燕麦马铃薯复合挂面成型机制研究

李露露，赵礼真，胡慧慧，杨欢欢，王利藏，司 蕊，任广跃

(河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471023)



燕麦马铃薯复合挂面成型机制研究

李露露，赵礼真，胡慧慧，杨欢欢，王利藏，司 蕊，任广跃

(河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471023)

为获取一种营养全面、口味独特兼有食疗作用的复合挂面，以燕麦、马铃薯为研究对象，系统研究了最佳配比、小麦粉改良剂和干燥参数对复合挂面品质的影响，并构建了基于非线性拟合的复合挂面干燥数学模型。试验结果表明：小麦粉改良剂和干燥参数对挂面品质影响显著，最佳配方组合为：谷朊粉添加量8%，魔芋粉添加量0.3%，聚丙烯酸钠添加量0.15%；干燥参数最佳组合为：干燥温度为70℃，风速为2.0 m/s，挂面厚度为1.5 mm；所构建的模型能够准确描述复合挂面的水分变化规律，干燥过程中复合挂面有效扩散系数(D)在4.63×10-7～1.58×10-6m2/s，且随温度和风速的提高而趋于增大。

燕麦；马铃薯；挂面；热风干燥；有效水分扩散系数

燕麦(oat)，是一种兼具食药功能的谷物，营养丰富，富含人体所需的8种必需氨基酸和不饱和脂肪酸，其维生素和矿物质的含量高于小麦粉和大米[1]。近年来，燕麦深受消费者的青睐，但市场上燕麦产品种类有限、口味单一，成为燕麦产业发展的瓶颈，因此，有必要发展燕麦的多样化制品[2]。

马铃薯(potato)是一种粮菜兼用型的蔬菜，其营养素全面，易于吸收，淀粉含量非常高，蛋白质品质高，且维生素种类齐全。中医认为,马铃薯具有健脾、胃和益气通便的功效；现代医学认为，马铃薯有预治高血压、抗癌和控制血糖的作用[3]。2015年，我国启动马铃薯主粮化战略，力推用马铃薯加工成中国人爱吃的馒头、挂面等主食[4]，将其提升为我国的第四大主粮。

燕麦马铃薯复合挂面是以燕麦粉、马铃薯粉为基本原料制成的一种新型挂面[5]。用燕麦和马铃薯为原料制作挂面，不仅营养丰富、口味独特，更有助于推进燕麦和马铃薯从副食到主食类型的转变[6]。

1 材料与方法

1.1 材料

燕麦粉、马铃薯粉,均购于河北张家口市当地超市。

1.2 设备

热泵干燥机，GHRH-20型；挂面机，FKM-200型。

1.3 试验方法

1.3.1 感官评定

按照SB/T 10137—1993的方法和标准[7]对煮制前挂面进行色泽和表面状况的评定；对煮制后挂面进行适口性、韧性、弹性、光滑性和滋味的评价[8]。

1.3.2 燕麦马铃薯挂面煮制吸水率的测定[9]

准确称量一定质量的干燥后的挂面，煮制后室温下称重。

(1)

式中，M1为未煮制之前挂面的质量，g;M2为煮制之后挂面质量，g。

1.3.3 燕麦马铃薯挂面淀粉溶出量的测定

将煮制后的面汤倒入量筒中，室温下静置2 h，记录沉淀层体积。

淀粉溶出量=沉淀层体积。

1.3.4 干燥参数

对煮制前挂面进行剪切力[10]的感官评定，对煮制后挂面进行拉伸力的感官评定。

干燥终点的确定[11]：根据LS/T 3212—2014要求，挂面水分含量≤14.5%。本试验以含水量降至13%为干燥终点，挂面干燥至终点时质量为M1。即：

(2)

式中，M0为物料的初始质量，g；W0为物料的湿基含水率，%；W1为物料干燥至终点的含水率，%。

1.3.5 有效水分扩散系数的测定[12-14]

挂面的水分比(moisture ratio，MR)按式(3)计算：

(3)

式中，M0为初始干基含水率；Me为平衡时的干基含水率；Mt为t时刻干基含水率。

试验所用挂面为(160.0±0.2) mm×(2.5±0.2) mm×(1.5±0.2) mm 细条，所用挂面的厚度和宽度远小于其长度，所以可把挂面看作大长条，水分扩散沿着宽(x)、厚(y)两个方向同时进行，所以其水分扩散特性为二维平面扩散[15]。由Newmen公式可得：

(4)

(5)

(6)

(7)

将(7)式两端取自然对数得：

(8)

由公式(8)可以看出，lnMR与时间t呈线性关系，有效水分扩散系数(D)可由其斜率求出[18]。数据可由软件origin 8.5拟合得出。

2 结果与分析

2.1 燕麦马铃薯挂面比例结果与分析

燕麦马铃薯粉比例对挂面感官评分影响的结果见图1，挂面品质的评定如图2所示。

图1 燕麦马铃薯粉比例对感官评分的影响

图2 不同比例的燕麦马铃薯粉挂面品质的评定

从图1、图2可知，当燕麦粉比例逐渐减小时，挂面的感官评分先增加后减小，当燕麦与马铃薯粉比例达到1∶1时评分最高，煮制吸水率最大，淀粉溶出量最小，所以选择最佳的燕麦与马铃薯粉比例为1∶1。

2.2 谷朊粉添加量对燕麦马铃薯挂面品质的影响

谷朊粉添加量对挂面感官评分影响的结果见图3，挂面品质的评定见图4。

由图3、图4可知，当谷朊粉添加量逐渐增加时，感官平均分先增大后减小，当谷朊粉添加量为10%时达到最高值。煮制吸水率呈现先增大后减小的趋势，当谷朊粉添加量达到10%时，挂面的煮制吸水率最大，淀粉溶出量最小，且没有断条现象出现，与感官评价相符合，所以谷朊粉的最佳添加量为10%，最适添加量范围为8%～12%。

图3 谷朊粉添加量对感官评分的影响

图4 谷朊粉添加量对品质的影响

2.3 魔芋粉添加量对燕麦马铃薯挂面品质的影响

魔芋粉添加量对挂面感官评分影响的结果见图5，挂面品质的评定见图6。

图5 魔芋粉添加量对感官评分的影响

图6 魔芋粉添加量对品质的影响

由图5、图6可知，当魔芋粉添加量逐渐增加时，感官平均分先增大后减小，当魔芋粉添加量达到0.2%时煮制吸水率最大，淀粉溶出量最小，且没有断条现象出现，感官平均分达到最高值，所以魔芋粉的最佳添加量为0.2%，魔芋粉最适添加量范围为0.1%～0.3%。

2.4 聚丙烯酸钠添加量对燕麦马铃薯挂面品质的影响

聚丙烯酸钠添加量对挂面感官评分影响的结果见图7，挂面品质的评定见图8。

图7 聚丙烯酸钠添加量对感官评分的影响

图8 聚丙烯酸钠添加量对品质的影响

从图7、图8可知，当聚丙烯酸钠添加量逐渐增加时，煮制吸水率呈现先增大后减小的趋势，当聚丙烯酸钠添加量达到0.15%时，煮制吸水率最大，淀粉溶出量最小，且没有断条现象出现，与感官评价相符合，所以聚丙烯酸钠的最佳添加量为0.15%，最适添加量范围为0.10%～0.20%。

2.5 配方正交试验结果与分析

由单因素试验结果确定各因素的水平编码表如表1。

表1 正交试验因素水平编码表

正交试验采用L9(34)正交表进行试验。以挂面的感官平均值为指标，指标越大越好。试验方案、结果及其极差分析见表2，方差分析见表3。

表2 L9(34) 正交试验结果与极差分析

通过极差分析，可得因素影响主次为A>B>C，即谷朊粉对挂面品质的影响最大，魔芋粉次之，聚丙烯酸钠影响最小。

因为指标越大越好，所以较优参数组合为A1B3C2。

通过方差分析可知，因素A、B、C即谷朊粉、魔芋粉添加量、聚丙烯酸钠添加量都对指标影响显著。

对较优参数组合做3次验证试验，结果表明，得到的较优参数组合及其指标值合理。

表3 L9(34)正交试验方差分析表

注：F0.01(2,2)=99.01，F0.05(2,2)=19.00，F0.1(2,2)=9.00，F0.25(2,2)=3.00

2.6 干燥参数单因素试验结果与分析

温度、风速、挂面厚度的单因素试验结果见图9、图10、图11。

图9 温度对燕麦马铃薯挂面品质的影响图

图10 风速对燕麦马铃薯挂面品质的影响

由图9中可以看出，当温度逐渐上升时，感官评价值呈现先增大后减小的趋势，最佳温度为70℃，最适温度范围为60～80℃。

由图10中可以看出，当风速逐渐上升时，感官评价值呈现先增大后减小的趋势，最佳风速为2 m/s，最适风速范围为1.5～2.5 m/s。

由图11中可以看出，当挂面厚度逐渐上升时，感官评价值呈现先增大后减小的趋势，最佳厚度为1.5 mm，最适挂面厚度范围为1.0～2.0 mm。

图11 挂面厚度对燕麦马铃薯挂面品质的影响

2.7 干燥参数正交试验结果与分析

由单因素试验结果确定各因素的水平及编码如表4。

表4 正交试验因素水平编码表

正交试验采用L9(34)正交表进行试验。以拉伸力、剪切力平均分为指标，指标越大越好。2个指标消除量纲后进行加权综合评分，加权系数都取0.5。试验方案、结果及其极差分析见表5。

通过极差分析，可得因素影响主次为A>C>B，即温度对挂面干燥品质的影响最大，挂面厚度次之，风速影响最小。

因为指标越大越好，所以较优参数组合为A2B2C2。即温度为70℃，风速为2.0 m/s，挂面厚度为1.5 mm。

表5 L9(34)正交试验结果与极差分析

对较优参数组合做3次验证试验，试验结果见表6。结果表明，得到的较优参数组合合理。

表6 验证性试验结果

2.8 有效水分扩散系数测定的结果与分析

不同条件下燕麦马铃薯复合挂面的干燥曲线如图12、13所示。

图12 不同温度下挂面的干燥曲线

图13 不同风速下挂面的干燥曲线

图12、13表明，不同风速或温度下，挂面的干燥曲线在干燥开始阶段均快速下降，之后随时间的延长而趋于稳定。造成此现象的主要原因是挂面通过表面水分的蒸发和内部水分向表面扩散和汽化而干燥，干燥开始阶段挂面表面水率含量高，表面蒸发快，随着干燥时间的延长，汽化面逐渐向挂面内部转移，水分内部扩散阻力增大，干燥速率也随之减慢[19-20]。一定风速下，空气温度越高，曲线的斜率越大，即干燥速率越大。一定温度下，风速越大，干燥时间越短。

不同干燥条件下水分比自然对数随干燥时间变化的拟合效果如表7。由表7可知，不同干燥条件下挂面水分比自然对数lnMR随时间变化规律拟合曲线的R2均大于0.9，表现出较好的拟合，这说明通过计算其斜率能够准确的得到挂面热风干燥过程中的有效水分扩散系数。

不同条件下燕麦马铃薯复合挂面的lnMR随干燥时间的变化规律如图14、15所示，有效水分扩散系数如图16所示。

图14、15、16显示了不同干燥条件下挂面干燥水分比自然对数lnMR随干燥时间的变化规律及其有效水分扩散系数。由图可知，挂面热风干燥过程中的有效水分扩散系数在4.63×10-7～1.58×10-6m2/s。

由图16可知,温度的有效水分扩散系数分别为4.63×10-7、5.805×10-7、7.526×10-7、9.59×10-7、12.9×10-7m2/s，最高值比最低值提升了178.6%，风速的有效水分扩散系数分别为0.92×10-6、1.11×10-6、1.20×10-6、1.34×10-6、1.58×10-7m2/s，最高值比最低值提升了70.26%。以上分析说明，温度和风速可以强化燕麦马铃薯复合挂面干燥过程中传质传热的行为，从而提高挂面在热风干燥过程中的有效水分扩散系数。

表7 不同干燥条件下水分比自然对数随干燥时间变化的拟合效果

注：MR为水分比；a,b为模型参数；t为干燥时间。

图14 不同温度下lnMR随干燥时间的变化规律

图15 不同风速下lnMR随干燥时间的变化规律

图16 有效水分扩散系数图

3 结论

(1)加工燕麦马铃薯复合挂面时，燕麦与马铃薯粉的最佳比例为1∶1。

(2)燕麦马铃薯复合挂面的最佳配方为：谷朊粉添加量为8%，魔芋粉添加量为0.3%，聚丙烯酸钠添加量为0.15%。

(3)热风干燥的最佳工艺参数为：温度70℃，风速2.0 m/s，挂面厚度1.5 mm。

(4)干燥过程中燕麦马铃薯复合挂面的有效扩散系数在4.63×10-7～1.58×10-6m2/s，且随温度和风速的提高而增大。

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(责任编辑：赵琳琳)

Forming mechanism of the oat potato compound fine dried noodles

LI Lu-lu , ZHAO Li-zhen , HU Hui-hui, YANG Huan-huan , WANG Li-cang, SI Rui，REN Guang-yue

(College of Food Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

In order to obtain a kind of compound fine dried noodles with the comprehensive nutrition, unique taste and food therapy effects, using oat and potato as the raw material,the perfect ratio between oat and potato and the influence of the flour improver and drying parameters on noodles had been studied . The mathematical model based on nonlinear fitting, which can be applied to the drying process of oat potato noodle had been established. Test results showed that the flour improvers and drying parameter had significant effects on the noodles. The perfect parameters of flour improver formulations: gluten content 8%;Konjac flour’s additive amount 0.3%; adding 0.15% sodium polyacrylate. The optimal portfolio of drying parameter were: drying temperature 70℃, the wind velocity is 2.0 m/s,thickness of noodles 1.5 mm. This model could accurately describe the rules of water coefficient during the drying process. During the period of drying, the effective diffusion coefficient was between 4.63×10-7and 1.58×10-6m2/s. The diffusion coefficient was increased with the increasing of the temperature and wind velocity.

oat;potato;fine dried noodles;hot air drying;effective water diffusion coefficient

2017-02-28；

2017-06-17

河南省高校科技创新团队支持计划(16IRTSTHN009);国家自然科学基金项目(31671907);河南科技大学大学生研究训练计划(SRTP)资助项目(2017140)。

李露露(1995-),女，本科生,研究方向为农产品加工。

任广跃(1971-)，男，教授，博士，研究方向为农产品干燥技术。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.07.008

TS275.4

A

1003-6202(2017)07-0030-07