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响应面法优化煮瓜子生产工艺

发布时间:2024-03-25作者:来源:四川徽记食品股份有限公司 阅读次数:

摘要:本文通过单因素试验研究煮瓜子工艺中煮制时间、焖锅时间、烘烤时间和烘烤温度对瓜子成品质构和感官评分的影响,以感官评分为响应值作为考察指标,采用Box-Behnken设计,借助Design-Expert8.0.6软件及拟合回归方程对煮瓜子生产工艺进行优化。结果表明,调整后的煮瓜子最佳工艺参数为煮制时间15min、焖锅时间25min、烘烤时间75min、烘烤温度130℃,在该条件下煮瓜子的感官评分为86.764分、硬度测试为1324.548g。

关键词:煮瓜子硬度 响应面优化 工艺

本项目以煮瓜子产品为研究重点内容,对煮瓜子工艺中煮制时间、焖锅时间、烘烤时间和烘烤温度进行单因素试验,并检测煮瓜子质构(硬度)和感官评分,利用 Box-Benhnken中心组合试验设计4因素3水平的响应面试验,确定煮瓜子的最佳工艺参数,为我司甚至坚果行业的生产加工提供参考。

一、单因素试验

研究单因素变化对煮瓜子产品硬度、和感官评分的影响,各因素水平为煮制时间 5min、10min、20min、30min和40min,焖锅时间为 5min、10min、20min、30min和40min,烘烤时间为 40min、60min、80min、100min和120min,烘烤温度为 100℃、110℃、120℃、130℃和 140℃。

二、响应面实验

在单因素试验基础上,选取煮制时间、焖锅时间、烘烤时间和烘烤温度 4 个因素为自变量,采用 Design Expert8.0.6 软件,通过 Box-Behnken 的中心组 合试验设计原理,选取 3 个较优水平,综合单因素试验的结果,感官评分为响应值,建立 4 因素 3 水平的Box-Behnkendesign 模型,确定最优的煮瓜子工艺参数。研究各个因素对煮瓜子硬度、和感官评价的影响,确定煮制时间、焖锅时间、烘烤时间和烘烤温度的最适范围。

三、数据处理

通过感官评定得到感官评分数值。采用 Design-Expert8.0.6 软件对试验数据进行二次多元回归拟合,得到回归方程模拟的方差分析和回归系数估计值,得到煮瓜子的感官评分值对煮制时间、焖锅时间、烘烤时间和烘烤温度的回归方程,根据二次回归的数学模型分析结果,得出最佳工艺。最后将响应面二次回归所得最佳工艺重复试验 3 次,对比所得的实际值和理论值,验证响应面法的可行性,得出最佳工艺参数。

四、结果与分析 

1)单因素试验结果与分析:

 

1 煮制时间对煮瓜子硬度和感官的影响

如图 1 所示,随着煮瓜子煮制时间的延长,瓜子硬度呈逐渐上升趋势,感官评分则呈先上升再下降趋势。煮制时间为 20min 时,感官评分达到最高 75.38分。所以,选取煮制时间为 20min 时最佳。同理,研究焖锅时间、烘烤温度、烘烤时间对煮瓜子硬度及感官评分的影响,得出焖锅时间 20min,烘烤时间80min,烘烤温度 130℃为最佳。

2)响应面优化试验结果与分析:

1.根据单因素试验结果,以煮制时间 20min,焖锅时间 20min,烘烤时间80min,烘烤温度 130℃作为中心点,煮瓜子的感官评分为响应值,设计响应面试验。按照所述方案制作煮瓜子,结果如表 3 所示。对表 3 中的数据使用软件 Design Expert 8.0.6 进行方差分析和多元 回归拟合分析,得到煮瓜子的感官评分(Y)关于各因素的回归方程为:

Y=82.01-13.23A-11.46B+0.033C+0.81D+2.03AB1.00AC+0.58AD+3.69BC+2.94BD-3.12CD-6.43A2-10.59B2-15.60C2-12.66D2。

2. 响应面试验方差分析:根据响应面试验回归模型方差分析结果可知,回归模型 P<0.000 1,说明该模型具有统计学 意义。其中失拟项 P=0.4595>0.05为显著,说明该模型与煮瓜子感官评分实际值具有较高的拟合度,可用该回归方程代替试验进行分析。该回归模型R2 为 0.9308,表明该模型相关度好,经调整后的系数 R2 Adj为 0.8615,说明 86.15%测试值可被模型准确反应,自变量与响应值之间线性关系显著,可用于有效预测感官评分并进行煮瓜子加工工艺的理论推测。F 值则表示变量对响应值的影响程度,得到各因素对煮瓜子的影响程度依次为 B(煮制时间)>A(焖锅时间)>D(烘烤温度)>C(烘烤时间),由显著性 分析可知,A、B、A、B2 、C2 和 D2 达到极显著水平,A2 达到显著水平。综上,可以使用该模型进一步确定煮瓜子的最优工艺。

3.响应面曲面分析:

     

图2 烘烤温度和焖锅时间的响应面图         图3烘烤温度和焖锅时间的等高线图

由图2、图3可知,瓜子产品感官评分呈现先上升而后出现下降趋势,焖锅时间的坡度较烘烤温度的坡度陡表示焖锅时间因素对产品感官评评分影响更大,即焖锅温度>烘烤温度。同理,两两因素相互交互做相应面分析,通过等高线图呈现的密集程度和所形成的图形更趋近于椭圆形或是圆形,最后可以得出对煮瓜子感官影响顺序为:煮制时间>焖锅时间>烘烤温度>烘烤时间。通过Design-Expert 的响应面试验设计与分析后得到煮瓜子最佳工艺参数为煮制时间为16.43min、焖锅时间为26.56min、烘烤温度128.35℃、烘烤时间为

73.83min、在该条件下煮瓜子的感官评分为87.562分,硬度为1264.564g。考虑到实际生产条件,将工艺参数调整为煮制时间为15min,焖锅时间为25min,烘烤温度130℃、烘烤时间为75min、在此工艺下进行3次试验,得到感官评分为86.764分、硬度为1324.548g,产品感官性质令人满意,同预测值非常接近,表明模型预测结果准确,优化工艺条件较为可靠,可用此工艺条件进行制作。

五、结论

本项目研究煮瓜子加工工艺,旨在优化煮瓜子产品品质。主要内容是在煮制时间、焖锅时间、烘烤时间和烘烤温度等单因素基础上,以煮瓜子产品的感官评分为评价标准,利用 Box-Benhnken 中心组合试验设计 4 因素 3 水平响应面试验,对得到的数据进行线性回归和方差分析,确定最佳工艺参数,并检测其质构(硬度)来探究煮瓜子品质的相关性,通过响应面试验得出煮瓜子的最佳工艺参数为煮制时间为 16.43min、焖锅时间为 26.56min、烘烤温度 128.35℃、烘烤时间为 73.83min,在该条件下煮瓜子的感官评分为 87.562 分、硬度为1264.564g。经调整后确定的最佳调整为煮制时间为 15min,焖锅时间为 25min,烘烤温度 130℃、烘烤时间为 75min。实际试验得到感官评分为 86.764 分、硬度为 1324.548g,产品口感酥脆,风味饱满且稳定,产品品质有明显改善。试验值与预测值基本相符,证实了该回归方程的准确性,具有实用价值。可指导生产进行工艺优化,从而改善产品品质,提升消费者产品体验。