of noodle were significant(P<0.05), which have synergistic enhancing effects. The primary and secondary order of technological factors that affect the total quality score of noodle were water addition and freezing temperature, respectivley. Mixing time and settling time on consumer behavior on the total quality score of noodle was positively correlated, but the impact was not significant. The optimum parameters for extrusion type quick-frozen highland barley fish noodle were: water addition 18.84%, mixing time of 12 min, settling time of 25 min and freezing temperature of -32 ℃.

quick-frozen highland barley fish noodle; technological; fuzzy comprehensive

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.04.032

廣西壯族自治區高等學校科學研究項目(編號:KY2015YB519);廣西大學生創新創業項目(編號:201513639015)

張佳艷,女,廣西科技大學鹿山學院講師,碩士。

熊建文(1981—),男,廣西科技大學鹿山學院副教授,碩士。E-mail: 43725922@qq.com

2017—01—11

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