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        響應(yīng)面法優(yōu)化紅豆雜糧面條工藝配方的研究

        2022-12-16 12:32:58王宗晴鄧源喜劉全成
        現(xiàn)代面粉工業(yè) 2022年6期
        關(guān)鍵詞:條率等高線圖食用鹽

        王宗晴 鄧源喜 劉全成

        (蚌埠學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,安徽蚌埠 233030)

        紅豆屬于雜豆類,蔬食可用[1],被譽(yù)為糧食中的“紅珍珠”[2]。紅豆的蛋白質(zhì)含量約為20%,其賴氨酸含量特別高,為1.8%左右。中醫(yī)認(rèn)為,紅豆屬于藥食同源的食物[3],在人體的生理和新陳代謝中扮演著非常重要的角色。對糖尿病病人來說,紅豆可用于維持血糖穩(wěn)定[4]。小米是一種營養(yǎng)豐富的全谷物食品[5],其氨基酸模式適合人體氨基酸配比[6]。小米富含多種維生素和微量元素[7]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),對小米粉進(jìn)行擠壓處理,有利于蛋白質(zhì)聚集,使小米具有類似面筋蛋白的特性,利于小米掛面成型[8]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織宣布2023年為“國際小米年”,以提升小米等雜糧的潛力,從而刺激小米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[9]。

        面條是亞洲最普遍的一種食品,在小麥粉消費量中,有近三分之一用于加工面條。面條集食用方便、健康、耐儲于一身,是我國主要食品之一。在面條原料中添加雜糧可使面條的營養(yǎng)更加全面,滿足人們對高品質(zhì)生活的需求。目前,在小麥粉中添加紅豆粉和小米粉制作面條的研究比較少,為獲得紅豆雜糧面條的最佳工藝效果,本研究以感官評分和熟斷條率為評價指標(biāo),通過單因素試驗和響應(yīng)面試驗,并運用Design Expert 10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,確定了紅豆雜糧面條最佳工藝配方。

        1 試驗材料與方法

        1.1 試驗材料

        小麥粉、紅豆、小米、谷朊粉、食用鹽、食用堿,均購于大潤發(fā)超市。

        1.2 儀器與設(shè)備

        rz7892電子秤,安徽省宏遠(yuǎn)有限公司;N21面條機(jī),九陽有限公司;BDC86-22W電磁爐,廣東中山科技有限公司;SMF01粉碎機(jī),蘇泊爾股份有限公司。

        1.3 雜糧面條制作方法

        (1)工藝流程:

        原料預(yù)處理→稱量→和面→醒發(fā)→切條→烘干→切條→成品。

        (2)操作要點:

        ①預(yù)處理。挑選新鮮、色澤明亮、無蟲蛀的紅豆和小米,清洗干凈,然后進(jìn)行自然風(fēng)干。晾干后分別放入粉碎機(jī)中進(jìn)行磨粉。

        ②稱量。稱取試驗設(shè)計的面粉,紅豆粉、小米粉、谷朊粉、食用鹽用量。

        ③和面。將上一步稱量的原料混合均勻,加入清水,使用和面機(jī)和面5min,攪拌至絮狀。

        ④醒發(fā)。將上述面團(tuán)靜置20min進(jìn)行醒發(fā)。

        ⑤壓面。將醒好的面團(tuán)放入壓面機(jī)中搟開,制成的面皮表面光滑、厚度大致相同即可。

        ⑥烘干。采用室溫烘干,烘干時間8h。

        ⑦成品。將烘干處理好的面條剪成22cm長,稱量。采用食品等級的包裝袋將其包裝成最終成品。

        1.4 雜糧面條單因素試驗的設(shè)計

        面條黏彈性、軟硬度與工藝配方有很大關(guān)系。分別對紅豆粉、小米粉、谷朊粉、食用鹽4個因素的添加量進(jìn)行控制,以感官評分和熟斷條率為評分標(biāo)準(zhǔn),研究各因素對雜糧面條品質(zhì)的影響,確定其最佳添加量。

        (1)紅豆粉用量對雜糧面條品質(zhì)的影響。以面粉數(shù)量為基準(zhǔn),加入10%小米粉、3%的谷朊粉、2%的食用鹽,設(shè)計紅豆粉添加量分別為3%、6%、9%、12%、15%。

        (2)小米粉用量對雜糧面條品質(zhì)的影響。以面粉數(shù)量為基準(zhǔn),加入上述實驗得出的最佳添加量的紅豆粉和3%的谷朊粉、2%的食用鹽,設(shè)計小米粉添加量分別為7%、8 %、9%、10%、11%。

        (3)谷朊粉用量對雜糧面條品質(zhì)的影響。以面粉數(shù)量為基準(zhǔn),加入上述實驗得出的最佳添加量的紅豆粉和小米粉和2%的食用鹽,設(shè)計谷朊粉添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%。

        (4)食用鹽用量對雜糧面條品質(zhì)的影響。以面粉數(shù)量為基準(zhǔn),加入上述實驗得出的最佳添加量的紅豆粉、小米粉和谷朊粉,設(shè)計食用鹽添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%。

        1.5 雜糧面條響應(yīng)面試驗的設(shè)計

        由以上試驗獲得各輔料最佳用量進(jìn)行4因素3水平響應(yīng)面試驗,如表1所示?;诟鞣N影響因子的響應(yīng)面試驗結(jié)果,確定最優(yōu)用量。

        表1 響應(yīng)面試驗因素水平表

        1.6 雜糧面條品質(zhì)評價方法

        1.6.1 雜糧面條品質(zhì)感官評分

        參考張艷等[10]的評分方法制定面條感官評分標(biāo)準(zhǔn)(如表2)。挑選10名有面條感官評分經(jīng)驗的人員評分,扣除每項最高分和最低分后,以平均分作為最終得分。

        表2 面條感官評分標(biāo)準(zhǔn)

        續(xù) 表

        1.6.2 熟斷條率

        參考申麗媛等[11]設(shè)計的方法,將30根同樣長度的雜糧面條放入開水中煮2min,然后輕輕地將其撈出,記錄斷條數(shù)目,再計算熟斷條率。

        1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

        通過單因素試驗研究紅豆粉、小米粉、谷朊粉、食用鹽4個因素的不同添加量對紅豆雜糧面條品質(zhì)的影響。用Box-Behnken模型進(jìn)行進(jìn)行4因素3水平響應(yīng)面試驗,評分標(biāo)準(zhǔn)是響應(yīng)值(感官評分和熟斷條率),采用Design Expert 10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到二次多項式回歸方程,從而得出紅豆雜糧面條的最優(yōu)配方。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 紅豆雜糧面條配方單因素試驗結(jié)果

        2.1.1 紅豆粉最佳添加量的確定

        添加紅豆粉面條的感官評分和熟斷條率見圖1。

        圖1 紅豆粉用量對面條質(zhì)量的影響

        隨著紅豆粉添加量的增加,面條顏色呈先逐漸明亮鮮艷后顏色不均的趨勢,表面狀態(tài)呈先細(xì)膩后粗糙的狀態(tài);紅豆粉添加量過大,使面條味道呈現(xiàn)為更濃的紅豆味,面條品質(zhì)有所下降;加入紅豆粉后,面條的韌性和彈性均有一定程度的變化,且可觀察出一定的規(guī)律性。顯然,紅豆粉添加量9%時,感官評分最高,熟斷條率最小。

        2.1.2小米粉最佳添加量的確定

        添加小米粉面條的感官評分和熟斷條率見圖2。

        圖2 面條品質(zhì)和熟斷條率與小米粉用量的影響

        小米粉添加量10%時,面條韌性好,蒸煮后不黏牙,感官評分最高,熟斷條率最低。小米粉添加過多時,由于小米粉本身缺乏面筋蛋白,不易形成面筋網(wǎng)絡(luò),因此煮制過程中混湯嚴(yán)重,面條品質(zhì)下降,斷條率有所上升。

        2.1.3 谷朊粉最佳添加量的確定

        添加谷朊粉面條的感官評分和熟斷條率見圖3。谷朊粉添加量為3%時,面條色澤較明亮、不黏牙、延伸性良好,感官評分最高,熟斷條率最低;但谷朊粉添加過多時,面條硬度加大,降低了面條的適口性和咀嚼性,且蒸煮后斷條數(shù)目增多,黏彈性差,感官品質(zhì)下降。

        圖3 面條品質(zhì)和熟斷條率與谷朊粉用量之間的關(guān)系

        2.1.4 食用鹽最佳添加量的確定

        在面粉中適量添加食用鹽可以改良面條的質(zhì)量,使得表面結(jié)構(gòu)更加細(xì)膩,光澤度更好,并調(diào)整最佳蒸煮時間。添加食用鹽后面條的感官評分和熟斷條率見圖4。

        圖4 面條品質(zhì)和熟斷條率與食用鹽用量之間的關(guān)系

        由圖4可以看出,食用鹽添加量2%時,雜糧面條的感官評分最高,熟斷條率最低。在面粉中加入食用鹽能使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定,改善面條的品質(zhì)。但如果加入太多的鹽,會讓面條的味道變得偏咸。

        2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

        2.2.1 Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果

        提取紅豆雜糧面條感官評分和熟斷條率相關(guān)數(shù)據(jù),將二者作為響應(yīng)值,利用響應(yīng)面軟件進(jìn)行優(yōu)化搭設(shè)模型。實驗數(shù)據(jù)通過Design Expert 10.0軟件處理,具體設(shè)計與試驗結(jié)果分別見表3、4。

        表3 響應(yīng)面因素水平表

        表4 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果

        續(xù) 表

        2.2.2 面條感官評分回歸模型及顯著性分析

        采用Design-Expert 10.0軟件對上表實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到面條感官評分Y1對X1、X2、X3、X4的回歸方程:

        面條感官評分顯著性分析見表5。

        表5 感官評分響應(yīng)面二次模型的方差分析

        續(xù) 表

        由表5方差計算結(jié)果可以判斷:一次項X1、X2、X3、X4與二次項X12、X22、X32、X42為極顯著,X2X3為顯著;對感官評分影響程度最大的是X4,接下來依次為X1、X3、X2。用上述得到的公式對該模型進(jìn)行計算,得模型P值小于0.000 1,說明模型具有很高的顯著性,失擬項P值為0.791 3,大于0.05為不顯著。該模型R2=0.993 7,R2(abj)=0.987 5,可以看出模型可靠性高。由此可以判斷,所建立的模型對紅豆雜糧面條的工藝配方進(jìn)行了較為精確的分析,并得到了最接近于實際情況的結(jié)果。

        2.2.3 紅豆雜糧面條的感官評分響應(yīng)面優(yōu)化

        圖5、圖6是利用軟件分析4個因素(紅豆粉、小米粉、谷朊粉以及食用鹽)添加量的改變對紅豆雜糧面條感官評分影響的曲面圖和等高線圖。

        (1)圖5是加入3%谷朊粉和2%食用鹽(這2個因素添加量保持不變),改變紅豆粉和小米粉添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖,以研究面條感官品質(zhì)情況。

        由圖5可以清楚地看到三維曲線圖的總體傾角很大,呈現(xiàn)出斜坡的形狀,尤其是當(dāng)加入9%紅豆粉和10%小米粉時,在該條件下制作出的紅豆雜糧面條蒸煮后口感細(xì)膩,具有紅豆香味,感官評分最高。等高線變化趨勢較為明顯,總體呈橢圓形,說明加入紅豆粉和小米粉后面條的黏彈性和順滑性有所提升。

        圖5 紅豆粉、小米粉添加量與面條質(zhì)量感官評分的關(guān)系

        (2)圖6是加入10%小米粉和2%食用鹽(這2個因素添加量保持不變),改變紅豆粉與谷朊粉添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖,以研究面條感官品質(zhì)情況。

        圖6 紅豆粉、谷朊粉添加量與面條質(zhì)量感官評分的關(guān)系

        由圖6可以看出,加入9%紅豆粉和3%谷朊粉時,面條的質(zhì)量等級較好,感官評分最高。3D曲面圖有一定的傾斜度和坡度,等高線變化趨勢較快,其形狀趨近于橢圓形,說明紅豆粉與谷朊粉添加量有所變化會影響面條的質(zhì)量等級。

        (3)加入10%小米粉和3%谷朊粉(這2個因素添加量保持不變),改變紅豆粉與食用添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,加入9%紅豆粉和2%食用鹽時,制作的面條各方面表現(xiàn)狀態(tài)良好,感官評分最高。3D曲面圖的斜率非常大,外形趨近于山坡型,較為陡峭。等高線外形趨于橢圓。因此可以推斷,制作面條時,紅豆粉和食用鹽之間不同的添加量會在一定程度上影響面條的品質(zhì)。

        (4)加入9%紅豆粉和2%食用鹽(這2個因素添加量保持不變),改變小米粉和谷朊粉添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,小米粉添加10%、谷朊粉3%時,制作的面條韌性好、黏彈性良好,感官評分最高。3D曲面圖較為陡峭,形狀趨近于山坡。等高線變化較快且外形呈橢圓形。由此說明改變小米粉與谷朊粉的添加量會對面條的口味、香氣、韌性都有一定影響。

        (5)加入9%紅豆粉和3%谷朊粉(這2個因素添加量保持不變),改變小米粉和食用鹽添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,加入10%小米粉和2%食用鹽時,面條顏色均勻,表面光滑而且蒸煮后的面條軟硬適中,感官評分最高。3D圖傾角大,表現(xiàn)為較陡的斜坡,同時相應(yīng)的等高線外形呈橢圓形,表明研究的該因素確實會對面條的感官指標(biāo)產(chǎn)生影響。

        (6)加入9%紅豆粉和10%小米粉(這2個因素添加量保持不變),改變谷朊粉和食用鹽添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,加入3%谷朊粉和2%食用鹽時,面條蒸煮后表現(xiàn)狀態(tài)較好,感官評分最高。3D曲面圖呈現(xiàn)出較為陡的斜坡狀,等高線變化大且快,同時其輪廓為橢圓。因此谷朊粉、食用鹽之間添加量的變化會影響到面條的光滑性、軟硬度以及蒸煮后狀況。

        2.2.4 面條熟斷條率回歸模型及顯著性分析

        由表6所列出的試驗結(jié)果可知,通過二次多項式回歸擬合模型,使用響應(yīng)面軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析,得出公式:

        表6 斷條率響應(yīng)面方差分析表

        熟斷條率=2.20-0.75X1-3.92X2-2.00X3-1.33X4+2.25X1X2-2.00X1X3+2.00X1X4+0.25X2X3+2.75X2X4-1.75X3X4+3.28X12+7.53X22+9.15X32+11.15X42

        通過運用Prob>F檢驗,對回歸模型中各原料用量的影響進(jìn)行了研究。數(shù)據(jù)顯示,一次項X1、X2、X3、X4與交 互 項X1X2、X1X3、X1X4、X2X4、X3X4和 二 次項X12、X22、X32、X42表現(xiàn)為極顯著。在不同因素下,各因素添加量對蒸煮后面條斷條率的影響依次為:小米粉>谷朊粉>食用鹽>紅豆粉。表格中實驗設(shè)計的模型P值<0.01,極顯著;失擬項P=0.220 2>0.05,不顯著。該模型R2=0.996 7,R2(adj)=0.993 4,說明得出的方程有價值,能充分反映實際情況。

        2.2.5 面條熟斷條率響應(yīng)面優(yōu)化

        同樣,利用軟件分析4個因素(紅豆粉、小米粉、谷朊粉以及食用鹽)添加量的改變對紅豆雜糧面條熟斷條率影響的曲面圖和等高線圖,它清楚地顯示了各因素交互作用對響應(yīng)值的影響,體現(xiàn)了原料添加量與面條蒸煮后斷條數(shù)目有密切的相關(guān)性,等高線變化快說明此因素影響大。

        (1)加入3%谷朊粉和2%食用鹽(這2個因素添加量保持不變),改變紅豆粉和小米粉添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,加入9%紅豆粉和10%小米粉時,面條的熟斷條率最低,但等高線變化大且快,其輪廓為橢圓,說明該因素會對面條熟斷條率有很大影響。

        (2)加入10%小米粉和2%食用鹽(這2個因素添加量保持不變),改變紅豆粉與谷朊粉添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,加入9%紅豆粉和3%谷朊粉時,面條熟斷條率最低。3D曲面圖的傾角大,等高線變化較快,形狀趨于橢圓。說明改變紅豆粉與谷朊粉之間的添加量,會影響到面條的熟斷條率。

        (3)加入10%小米粉和3%谷朊粉(這2個因素添加量保持不變),改變紅豆粉和食用鹽添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖,(圖略)。由圖可以看出,在面粉中加入9%紅豆粉和2%食用鹽時,面條熟斷條率最低。3D曲面圖具有較大的傾斜度并且外形似山谷,同時等高線形狀為橢圓,說明研究的該因素確實會影響到面條熟斷條率的大小。

        (4)加入9%紅豆粉和2%食用鹽(這2個因素添加量保持不變),改變小米粉和谷朊粉添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,當(dāng)小米粉添加量10%,谷朊粉添加量3%時,此配方下面條熟斷條率最低。3D曲面圖較為凹陷且傾斜,外形類似于山谷,等高線整體偏向于橢圓形,由此說明紅豆雜糧面條的熟斷條率與此因素關(guān)系密切。

        (5)加入9%紅豆粉和谷朊粉3%(這2個因素添加量保持不變),改變小米粉和食用鹽添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,加入10%小米粉和2%食用鹽時,此配方下面條熟斷條率最低。3D曲面圖凹陷程度較大,等高線變化大且快,其輪廓呈現(xiàn)為橢圓。

        (6)加入9%紅豆粉和10%小米粉(這2個因素添加量保持不變),改變谷朊粉與食用鹽添加量進(jìn)行實驗生成的曲面圖和等高線圖(圖略)。由圖可以看出,加入3%谷朊粉和2%食用鹽制作面條熟斷條率最低。3D曲面圖傾角大,斜率大;等高線變化快,外形輪廓呈橢圓形,表明研究的該因素會顯著的影響面條熟斷條率。

        2.3 紅豆雜糧面條配方的優(yōu)化及驗證驗

        通過響應(yīng)面軟件分析實驗數(shù)據(jù),得出紅豆雜糧面條最佳工藝配方:紅豆粉8.75%,食用鹽1.97%,谷朊粉3.00%,小米粉10.14%。采用該軟件建立的模型中感官評分預(yù)測值93.65分,熟斷條率預(yù)測值為1.85%。為進(jìn)一步檢驗該模型得出的配方是否合理,按照上述最佳配方進(jìn)行3次平行試驗。試驗結(jié)果表明,紅豆雜糧面條各項感官指標(biāo)較好,為92.5分,熟斷條率為2%。預(yù)測值與試驗數(shù)據(jù)相差不大,說明響應(yīng)面法得出的工藝配方各參數(shù)具有實際意義。此配方下制作的面條咀嚼性好,不黏牙,顏色也較為均勻,面條熟斷條率低,具有紅豆芳香氣味。

        3 結(jié)論

        在單因素試驗的基礎(chǔ)上,通過響應(yīng)面實驗分析數(shù)據(jù),選用Box-Behnken模型對紅豆雜糧面條工藝配方進(jìn)行優(yōu)化。用軟件分析的方法所建立的模型及回歸方程是符合實際情況的。紅豆雜糧面條最佳工藝配方為:以面粉用量最為基準(zhǔn),紅豆粉8.76%,小米粉10.14%,谷朊粉3.00%,食用鹽1.97%。經(jīng)過驗證試驗證明響應(yīng)面實驗結(jié)論較為準(zhǔn)確,此時制得的面條各項感官指標(biāo)良好,蒸煮后不黏牙,軟硬度適中,而且蒸煮后斷條率較低,面條的質(zhì)量等級好。

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