響應面法優化馬鈴薯無礬營養粉條生產工藝

龐彩霞，王利民

（呼和浩特職業學院，內蒙古 呼和浩特 010070）

響應面法優化馬鈴薯無礬營養粉條生產工藝

龐彩霞，王利民

（呼和浩特職業學院，內蒙古 呼和浩特 010070）

以馬鈴薯淀粉為原料，采用擠壓法生產馬鈴薯無礬營養粉條，利用響應面試驗優化擠壓最佳工藝參數。結果表明：在水分添加量為24%、一段擠出溫度140℃、二段擠出溫度100℃的條件下，馬鈴薯無礬營養粉條生產條件最優，此時其感官評分為95.25分，馬鈴薯無礬營養粉條口感最好。

響應面；馬鈴薯；營養粉條；工藝；優化

Abstract：Potatostarch was used as raw material to develop potato-free vitriolic noodles using high-temperature and high-pressure extrusion method，and the optimum process was optimized by response surface method.The results showed that the optimum condition was as follows：water content of 24%，an extrusion temperature of 140℃，two extrusion temperature of 100℃，and the sensory score was 95.25.Under this condition，the best taste of potato noodle nutrition vermicelli.

Key words：response surface；potato；nutritional vermicelli；process；optimization

馬鈴薯又被稱作洋芋、土豆，作為我國四大主糧之一，有重要的地位，馬鈴薯營養成分齊全，尤其淀粉非常優質[1-2]。我國馬鈴薯種植面積逐年提高，具有一定的戰略地位，改變了糧食格局。目前隨著種植面積加大，馬鈴薯產品卻相對較少[3-4]。我國馬鈴薯進一步加工主要是馬鈴薯淀粉及其相關的研發階段[5-6]，目前尚處于初開發階段，產品水平相對落后，品種也較少，影響著我國馬鈴薯作為主糧的開發利用[7-8]。粉絲作為一種傳統食品，在我國有多年的歷史，國內以綠豆、蠶豆、豌豆等作為粉絲的產品較多[9]，然而這類產品價格比較高，粉絲對原料要求較高，原料的性質以及加工方法都會對粉絲的品質產生影響，因此確定粉絲加工工藝顯得尤為重要[10]，明礬是粉絲的抗老化增強劑，添加明礬能夠使粉絲具有較強的彈性和韌性，但鋁是人體的非必需元素，過量攝入會對人體造成傷害。因此，本研究采用擠壓工藝經過兩段擠壓法研制馬鈴薯無礬營養粉條，可為馬鈴薯淀粉綜合開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯淀粉：濟南興森淀粉科技有限公司。

1.2 儀器與設備

SJ-65型單螺桿擠出機：佛山市順德區明柯泰金屬制品有限公司；OST-6Ea型電子計價秤：石家莊勇漢衡器有限公司；HT-KX-125型真空干燥箱：東莞市匯泰機械有限公司；LDS-1G型水分測定儀：上海淋譽貿易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 馬鈴薯無礬粉條單因素試驗

在水分添加量為24%、一段擠出溫度140℃的條件下，二段擠出溫度為 80、90、100、110、120 ℃時，以馬鈴薯無礬營養粉條感官評分為考察指標，考察二段擠出溫度對感官評分的影響。

在水分添加量為24%、二段擠出溫度100℃條件下，一段擠出溫度為 120、130、140、150、160 ℃時，以馬鈴薯無礬營養粉條感官評分為考察指標，考察一段擠出溫度對感官評分的影響。

在一段擠出溫度140℃、二段擠出溫度100℃條件下，水分添加量為22%、23%、24%、25%、26%時，以馬鈴薯無礬營養粉條感官評分為考察指標，考察水分添加量對感官評分的影響。

1.3.3 響應面試驗

根據單因素試驗結果，以水分添加量、一段擠出溫度、二段擠出溫度為因素，馬鈴薯無礬營養粉條感官評分（Y）作為響應值，確定最佳馬鈴薯無礬營養粉條工藝。試驗設計因素水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Factors and levels used in response surface analysis

1.3.4 馬鈴薯無礬營養粉條感官評定

營養粉絲感官評定涉及到氣味、口感、外觀、耐煮性4大方面。本研究選擇10位有食品感官評價經驗的專家進行評定，取其平均值，具體感官評分分值分配見表2。

表2 馬鈴薯無礬營養粉條感官評定標準Table 2 Sensory evaluation criteria for potato-free alum nutritious vermicelli

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯無礬營養粉條單因素試驗結果

2.1.1 一段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養粉條的影響

一段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響見圖1。

圖1 一段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響Fig.1 Effect of 1st extrusion temperature on sensory score

根據圖1，當一次擠出溫度為120℃時，感官評分較低，隨著溫度升高，感光評分逐漸增大，當達到140℃時，馬鈴薯營養粉條感官評分最高，繼續升高溫度，感官評分逐漸下降。原因可能為，當溫度較低時，物料不能充分糊化，導致耐煮性以及外觀結構都較差，而當溫度過高后，物料黏度過大不利于進行二段擠壓成型[11]。因此，選擇一段擠出溫度130、140、150℃為響應面研究水平。

2.1.2 二段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響

二段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響見圖2。

圖2 二段擠出溫度對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響Fig.2 Effect of 2nd extrusion temperature on sensory score

根據圖2，當二次擠出溫度為80℃時，感官評分較低，隨著溫度升高，感光評分逐漸增大，當達到100℃時，馬鈴薯營養粉條感官評分最高，繼續升高溫度，感官評分逐漸下降。原因可能為，當溫度較低時，糊化后的馬鈴薯淀粉不能充分成型，粉條狀態不好，導致耐煮性以及外觀結構都較差，而當溫度過高后，物料黏度過大同樣不利于成型，影響口感[12]。因此，選擇二段擠出溫度90、100、110℃為響應面研究水平。

2.1.3 水分添加量對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響

水分添加量對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響見圖3。

圖3 水分添加量對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響Fig.3 Effect of addition water on sensory score

根據圖3，當物料水分添加量為20%時，感官評分較低，隨著物料水分的升高，感官評分逐漸增大，當達到24%時，馬鈴薯營養粉條感官評分最高，繼續提高物料水分，感官評分逐漸下降。原因可能為，當物料水分較低時，物料不能充分糊化，導致產品內部產生裂痕或者起泡影響感官評分，當水分過高時，物料黏度降低，影響二段成型[13]。因此，選擇水分添加量22%、24%、26%為響應面研究水平。

2.2 馬鈴薯無礬營養粉條工藝的優化

2.2.1 數學模型的構建與檢驗

根據單因素分析結果，選擇水分添加量、一段擠出溫度、二段擠出溫度為因素變量，以馬鈴薯無礬營養粉條感官評分為響應值，根據Box-Behnken中心組合試驗設計原理進行分析，結果見表3。

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Response surface design and results

續表3 響應面試驗設計及結果Continue table 3 Response surface design and results

采用Design-Expert8.0.6軟件對表3進行方差分析及顯著性檢驗，得到以馬鈴薯營養粉條感官評分為函數，關于各因素編碼值的回歸方程為：

對該模型進行顯著性檢驗，得到方差分析見表4，模型的可信度分析見表5。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

表5 回歸模型可信度分析Table 5 Reliability analysis for the established regression model

根據表4、表5，感官評分回歸方程極顯著。模型與實際值擬合效果好，能夠代替實測值對試驗結果做分析，R2=98.56%，說明該模型能夠反映98.56%的函數值，變異系數較小。R2Adj=96.71%，說明預測值與實測值高度相關。水分添加量對感官評分影響極顯著，一段擠壓溫度對感官評分影響顯著，交互項中X1X2影響極顯著，X1X3、X2X3影響顯著，而二次項中 X12、X22影響極顯著，X32影響顯著。各因素影響馬鈴薯無礬營養粉條感官評分由大到小依次為水分添加量＞一段擠壓溫度＞二段擠出溫度。

2.2.2 因素交互作用對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響

因素交互作用對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響見圖4。

圖4 因素交互作用對馬鈴薯無礬營養粉條感官評分的影響Fig.4 The influence of two factors on sensory score of bread

響應面圖是感官評分與各個因素之間形成的三維空間圖，能夠反映出兩個因素交互作用對感官評分的影響[14-15]。等高線中的橢圓形表示兩因素之間交互作用對感官評分影響顯著，圓形可表示兩因素交互作用對感官評分影響不顯著。水分添加量（X1）與一段擠壓溫度（X2）之間交互作用極顯著，表現為等高線為橢圓形，水分添加量（X1）與二段擠壓溫度（X3）之間交互作用顯著，表現為等高線為橢圓形，而一段擠壓溫度（X2）與二段擠壓溫度（X3）之間交互作用顯著，等高線表現為橢圓形。

2.2.3 粉條工藝參數的優化

為確定最佳參數，對擬合的回歸方程分別求一階偏導數，令其為0，得到三元一次方程如下：

求解得：X1＝0.975、X2＝－0.126、X3＝－0.321，即最佳工藝參數為水分添加量為24.1%、一段擠出溫度140.06℃、二段擠出溫度100.64℃。按照此最佳工藝參數面包感官評分理論值為95.21分。考慮到實際方便及易操作性，將工藝參數優化為：水分添加量為24%、一段擠出溫度140℃、二段擠出溫度100℃，在此工藝參數下做3次平行試驗，3次試驗的平均感官評分為95.25分。與理論預測值較為接近，表明該數學模型對馬鈴薯無礬營養粉條工藝優化是可行的。

3 結論

在單因素試驗的基礎上，通過響應面分析對馬鈴薯無礬營養粉條生產工藝進行優化，結果表明：在水分添加量為24%、一段擠出溫度140℃、二段擠出溫度100℃的條件下，馬鈴薯無礬營養粉條生產工藝最佳，其感官評分為95.25分。此條件下，馬鈴薯無礬營養粉條口感最好。

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Optimization of Potato-free Alum Nutritive Noodle Production Process by Response Surface Methodology

PANG Cai-xia，WANG Li-min
（Hohhot Vocational College，Hohhot 010070，Inner Mongolia，China）

2017-01-17

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.19.016

龐彩霞（1969—），女（漢），副教授，碩士，研究方向：功能性食品。