基于熵权法与响应面法优化新疆窝窝馕烤制工艺

摘要：窝窝馕为我国新疆地区的传统焙烤美食，但长期以来其生产过程中存在效率低、加工技术落后等问题，难以实现产业的连续化和标准化，极大地阻碍了馕产业的发展。基于此，文章采用单因素试验、熵权法与响应面法对窝窝馕烤制工艺进行研究。结果显示，此工艺对其硬度、咀嚼性、色泽、水分与感官评分的影响显著（P＜0.05），硬度、咀嚼性、L值、b值均显著增大（P＜0.05），而水分含量、a值显著减小（P＜0.05）。最适工艺参数为微波功率419 W、微波烘烤时间59 s、红外烤制温度221 ℃、链板速度0.26 m/min，此时平均综合评分为94.98分（RSD=1.97%），该研究结果为新疆窝窝馕加工工艺优化提供了新思路。

关键词：窝窝馕；微波；熵权法；响应面法；综合评分

中图分类号：TS213.2""""" 文献标志码：A"""" 文章编号：1000-9973（2024）11-0084-09

Optimization of Baking Process of Xinjiang Wowo Naan Based on

Entropy Weight Method and Response Surface Method

WANG Lu-fei， AN Bi-fang， FENG Zuo-shan

（College of Food Science and Pharmacy， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China）

Abstract： Wowo Naan is a traditional baked delicacy in Xinjiang， China. However， for a long time， there are" problems such as low efficiency and backward processing technology in its production process， making it difficult to achieve industrial continuity and standardization， which greatly hinders the development of the Naan industry. Based on this， in this paper， single factor test， entropy weight method and response surface method are used to study the baking process of Wowo Naan. The results show that this process has a significant effect on its hardness， chewiness， color， moisture and sensory score （Plt;0.05）， hardness， chewiness， L value， b value significantly increase （Plt;0.05）， and the moisture content， avalue significantly decrease （Plt;0.05）. The optimal process parameters are microwave power of 419 W， microwave baking time of 59 s， infrared baking temperature of 221 ℃ and chain plate speed of 0.26 m/min. At this time， the average comprehensive score is 94.98 points （RSD=1.97%）. The research results have provided new ideas for the optimization of the processing technology of Xinjiang Wowo Naan.

Key words： Wowo Naan; microwave; entropy weight method; response surface method; comprehensive score

收稿日期：2024-05-03

基金项目：新疆维吾尔自治区重点研发项目（2021B02001-2）

作者简介：王露飞（1993—），男，山东青岛人，硕士，研究方向：农产品加工与综合利用。

*通信作者：冯作山（1963—），男，新疆乌鲁木齐人，教授，博士，研究方向：农产品加工与综合利用。

窝窝馕是传统新疆主食馕之一，厚度可达5～6 cm，是所有馕种类中厚度最厚的，也是烤制时间最长的，具有悠久的历史[1]。以香、酥、松、脆等特点深受广大消费者喜爱，具有巨大的经济价值与社会价值[2]。

微波能够从内部加热食品，近年来已用于食品工业，具有加热效率高、卫生方便、节约能耗等优点，还被广泛应用于烹饪、焙烤和巴氏灭菌等工艺[3]。当前，微波联合红外烤制工艺常用于面包[4]、蛋糕[5]等焙烤食品加工中，鲜少用于馕的加工过程中。传统窝窝馕烤制工艺使用红外单独烤制，工艺较单一，不仅良品率低、热效率低，而且需要操作者具有一定的经验[6]。随着现代食品科学的发展与进步，急需生产效率高的工艺出现，将微波引入现有工艺中与传统红外联合烤制以加速新疆窝窝馕的连续化生产进程。

熵权法是一种运用指标值反映客观信息，从而确定权重客观赋权的综合评价方法，能够科学合理地评价各个指标的重要程度[7]。本文以微波功率、微波烘烤时间、红外烤制温度和隧道炉链板速度为考察因素，以窝窝馕的质构特性、色泽、水分含量和感官评分为指标，采用熵权法与响应面法综合评判新疆窝窝馕的烤制新工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

窝窝馕：由电加热隧道炉自制；小麦粉、食盐、白砂糖、发酵粉、食用菜籽油：市售。

NFS-1419D型电力型隧道炉、微波炉（700 W）、ZZ-H200型螺旋式和面机、TA-XT Plus型物性测试仪、NR100型色差仪、DHS-10A型卤素水分测定仪。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程及操作要点

将窝窝馕的制作配方固定为小麦粉1 000 g、食用盐10 g、白砂糖20 g、发酵粉10 g、食用植物油80 g、30 ℃水400 g。

1.2.1.1 工艺流程

原料→和面→发酵→分割面团→成型→微波预烘烤→红外烤制→冷却。

1.2.1.2 操作要点

原料：精确称量小麦粉、食用盐、白砂糖、发酵粉、植物油。

和面：将小麦粉、食用盐、白砂糖和发酵粉均匀放入和面机中，使其充分混合后，再加入植物油和水。

发酵：待面团变得柔软适中，置于室温下（28～30 ℃）维持30 min。

分割面团：面团醒发好后，排出气体，将每份分割成200 g。

成型：先用双手将发酵面团按压成2 cm左右厚度的圆饼状，然后在每个面团的中心处戳一个成人中指粗细的凹洞，再揉成边缘厚度4～5 cm、直径约10 cm的圆形馕坯。

微波预烘烤：每4个馕坯一组放入微波炉中，调至合适的微波功率和时间进行烘烤。

红外烤制：将微波预烘烤后的馕坯立即放置于设置好温度和链板速度的隧道炉中烤制。

冷却：隧道炉烘烤结束后需冷却30 min。微波功率、微波烘烤时间、红外烤制温度、链板速度根据单因素试验的要求设定具体参数。

1.2.2 单因素试验设计

1.2.2.1 微波功率对窝窝馕品质的影响

根据前期的预试验，设置初始条件为微波烘烤时间60 s、红外烤制温度220 ℃、链板速度0.25 m/min，考察微波功率分别为140，280，420，560，700 W时对窝窝馕质构特性、色泽、水分含量和感官评分的影响。

1.2.2.2 微波烘烤时间对窝窝馕品质的影响

设置微波功率420 W、红外烤制温度220 ℃、链板速度0.25 m/min，考察微波烘烤时间分别为20，40，60，80，100 s时对窝窝馕质构特性、色泽、水分含量和感官评分的影响。

1.2.2.3 红外烤制温度对窝窝馕品质的影响

设置微波功率420 W、微波烘烤时间60 s，链板速度0.25 m/min，考察隧道炉红外烤制温度分别为200，210，220，230，240 ℃时对窝窝馕质构特性、色泽、水分含量和感官评分的影响。

1.2.2.4 链板速度对窝窝馕品质的影响

设置微波功率420 W、微波烘烤时间60 s、红外烤制温度220 ℃，考察链板速度分别为0.11，0.18，0.25，0.32，0.39 m/min时对窝窝馕质构特性、色泽、水分含量和感官评分的影响。

1.2.3 响应面试验设计

以单因素试验结果分析为基础，以微波功率、微波烘烤时间、红外烤制温度和链板速度4个因素为考察因素，响应面设计以标准化综合评分为响应值，进行四因素三水平的Box-Behnken试验设计，确定微波预烤结合红外烤制窝窝馕的最佳工艺条件。响应面试验因素水平表见表1。

1.2.4 质构特性的测定

参考古丽乃再尔·斯热依力等[8]的方法并略作修改。将烤制好的窝窝馕在室温下冷却30 min后用小刀随机切取3 cm×3 cm×3 cm左右的方块，用质构仪检测其质构特性。采用TPA模式测定，将馕块垂直竖立在P/36R型探头的正下方，测试条件：压缩；探头接触到方块前下压速度3 mm/s；接触到方块时的速度1 mm/s；压后速度3 mm/s；位移2 mm；触发类型：自动；触发力10 g。

1.2.5 色泽的测定

参考魏健等[9]的方法，将烤制好的窝窝馕冷却至室温后进行测定，色泽指标为L值、a值和b值。L值表示亮度，a值表示红度，b值表示黄度。每组样品平行测量3次，取平均值。色泽变化值ΔEab计算公式如下：

ΔEab=[（Li-L0）2+（ai-a0）2+（bi-b0）2]。

式中：ΔEab为色泽变化值；L0、a0、b0代表10批次馕色泽的平均值，即标准馕的颜色值；Li、ai、bi为工艺优化条件下样品的颜色值。

1.2.6 水分含量的测定

校正卤素水分测定仪，将加热温度设定为105 ℃，再将单个整馕用粉碎机均匀打碎后称量3 g左右的试样，放入仪器中检测样品的失水率，每组样品平行测量3次，取平均值。

1.2.7 感官评分的测定

参考吴立根等[10]的质量评价方法，根据窝窝馕的特点进行相应调整，制定出适合窝窝馕的感官评分标准，见表2。对烤制好的窝窝馕于室温下放置30 min后进行感官品质的评定，由10名味觉和嗅觉正常、有相关经验的食品专业学生组成评定小组，从色泽、风味、形态、口感和组织形态5个方面进行综合评分。满分100分，总得分≥71分为优，≥38分为良好，低于38分为不合格。

1.2.8 链板速度的测定

在隧道炉的烘烤过程中，传送链板速度对整体烤馕速度起着极为关键的作用。链板速度是由隧道炉电动机转速确定的，而电动机的转速又是由变频器调节的。因此，需要确定变频器档位与链板速度的关系。测量方法是分别将变频器固定在不同的档位，用秒表测得链板转一圈的时间，并根据时间计算链板的速度，每个档位平行测定3次，取平均值。

1.2.9 熵权法权重计算

熵权法是将每一项评价指标看作一个随机变量，并对该指标的熵权系数进行计算，其取值的变化程度越大、越无序，所能提供的信息越多，该指标就越有价值。相反，该指标的重要性则越低[11]。具体确定权重的计算步骤如下：

对原数据矩阵进行标准化，并构建原始评价指数矩阵（Xij）：

Xij=（Xij）mn。

将原始评价指标矩阵转为概率矩阵（Pij）：

Pij=Xij/∑nj=1Xij（0≤Pi≤1）。

计算每项指标的熵值，确定第i个评价指标的信息熵Hi：

Hi=-k∑nj=1PijlnPij，k=1/ln（m）。

计算各指标的权重系数Wi：

Wi=1-Hi/∑mi=1（1-Hi）。

式中：i表示样品值（i=1，2，…，n）；j表示指标值（j＝1，2，…，m）。

1.3 数据处理

运用SPSS 26.0和Excel 2010软件对试验结果进行统计分析，Design-Expert 8.0.6软件对响应面数据进行作图和优化分析，OriginPro 2022软件对单因素数据进行作图，结果均用平均值±标准差（n=3）表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 微波功率对窝窝馕品质的影响

微波功率大小是影响食物品质的重要因素。微波烘烤时间60 s、红外烤制温度220 ℃、链板速度0.25 m/min时不同微波功率对窝窝馕品质的影响见图1。

食品的质构参数是能够反映食品组织形态和形态的物理指标[12]。由图1中A可知，质构特性与微波功率大小相关，硬度和咀嚼性随着微波功率的升高呈现显著增加趋势（P＜0.05），硬度从140 W时的23 813 g增加到700 W时的30 316 g，咀嚼性从6 486 g增至10 567 g（P＜0.05），内聚性各组间无显著性差异（P＞0.05），这可能是因为样品中含水量的减少、蛋白质的变性导致窝窝馕的硬度和咀嚼性增加。由图1中B可知，随着微波功率的提高，窝窝馕表面的红度a值显著减小（P＜0.05），亮度L值和黄度b值升高。Yolacaner等[13]研究表明微波烘烤会抑制美拉德反应和褐变反应的发生，从而影响类黑精等化合物的产生。随着微波功率从140 W升至560 W，样品中的水分含量逐渐降低，由29.44 g/100 g显著下降至23.95 g/100 g（P＜0.05），当微波功率升至700 W时，水分含量为23.44 g/100 g，与560 W处理组无显著性差异（P＞0.05）。Schiffmann[14]研究认为可能是微波使样品表面失水后形成干硬外壳，从而减缓了内部水分的蒸发。微波预烤联合红外烘烤窝窝馕的感官评分随着微波功率的增大呈现先升高后降低的趋势，在微波功率为420 W时达到最佳，为81.17分，与其余4个处理组有显著性差异（P＜0.05），此时馕的外壳呈金黄色，内部质地疏松，有嚼劲，所以在色泽、口感和组织形态3个感官指标中得分也是最高的。以感官评分为主再综合考虑其余3个指标，微波功率为420 W时感官评分最高，色泽金黄，水分含量适宜，质地软硬适中，进行后续的试验较合适。

2.1.2 微波烘烤时间对窝窝馕品质的影响

由图2中A可知，微波烘烤时间由20 s增加到80 s时，样品的硬度从22 531 g增加到27 952 g，咀嚼性由5 655 g显著上升至7 903 g（P＜0.05）。微波烘烤时间增加至100 s时与80 s处理组无显著性差异（P＞0.05），这是由于微波加热80 s时样品表面的支链淀粉分子排列得更加紧密，无定形层受到压缩[15]。由图2中B可知，微波烘烤时间对窝窝馕的色泽有显著影响（P＜0.05），L值、a值、b值均有所变化。L值、b值与微波加热时间呈正相关，L值从20 s时的53.91升高至100 s时的62.57，a值与微波时间呈负相关，a值从20 s时的23.53降低至100 s时的17.67。结果表明，在微波的作用下，样品的亮度、黄度均随时间的延长而升高，红度逐渐降低。Icoez等[16]研究表明可能是微波引起面筋结构的变化和淀粉糊化的不足影响了色泽的转变。由图2中C可知，样品的水分含量逐渐降低，从20 s时的27.19 g/100 g显著降低至80 s时的21.69 g/100 g（P＜0.05），随后逐渐下降，80 s与100 s组间无显著性差异（P＞0.05），最终达到稳定的水分含量。在感官评分方面，感官评分随着微波烘烤时间的延长呈先上升后下降的趋势，并且在60 s时取得最高分78.83分。以感官评分为主再综合考虑其余指标，微波烘烤时间为60 s时感官评分最高，其色泽金黄，水分含量适中，因此选择60 s进行后续试验。

2.1.3 红外烤制温度对窝窝馕品质的影响

不同红外烤制温度对窝窝馕品质的影响见图3。

由图3中A可知，红外烤制温度从200 ℃升高至230 ℃时，硬度从18 778 g增加至25 495 g，咀嚼性从4 655 g显著上升至6 567 g（P＜0.05），这是由于烤制过程中遇到高温，水分迅速减少、密度增大，使其硬度、咀嚼性变大，与Kure等[17]的研究结果一致。由图3中B可知，红外烤制温度对样品的色泽有显著影响（P＜0.05），L值、a值、b值均有所变化。L值和b值与烤制温度呈负相关，L值从210 ℃时的55.61降低至240 ℃时的47.45，b值从200 ℃时的40.19降低至240 ℃时的29.20，a值与红外烤制温度呈正相关，a值从200 ℃时的17.44升高至240 ℃时的25.90。由图3中C可知不同烤制温度下窝窝馕含水量的变化，红外烤制温度与水分含量呈负相关，烤制温度分别为200，210，220，230，240 ℃时，水分含量分别为29.90，28.67，27.03，25.75，24.13 g/100 g，各组间差异显著（P＜0.05），这可能是随着红外烤制温度的升高，微波烘烤功率、时间和速度一定时，样品内部与表面的失水速率达到一致[18]。在感官方面，微波辅助红外烤制窝窝馕的感官评分随着烘烤温度的升高呈现先升高后降低的趋势，并且在220 ℃时取得最高分84.50分，与其余4组具有显著性差异（P＜0.05）。以感官评分为主再综合考虑其余指标，选择220 ℃进行后续的试验较合适。

2.1.4 链板速度对窝窝馕品质的影响

链板速度是影响隧道炉烤馕品质的重要因素之一。根据上述方法测得变频器不同档位对应的链板速度分别为0.11，0.18，0.25，0.32，0.39 m/min。不同链板速度对窝窝馕品质的影响见图4。

由图4中A可知，链板速度从0.11 m/min升高至0.39 m/min时，硬度从28 264.37 g降低至18 831.08 g，咀嚼性与硬度的变化趋势一致，咀嚼性从7 903.88 g显著降低至5 655.77 g（P＜0.05），这可能是链板速度的增加导致样品表面水分快速蒸发，内部的水分还未迁移至样品表面[19]。由图4中B可知，链板速度对窝窝馕的色泽也有显著影响（P＜0.05），L值、a值、b值均有所变化。L值、b值与链板速度呈正相关，L值从0.11 m/min时的45.26提高至0.32 m/min时的55.06， b值与L值的变化趋势一致，从0.11 m/min时的33.83提高至0.32 m/min的38.23。a值与链板速度呈负相关， a值从0.11 m/min时的27.84降低至0.32 m/min的19.35，表明随着链板速度的加快，样品的L值和b值均逐渐升高， a值逐渐降低。由图4中C可知不同链板速度对窝窝馕水分含量的影响，链板速度与样品水分含量呈正相关，链板速度分别为0.11，0.18，0.25，0.32，0.39 m/min时，样品中的水分含量分别为20.46，22.09，24.07，25.16，27.19 g/100 g，各组间差异显著（P＜0.05），这可能是因为微波功率、微波烘烤时间和红外烤制温度一定时，链板速度的加快使得样品内外的水分失水速率减慢，导致水分含量逐渐升高[20]。在感官方面，微波预烤联合红外烘烤窝窝馕的感官评分随着链板速度的提升先升高后降低，并且在0.25 m/min时取得最高分85.83分，与其余4组具有显著性差异（P＜0.05），0.25 m/min时样品色泽金黄且无开裂，链板速度太慢的样品经过烘烤后干裂较严重，而速度太快的样品质地过软。以感官评分为主再综合考虑其余指标，链板速度为0.25 m/min时窝窝馕的感官品质最优，颜色金黄，水分含量适中，质地软硬适中，因此选择0.25 m/min进行后续的优化试验。

2.2 试验结果分析

2.2.1 响应面试验设计

2.2.1.1 权重系数Wi计算

将工艺优化结果按“1.2.9”项的方法对硬度、咀嚼性、色差ΔEab、水分含量、感官评分进行熵权分析，计算得到各指标的Wi，同时将以上指标的数据进行标准化处理得到0～1的归一值（DI值），见表3。

由表3可知，水分含量的Wi最大，Hi最小，表明水分含量的变化最大，其次是感官评分。结合熵权法得到的Wj对标准化处理后的数据进行加权处理，得到综合评分y=DI硬度×0.105 2+DI咀嚼性×0.166 8+DIΔEab×0.217+DI水分含量×0.255 9+DI感官评分×0.255 1。

2.2.1.2 响应面设计

采用响应面优化窝窝馕烤制工艺，以微波功率（A）、微波烘烤时间（B）、红外烤制温度（C）和链板速度（D）为自变量，单因素试验结果选择具有显著性差异的硬度、咀嚼性、色差ΔEab、水分含量、感官评分为评价指标，运用熵权法对各评价指标赋予权重系数并计算综合评分，试验设计方案和结果见表4。

2.2.2 响应面回归方程方差分析

采用Design-Expert 8.0.6.1软件对表4中的数据进行方差分析和多元回归拟合分析[21]，构建模型，通过回归拟合得出Z为目标函数的A（微波功率）、B（微波烘烤时间）、C（红外烤制温度）和D（链板速度）的二次多项回归模型Z=+65.57-0.38A-0.75B+C+1.05D+0.50AB+1.48AC+1.89AD-0.29BC-1.62BD-0.13CD-7.46A2-9.02B2-6.17C2-6.73D2，方差分析结果见表5。

由表5可知，P值＜0.000 1，表明此模型极显著，具有统计学意义，失拟项的P=0.184 6＞0.05，失拟项不显著，表明该回归模型与实际试验具有较高的拟合度。模型的相关系数R2=0.976 7，校正决定系数RAdj2=0.953 4，表明该模型能够解释95.34%的响应值变化，回归模型比较可靠，可用于微波预烤联合红外烤制窝窝馕工艺优化的理论推测。该模型中，一次项A和B不显著（P＞0.05），交互项AC、AD、BD的交互作用显著（P＜0.05），AB、BC、CD的交互作用不显著（P＞0.05），二次项A2、B2、C2、D2均极显著（P＜0.01）。由F值可知，各因素的影响大小为D（链板速度）＞C（红外烤制温度）＞B（微波烘烤时间）＞A（微波功率）。

2.2.3 两因素交互分析

响应曲面可以直观地反映出各个因素和响应值的关系与它们之间的交互作用，响应曲面的坡度越陡峭，等高线越密集形成椭圆形，表明两个因素的交互作用的影响越大[22]。微波功率和红外烤制温度、微波功率和链板速度、微波烘烤时间和链板速度这3组因素具有显著交互作用（P＜0.05），回归模型等高线和响应曲面图见图5～图7。

2.2.4 验证试验

运用Design-Expert 8.0.6.1软件得出微波预烤联合红外烤制窝窝馕的最佳工艺参数为微波功率418.84 W、微波烘烤时间59.00 s、红外烤制温度220.80 ℃、链板速度0.26 m/min，在此工艺条件下产品的综合评分为65.68分。根据实际操作的可行性，对参数进行调整后的最优工艺条件为微波功率419 W、微波烘烤时间59 s、红外烤制温度221 ℃、链板速度0.26 m/min，此时得到成品馕平均综合评分为94.98分（RSD=1.97%），与预测值的相对误差为1.08%，说明该回归模型稳定可行，结果见表6。

使用该工艺参数制成的馕样品横截面电子扫描图结果见图8。采用微波预烘烤联合红外烤制工艺相比传统单一烤制方式，样品内部孔洞更均匀，结构更疏松，能够改善传统红外烤制偏硬的质构特点。

3 结论

窝窝馕是我国新疆地区的传统焙烤食品，传统的烤制生产工艺需要较长的时间成本和较高的经济成本，并且缺乏连续化生产的标准与工艺条件。基于此，本文在烤制过程中引入微波条件，采用单因素试验、熵权法与响应面法对窝窝馕烤制工艺进行研究，结果显示，此工艺对其硬度、咀嚼性、色泽、水分含量与感官评分的影响显著（P＜0.05），硬度、咀嚼性、L值、b值均显著增大（P＜0.05），而水分含量、a值显著减小（P＜0.05）。最适工艺参数为微波功率419 W、微波烘烤时间59 s、红外烤制温度221 ℃、链板速度0.26 m/min，此时平均综合评分为94.98分（RSD=1.97%），该研究结果可为新疆窝窝馕加工工艺的优化改良提供新思路。

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