均匀设计法优化元麦面条生产工艺

宋居易，陈 惠，刘 建，魏亚凤，王永强，郝德荣

(江苏沿江地区农业科学研究所，江苏 如皋 226541)

均匀设计法优化元麦面条生产工艺

宋居易，陈 惠，刘 建，魏亚凤*，王永强，郝德荣

(江苏沿江地区农业科学研究所，江苏 如皋 226541)

采用均匀设计法，考察葡萄糖氧化酶添加量、脂肪酶添加量、谷朊粉添加量、食盐添加量和加水量5因素5水平对元麦面条品质的影响，并通过逐步回归法对数据进行分析。结果表明，优化得到的元麦面条生产工艺：葡萄糖氧化酶添加量为20 mg/kg，脂肪酶添加量为15 mg/kg，谷朊粉添加量为8%，食盐添加量为3%，加水量为60%。在此优化条件下所得面条的综合评分最高，且与模型预测值基本符合。

元麦；面条；均匀设计；品质改良

元麦即裸大麦，又名青稞，系禾本科(Gramineae) 大麦属(Hordeum) 谷类植物[1-2]。元麦具有较好的营养品质和保健功能，它的降胆固醇和降血糖功能对增强人民健康是极其有益的[3]。随着我国糖尿病发病率逐渐升高，人们对元麦的需求也在增加。面条具有物美价廉、 烹调简单、 保存期长、 携带方便等特点， 是我国乃至世界许多国家人民喜爱的传统食品。但是，由于元麦中能形成面筋结构的醇溶蛋白含量很低，制成的面条往往缺乏良好的外观及食用品质[4-5]。目前，青稞面条研究较少，产品中的青稞粉用量大多只占面条的10%～30%[6-8]，这导致面条中元麦β-葡聚糖、母育酚等营养物质的含量明显偏低。因此，开发一套口感好、含量高达80%以上的元麦面条工艺显得尤为重要。

均匀设计法的显著优点是试验量较正交设计明显减少，尤其适合于多因素水平的试验[9]。本文旨在采用均匀设计法优化元麦面条品质的制作工艺，以元麦面条的综合评分为指标，探讨葡萄糖氧化酶、脂肪酶、谷朊粉等对元麦面条品质的改良作用，从而为生产具有功能特性的元麦面条提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

元麦粉，由江苏沿江地区农业科学研究所提供；葡萄糖氧化酶，活力1000 U，由Sigma公司提供；脂肪酶，活力50 BG，由诺维信中国公司提供；谷朊粉、精制食用盐为市售。

小型面条机；揉面机；CF-7000发酵箱，广东COUSS公司提供；电子分析天平；美的电磁炉，广东美的电器股份有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 原料预处理 将元麦粉提前在40 ℃鼓风干燥箱中干燥5 h，待用。

1.2.2 挂面制备流程 酶制剂溶解→和面→熟化→轧片→切条→干燥→切面包装→成品。

1.2.3 操作要点

1.2.3.1 酶制剂溶解 将称量好的葡萄糖氧化酶和脂肪酶以30 ℃温水溶解后，备用。

1.2.3.2 和面 将各辅料加入到面粉中，在揉面机中搅拌10～15 min。

1.2.3.3 熟化 将和好的面团放入温度为20～25 ℃发酵箱中静置15～30 min。

1.2.3.4 轧片、切条 将已发好的面团放入压面机中，拨1档，压面2次；拨2档，将面片3折，压面2次；拨3档，将面片3折，压面2次；拨4档，将面片3折，压面1次；拨5档，压面1次。经多次辊压后制成厚度为1.3～1.4 mm薄面带，然后将面片放入压面机中压成3.0 mm宽的面条束。

1.2.3.5 干燥 在温度为20～25 ℃、相对湿度为60%～80%的条件下，干燥面条至水分含量在6.5%以下。

1.2.3.6 计量包装 将干面条切成22 cm长的试样，按规格进行包装。

1.2.4 测定指标

1.2.4.1 面条最佳烹煮时间的测定 取10根面条放入200 mL沸水中，同时开始计时。保持水温处于98～100 ℃微沸状态下煮制。从1 min开始，每隔10 s取出一根面条用透明玻璃片压开，观察面条中间白芯的有无，白芯刚消失时的时间，即为面条的最佳煮制时间。经预实验确定面条的最佳烹煮时间为3 min。

1.2.4.2 熟断条率测定 从晾干的挂面中任取30根，放入沸腾的500 mL蒸馏水中煮到最佳烹煮时间，然后将面条用筷子轻轻挑出查看。

1.2.4.3 自然断条率的测定 将压好的面条挂架，24 h后记录其断条数。

1.2.4.4 感官评定 感官评价标准见表1。

表1 元麦面条感官评价标准[10]

1.2.4.5 综合评定[11]为方便计算，将面条感官总评分、熟断条率(a)、自然断条率(b)折算，总分为100分，其中感官评分占40%，熟断条率占30%，自然断条率占30 %。

综合评分=感官分×40%+(1-a)×100×30%+(1-b)×100×30%

1.2.5 单因素实验 以葡萄糖氧化酶、脂肪酶、谷朊粉、食盐、水分的添加量为单因素进行实验，控制其他因素不变，分别考察它们对元麦面条综合评分的影响情况。

1.2.6 均匀设计试验 采用均匀试验设计方法，选择葡萄糖氧化酶添加量X1、脂肪酶添加量X2、谷朊粉添加量X3、食盐添加量X4、水分添加量X55个因素，根据预实验结果，确定每个因素的5个水平，采用DPSv7.05软件筛选出U10(105)表安排试验，均匀试验方案见表2，元麦面条工艺条件及品质分析的实验结果见表3。

1.2.7 统计分析 利用DPSv7.05软件对试验数据进行处理分析，应用Design Expert 7.0软件进行响应面制图分析，试验重复3次，取其平均值。

表2 均匀试验方案

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 葡萄糖氧化酶添加量对元麦面条综合评分的影响 如图1所示，随着葡萄糖氧化酶添加量的增加，综合评分先上升后下降，说明葡萄糖氧化酶能够显著提高面条的综合评分，但是当使用量超过30 mg/kg时，对面条品质的改善能力逐渐下降，所以结合成本考虑，选择葡萄糖氧化酶添加量在10～30 mg/kg范围内。

脂肪酶5 mg/kg、谷朊粉12%、食盐2%、加水量60%。

2.1.2 脂肪酶添加量对元麦面条综合评分的影响 如图2所示，随着脂肪酶添加量的增加，综合评分先上升后下降，说明脂肪酶能够提高面条的综合评分，但是当使用量超过15 mg/kg时，对面条品质的改善能力逐渐下降。所以，选择脂肪酶添加量在5～15 mg/kg范围内。

葡萄糖氧化酶10 mg/kg、谷朊粉12%、食盐2%、加水量60%。

2.1.3 谷朊粉添加量对元麦面条综合评分的影响 由图3可知，谷朊粉添加量小于12%时，随着添加量的增加，面条的综合得分逐渐提高；当添加量在12%～16%之间时，综合评分基本保持稳定；当添加量超过16%时综合得分逐渐下降。因此，从综合评价的角度看，谷朊粉的适合添加量为8%～16%。

葡萄糖氧化酶10 mg/kg、脂肪酶5 mg/kg、食盐2%、加水量60%。

2.1.4 食盐添加量对元麦面条综合评分的影响 由图4可知，食盐添加量小于2%时，随着添加量的增加，面条的综合评分逐渐提高；当添加量超过3%时综合评分变化不大。食盐可以收敛面粉中的面筋，增强湿面筋的弹性和延伸性，加速面团吸水，缩短和面时间，抑制杂菌生长，但是，食盐添加量偏大会对食味有影响。因此，从综合评价的角度看，食盐的适合添加量为1%～3%。

葡萄糖氧化酶10 mg/kg、脂肪酶5 mg/kg、谷朊粉12%、加水量60%。

图4 食盐添加量对元麦面条综合评分的影响

2.1.5 水分添加量对元麦面条综合评分的影响 由图5可知，在44%～52%的范围内，加水量的增加会显著增加面条的综合评分；在52%～68%之间，加水量的增加引起面条的综合评分的平缓增加；68%之后增加用水量会减弱面条的弹性、韧性和口感，致使综合评分下降。因此，从综合评价的角度可知，较好的加水量在52%～68%。

葡萄糖氧化酶10 mg/kg、脂肪酶5 mg/kg、谷朊粉12%、食盐2%。

2.2 均匀设计

试验元麦面条工艺条件及品质分析的实验结果见表3。用DPSv7.05对表3中数据进行多元二次逐步回归分析，得出元麦面条综合评分与各因素关系的方程为：

Y=-270.619+7.967X1+9.547X5-0.162X1X1-0.360X4X4-0.077X5X5-0.038X1X3-0.028X1X5+0.340X2X4。F值为21.6090，R2=0.9971，回归方程显著。观测值与拟合值误差非常小，准确度高，见表4。

2.3 响应曲面法分析因素间交互作用对综合评分的影响

根据拟合的二次项方程作图可以得到用于分析的响应面直观图，见图6～图12。如图6、7、8所示，当葡萄糖氧化酶一定时，综合评分随脂肪酶的增加、谷朊粉的减少或食盐的增加变化不大；当脂肪酶、谷朊粉或食盐一定时，综合评分随葡萄糖氧化酶的变化都非常明显，均为先增加后减小，在葡萄糖氧化酶为20 mg/kg左右达到最大值。如图9所示，综合评分随加水量的增加先增加后减少，在加水量为60%左右时达到最大值；随葡萄糖氧化酶的增加先增加后减少，变化非常明显，在葡萄糖氧化酶为20 mg/kg左右时达到最大值。如图10～图12所示，综合评分随脂肪酶添加量的增加、谷朊粉添加量的减少或食盐添加量的增加量略有增加；随加水量的增加均先增加后减少，在加水量为60%左右时达到最大值。

表3 元麦面条工艺条件及品质分析结果

表4 回归预测效果

2.4 元麦挂面生产工艺的优化

根据“Design of Experiments”软件预测，优化得到的元麦挂面生产工艺参数为葡萄糖氧化酶添加量为19.91 mg/kg，脂肪酶添加量为15.00 mg/kg，谷朊粉添加量为8%，食盐添加量为3%，加水量为59.64%，元麦挂面的综合评分为102.483分。选取葡萄糖氧化酶添加量为20 mg/kg，脂肪酶添加量为15.00 mg/kg，谷朊粉添加量为8%，食盐添加量为3%，加水量为60%条件下进行验证试验，3 次平行试验结果：元麦挂面综合评分为99.45分，相对误差为 0.20%，这表明均匀设计法优化元麦面条生产工艺的方案是可行的。

谷朊粉为12%，食盐为2%，加水量为60%。

图6 葡萄糖氧化酶与脂肪酶的交互作用

脂肪酶为10 mg/kg，食盐为2%，加水量为60% 。

脂肪酶为10 mg/kg，谷朊粉为12%，加水量为60%。

3 结论与讨论

葡萄糖氧化酶对元麦面条有很好的改良作用[12-13]，张剑等[14]的研究也证明了这一点。从本研究可以看出，葡萄糖氧化酶可以改善元麦面条的表观状态，使元麦面条色泽从偏黄变白；提高元麦面条的咬劲、弹性；减少其粘附性，使元麦面条的粘弹性得到很大改善；葡萄糖氧化酶还可以提高面条的抗剪切能力，使它的耐煮性得到加强，使元麦面条煮后表面不塌陷、不糊汤。但是，葡萄糖氧化酶的用量并不是越多越好，其使用量应该控制在一定的范围之内。

脂肪酶为10 mg/kg，食盐为2%，谷朊粉为12%。

葡萄糖氧化酶为20 mg/kg，谷朊粉为12%，食盐为2%。

葡萄糖氧化酶为20mg/kg，脂肪酶为10 mg/kg,食盐为2%

脂肪酶可以使元麦面条色泽从偏黄变白，提高面条的硬度，减少面条的粘附性，与单成俊等[15]的研究结果一致。但是，脂肪酶的用量也不是越多越好，超过20 mg/kg用量时，会导致元麦面条品质变差。

葡萄糖氧化酶为20 mg/kg，脂肪酶为10 mg/kg，谷朊粉为12%

谷朊粉可增强元麦面条的面筋筋力，提高面条的弹性和韧性[16-17]。随着谷朊粉添加量的增加，元麦面条断条率明显下降。食盐是面条生产中主要的也是常用的添加剂，能够紧缩面筋，增强其弹性和延伸性，改善面团的工艺性能，可以减少加工过程中的断条率，同时有一定的调味作用[18-19]。

在单因素试验基础上，利用均匀设计法，考察葡萄糖氧化酶添加量、脂肪酶添加量、谷朊粉添加量、食盐添加量和加水量对元麦面条品质的影响，并通过逐步回归法对数据进行分析，得到它们之间关系的二次多项回归模型，经验证该模型拟合程度高。优化得到的元麦面条生产工艺是：葡萄糖氧化酶添加量20 mg/kg，脂肪酶添加量为15 mg/kg，谷朊粉添加量为8%，食盐添加量为3%，加水量为60%，此时元麦面条综合评分与模型预测值基本符合。说明利用均匀设计法优化元麦面条生产工艺是可行的，可为元麦面条的生产提供理论依据。

[1] 刘建.江苏裸大麦[M].北京:科学技术文献出版社,2014:130-132.

[2] 宋居易,陈惠,郝德荣,等.不同灭菌处理对“冷蒸”微生物指标及感官品质的影响[J].食品科技,2015,40(7):357-360.

[3] 刘建.关于加速推进江苏省沿江地区裸大麦生产发展的思考[J].江苏农业科学,2015,43(3):1-4.

[4] 臧靖巍,阚建全,陈宗道,等.青稞的成分研究及其应用现状[J].中国食品添加剂,2004(4):43-46.

[5] 吴昆仑.青稞功能元素与食品加工利用简述[J].作物杂志,2008(2):15-17.

[6] Ryu C H, Cheigh H S, Kwon T W. A note on the preparation and evaluation of ramyon (deep fat fried instant noodle) using barley-wheat composite flours [J]. Korean Journal of Food Science and Technology, 1977(9): 81-83.

[7] 侯勇.青稞挂面的研制[J].青海大学学报:自然科学版,2004,22(5):54-56.

[8] 温纪平,郭祯祥,赵仁勇,等.大麦面条的研制[J].郑州工程学院学报,2003,24(1)：54-57.

[9] 江宁,刘春泉,李大婧.均匀设计法优化冬瓜膨化工艺[J].核农学报,2014,28(2):270-277.

[10] 宋莲军,赵秋艳,乔明武,等.高含量荞麦面条的品质改良研究[J].粮食与饲料工业,2008(2):28-29.

[11] 祝美云,张平安,姜义宝,等.苜蓿营养挂面的制作工艺初探[J].食品科学,2006,27(11):632-634.

[12] 彭荷花,鲁战会,李里特.面条用品质改良剂综述[J].食品科技,2004(7):78-82.

[13] 孙小红,郭兴凤.酶制剂在面条加工中的应用[J].西部粮油科技,2014,39(6):40-44.

[14] 张剑,胡道宏,上官丽娟,等.葡萄糖氧化酶对面团及面条品质影响的研究[J].粮食与饲料工业,2008(8):6-8.

[15] 单成俊,周剑忠.葡萄糖氧化酶和脂肪酶对面条品质的影响研究[J].江西农业学报,2008,20(10):65-67.

[16] 李曼,朱科学,周惠明.面条中天然添加剂的研究进展[J].粮食与饲料工业,2010(10):37-40.

[17] 栗丽萍,王寿东.谷朊粉对高含量荞麦面条品质的影响[J].农业机械,2011(3):67-69.

[18] 赵玮,樊红秀,刘振春.双孢菇挂面的研制[J].食品科学,2011,32(6):314-317.

[19] 赵柏林.关于含盐量对挂面质量影响的研究[J].农业科技与装备,2007(5):57-58.

(责任编辑：许晶晶)

Optimization of Processing of Naked Barley Noodles by Uniform Design

SONG Ju-yi, CHEN Hui, LIU Jian, WEI Ya-feng*, WANG Yong-qiang, HAO De-rong

(Institute of Agricultural Sciences in Riparian Region of Jiangsu, Rugao 226541, China)

Uniform design and stepwise regression analysis were used to explore the effects of five factors (glucose oxidase, lipase, vital gluten, NaCl and water) at 5 levels on the quality of processed naked barley noodles. The optimal processing parameters of naked barley noodles were obtained as follows: 20 mg/kg glucose oxidase, 15 mg/kg lipase, 8% vital gluten, 3% NaCl and 60% water. Under the above optimum conditions, the processed naked barley noodles had the highest comprehensive quality, which was basically in line with the predicted value by simulation model.

Naked barley; Noodles; Uniform design; Improvement of quality

2017-01-16

江苏省农业科技自主创新资金项目“元麦品质优化及主食类制品加工关键技术研究”[CX(14)2123]。 江苏省“333工程” 培养资金资助项目“元麦品质调优标准化栽培及主食类制品加工关键技术研究”(BRA2014104)。

宋居易(1989─)，女，安徽淮南人，研究实习员，硕士，主要从事食品加工及贮藏研究。*通讯作者：魏亚凤。

TS213.2

A

1001-8581(2017)06-0084-06