劉振蓉，趙武奇，胡新中，賀劉成，陳月圓

燕麥掛面制作過程中干燥工藝優(yōu)化研究

劉振蓉，趙武奇，胡新中，賀劉成，陳月圓

陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院，西安 710119

研究不同干燥模式、干燥因素和干燥工藝參數(shù)對燕麥掛面干燥品質(zhì)和單位能耗的影響，建立模型并進行多目標優(yōu)化，以期得到品質(zhì)好、能耗低的燕麥掛面干燥模式及工藝參數(shù)。研究9種不同溫濕度干燥模式對燕麥掛面干燥品質(zhì)及單位能耗的影響，對最佳煮制時間、蒸煮損失、烹調(diào)吸水率、延展性、硬度、咀嚼性、黏著性、抗彎曲強度、折斷距離、酸度和脂肪酸值等指標進行因子分析，得出品質(zhì)綜合評價值，確定燕麥掛面的最佳干燥模式；利用Plackett-Burman試驗對燕麥掛面三段變溫變濕干燥工藝中的第一階段溫度、第一階段相對濕度、第二階段溫度、第二階段相對濕度、第三階段溫度和第三階段相對濕度6個影響因素進行關鍵因素篩選，利用Box-Behnken響應面試驗設計優(yōu)化干燥工藝，得出最佳參數(shù)并加以驗證。燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕的三段變溫變濕干燥模式。通過Plackett-Burman試驗得出燕麥掛面干燥的關鍵因素為第一階段相對濕度、第二階段溫度和第三階段相對濕度；建立的燕麥掛面干燥工藝參數(shù)與單位能耗和品質(zhì)綜合評分的回歸模型顯著（＜0.05）。各因子對單位能耗有極顯著影響，第一階段相對濕度及第二階段溫度和第二階段相對濕度交互作用極顯著；各因子對品質(zhì)綜合評分有極顯著影響，影響大小依次為第二階段溫度>第二階段相對濕度>第一階段相對濕度，第一階段相對濕度和第二階段相對濕度交互作用顯著。燕麥掛面三段變溫變濕干燥工藝的最佳工藝參數(shù)為：第一階段溫度25℃、第一階段相對濕度88%，第二階段溫度43℃、第二階段相對濕度71%，第三階段溫度35℃、第三階段相對濕度50%；在此條件下，燕麥掛面的單位能耗為93.42 kJ·g-1，綜合評分為1.02。建立的二次多項式回歸模型可用于分析和預測干燥工藝參數(shù)對燕麥掛面能耗和品質(zhì)綜合評分的影響。分段變溫變濕干燥能夠提高燕麥掛面干燥品質(zhì)的同時降低能耗。利用試驗設計和數(shù)據(jù)處理技術(shù)分步解決燕麥掛面干燥工藝的方法全面高效，結(jié)果直觀、準確，能夠提高試驗效率和精度。研究為燕麥掛面的工業(yè)化生產(chǎn)及節(jié)能降耗提供了理論依據(jù)。

燕麥掛面；溫度；相對濕度；Plackett-Burman試驗設計；響應面

0 引言

【研究意義】掛面是我國最常見的主食之一，因其食用方便、貨架期長、便于儲藏等優(yōu)點而深受消費者喜愛[1-2]。隨著消費者對健康飲食的多樣化需求，掛面的功能已從單純果腹、方便的快捷食品，發(fā)展成為營養(yǎng)、健康與美味兼顧的主食產(chǎn)品[3]。由玉米、蕎麥、燕麥、豌豆和土豆淀粉等制成的雜糧掛面越來越受到消費者的歡迎。燕麥作為我國歷史最悠久的糧食作物之一，富含豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、-葡聚糖、維生素B、鈣、鐵等營養(yǎng)物質(zhì)，具有極高的營養(yǎng)價值和保健作用[4-5]。因此，以燕麥粉和小麥粉為原料制備燕麥掛面既可以提高掛面的營養(yǎng)價值，又可以為燕麥的深加工廣開門路，在特色掛面中有非常廣闊的發(fā)展前景[6-7]。干燥是燕麥掛面生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)，是影響其質(zhì)量最直接、最重要的因素。合理的干燥工藝既可以最大程度地保證掛面質(zhì)量，又可以節(jié)能減排，降低企業(yè)生產(chǎn)成本[8-9]。因此，開展燕麥掛面干燥工藝優(yōu)化的研究對燕麥掛面的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】溫度、相對濕度和空氣流速是影響掛面干燥脫水的重要因素，目前已有的研究多集中在溫濕度對掛面干燥的影響。武亮等[10]認為采用溫度40℃、相對濕度75%的低溫干燥條件對掛面進行干燥，熱能利用率較高，便于生產(chǎn)干燥工藝的調(diào)節(jié)和控制。魏益民等[11]研究發(fā)現(xiàn)，干燥介質(zhì)溫度越高，相對濕度越低，掛面的干燥速率越大，且相對濕度對掛面干燥過程的影響大于溫度的影響；惠瀅等[12]采用高溫、高濕（80℃、85%）對掛面進行干燥，發(fā)現(xiàn)掛面的色澤b值、抗彎強度、折斷距離和折斷功均顯著升高；張影全等[13]的研究表明，與傳統(tǒng)干燥工藝條件（40℃/75%）相比，干燥組合60℃/75%條件下，產(chǎn)品的整體烹飪質(zhì)量得到提高；郭穎等[14]認為高溫烘干對掛面品質(zhì)有重要影響，烘干溫度為60—70℃時，掛面品質(zhì)較好；張仲欣等[15]通過正交試驗優(yōu)化得出綠麥掛面干燥工藝參數(shù)為干燥溫度40℃，風速2 m·s-1，干燥時間240 min；王春等[16]在恒溫恒濕條件下，研究不同干燥工藝對掛面品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)70℃是較好的掛面干燥溫度；施潤淋等[17]將掛面的干燥過程分為預干燥、主干燥和完成干燥三段，認為三段變溫變濕干燥更符合掛面的干燥過程?，F(xiàn)有研究表明，掛面干燥工藝及參數(shù)控制與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及能源消耗等密切相關。燕麥掛面是一種富含膳食纖維、蛋白質(zhì)和必需氨基酸的高營養(yǎng)產(chǎn)品。然而，由于燕麥不含面筋蛋白，導致燕麥掛面品質(zhì)較差，影響其加工性能，SUPARAT等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在小麥粉中添加燕麥粉能夠提高掛面的營養(yǎng)價值，同時會影響掛面的物理、化學、質(zhì)構(gòu)和感官特性等?！颈狙芯壳腥朦c】干燥是燕麥掛面生產(chǎn)加工的關鍵步驟，本文研究不同干燥模式、干燥因素及干燥工藝參數(shù)對燕麥掛面干燥品質(zhì)和單位能耗的影響規(guī)律，建立模型并進行多目標優(yōu)化，為燕麥掛面的工業(yè)化生產(chǎn)及節(jié)能降耗提供理論依據(jù)。【擬解決的關鍵問題】對比不同干燥模式對燕麥掛面干燥品質(zhì)和單位能耗的影響，確定燕麥掛面的最佳干燥模式。利用Plackett-Burman試驗篩選出燕麥掛面三段變溫變濕干燥的關鍵因素，并利用Box-Behnken響應面試驗設計優(yōu)化干燥工藝，得出最佳參數(shù)并加以驗證。

1 材料與方法

試驗于2021年在陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院食品工程實驗室進行。

1.1 材料與試劑

小麥粉（含蛋白質(zhì)14.53%、脂肪1.80%、灰分0.70%），河北金沙河面業(yè)有限公司；燕麥粉（含蛋白質(zhì)15.11%、脂肪9.31%、灰分0.63%），武川縣禾川綠色食品有限責任公司；食鹽，中鹽西安鹽業(yè)公司；水，華潤怡寶飲料有限公司，氫氧化鈉、七水硫酸鈷，成都市科龍化工試劑廠；酚酞、三氯甲烷，天津市天力化學試劑有限公司。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

JA2003N電子天平，上海精密科學儀器有限公司；EM336和面機，凱伍德有限公司；JMTD 168/140壓面機，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；NS810色差儀，深圳市三恩馳科技有限公司；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems公司；BPS-250CL恒溫恒濕箱，上海一恒科學儀器有限公司。

掛面干燥設備如圖1所示，包括恒溫恒濕箱和連續(xù)稱重設備。

圖1 掛面干燥設備圖

1.3 試驗方法

1.3.1 掛面制作 稱取小麥面粉210 g、燕麥粉90 g，食鹽6 g，倒入和面機，加入水后用和面機和面5 min（使面團最終含水率為35%），醒發(fā)30 min。壓延工序：1.5 mm軸間距對折壓延3次，1.2 mm軸間距對折壓延2次，1.0 mm壓延1次，制成厚1 mm、寬2 mm的鮮面條。

待干燥設備運行穩(wěn)定后，將燕麥鮮面條懸掛于干燥室內(nèi)，通過稱重系統(tǒng)記錄掛面的重量，具體干燥操作見王杰等[19]的方法。

1.3.2 不同干燥模式對燕麥掛面品質(zhì)及能耗試驗 對燕麥鮮面條分別進行恒溫恒濕、兩段變溫變濕、三段變溫變濕干燥模式，具體干燥試驗方案如表1所示。干燥結(jié)束后分別測定燕麥掛面的最佳煮制時間、蒸煮損失、烹調(diào)吸水率、延展性、硬度、咀嚼性、黏著性、抗彎曲強度、折斷距離、酸度、脂肪酸值和單位能耗，分析不同的干燥模式對燕麥掛面干燥品質(zhì)及能耗的影響。

表1 燕麥掛面不同干燥模式的試驗設計

1.3.3 Packett-Burman因子篩選試驗設計（PBD） 采用Packett-Burman設計方法，對三段變溫變濕工藝中第一階段溫度（）、第一階段濕度（）、第二階段溫度（）、第二階段濕度（）、第三階段溫度（）和第三階段濕度（）6個試驗因素進行篩選，以燕麥掛面品質(zhì)綜合評分為響應值，確定出對燕麥掛面品質(zhì)影響顯著的因素。PBD試驗設計的因子水平表見表2。

表2 PBD因素水平表

1.3.4 響應面設計 根據(jù)PBD試驗結(jié)果，在第一階段溫度為25℃，第三階段溫度為35℃，第三階段相對濕度為50%的條件下，選取第一階段相對濕度（）、第二階段溫度（）和第二階段相對濕度（）3個因素為自變量，以品質(zhì)綜合評分和單位能耗為響應值，設計3因素3水平響應面試驗，因素與水平見表3。

1.3.5 燕麥掛面品質(zhì)測定

1.3.5.1 蒸煮品質(zhì)測定 最佳煮制時間、蒸煮損失和烹調(diào)吸水率LS/T 3212—2021《掛面》方法測定。稱取10 g樣品，放入盛有500 mL沸水的不銹鋼盆中，用電磁爐加熱，保持水的微沸狀態(tài)，以最佳煮制時間煮熟后撈出，待面條表面的水分瀝干，準確稱量其質(zhì)量，計算吸水率。

表3 響應面設計試驗因子與水平

式中，為吸水率（%）；0為干掛面樣品重（g）；1為熟面條重（g）；為掛面含水率（%）；為烹調(diào)損失率（%）；為100 mL面湯中干物質(zhì)質(zhì)量（g）。

1.3.5.2 質(zhì)構(gòu)測定 質(zhì)構(gòu)品質(zhì)測定選用TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，采用A/LKB型號探頭對煮后的燕麥掛面進行TPA測試，測前速度為2 mm·s-1，測試速度為0.8 mm·s-1，測后速度為2 mm·s-1，壓縮比70%，觸發(fā)力為5 g。

1.3.5.3 抗彎曲特性測定 掛面抗彎曲特性測定選用TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，采用A/SFR型號探頭將掛面以1.00 mm·s-1速度下壓，直至掛面被折斷。以探頭擠壓掛面過程中遇到的最大阻力表示掛面的抗彎曲強度，以探頭觸發(fā)樣品至掛面斷裂時探頭下降的距離表示折斷距離。

1.3.5.4 酸度測定 酸度測定參照GB 5009.239— 2016《食品酸度的測定》方法進行。計算公式如下：

式中，為試樣的酸度（mL/10 g）；1為消耗的氫氧化鈉標準溶液體積（mL）；V為空白試驗消耗的氫氧化鈉標準溶液體積（mL）；2為浸提試樣的水體積（mL）；3為用于滴定的試樣濾液體積（mL）；為氫氧化鈉標準溶液的濃度（mol·L-1）；0.1000為酸度理論定義氫氧化鈉的摩爾濃度（mol·L-1）；為試樣的質(zhì)量（g）。

1.3.5.5 脂肪酸值測定 脂肪酸值測定參照GB/ T15684—2015《谷物碾磨制品脂肪酸值的測定》方法進行，脂肪酸值以mg/100 g表示（以NaOH計），計算公式如下：

式中，1為消耗NaOH乙醇標準溶液體積（mL）；0為空白試驗消耗的NaOH乙醇標準溶液體積（mL）；6 000為用NaOH表示的常數(shù)，即40×1.5×100；為試樣的水分含量（%）；為NaOH乙醇溶液濃度（mol·L-1）；為試樣的質(zhì)量（g）。

1.3.5.6 單位能耗測定 通過讀取恒溫恒濕箱外接電能表上的讀數(shù)，計算獲得燕麥掛面干燥過程中的單位能耗（kJ·g-1），計算公式如下：

單位能耗=（5）

1.4 燕麥掛面品質(zhì)綜合評分的計算

先將燕麥掛面各評價指標中的負向指標（最佳煮制時間、蒸煮損失、硬度、黏著性、酸度、脂肪酸值、單位能耗）轉(zhuǎn)換為正向指標，公式見式（6）：

i=max-i（6）

式中，i為轉(zhuǎn)化為正向指標后的值，i為指標實際值，max為指標最大值。

對燕麥掛面的各評價指標進行因子分析，依據(jù)公因子初始特征值大于1的要求提取公因子，同時得到各樣品的主成分得分F，以主成分貢獻率E為權(quán)重，通過公式（2）得到燕麥掛面各評價指標的綜合評分D[20]：

=∑=1F×E（7）

式中，為主成分分析法得到的燕麥掛面各評價指標的綜合分值；F為第個樣品第個主成分分值；為提取的主成分個數(shù)；E為第個主成分的貢獻率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Origin8.5進行繪圖及模型擬合分析，Minitab 17軟件進行Plackeet-Burmann因子篩選試驗設計，Design Expert軟件進行Box-Behnken響應面試驗設計，SPSS22.0進行因子分析及統(tǒng)計分析，顯著性水平取0.05。

2 結(jié)果

2.1 不同干燥模式對燕麥掛面品質(zhì)及干燥能耗的影響

2.1.1 對燕麥掛面煮前品質(zhì)特性的影響 不同干燥模式對燕麥掛面的酸度和脂肪酸值影響顯著（＜0.05），且工藝2、6、7、8所得燕麥掛面的酸度和脂肪酸值顯著高于其他組；不同干燥模式對燕麥掛面抗彎曲強度和折斷距離的影響顯著（＜0.05），工藝5所得燕麥掛面的抗彎曲強度和折斷距離均最大（圖2）。

不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。下同 Different lowercase letters indicate significant difference (P＜0.05). The same as below

2.1.2 對燕麥掛面煮后品質(zhì)特性的影響 由圖3可知，不同干燥模式對燕麥掛面的黏著性、延展性、咀嚼性和硬度影響顯著（＜0.05），與分段變溫變濕干燥（工藝2—9）相比，恒溫恒濕干燥（工藝1）所得燕麥掛面的硬度和黏著性明顯增大，咀嚼性和延展性均顯著降低；不同的干燥模式對燕麥掛面的最佳煮制時間、烹調(diào)吸水率、烹調(diào)損失影響顯著（＜0.05），其中工藝5干燥模式的最佳煮制時間最短，烹調(diào)吸水率最大，烹調(diào)損失最少。

2.1.3 不同干燥模式對燕麥掛面單位能耗及品質(zhì)綜合評分的影響 不同干燥模式對燕麥掛面單位能耗影響顯著（＜0.05），當干燥溫度或相對濕度較大時，單位能耗顯著增加，如工藝1、工藝7和工藝9的單位能耗顯著高于其他組。與恒溫恒濕（工藝1）干燥相比，分段變溫變濕干燥（工藝2—8）的單位能耗顯著降低，其中，工藝4和工藝5的單位能耗顯著低于其他組（圖4）。

不同干燥模式下燕麥掛面的品質(zhì)指標結(jié)果見表4。對表4中的各品質(zhì)指標數(shù)據(jù)進行因子分析，得出主成分1和2，構(gòu)建燕麥掛面干燥綜合評價函數(shù)為：A=0.7421+0.2582，其中，A、1和2值見表4。可知，分段變溫變濕干燥模式（工藝2—9）下燕麥掛面的品質(zhì)綜合評分均高于恒溫恒濕干燥（工藝1），其中，工藝5即升溫降溫結(jié)合降濕干燥模式的品質(zhì)綜合評分最高，為1.42。結(jié)合圖4可知，工藝5所得燕麥掛面的綜合評分最高，單位能耗較小。因此，確定燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段變溫變濕干燥模式。

2.2 PBD試驗結(jié)果

根據(jù)不同干燥模式對比研究試驗結(jié)果，利用Minitab17軟件進行PBD試驗設計，試驗結(jié)果如表5所示。

表4 不同干燥模式下燕麥掛面綜合評價結(jié)果

表5 PBD試驗設計與結(jié)果

圖3 不同干燥模式對煮后燕麥掛面質(zhì)量特性的影響

圖4 不同干燥模式對燕麥掛面單位能耗的影響

對表5中的各品質(zhì)指標數(shù)據(jù)進行因子分析，得出主成分1和2，構(gòu)建燕麥掛面干燥綜合評價函數(shù)為：B= 0.7501+0.2502，其中，B值、1值和2值見表5。

對表5所得試驗結(jié)果回歸擬合分析，得到品質(zhì)綜合評分（）的回歸模型方程見式（6）。

-0.081（8）

表6為模型的方差分析結(jié)果，可以看出，品質(zhì)綜合評分的回歸模型顯著（＜0.05），說明建立的回歸模型可靠。由表6中效應分析結(jié)果可知，考察的6個因子中（第一階段溫度）、（第二階段溫度）和（第三階段相對濕度）對燕麥掛面綜合評分的影響為負效應，（第一階段相對濕度）、（第二階段相對濕度）和（第三階段溫度）對燕麥掛面綜合評分的影響為正效應。圖5為品質(zhì)綜合評分的Pareto圖，綜合表8可知，（第二階段溫度）和（第二階段相對濕度）2個因素影響顯著，6個影響因子的顯著性排序為（第二階段溫度）>（第二階段相對濕度）>（第一階段相對濕度）>（第一階段溫度）>（第三階段相對濕度）>（第三階段溫度）。因此，選擇第一階段相對濕度、第二階段溫度和第二階段相對濕度作為響應面試驗因素，其他因素根據(jù)效應分析選擇最優(yōu)值，即第一階段溫度25℃、第三階段溫度35℃和第三階段相對濕度50%。

表6 PBD試驗方差分析結(jié)果

圖5 品質(zhì)綜合評分的Pareto圖

2.3 響應面試驗結(jié)果

利用Design-Expert進行試驗設計，以、分別表示第一階段相對濕度、第二階段溫度及第二階段相對濕度，表7為燕麥掛面分段變溫變濕干燥工藝的響應面試驗設計與結(jié)果。對表7中的各品質(zhì)指標數(shù)據(jù)進行因子分析，得出主成分1和2，構(gòu)建燕麥掛面干燥綜合評價函數(shù)：C=0.6261+0.3742，其中，C值、1值和2值見表4。

2.3.1 回歸模型分析 采用Design Expert軟件進行回歸擬合分析，剔除不顯著項，得到單位能耗（1）和品質(zhì)綜合評分（2）與第一階段相對濕度（）、第二階段溫度（）和第二階段相對濕度（）的二次多項式回歸模型：

1=774.38750-6.15925-6.13812-10.23738-

0.074325-0.078450+0.0818582+

0.110722+0.160282（9）

表7 響應面設計與結(jié)果

2=-2.6035-0.15215-0.066375+0.32477-

0.0017+0.002027502-0.000174752（10）

表8為各指標的回歸方程系數(shù)顯著性檢驗結(jié)果。由表8可知，能耗（1）和綜合評分（2）的回歸模型均顯著（＜0.05），失擬項均不顯著（>0.05），說明建立的回歸模型可靠，可用此回歸方程對燕麥掛面分段變溫變濕干燥的單位能耗和綜合評分進行分析和預測。各因子對單位能耗的影響極顯著，、、A、B和C對單位能耗有極顯著影響（＜0.01）；3個因素對綜合評分的影響依次是>>，、A和C對品質(zhì)綜合評分影響顯著（＜0.05）。

表8 各指標的回歸方程系數(shù)顯著性檢驗結(jié)果

2.3.2 交互作用分析 響應面因子間交互作用分析結(jié)果如圖6、圖7所示。各圖是由響應值和試驗因子構(gòu)成的立體曲面圖，顯示了第一階段相對濕度、第二階段相對濕度和第二階段溫度中任一變量取零水平時，其余兩個變量對燕麥掛面單位能耗及品質(zhì)綜合評分的影響。

圖6為各因素交互作用對燕麥掛面單位能耗的影響。由圖6可知，隨著第一階段相對濕度和第二階段相對濕度的升高，單位能耗逐漸增大；隨著第二階段溫度的升高，單位能耗逐漸減小。圖7是第二階段溫度為50℃時，第一階段相對濕度和第二階段相對濕度交互作用對綜合評分的影響?？梢钥闯觯S著第一階段相對濕度的升高，品質(zhì)綜合評分逐漸增大；隨著第二階段相對濕度的升高，品質(zhì)綜合評分先增大后稍有減小。

2.3.3 燕麥掛面分段干燥工藝最佳條件的確定及驗證 在試驗參數(shù)范圍內(nèi)，以能耗最小、品質(zhì)綜合評分最大作為優(yōu)化目標對燕麥掛面分段變溫變濕干燥工藝進行綜合優(yōu)化。得到最佳工藝參數(shù)為：第一階段相對濕度88.26%，第二階段溫度42.64℃、第二階段相對濕度71.30%；結(jié)合實際條件，將參數(shù)調(diào)整為：第一階段相對濕度88%、第二階段溫度43℃、第二階段相對濕度71%。在此參數(shù)下，燕麥掛面的單位能耗為93.42 kJ·g-1，品質(zhì)綜合評分為1.02。表9為該干燥工藝參數(shù)下燕麥掛面品質(zhì)綜合評分和單位能耗實測值與回歸方程預測值的比較，由表可知，燕麥掛面的品質(zhì)綜合評分和單位能耗的實測值與理論預測值均比較接近，相對誤差均小于5%，說明建立的回歸方程可靠，可用于燕麥掛面分段變溫變濕干燥過程中單位能耗和品質(zhì)綜合評分的預測。

圖6 各因素交互作用對單位能耗影響的響應面圖

圖7 各因素交互作用對品質(zhì)綜合評分影響的響應面圖

表9 回歸方程預測效果

3 討論

3.1 不同干燥模式對燕麥掛面品質(zhì)和單位能耗的影響

干燥是燕麥掛面生產(chǎn)加工的重要步驟，掛面干燥工藝及參數(shù)控制與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及能源消耗等密切相關[21]。在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，掛面干燥主要采用分段變溫變濕的干燥工藝。與恒溫恒濕干燥相比，變溫變濕干燥可根據(jù)物料所處的不同干燥階段，分段控制干燥溫度和相對濕度，達到提高物料干燥速率及產(chǎn)品品質(zhì)、降低能耗的目的[22]。

本研究以品質(zhì)綜合評分及能耗為標準對9種不同干燥模式下的燕麥掛面品質(zhì)進行評定，得出燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段變溫變濕干燥模式。在此干燥模式下，燕麥掛面的酸度、脂肪酸值顯著下降，抗彎曲強度和折斷距離顯著增大；最佳煮制時間最短，烹調(diào)吸水率最大，烹調(diào)損失最少，表明燕麥掛面煮后面渣少，不易糊湯，燕麥掛面品質(zhì)較好。此外，燕麥掛面的硬度和黏著性明顯減小，咀嚼性和延展性均顯著增大。這與淀粉糊化、面筋蛋白的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)與淀粉間相互作用力等在不同干燥條件下的差異有關；與恒溫恒濕（工藝1）干燥相比，分段變溫變濕干燥（工藝2—8）的單位能耗顯著降低，其中，工藝4和工藝5的單位能耗顯著低于其他組。綜合來看，工藝5所得燕麥掛面的綜合評分最高，單位能耗較小，這與陳建偉[23]的掛面烘干新工藝研究結(jié)果一致，采用升溫降溫結(jié)合降濕工藝生產(chǎn)的掛面外形光滑、易貯藏、有良好的烹飪性能和抗彎曲特性。因此，確定燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕（30℃-85%、40℃-75%、30℃-65%）的三段變溫變濕干燥模式。

燕麥中脂肪含量約為5.0%—9.0%，其中，不飽和脂肪酸含量高達82%以上，亞油酸含量為38.1%— 52.0%，對降低血清總膽固醇有顯著作用。然而，脂肪含量高會引起燕麥掛面品質(zhì)出現(xiàn)問題，如產(chǎn)品保質(zhì)期短、烘烤產(chǎn)品褐變過度等[24]。因此，燕麥掛面的脂肪酸值穩(wěn)定化對延長燕麥產(chǎn)品保質(zhì)期至關重要。不同干燥模式對燕麥掛面的脂肪酸值影響顯著（＜0.05），工藝2、6、7、8所得燕麥掛面的脂肪酸值顯著高于其他組，原因可能是脂肪在高溫高濕下極易發(fā)生酸敗，致使游離脂肪酸含量增加，脂肪酸值升高；同時，濕度增加導致燕麥掛面中酶活性增強，呼吸加劇，各種代謝活動更加旺盛，消耗干物質(zhì)速度加快，從而使燕麥掛面儲藏穩(wěn)定性降低，脂肪酸值就隨之升高。

3.2 三段變溫變濕干燥工藝中關鍵因素對燕麥掛面單位能耗和品質(zhì)綜合評分的影響

影響三段變溫變濕干燥工藝的關鍵因素為第一階段相對濕度、第二階段溫度和第二階段相對濕度。當?shù)诙A段溫度一定時，能耗隨著第一階段相對濕度和第二階段相對濕度的升高而增大。掛面干燥過程是利用干燥介質(zhì)的流動來除去掛面中不同狀態(tài)的水分，進而實現(xiàn)干燥目的。隨著相對濕度增大，燕麥掛面表面與干燥介質(zhì)間的水蒸氣分壓差減小，燕麥掛面表面的水分汽化速率減小，單位能耗增加。因此，燕麥掛面干燥后期采用較低的相對濕度有利于縮短干燥時間，降低能耗。當?shù)谝浑A段相對濕度和第二階段相對濕度一定時，隨著第二階段溫度的升高，單位能耗逐漸減小。掛面干燥過程中第二階段所占時間相對較長，第二階段溫度越高，掛面吸收的熱量越多，導致汽化更多的水分，使燕麥掛面與干燥介質(zhì)間的水分梯度差增大，從而使干燥速率加快，干燥時間縮短。這與姬長英等[25]的研究結(jié)果一致，第二階段溫度越高，干燥時間越短，則單位能耗越小。第二階段溫度一定時，隨著第一階段相對濕度的升高，品質(zhì)綜合評分逐漸增大。隨著第一階段相對濕度的升高，掛面干燥升溫緩慢，可以有效防止掛面表面干燥過快而導致結(jié)殼，有利于掛面內(nèi)外水分散失保持平衡，從而改善產(chǎn)品品質(zhì)，使品質(zhì)綜合評分逐漸增大。這與李華偉等[26]的研究結(jié)果一致，掛面干燥的第一干燥階段應保持較高的相對濕度，此時掛面的品質(zhì)較好。因此，在第一干燥階段，掛面應先在高濕條件下緩慢脫水，可提高產(chǎn)品質(zhì)量。第二階段溫度一定時，隨著第二階段相對濕度的升高，品質(zhì)綜合評分先增大后稍有減小。第二階段相對濕度升高，減緩了燕麥掛面內(nèi)部到表面的水分梯度差，不易形成水分通道或裂紋，使燕麥掛面密度增大。較高的密度可使掛面的抗彎曲特性、質(zhì)構(gòu)特性等品質(zhì)表現(xiàn)較好，從而使品質(zhì)綜合評分增大。但是當?shù)诙A段相對濕度過高時，造成掛面內(nèi)部水汽不易散出，影響掛面產(chǎn)品質(zhì)量，使品質(zhì)綜合評分稍有減小。

3.3 試驗設計與數(shù)據(jù)處理技術(shù)在燕麥掛面干燥工藝優(yōu)化中的應用

因子分析是從變量群中提取共性因子的一種多元統(tǒng)計分析技術(shù)，能夠以較少的變量反映大部分的指標信息，起到數(shù)據(jù)降維的作用。因子分析方法可用于燕麥掛面的綜合品質(zhì)評價。趙建華等[27]通過因子分析篩選出縱徑、橫徑、果糖、葡萄糖、草酸、酒石酸、黃酮、多糖等8項指標作為枸杞鮮果品質(zhì)綜合評價代表性指標，根據(jù)綜合評價值得出紅色鮮果綜合品質(zhì)表現(xiàn)較優(yōu)；木合塔爾·扎熱等[28]利用因子分析提取出4個公因子用于評價新疆地方品種梨的綜合品質(zhì)，其中‘諾尕依梨’的綜合評價值最高；古麗尼沙·卡斯木等[29]運用因子分析篩選出3個公因子來評價5種無花果的果實品質(zhì)，其綜合品質(zhì)得分的優(yōu)良度大小依次為‘布蘭瑞克’>‘美麗亞’>‘日本紫果’>‘波姬紅’>‘豐產(chǎn)黃’。本研究利用因子分析法得到燕麥掛面干燥品質(zhì)綜合得分，其得分高低可直接反映不同干燥模式和不同干燥溫度及相對濕度條件下燕麥掛面品質(zhì)的優(yōu)劣程度，能夠客觀得出較優(yōu)的燕麥掛面干燥工藝，為燕麥掛面干燥工藝參數(shù)的進一步優(yōu)化奠定良好基礎。

PBD設計是建立在平衡的非完全區(qū)組（balanced incomplete block）基礎上，通過個試驗（為4的倍數(shù)）來分析個變量的兩水平試驗設計方法[30]。與傳統(tǒng)的單因素試驗相比，PBD可以利用最少的試驗次數(shù)，快速、準確地在眾多試驗因素中篩選出顯著性影響因子，排列出重要性排名，獲得試驗變量因素與目標響應值之間的多元回歸函數(shù)關系式[31]。近年來，PBD主要應用于工藝條件優(yōu)化和工藝配方設計等領域。吳斯宇等[32]利用Plackett-Burman試驗設計，篩選出制備共遞送靶向納米脂質(zhì)體（RGD-Cur/Bai-Lip）的關鍵因素為超聲時間、膽脂比、水合溫度；柯巧媚等[33]通過Plackett-Burman篩選試驗確定超聲時間、酶解時間、酶解pH和酶添加量作為影響酒糟纖維素酶解的關鍵因素；趙瑩等[34]采用Plackett-Burman試驗篩選出對草莓菌落總數(shù)影響極顯著的因素，即離子體活化水（plasma activated water，PAW）制備時間、水楊酸濃度和介質(zhì)阻擋（dielectric barrier discharge，DBD）工作電壓這3個因素進行Box-Behnken試驗。本研究利用Plackett-Burman試驗對燕麥掛面三段變溫變濕干燥的第一階段溫度、第一階段相對濕度、第二階段溫度、第二階段相對濕度、第三階段溫度和第三階段相對濕度進行篩選，得出燕麥掛面干燥的關鍵因素為第一階段相對濕度、第二階段溫度和第二階段相對濕度。所得綜合評分的回歸模型顯著（＜0.05），說明建立的回歸模型可靠、擬合效果好。

響應面法是利用合理的試驗設計方法及試驗數(shù)據(jù)，對因素與響應值之間的函數(shù)關系進行擬合分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，解決多變量問題的一種統(tǒng)計方法。響應面法在蜂蜜中果糖、葡萄糖、蔗糖的穩(wěn)定性條件優(yōu)化[35]、獼猴桃片超聲滲糖工藝優(yōu)化[36]、桑葚果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化[37]等研究中被用于試驗設計及工藝參數(shù)優(yōu)化。本研究基于Box-Behnken試驗設計原理，利用響應面分析法建立了以單位能耗和品質(zhì)綜合評分為響應值的工藝數(shù)學模型，并在此基礎上進行了燕麥掛面工藝優(yōu)化。

4 結(jié)論

燕麥掛面的最佳干燥模式為升溫降溫結(jié)合降濕的三段變溫變濕干燥模式。影響三段變溫變濕干燥的關鍵因素為第一階段相對濕度、第二階段溫度和第二階段相對濕度。建立的燕麥掛面干燥工藝參數(shù)與單位能耗和品質(zhì)綜合評分的回歸模型顯著，可用于分析和預測干燥工藝參數(shù)對燕麥掛面單位能耗和品質(zhì)綜合評分的影響。燕麥掛面三段變溫變濕干燥最佳工藝參數(shù)為：第一階段溫度25℃，第一階段相對濕度87.24%；第二階段溫度40℃，第二階段相對濕度72.95%；第三階段溫度35℃，第三階段相對濕度50%。燕麥掛面三段變溫變濕干燥工藝能有效提高燕麥掛面品質(zhì)，降低能耗。本研究利用試驗設計和數(shù)據(jù)處理技術(shù)分步解決燕麥掛面干燥工藝的方法全面準確、高效可行，為燕麥掛面的干燥工藝研究提供了試驗基礎和理論依據(jù)，對食品工程中其他問題的解決具有一定的指導價值。

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Optimization of Drying Process in Oat Noodle Production

LIU ZhenRong, ZHAO WuQi, HU XinZhong, HE LiuCheng, CHEN YueYuan

College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119

The effects of different drying modes, temperature, and relative humidity on drying quality and drying energy of oat noodles were studied. The modes were established and the multi-objective optimization was carried out to obtain the drying mode and process parameters of oat noodles with good quality and low energy consumption.The effects of nine different drying modes of temperature and humidity on the drying quality and drying energy of oat noodles were studied. The factors of optimal cooking time, cooking loss, water absorption, ductility, hardness, chewiness, adhesiveness, bending strength, breaking distance, acidity and fatty acid value were analyzed to obtain the comprehensive evaluation value of quality and determine the optimal drying mode of oat noodle. Plackett-Burman test was used to screen the first temperature, the first relative humidity, the second temperature, the second relative humidity, the third temperature and the third relative humidity of the three-stage drying of oat noodles with variable temperature and humidity. Box-Behnken response surface test was used to optimize the drying process, and the optimal parameters were obtained and verified.The best drying mode of oat noodles was first heating and then cooling combined with dehumidification. Plackett-Burman experiment showed that the key factors of drying oat noodles were the first stage relative humidity, the second stage temperature and the second stage relative humidity. The established regression model of oat noodle drying process parameters with unit energy consumption and the comprehensive score was significant (＜0.05). Each factor had extremely significant influence on unit energy consumption. The interaction between the first relative humidity, the second temperature, and the second relative humidity was extremely significant. All factors had a significant influence on the quality comprehensive score, and the order of influence was second-stage temperature>second-stage relative humidity>first relative humidity. The interaction between first relative humidity, first relative humidity and second relative humidity was significant. The optimal process parameters for three-stage variable temperature and humidity drying of oat noodles were first stage temperature of 25℃, first stage relative humidity of 88%, second stage temperature of 43℃, second stage relative humidity of 71%, third stage temperature of 35℃, and third stage relative humidity of 50%; under this condition, the drying energy of oat noodles was 93.42 kJ·g-1, and the comprehensive score was 1.02.The established quadratic polynomial regression model could be applied to analyze and predict the effects of drying process parameters on drying energy and the comprehensive score of oat noodles. Three-stage variable temperature and humidity drying could improve the drying quality of oat noodles and reduce energy consumption. The method of using experiment design and data processing technology to solve the drying process of oat noodles was comprehensive and efficient. The results were intuitive and accurate, and the experiment efficiency and accuracy were improved. This study provided a theoretical basis for industrial standard production, energy-saving, and consumption reduction of oat noodles.

oat noodles; temperature; relative humidity; Plackett-Burman test design; response surface

2022-03-21；

2022-06-06

國家燕麥蕎麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-07）、陜西省谷物食品科學與營養(yǎng)創(chuàng)新團隊項目（2020TD-049）、陜西省國際合作基地項目（2019GHJD-15）

劉振蓉，E-mail：liuzr@snnu.edu.cn。通信作者趙武奇，E-mail：zwq65@163.com。通信作者胡新中，E-mail：hxinzhong@snnu.edu.cn

（責任編輯 趙伶俐）