涂向輝, 朱 晶, 許曉蘭

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034)

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響應(yīng)面分析法優(yōu)化方便雜糧米飯熱風(fēng)干燥工藝

涂向輝, 朱 晶, 許曉蘭

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034)

為提高一般方便米飯的食用營(yíng)養(yǎng)性能,研究將北方優(yōu)質(zhì)粳米和遼寧產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燕麥、蕎麥、高粱、黑米、薏仁等雜糧混合,經(jīng)過(guò)浸泡、蒸煮、干燥、滅菌等工序處理,制成營(yíng)養(yǎng)又易于食用的方便雜糧米飯。并以復(fù)水率為指標(biāo),根據(jù)中心組合(Box-Behnken)試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,采用響應(yīng)面分析法(RSM)對(duì)影響方便雜糧米飯復(fù)水時(shí)間影響較大的干燥工序的熱風(fēng)干燥條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,采用熱風(fēng)干燥工藝,方便雜糧米飯最佳干燥工藝參數(shù)為:干燥時(shí)間70 min、干燥溫度100 ℃、米粒厚度0.6 cm,此條件下方便雜糧米飯的復(fù)水率為3.09,為較好解決方便雜糧米飯產(chǎn)品容易存在的復(fù)水時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題提供了參考。

方便雜糧米飯; 熱風(fēng)干燥過(guò)程; 響應(yīng)面分析法; 復(fù)水率

0 引 言

方便雜糧米飯[1]是以粳米和各種雜糧為主要原料,經(jīng)過(guò)浸泡、蒸煮、干燥、滅菌、包裝等工序加工而成,只需要沸水沖泡即可食用。沖泡后其外觀、色澤、風(fēng)味、口感皆與新鮮米飯大體一致的一種方便食品。由于各種雜糧[2]是兼?zhèn)涫朝煿δ艿膬?yōu)質(zhì)谷物,富含多種活性營(yíng)養(yǎng)成分[3-5],因此方便雜糧米飯比單一粳米方便米飯改善了人們?nèi)粘Ｖ魇车臓I(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu),具有保健作用。隨著人們生活水平的不斷提高,健康保健意識(shí)的不斷增強(qiáng),方便雜糧米飯正越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的青睞。

目前市場(chǎng)上推出的方便雜糧米飯產(chǎn)品,按其加工方法不同,可分為無(wú)菌包裝米飯、干燥米飯、冷凍米飯、罐頭米飯、軟罐頭米飯(蒸煮袋米飯)以及冷藏米飯等6種類(lèi)型[6]。其中干燥方便米飯由于具有攜帶方便、保質(zhì)期長(zhǎng)、衛(wèi)生和經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn),逐漸成為方便米飯的主要生產(chǎn)品種。但在食用中干燥方便米飯受加工工藝、產(chǎn)品配方等因素的影響,存在著復(fù)水時(shí)間長(zhǎng)、回生現(xiàn)象嚴(yán)重、香氣損失大等問(wèn)題[6]。本研究將粳米和數(shù)種雜糧按科學(xué)比例配合,按照干燥方便米飯加工工藝,采用響應(yīng)面分析法(RSM),以復(fù)水率為指標(biāo),對(duì)方便雜糧米飯干燥工序進(jìn)行優(yōu)化,確定最佳干燥工藝參數(shù),為改進(jìn)干燥米飯加工工藝,提高復(fù)水率,縮短復(fù)水時(shí)間提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

遼寧產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燕麥、蕎麥、高粱、黑米、薏仁,優(yōu)質(zhì)盤(pán)錦粳冠大米。

1.2 儀器與設(shè)備

JYC.21ES10-20110232型電磁爐、D2000-2型電子天平、DK-S26型恒溫水浴鍋、DHG-9146A型電熱鼓風(fēng)干燥箱、蒸鍋、碗、吸水紙等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程[7]

粳米、雜糧→淘洗→浸泡→瀝水→蒸煮→離散→瀝干→干燥→篩選整理→包裝→成品。

1.3.2 試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)與方法

1) 復(fù)水率[8]:準(zhǔn)確稱(chēng)取方便雜糧米飯A(g)置于燒杯中,加入5倍的沸水并且立即加蓋,復(fù)水8 min,然后立即瀝干并用吸水紙吸干表面的水分,稱(chēng)重B(g),測(cè)定其復(fù)水率,以B/A表示。

2) 水分測(cè)定:按GB 3523—83 105恒重法。

3) 感官評(píng)定:方法見(jiàn)表1。

表1 復(fù)水后方便雜糧米飯的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[9]

4) 熱風(fēng)干燥[10-11]:干燥方法以熱風(fēng)干燥、真空干燥和冷凍干燥等最為常用,但真空干燥和冷凍干燥的干燥時(shí)間較長(zhǎng),能耗高[12]。熱風(fēng)干燥是目前工廠大規(guī)模生產(chǎn)最廣泛采用的食品干燥方法,具有處理量大、干燥設(shè)備操作簡(jiǎn)單、干燥費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),該方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用又適宜推廣。故綜合考慮后,本試驗(yàn)選擇熱風(fēng)干燥作為試驗(yàn)干燥方法。將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤(pán)中。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的加工工藝測(cè)定方便雜糧米飯的復(fù)水率,選取最佳熱風(fēng)干燥條件。試驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果取其平均值。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)[13]

1.3.3.1 熱風(fēng)干燥時(shí)間對(duì)方便雜糧米飯復(fù)水率的影響

將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤(pán)中,米粒厚度為0.6 cm,放入熱風(fēng)干燥箱,溫度為100 ℃,分別干燥60 min,70 min,80 min,90 min,100 min,測(cè)定復(fù)水率。

1.3.3.2 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)方便雜糧米飯復(fù)水率的影響

將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤(pán)中,米粒厚度0.6 cm,放入熱風(fēng)干燥箱,干燥時(shí)間為70 min,干燥溫度分別為80 ℃,90 ℃,100 ℃,110 ℃,120 ℃,測(cè)定復(fù)水率。

1.3.3.3 雜糧米飯米粒厚度對(duì)方便雜糧米飯復(fù)水率的影響

將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤(pán)中,米粒厚度分別為0.3 cm,0.6 cm,0.9 cm,1.2 cm,1.5 cm,干燥溫度為100 ℃,干燥時(shí)間為70 min,測(cè)定復(fù)水率。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)[14-15]

按粳米60%,燕麥米量5%,高粱米量10%,黑米量10%,薏仁量5%,蕎麥量10% 的比例混合置于500 mL燒杯中,同時(shí)加入2倍水,置于水浴鍋中,溫度為50 ℃ 恒溫浸泡80 min,然后倒入碗中用蒸鍋蒸煮35 min,將離散后的雜糧米飯均勻平鋪于托盤(pán)中,干燥至安全水份(水份含量在2%～15%)后測(cè)定復(fù)水率。重復(fù)3次。

根據(jù)以上單因素試驗(yàn)的優(yōu)化結(jié)果,選取熱風(fēng)干燥時(shí)間(A)、干燥溫度(B),米粒厚度(C)為影響因素,方便雜糧米飯復(fù)水率為響應(yīng)值,每個(gè)因素取3個(gè)水平,軸向點(diǎn)設(shè)為±1,進(jìn)行Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次,取其平均值,各試驗(yàn)因素水平、編碼見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)因素水平及編碼

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

圖1 熱風(fēng)干燥型干燥時(shí)間對(duì)復(fù)水率的影響Fig.1 Effect of hot-air drying process time on the rate of rehydration

試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)熱風(fēng)干燥時(shí)間越接近70 min時(shí),方便雜糧米飯復(fù)水率較高,當(dāng)熱風(fēng)干燥時(shí)間為70 min 時(shí),方便雜糧米飯復(fù)水率最高,當(dāng)熱風(fēng)干燥時(shí)間大于70 min后,隨著時(shí)間的增長(zhǎng),方便雜糧米飯復(fù)水率逐漸降低。當(dāng)熱風(fēng)干燥溫度從80 ℃到100 ℃時(shí),方便雜糧米飯復(fù)水率隨溫度升高而提高,當(dāng)熱風(fēng)干燥溫度為100 ℃時(shí),方便雜糧米飯復(fù)水率最高,當(dāng)熱風(fēng)干燥溫度大于100 ℃后,隨著時(shí)間的增長(zhǎng),方便雜糧米飯復(fù)水率逐漸降低。當(dāng)雜糧米飯米粒厚度在0.3 cm到0.9 cm時(shí),方便雜糧米飯復(fù)水率較高,當(dāng)雜糧米飯米粒厚底為0.6 cm時(shí),方便雜糧米飯復(fù)水率最高。

這是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)村面臨的普遍現(xiàn)象，農(nóng)村的收入較低，青壯年勞動(dòng)力多外出打工，在農(nóng)村留守的多是老人和兒童，農(nóng)村電商發(fā)展中主要依賴(lài)的青壯年群體的流失，對(duì)農(nóng)村電商發(fā)展不利。年輕化群體擁有良好的信息獲取能力和主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，但是在當(dāng)前農(nóng)村運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)中，重慶忠縣涼泉村依賴(lài)村干部和年齡較大的村民，在電商知識(shí)和技能獲取學(xué)習(xí)方面都力不從心，限制了忠縣農(nóng)村電商的發(fā)展。

圖2 熱風(fēng)干燥型干燥溫度對(duì)復(fù)水率的影響

圖3 熱風(fēng)干燥型米粒厚度對(duì)復(fù)水率的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面結(jié)果與分析

采用Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì),方案以及結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 熱風(fēng)干燥型響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案

用Design Expert軟件對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到方便雜糧米飯復(fù)水率(Y)相對(duì)于熱風(fēng)干燥時(shí)間(A)、干燥溫度(B),米粒厚度(C)的多項(xiàng)回歸方程為:

Y=3.09-0.017*A-0.027*B+0.010*C+0.000*A*B-5.000E-003*A*C-

5.000E-003*B*C-0.068*A2-0.10*B2-0.098*C2

回歸方程中各變量對(duì)響應(yīng)值影響的顯著性用F檢驗(yàn)來(lái)判定,概率P(F>Fα)值越小,則相應(yīng)變量的顯著程度越高P(F>Fα)<0.01時(shí),影響為高度顯著;P(F>Fα)<0.05,影響顯著。由表4的分析結(jié)果可以看出,A,B,A2,B2,C2對(duì)方便雜糧米飯干燥后復(fù)水率的影響高度顯著。在3對(duì)交互作用的分析中均為不顯著。回歸模型和二次項(xiàng)高度顯著,一次項(xiàng)顯著,交叉項(xiàng)和失擬項(xiàng)不顯著。 回歸方程一次項(xiàng)的回歸系數(shù)絕對(duì)值大小依次為干燥溫度(B)、熱風(fēng)干燥時(shí)間(A)、米粒厚度(C)。此外,模型的回歸系數(shù)R2=0.963 9, 說(shuō)明模型響應(yīng)干燥后復(fù)水率的變化96.39%來(lái)自所選因變量。響應(yīng)面的回歸方程代表了實(shí)驗(yàn)點(diǎn)中的96.39%。因此,回歸方程可以較好地描述與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系,利用此回歸方程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算是合理可行的。

表4 熱風(fēng)干燥型回歸模型方差分析

為進(jìn)一步研究相關(guān)變量之間的交互作用及確定最優(yōu)點(diǎn),利用Design-Expert軟件分析二次回歸模型,繪制響應(yīng)面分析立體圖和等高線(xiàn)圖。圖4～圖6為熱風(fēng)干燥型響應(yīng)面分析立體圖和等高線(xiàn)圖,等高線(xiàn)圖可以直觀地反映兩變量交互作用的顯著程度,各圖中等高線(xiàn)均呈橢圓形,表明兩因素交互作用顯著。

圖4 熱風(fēng)干燥時(shí)間與干燥溫度對(duì)復(fù)水率的響應(yīng)面立體分析圖及等高線(xiàn)

圖5 熱風(fēng)干燥時(shí)間與米粒厚度對(duì)復(fù)水率的響應(yīng)面立體分析圖及等高線(xiàn)

圖6 熱風(fēng)干燥溫度與米粒厚度對(duì)復(fù)水率的響應(yīng)面立體分析圖及等高線(xiàn)

觀察上述回歸方程可得,二次項(xiàng)的系數(shù)均為負(fù)數(shù),由立體圖可見(jiàn)擬合面可得,拋物面均開(kāi)口向下,具有極大值點(diǎn)。利用響應(yīng)面軟件進(jìn)行計(jì)算分析,可以得出熱風(fēng)干燥型最佳干燥工藝參數(shù)為:干燥時(shí)間68.7 min、干燥溫度98.7 ℃、米粒厚度0.58 cm。結(jié)合實(shí)際情況,確定方便雜糧米飯熱風(fēng)干燥型最佳干燥工藝參數(shù)為:干燥時(shí)間70 min、干燥溫度100 ℃、米粒厚度0.6 cm此條件下方便雜糧米飯的復(fù)水率為3.09。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

在以上3種干燥工藝參數(shù)條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),重復(fù)3次平行試驗(yàn),得出熱風(fēng)干燥型真實(shí)復(fù)水率為3.02,與預(yù)測(cè)值的擬合率為97.73%,表明預(yù)測(cè)值和實(shí)際值有較好的擬合性,優(yōu)化模型可靠、優(yōu)化方案設(shè)計(jì)有效,優(yōu)化工藝參數(shù)科學(xué),以上條件下可以提高熱風(fēng)干燥型方便雜糧米飯的復(fù)水率。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)確定了方便雜糧米飯最佳干燥工藝參數(shù):熱風(fēng)干燥型最佳干燥工藝參數(shù)為:干燥時(shí)間70 min、干燥溫度100 ℃、米粒厚度0.6 cm,此條件下方便雜糧米飯的復(fù)水率為3.09。

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Research on optimization of hot-air drying parameters in process of convenient cooked grains and rice by Response Surface Methodology (RSM)

TU Xianghui, ZHU Jing, XU Xiaolan

(College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

In order to improve the nutritional performance of the Convenient Cooked Rice, We mixed the high-quality rice and the high-quality products of oats, buckwheat, sorghum, black rice,barley in Liaoning. The mixture food prepared by soaking, cooking,drying and sterilization is nutritious and easy to eat, which is named Convenient Cooked Grains and Rice. Then we used the rehydration rate of rice greatly affected by rehydration time was used as an index in the hot-air drying conditions of Convenient Cooked Grains and Rice, according to the Box-Behnken experiment design principle, though using the method of Response Surface Methodology(RSM). The results showed that the best parameters for drying process of the Convenient Cooke Grains and Rice include:the drying time of 70 min, drying temperature of 100 ℃, grain thickness of 0.6 cm and the rehydration rate of 3.09. The results provided a reference for solving the problem of the longer rehydration time.

Convenient Cooked Grains and Rice; hot-air drying process; Response Surface Methodology(RSM); rehydration rate

1673-5862(2017)02-0198-06

2016-07-30。

遼寧省科技廳科學(xué)計(jì)劃農(nóng)業(yè)攻關(guān)重大項(xiàng)目(2015211003)。

涂向輝(1970-),女,遼寧沈陽(yáng)人,沈陽(yáng)師范大學(xué)副教授,碩士。

TS217

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2017.02.015