“白吉馍”气体射流烘烤工艺的优化

魏振东 肖旭霖 曹 佳

“白吉馍”气体射流烘烤工艺的优化

魏振东 肖旭霖 曹 佳

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，西安 710062)

探索一种将气体射流技术应用于白吉馍烘烤的新方法，原理是用加热的气体高速冲击面胚以保证面胚在短时间内获得足够的热量，最终达到省时和降低能耗的目的，使用二次通用旋转和频率分析法进行烘烤工艺的优化，以比容和弹性作为评价指标，最优烘烤工艺的结果如下:以比容为优化指标:烘烤时间7．95 min，烘烤温度177．6℃，距离45 mm。以弹性为优化指标:烘烤时间6．95 min，烘烤温度174．4℃，距离48 mm。结果表明气体射流技术可以应用于烘制白吉馍，这种新方法不但降低了能耗，同时也将传统方法的烘烤时间缩短了近一半。

气体射流冲击 热管 优化 烘烤 白吉馍 节能

“肉夹馍”是陕西名小吃，也是中华名吃，它深受人民的喜爱。肉夹馍所用的馍称为白吉馍，其夹上腊汁肉就是著名的西安小吃“肉夹馍”。肉夹馍虽然名声在外，由于加工技术的落后，加工设备的简陋，一直沿用古法加工，烘烤设备多为土坯煤炉子，极大地浪费了资源，碳排放较高，污染环境;家庭作坊式生产耗时耗力，制作时间长，产量低，卫生安全状况令人担忧。

气体射流冲击技术(Air－impingement Roasting Technique)是将具有一定压力的加热气体，经一定形状的喷嘴喷出，直接冲击物料表面的一种新的干燥和烘烤方法［1］。对于表面不规则的物料，可以扩大受热面积，避免了常规加热方法中能量传递不均的问题。喷出的气体有极高的速度，直接冲击到物料表面时，气流与物料表面之间产生非常薄的边界层，因此，传热系数比常规的干燥和烘烤方式要高几倍以至一个数量级［2］。

本研究采用二次通用旋转法对气体射流冲击“白吉馍”烘烤工艺进行分析和优化，为射流冲击技术的研究提供试验依据。

1 材料与方法

1．1 材料与仪器

高筋小麦粉:市售;安琪牌酵母:安琪酵母股份有限公司;金龙鱼食用调和油:西安嘉里油脂工业有限公司。

自制气体射流冲击实验机(配有双排管喷嘴和热管［3］)，结构见图1;自制柔软度测定仪;自制白吉馍烘烤架;BS224S电子天平:北京赛多利斯系统有限公司;GSP－9080MBE隔水式恒温培养箱:上海博讯实业有限公司。

图1 气体射流烘烤机示意图

1．2 试验方法

1．2．1 试验条件

面团揉制条件:先将少量酵母用温水充分溶解，与适量的小麦粉混合，充分揉匀面团后，再揉制10 min，然后加入少量的食用油，与面团充分混合均匀。

发酵条件:将隔水式恒温培养箱预先升温至29℃，发酵时间80 min，体积明显增大，内部有均匀的气泡即可。

烘烤条件:射流冲击试验机预先升温至180℃。

1．2．2 工艺流程

和面→揉制→发酵→制胚→醒发→烘烤→出炉→成品

1．2．3 操作要点

原料:50 g小麦粉，30 mL水，2 mL油和0．2 g酵母为烤制一个白吉馍的用量。

发酵:发酵时面团上盖一块湿布，以防面团水分散发过快，表面过干;发酵后取出制胚，厚度不得超过12 mm，醒发5 min后，进行烘烤。

饼的放置方式:饼的放置示意图如图2所示，将饼胚1放置在成支架2上，垂直放入烘烤室内，热气流由伸缩喷嘴3喷出。

图2 饼的放置方式示意图

烘烤工艺:喷嘴从两侧喷射出热气流，烤制3 min后取下烤架上的成型板，再烘烤4 min后取出。

1．2．4 试验设计

固定因素:喷嘴直径12 mm;喷嘴个数为每侧各3个;喷嘴间距84 mm;风速13 m/s。

试验因素水平设计:以烘烤时间、烘烤温度和喷嘴距物料表面距离(以下简称距离)作为试验因素，以比容和弹性作为测量指标。采用二次通用旋转组合法，因素水平的设计如表1所示。

表1 因素水平表编码表

1．2．5 测定方法

比容的测定:比容采用菜籽置换法测定［4］。

弹性的测定:弹性采用文献［5］柔软度测定仪测定，如图3所示。

压缩一定时间后，抬起导杆，测定面饼回弹的距离，回弹距离除以压缩距离，即为面饼弹性。

图3 柔软度测定仪

2 结果与讨论

2．1 各因素与比容、弹性之间的关系

试验方案及结果见表2。

表2 试验方案及结果

用DPS软件对表2的试验数据进行分析，可得用编码值表示的比容Y1和弹性Y2优化过的二次回归方程:

对回归方程的失拟性检验Fy1=1．853 33，P=0．190 0＞0．05;Fy2=2．354 78，P=0．116 7＞0．05差异不显著，可认为所选用的二次回归模型是适当的;回归显著性检验Fy1=6．125 68，P=0．005 9＜0．05;Fy2=16．316 49，P=0．000 1＜0．05极显著，说明模型的预测值与实际值非常吻合，模型成立。

表3 回归系数及变量分析

方程的决定系数R2＞0．8，说明此方程在本试验中有意义。从对方程Y1的偏回归系数的检验结果表明:X1、X2、X3

2的偏回归系数达到极显著水平(P＜0．01)，说明试验因子对响应值影响极显著，且不是简单的线性关系［6］;而交互项均未达到显著水平(P＞0．05)，即各因子之间的交互作用不显著，但由于二次项系数之间具有相关性，因此，这些微弱的交互项，原则上不能删除［7］。对方程Y2的偏回归系数的检验结果表明:X2、X12、X2

2、X3

2的偏回归系数达到极显著水平(P＜0．01)，说明试验因子对响应值影响极显著，且不是简单的线性关系;而交互项X1X3、X2X3达到显著水平(P＜0．05)。

2．2 工艺参数的效应分析

2．2．1 三因素对比容的影响

图4为烘烤时间(X1)和烘烤温度(X2)，烘烤时间(X1)和距离(X3)，烘烤温度(X2)和距离(X3)对产品比容(Y1)的互作效应分析图。由图4a可以看出，比容(Y1)随着烘烤时间(X1)和烘烤温度(X2)的升高而升高，在到达一定值后保持不变;由图4b、图4c可以看出比容(Y1)随着距离(X3)的升高，呈先升高后下降的趋势，原因是距离过近或者过远，都会导致传热速率降低，降低了烘烤温度。

图4 三因素对产品比容的影响

2．2．2 三因素对弹性的影响

图5为烘烤时间(X1)和烘烤温度(X2)，烘烤时间(X1)和距离(X3)，烘烤温度(X2)和距离(X3)对产品弹性(Y2)的互作效应分析图。可以看出，各因素对弹性(Y2)的影响显著，呈先升高后下降的趋势，说明各交互因子均有一个最佳编码组合使弹性(Y2)达到最高，先升高后下降是因为烘烤后期温度过高或烘烤时间过长导致面饼内部水分丧失过多所致。

图5 三因素对产品弹性的影响

2．3 射流冲击烘烤白吉馍工艺的优化

2．3．1 白吉馍比容的优化工艺参数

通过DPS软件分析，采用频率分析法寻优［8］，其中比容大于1．91的34个方案中，对数学回归模型分析的结果列于表4。在95%的置信区间内比容大于1．91的优化方案为:烘烤时间7．7～8．2 min，烘烤温度174．8～180．4℃，距离43．8～46．8 mm。取优化后获得比容的平均值方案，X1=7．95 min，X2=177．6℃，X3=45．3 mm≈45 mm。

表4 大于1．91的方案中各变量取值的频率分布

2．3．2 白吉馍弹性的优化工艺参数

通过DPS软件分析，采用频率分析法寻优，其中弹性大于0．80的17个方案中，对数学回归模型分析的结果列于表5。在95%的置信区间内比容大于0．8的优化方案为:烘烤时间6．6～7．3 min，烘烤温度170．6～178．1℃，距离46．0～49．2 mm。取优化后获得比容的平均值方案，X1=6．95 min，X2=174．4℃，X3=47．6 mm≈48 mm。

表5 大于0．8的方案中各变量取值的频率分布

3 结论

3．1 比容Y1和弹性Y2优化过的二次回归方程为:

对方程进行了失逆性检验Fy1=1．853 33，P=0．190 0＞0．05;Fy2=2．354 78，P=0．116 7＞0．05差异不显著;回归显著性检验Fy1=6．125 68，P=0．005 9＜0．05;Fy2=16．316 49，P=0．000 1＜0．05极显著。模型成立。

3．2 采用频率分析法寻优，对各目标函数进行函数优化，得出了各目标函数的烘烤时间、烘烤温度和距离的最优组合。

比容:烘烤时间7．95 min，烘烤温度177．6℃，距离45 mm。

弹性:烘烤时间6．95 min，烘烤温度174．4℃，距离48 mm。

［1］孟庆辉，肖旭霖，吕晓东．苹果片气体射流冲击干燥工艺的优化［J］．农产品加工，2008(11):56－59

［2］高振江．气体射流冲击颗粒物料干燥机理与参数试验研究［D］．北京:中国农业大学，2000

［3］孟庆辉．气体射流冲击节能技术在苹果干燥加工中的应用研究［D］．西安:陕西师范大学，2009

［4］GB/T 17320—1998，馒头制作与评价［S］．北京:中国标准出版社，1998

［5］刘长虹．馒头的品质评价体系及方法［J］．粮食与食品工业，2008，1(15):04－09

［6］倪函．气流膨化马铃薯复合片的工艺研究［D］．西安:陕西师范大学，2009

［7］卢恩双，宋世德，郭满才．回归通用旋转设计的几个问题［J］．西北农林科技大学学报，2002，30(5):110－113

［8］刘宁，朱振宝，仇农学．苦杏仁蛋白提取工艺优化及氨基酸分析［J］．中国油脂，2008，33(1):26－29．

Optimization of Air-impingement Roasting for“Baiji bun”

Wei Zhendong Xiao Xulin Cao Jia
(College of Food Engineering and Nutritional Science，Shanxi Normal University，Xi'an 710062)

The article tries to find a new way to make Baiji buns by Air-impingement roasting technique，and the principle is to use the heating gas to impact the surface of pasta in high-speed to get enough heat in a short time．The target is to save time and reduce energy consumption．The baking process is carried out optimization by general rotator and a frequency analysis method．The evaluation index is specific volume and flexibility．The result of obtained baking process is that:the time is 7．95 min;the temperature is 177．6℃;the distance is 45 mm;and this is to use specific volume as the optimization index．The flexibility is used as the index:the time is 6．95 min;the temperature is 174．4;the distance is 48 mm．The result shows that the Air-impingement roasting technique can be used to roast Baiji buns．Besides，the new way can reduce energy consumption and save the roasting time．

air-impingement，heat pipe，optimization，roasting，Baiji bun，energy efficiency

TS201．1

A

1003－0174(2012)08－0093－05

2011－11－16

魏振东，男，1985年出生，硕士，食品加工工程

肖旭霖，男，1955年出生，副教授，食品加工工程