响应面法优化马铃薯无矾营养粉条生产工艺

庞彩霞，王利民

（呼和浩特职业学院，内蒙古 呼和浩特 010070）

响应面法优化马铃薯无矾营养粉条生产工艺

庞彩霞，王利民

（呼和浩特职业学院，内蒙古 呼和浩特 010070）

以马铃薯淀粉为原料，采用挤压法生产马铃薯无矾营养粉条，利用响应面试验优化挤压最佳工艺参数。结果表明：在水分添加量为24%、一段挤出温度140℃、二段挤出温度100℃的条件下，马铃薯无矾营养粉条生产条件最优，此时其感官评分为95.25分，马铃薯无矾营养粉条口感最好。

响应面；马铃薯；营养粉条；工艺；优化

Abstract：Potatostarch was used as raw material to develop potato-free vitriolic noodles using high-temperature and high-pressure extrusion method，and the optimum process was optimized by response surface method.The results showed that the optimum condition was as follows：water content of 24%，an extrusion temperature of 140℃，two extrusion temperature of 100℃，and the sensory score was 95.25.Under this condition，the best taste of potato noodle nutrition vermicelli.

Key words：response surface；potato；nutritional vermicelli；process；optimization

马铃薯又被称作洋芋、土豆，作为我国四大主粮之一，有重要的地位，马铃薯营养成分齐全，尤其淀粉非常优质[1-2]。我国马铃薯种植面积逐年提高，具有一定的战略地位，改变了粮食格局。目前随着种植面积加大，马铃薯产品却相对较少[3-4]。我国马铃薯进一步加工主要是马铃薯淀粉及其相关的研发阶段[5-6]，目前尚处于初开发阶段，产品水平相对落后，品种也较少，影响着我国马铃薯作为主粮的开发利用[7-8]。粉丝作为一种传统食品，在我国有多年的历史，国内以绿豆、蚕豆、豌豆等作为粉丝的产品较多[9]，然而这类产品价格比较高，粉丝对原料要求较高，原料的性质以及加工方法都会对粉丝的品质产生影响，因此确定粉丝加工工艺显得尤为重要[10]，明矾是粉丝的抗老化增强剂，添加明矾能够使粉丝具有较强的弹性和韧性，但铝是人体的非必需元素，过量摄入会对人体造成伤害。因此，本研究采用挤压工艺经过两段挤压法研制马铃薯无矾营养粉条，可为马铃薯淀粉综合开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

马铃薯淀粉：济南兴森淀粉科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SJ-65型单螺杆挤出机：佛山市顺德区明柯泰金属制品有限公司；OST-6Ea型电子计价秤：石家庄勇汉衡器有限公司；HT-KX-125型真空干燥箱：东莞市汇泰机械有限公司；LDS-1G型水分测定仪：上海淋誉贸易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 马铃薯无矾粉条单因素试验

在水分添加量为24%、一段挤出温度140℃的条件下，二段挤出温度为 80、90、100、110、120 ℃时，以马铃薯无矾营养粉条感官评分为考察指标，考察二段挤出温度对感官评分的影响。

在水分添加量为24%、二段挤出温度100℃条件下，一段挤出温度为 120、130、140、150、160 ℃时，以马铃薯无矾营养粉条感官评分为考察指标，考察一段挤出温度对感官评分的影响。

在一段挤出温度140℃、二段挤出温度100℃条件下，水分添加量为22%、23%、24%、25%、26%时，以马铃薯无矾营养粉条感官评分为考察指标，考察水分添加量对感官评分的影响。

1.3.3 响应面试验

根据单因素试验结果，以水分添加量、一段挤出温度、二段挤出温度为因素，马铃薯无矾营养粉条感官评分（Y）作为响应值，确定最佳马铃薯无矾营养粉条工艺。试验设计因素水平见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levels used in response surface analysis

1.3.4 马铃薯无矾营养粉条感官评定

营养粉丝感官评定涉及到气味、口感、外观、耐煮性4大方面。本研究选择10位有食品感官评价经验的专家进行评定，取其平均值，具体感官评分分值分配见表2。

表2 马铃薯无矾营养粉条感官评定标准Table 2 Sensory evaluation criteria for potato-free alum nutritious vermicelli

2 结果与分析

2.1 马铃薯无矾营养粉条单因素试验结果

2.1.1 一段挤出温度对马铃薯无矾营养粉条的影响

一段挤出温度对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响见图1。

图1 一段挤出温度对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响Fig.1 Effect of 1st extrusion temperature on sensory score

根据图1，当一次挤出温度为120℃时，感官评分较低，随着温度升高，感光评分逐渐增大，当达到140℃时，马铃薯营养粉条感官评分最高，继续升高温度，感官评分逐渐下降。原因可能为，当温度较低时，物料不能充分糊化，导致耐煮性以及外观结构都较差，而当温度过高后，物料黏度过大不利于进行二段挤压成型[11]。因此，选择一段挤出温度130、140、150℃为响应面研究水平。

2.1.2 二段挤出温度对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响

二段挤出温度对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响见图2。

图2 二段挤出温度对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响Fig.2 Effect of 2nd extrusion temperature on sensory score

根据图2，当二次挤出温度为80℃时，感官评分较低，随着温度升高，感光评分逐渐增大，当达到100℃时，马铃薯营养粉条感官评分最高，继续升高温度，感官评分逐渐下降。原因可能为，当温度较低时，糊化后的马铃薯淀粉不能充分成型，粉条状态不好，导致耐煮性以及外观结构都较差，而当温度过高后，物料黏度过大同样不利于成型，影响口感[12]。因此，选择二段挤出温度90、100、110℃为响应面研究水平。

2.1.3 水分添加量对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响

水分添加量对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响见图3。

图3 水分添加量对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响Fig.3 Effect of addition water on sensory score

根据图3，当物料水分添加量为20%时，感官评分较低，随着物料水分的升高，感官评分逐渐增大，当达到24%时，马铃薯营养粉条感官评分最高，继续提高物料水分，感官评分逐渐下降。原因可能为，当物料水分较低时，物料不能充分糊化，导致产品内部产生裂痕或者起泡影响感官评分，当水分过高时，物料黏度降低，影响二段成型[13]。因此，选择水分添加量22%、24%、26%为响应面研究水平。

2.2 马铃薯无矾营养粉条工艺的优化

2.2.1 数学模型的构建与检验

根据单因素分析结果，选择水分添加量、一段挤出温度、二段挤出温度为因素变量，以马铃薯无矾营养粉条感官评分为响应值，根据Box-Behnken中心组合试验设计原理进行分析，结果见表3。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Response surface design and results

续表3 响应面试验设计及结果Continue table 3 Response surface design and results

采用Design-Expert8.0.6软件对表3进行方差分析及显著性检验，得到以马铃薯营养粉条感官评分为函数，关于各因素编码值的回归方程为：

对该模型进行显著性检验，得到方差分析见表4，模型的可信度分析见表5。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

表5 回归模型可信度分析Table 5 Reliability analysis for the established regression model

根据表4、表5，感官评分回归方程极显著。模型与实际值拟合效果好，能够代替实测值对试验结果做分析，R2=98.56%，说明该模型能够反映98.56%的函数值，变异系数较小。R2Adj=96.71%，说明预测值与实测值高度相关。水分添加量对感官评分影响极显著，一段挤压温度对感官评分影响显著，交互项中X1X2影响极显著，X1X3、X2X3影响显著，而二次项中 X12、X22影响极显著，X32影响显著。各因素影响马铃薯无矾营养粉条感官评分由大到小依次为水分添加量＞一段挤压温度＞二段挤出温度。

2.2.2 因素交互作用对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响

因素交互作用对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响见图4。

图4 因素交互作用对马铃薯无矾营养粉条感官评分的影响Fig.4 The influence of two factors on sensory score of bread

响应面图是感官评分与各个因素之间形成的三维空间图，能够反映出两个因素交互作用对感官评分的影响[14-15]。等高线中的椭圆形表示两因素之间交互作用对感官评分影响显著，圆形可表示两因素交互作用对感官评分影响不显著。水分添加量（X1）与一段挤压温度（X2）之间交互作用极显著，表现为等高线为椭圆形，水分添加量（X1）与二段挤压温度（X3）之间交互作用显著，表现为等高线为椭圆形，而一段挤压温度（X2）与二段挤压温度（X3）之间交互作用显著，等高线表现为椭圆形。

2.2.3 粉条工艺参数的优化

为确定最佳参数，对拟合的回归方程分别求一阶偏导数，令其为0，得到三元一次方程如下：

求解得：X1＝0.975、X2＝－0.126、X3＝－0.321，即最佳工艺参数为水分添加量为24.1%、一段挤出温度140.06℃、二段挤出温度100.64℃。按照此最佳工艺参数面包感官评分理论值为95.21分。考虑到实际方便及易操作性，将工艺参数优化为：水分添加量为24%、一段挤出温度140℃、二段挤出温度100℃，在此工艺参数下做3次平行试验，3次试验的平均感官评分为95.25分。与理论预测值较为接近，表明该数学模型对马铃薯无矾营养粉条工艺优化是可行的。

3 结论

在单因素试验的基础上，通过响应面分析对马铃薯无矾营养粉条生产工艺进行优化，结果表明：在水分添加量为24%、一段挤出温度140℃、二段挤出温度100℃的条件下，马铃薯无矾营养粉条生产工艺最佳，其感官评分为95.25分。此条件下，马铃薯无矾营养粉条口感最好。

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Optimization of Potato-free Alum Nutritive Noodle Production Process by Response Surface Methodology

PANG Cai-xia，WANG Li-min
（Hohhot Vocational College，Hohhot 010070，Inner Mongolia，China）

2017-01-17

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.19.016

庞彩霞（1969—），女（汉），副教授，硕士，研究方向：功能性食品。