全 文 ： 2008, Vol. 29, No. 11 食品科学 ※工艺技术356
层次分析法在热风干燥条件制备荔浦香芋
全粉优化中的应用
杜弘坤，王华杰，王 娟，卢晓黎 *
(四川大学食品工程系，四川 成都 610065)
摘 要：采用热风干燥法制备荔浦香芋全粉，用层次分析法(AHP)将感官评价指标整合，以此作为考核指标设计
单因素试验和四元二次回归正交试验，对物料粒径、铺料密度、干燥温度、干燥风速等的关键控制因素取值进行
优化，拟合出综合感官评价的回归方程，并得到热风干燥的最佳工艺参数为：物料粒径 7.8mm、铺料密度 2.6kg/
m2、干燥温度 72.5℃、风速 5.2m/s。
关键词：荔浦香芋；热风干燥；层次分析法(AHP)；四元二次回归正交试验
Application of Analytic Hierarchy Process in Optimization of Hot-air Dying Conditions for Producing Lipu
Colocasia esculenta L. Schott Whole Powder
DU Hong-kun，WANG Hua-jie，WANG Juan，LU Xiao-li*
(Department of Food Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)
Abstract: Hot-air drying was used to produce Lipu Colocasia esculenta L. Schott whole powder in this study. Several sensory
indexes were integrated by using analytic hierarchy process (AHP) to design single factor test and quadratic regression
orthogonal test of the four factors including size of raw material, raw material paving density, drying temperature and wind
speed. Through single factor test and four-factor quadric orthogonal regression test, the regression equation about the above
four factors was fitted. The optimal hot-air drying parameters obtained from the regression equation are as follows: size of
raw material 7.8 mm, raw material paving density 2.6 kg/m2, drying temperature 72.5 ℃, and wind speed 5.2 m/s.
Key words: Lipu Colocasia esculenta L. Schott；hot-air drying；analytic hierarchy process (AHP)；four-factor quadric
orthogonal regression test
中图分类号：O655.9 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2008)11-0356-05
荔浦香芋(Lipu taro)系天南星科多年生草本植物，
其形如橄榄，外皮粗糙，剖而观之，内呈槟榔纹，故
又名“槟榔芋”。荔浦香芋甘甜可口，栽种和食用的
历史悠久，被称为“芋中极品”。目前其主要用于鲜
食，或仅有少量的初级加工产品，这大大限制了荔浦
香芋的食用范围和使用价值。因此，将荔浦香芋干燥
制粉作为深加工的初级原料，或者直接作为产品，营
养丰富、风味独特，具有一定的研究意义和市场价值。
热风干燥由于实用性强、投资少，在我国食品加
工业被广泛使用。本实验采用热风干燥法制备香芋全
粉，用层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)对
香芋全粉进行感官质量评价，并设计四元二次回归正交
试验，拟合出回归方程，根据建立的数学模型，优化
出热风干燥关键工艺参数。
1 材料与方法
1.1 材料
荔浦香芋由广西柳州市穗柳饼家实业有限公司提
供，选用成熟、无虫蛀、无腐烂变质的新鲜香芋。
1.2 设备
热风干燥试验台，工作原理见图 1：物料由物料入
口 8 进入干燥器，来自变频调速风机 1 的空气经加热器
4 加热后，流经物料盘 1 0 的下部，与物料进行湿热交
换后将水分带走。即时失水量可由电子天平 13 称量，用
变频调速风机 1 控制风速，排风控制器 6 调节风量，热
球式风速仪 1 1 测量风速，温度控制器 5 控制温度。
收稿日期：2008-09-10
作者简介：杜弘坤(1982-)，男，硕士研究生，研究方向为食品加工与保藏应用技术。E-mail：fangweisb@163.com
* 通讯作者：卢晓黎(1954-)，男，教授，研究方向为食品科学与工程技术。E-mail：lxl8628@163.com
357※工艺技术 食品科学 2008, Vol. 29, No.11
1.变频调速风机；2.风量控制板；3.风筒；4.加热器；5.温度控制器；
6 .排风控制器；7 .干燥室；8 .物料入口；9 .温度传感器；10 .物料盘；
11.热球式风速仪；12.支架；13 .电子天平。
图1 热风干燥试验台工作原理图
Fig.1 Principle of hot-air drying test-bed
1.3 方法
1.3.1 荔浦香芋全粉样品制备试验工艺
工艺流程：荔浦香芋→清洗去皮→切丁熟化→冷却
铺料→热风干燥→粉碎过筛→香芋全粉样品
操作要点：香芋经清洗去皮后按要求切成不同尺寸
的丁状，按料水比 1:3 的比例放入沸水中漂烫 10min 后
捞出，沥水、冷却；然后按不同的铺料密度均匀平铺
在热风干燥试验台的物料盘上，在不同的干燥条件下做
干燥处理；干燥终点确定的方法为：干燥开始后每 5min
读数记录，分别计质量为 m 1、m 2、m 3，……至 m x。
当连续三次 mx － mx-1<0.2g 时，视为干燥终点。干燥完
成后粉碎过 1 1 0 目筛，得到香芋全粉样品。
1.3.2 感官质量综合评价
1.3.2.1 感官评价
建立 10 人感官评定小组用评分法进行感官评价。评
定方法：感官评定小组先观察荔浦香芋全粉的质构，然
后按料、水比为 1 :1 0 的比例用沸水冲调全粉，搅拌至
完全糊化，置于白色平皿中，观察其颜色，嗅其气味，
品尝打分。感官评价项目和标准见表 1。
1.3.2.2 AHP 综合感官评价
AHP 是根据一定的计算，对各项评价指标分别确
定一个比较科学的权重，从而采用加权平均的方法将多
指标整合为一个较能反映真实情况的综合评价指标的方
法。
对于感官评价，在矩阵
A ＝ ＝
F1/F1 F1/F2 … F1/Fn
F2/F1 F2/F2 … F2/Fn
… … … …
Fn/F1 Fn/F2 … Fn/Fn
b1 b12 … b1n
b21 b22 … b2n
… … … …
bn1 bn2 … bnn
中，F 为感官评价的不同指标，评价者对两两指标之间
的相对重要程度作出对比和比值上的判断。为了使各指
标之间相对模糊的主次关系成为量化的数值，并进一步
转化成判断矩阵，故而对感官评价引入一个 1～9 的标
度，见表 2 。
对荔浦香芋全粉感官质量的 5 个评价指标，即Ｆ 1
色泽、F 2 质构、F 3 味道、F 4 复水性、F 5 口感，计算
其相应的权重方法为：根据表 2 的标度和评价人员的评
价意见填写矩阵 A，并计算出 A 的特征向量，将特征
向量标准化，即得各感官指标的权重值 W i，计算出其
对应的最大特征值 λmax，进行一致性检验。主要过程如
下 ：
A＝ →Wk＝ →Wi
＝ →λmax＝5.0
1 1/5 1/2 1/2 1/2
5 1 4 4 4
2 1/4 1 1 1
2 1/4 1 1 1
2 1/4 1 1 1
0.3859
2.5295
0.6949
0.6949
0.6949
0.0772
0.5058
0.1390
0.1390
0.1390
表2 AHP 1～9标度比率
Table 2 Ratio 1～9 of AHP
相对重要性 极端重要
强烈
重要
明显
重要
稍微
重要
同等
重要 中间性 恰反性
标度值Aij 9 7 5 3 1 2、4、6、8 倒数
表1 荔浦香芋全粉感官评价
Table 1 Sensory evaluation standards of Lipu Colocasia
esculenta L. whole powder
10~9 8~6 5~3 2~0
色泽 呈紫色 呈淡紫色 基本无紫色 无紫色
质构 颗粒均匀、松散 颗粒较均匀 颗粒基本均匀 颗粒不均匀
味道 香味浓郁 香味较浓郁 香味淡 基本无香味
复水性
口感
细腻，爽
滑，无颗粒
感
较细腻，无明显
颗粒感
较细腻，有颗
粒感
细腻度差，
颗粒感明显
冲调成糊后
质构均匀，
无结团，膨
成糊比较均匀，
无结团，膨胀率
较高
成糊均匀，有
少量结团，膨
胀率较低
成糊不均
匀，有结
团，膨胀率
项 目
指标及分数

1
1 ( )n i
ii
AW
n W=
∑
一致性检验：C·I = 0；随机一致性指标：C·R =
0.000＜0.10(合格) ；其中， ， ；
矩阵特征向量(权重) ： ；矩阵最大特征
值：λmax＝ ；一致性检验：C·I＝ ；

k k
k 1
W W / W
n
i
=
= ∑

k
1
W
n
ij
j
w
=
= ∑ %
1
F / F
n
ij ij ij
i
w
=
= ∑%
λmax－n
n － 1i
2008, Vol. 29, No. 11 食品科学 ※工艺技术358
由上述计算和分析表明，荔浦香芋全粉感官质量的
5 个指标权重 Wi 分别为：色泽 0.0772、质构 0.5058、味
道 0.139、复水性 0.139、口感 0.139，一致性检验合格，
评判合理。将各项指标得分分别与 W i 相乘之后加和，
即得到综合感官评价。
1.3.3 单因素试验
通过单因素试验考察各因素对综合感官评价的影
响，从而选取合适的参数水平设计下一步试验。单因
素试验的参数取值范围由预试验得到。
1.3.3.1 物料粒径对综合感官评价的影响
固定铺料密度为 3 k g / m 2，干燥温度为 7 0℃，干
燥风速为 5 m / s，选择物料粒径为 2 . 5、5、7 . 5、1 0、
12.5mm 进行试验。
1.3.3.2 铺料密度对综合感官评价的影响
固定物料粒径为 7.5mm，干燥温度为 70℃，干燥
风速为 5 m/ s，选择铺料密度为 1 . 5、3、4 . 5、6、7 . 5
kg/m2 进行试验。
1.3.3.3 干燥温度对综合感官评价的影响
固定物料粒径为 7.5mm，铺料密度为 3kg/m2，干
燥风速为 5 m / s，选择干燥温度为 5 0、6 0、7 0、8 0、
9 0℃进行试验。
1.3.3.4 干燥风速对综合感官评价的影响
固定物料粒径为 7.5mm，铺料密度为 3kg/m2，干燥
温度为 7 0℃，选择干燥风速为 3、4、5、6、7 m/ s 进
行试验。
1.3.4 四元二次回归正交试验
根据单因素试验选取合适的取值范围，设计四元二
次回归正交试验，得出干燥数学模型，即回归方程，
并依此对荔浦香芋全粉热风干燥生产关键控制因素的参
数进行优化。
1.3.5 荔浦香芋全粉品质检验
根据四元二次回归正交试验得到的最佳干燥工艺参
数制作全粉，对全粉进行感官评价，检验产品品质。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 物料粒径对综合感官评价的影响
由图 2 可知，物料粒径为 7.5mm 时综合感官质量最
好。粒径过大或过小其综合感官质量均较差。这是因
为过小的粒径在干燥过程中受热面积大，容易导致易挥
发成份的损失，使得总体品质下降；而过大的粒径则延
长了干燥时间，同样不利于风味物质和呈色物质的保
存。
2.1.2 铺料密度对综合感官评价的影响
2.1.3 干燥温度对综合感官评价的影响
随机一致性指标：C·R ＝ (C·R ≤ 0.10 时，表示
评判合理），N = 5 时，C ·R = 1 . 1 2 。
C·I
R· I
9.5
9
8.5
8
7.5
7
6.5
6
5.5
5
综
合
感
官
评
价
(分
)
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15
物料粒径(mm)
图2 物料粒径对荔浦芋全粉质量的影响
Fig.2 Effects of size of raw material on comprehensice score of
Lipu Colocasia esculenta L. schott whole powder
9
8.5
8
7.5
7
6.5
6
5.5
5
综
合
感
官
评
价
(分
)
0 1.5 3 4.5 6 7.5 9
铺料密度(kg/m2)
图3 铺料密度对荔浦芋全粉质量的影响
Fig.3 Effects of raw material paring density on comprehensice
score of Lipu Colocasia esculenta L. schott whole powder
由图 3 可知，铺料密度为 3kg/m2 时香芋全粉品质最
佳，其品质随着铺料密度的增加而下降。这是因为铺
料密度增大，降低了干燥效率，物料长时间处于高温
下导致了品质下降。
9
8.5
8
7.5
7
6.5
6
5.5
5
综
合
感
官
评
价
(分
)
40 50 60 70 80 90 100
温度(℃)
图4 干燥温度对荔浦芋全粉质量的影响
Fig.4 Effects of drying temperature on comprehensice score of
Lipu Colocasia esculenta L. schott whole powder
由图 4 可知，比较合适的干燥温度是 7 0℃，较低
温度和较高温度均会导致质量下降。这是因为干燥温度
低会延长干燥时间，而干燥温度高则对物料品质影响较大。
359※工艺技术 食品科学 2008, Vol. 29, No.11
根据表 4 的试验数据及计算分析，对于荔浦香芋全
粉的综合感官评价 y 可以建立回归方程为：
y=10.199－0.351x1－1.602x2+0.242x3+0.283x4+0.253x1x2
2.1.4 干燥风速对综合感官评价的影响
由图 5 可知，较为合适的干燥风速为 5m/s，较高
或较低的干燥风速其综合感官质量都较低。这是因为较
低的干燥风速降低了干燥效率，较高的干燥风速则带走
了大量的热量，使热交换不能充分进行，同样会降低
干燥效率。
2.2 四元二次回归正交试验
根据单因素试验设计四元二次回归正交试验，其编
码表见表 3 ，试验结果见表 4 。98.5
8
7.5
7
6.5
6
5.5
5
综
合
感
官
评
价
(分
)
2 3 4 5 6 7 8
风速(m/s)
图5 干燥风速对荔浦芋全粉质量的影响
Fig.5 Effects of wind speed on comprehensice score of Lipu
Colocasia esculenta L. schott whole powder
表4 四元二次正交回归试验及结果
Table 4 Results of four factor quadric orthogonal regression tests
编号 x0 x1 x2 x3 x4 x1x2 x1x3 x1x4 x2x3 x2x4 x3x4 x12 x22 x32 x42 y
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.2 0.2 0.2 0.2 7.903
2 1 1 1 1 _1 1 1 _1 1 _1 _1 0.2 0.2 0.2 0.2 6.164
3 1 1 1 _1 1 1 _1 1 _1 1 _1 0.2 0.2 0.2 0.2 6.136
4 1 1 1 _1 _1 1 _1 _1 _1 _1 1 0.2 0.2 0.2 0.2 6.766
5 1 1 _1 1 1 _1 1 1 _1 _1 1 0.2 0.2 0.2 0.2 7.651
6 1 1 _1 1 _1 _1 1 _1 _1 1 _1 0.2 0.2 0.2 0.2 6.089
7 1 1 _1 _1 1 _1 _1 1 1 _1 _1 0.2 0.2 0.2 0.2 6.907
8 1 1 _1 _1 _1 _1 _1 _1 1 1 1 0.2 0.2 0.2 0.2 6.836
9 1 _1 1 1 1 _1 _1 _1 1 1 1 0.2 0.2 0.2 0.2 7.509
10 1 _1 1 1 _1 _1 _1 1 1 _1 _1 0.2 0.2 0.2 0.2 6.668
11 1 _1 1 _1 1 _1 1 _1 _1 1 _1 0.2 0.2 0.2 0.2 6.607
12 1 _1 1 _1 _1 _1 1 1 _1 _1 1 0.2 0.2 0.2 0.2 7.063
13 1 _1 _1 1 1 1 _1 _1 _1 _1 1 0.2 0.2 0.2 0.2 8.983
14 1 _1 _1 1 _1 1 _1 1 _1 1 _1 0.2 0.2 0.2 0.2 7.793
15 1 _1 _1 _1 1 1 1 _1 1 _1 _1 0.2 0.2 0.2 0.2 8.289
16 1 _1 _1 _1 _1 1 1 1 1 1 1 0.2 0.2 0.2 0.2 7.336
17 1 1.414 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.2 _0.8 _0.8 _0.8 7.252
18 1 _1.414 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.2 _0.8 _0.8 _0.8 8.323
19 1 0 1.414 0 0 0 0 0 0 0 0 _0.8 1.2 _0.8 _0.8 8.164
20 1 0 _1.414 0 0 0 0 0 0 0 0 _0.8 1.2 _0.8 _0.8 8.861
21 1 0 0 1.414 0 0 0 0 0 0 0 _0.8 _0.8 1.2 _0.8 8.916
22 1 0 0 _1.414 0 0 0 0 0 0 0 _0.8 _0.8 1.2 _0.8 7.487
23 1 0 0 0 1.414 0 0 0 0 0 0 _0.8 _0.8 _0.8 1.2 8.071
24 1 0 0 0 _1.414 0 0 0 0 0 0 _0.8 _0.8 _0.8 1.2 7.771
25 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 _0.8 _0.8 _0.8 _0.8 8.743
aj 25 19.999 19.999 19.999 19.999 16 16 16 16 16 16 8 8 8 8 SSy=18.725
Bj 188.288 _7.31 _6.054 4.841 5.694 4.04 _0.496 0.214 0.524 _2.282 5.394 _4.78 _1.88 _1.02 _4.246 SSR=17.270
bj 7.532 _0.351 _1.602 0.242 0.283 0.253 _0.031 0.013 0.033 _0.143 0.337 _2.168 _0.235 _1.04 _0.802 SSr=1.455
Qj 2.672 1.832 1.172 1.621 1.02 0.015 0.003 0.017 0.326 1.818 2.857 0.442 0.13 2.254
表3 四元二次回归正交试验因素编码表
Table 3 Coding of factors of four-factor quadric orthogonal
regression test
x1 x2 x3 x4
物料粒径
(mm)
铺料密度
(kg/m2)
干燥温度
(℃)
干燥风速
(m/s)
上星号臂+γ (1.414) 10 4.5 80 6
下星号臂-γ (－1.414) 5 1.5 60 4
零水平0 7.5 3 70 5
上水平+1 9.27 4.06 77.07 5.71
下水平-1 5.73 1.94 62.93 4.29
间距△j 1.77 1.06 7.07 0.71
编码
2008, Vol. 29, No. 11 食品科学 ※工艺技术360
分析表 6 可知，y 与各项之间的回归关系都达到显
著或极显著水平，说明荔浦香芋全粉综合感官评价和试
3 结 论
3.1 运用 AHP 对荔浦香芋全粉的感官指标进行整合，
得出的综合感官评价能准确地反映产品的感官品质。
3.2 以综合感官评价为评价指标，采用四元二次回归
正交试验，可以很好的拟合干燥数学模型，回归方程
为 ：
y=10.199－0.351x1－1.602x2+0.242x3+0.283x4+
0.253x1x2+0.337x3x4－2.168x12－0.802x42
3.3 优化的荔浦香芋全粉热风干燥工艺条件为：物料
粒径 7.8mm、铺料密度 2.6kg/m2、干燥温度 72.5℃、干
燥风速 5.2m/s。用此工艺参数制得的香芋全粉具有良好
的品质。
参考文献：
[1] 郭爱民, 郭耀邦, 层次分析法(AHP)确定食品质量指标权重[J]. 食品
科学, 1994(7): 6-10.
[2] 王钦德, 杨坚. 食品试验设计与统计分析[M]. 北京: 中国农业大学
出版社, 2002.
－0.031x1x3+0.013x1x4+0.033x2x3－0.143x2x4+0.337 x3x4－
2.168x12－0.235x22－1.04x32－0.802x42
对回归关系进行方差分析见表 5，以此检验方程拟
合的显著性。
表6 第二次方差分析
Table 6 The second variance analysis
变异来源 平方和 自由度 均方 F值 F0.05 F0.01 显著性
x1 2.672 1 2.672 17.75 **
x2 1.832 1 1.832 12.172 **
x3 1.172 1 1.172 7.783 *
x4 1.621 1 1.621 10.769 **
x1x2 1.02 1 1.02 6.776 *
x3x4 1.818 1 1.819 12.079 **
x12 2.857 1 2.857 18.974 **
x42 2.254 1 2.254 14.972 **
回归 16.467 8 2.058 13.629 3.89 **
离回归 2.259 16 0.151
总变异 18.725 24
4.54 8.68
表7 综合感官评价
Table 7 Comprehensive sensory scores of three Lipu Colocasia
esculenta L. Schott whole powder samples produced by optimal
hot-air drying process
组号 色泽 质构 味道 复水性 口感 综合感官评价
1 9 9.3 8.6 9.6 8.9 9.166
2 8.9 9.1 8.9 9.2 9 9.057
3 9.1 9.1 8.5 9.6 9 9.072
验因素间存在极显著的回归关系。同时回归方程 F =
13.629 >F0.01(8,16)=3.89，回归方程在 α ＝ 0.01 水平上高
度显著，说明回归方程拟合得很好。优化后的方程为：
y=10.199－0.351x1－1.602x2+0.242x3+0.283x4+
0.253x1x2+0.337x3x4－2.168x12－0.802x42
由回归方程可看出，物料粒径、铺料密度、干燥
温度和干燥风速均对综合感官质量评价有显著影响；物
料粒径和铺料密度、干燥温度和干燥风速有交互作用；
物料粒径和干燥风速的二次项对综合感官质量评价有显
著影响。
由回归方程利用数学求极值方法，可在单因素试验
的基础上对干燥工艺参数进行优化。优化后的干燥工艺
参数为：物料粒径 7.8mm、铺料密度 2.6kg/m2、干燥
温度 72.5℃、干燥风速 5.2m/s。
2.3 荔浦香芋全粉品质检验
由上述工艺参数制备 3 组平行样，对其品质进行检
验，结果见表 7 。由表 7 可知，其综合感官评价分别
为 9.166、9.057、9.072，分值较高，反映了产品品质良
好，回归方程可以用于指导荔浦香芋全粉的干燥过程。
表5 回归关系方差分析
Table 5 Variance analysis of regression relation
变异来源 平方和 自由度 均方 F值 F0.05 F0.01 显著性
x1 2.672 1 2.672 18.362 **
x2 1.832 1 1.832 12.591 **
x3 1.172 1 1.172 8.051 *
x4 1.621 1 1.621 11.14 **
x1x2 1.02 1 1.02 7.009 *
x1x3 0.015 1 0.015 0.106
x1x4 0.003 1 0.003 0.02
x2x3 0.017 1 0.017 0.118
x2x4 0.326 1 0.326 2.236
x3x4 1.818 1 1.819 12.495 **
x12 2.857 1 2.857 19.628 **
x22 0.442 1 0.442 3.037
x3
2 0.13 1 0.13 0.89
x42 2.254 1 2.254 15.488 **
回归SSR 17.27 14 1.234 8.476 4.71(12,12) **
离回归SSr 1.455 10 0.146
总变异SSy 18.725 24
4.96 10.01
注：* * .差异极显著；* .差异显著。下同。
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2
2
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分析表 5 可知，对于荔浦香芋全粉综合感官评价 y，
x1x3、x 1x 4、x 2x 3、x 2x 4、x2 和 x 3 ′项不显著，其他均达
到显著或极显著水平。回归方程 F=8.476 >F 0.01(12，
12)=4.71>F0.01(14，10)，回归方程在 α ＝ 0.01 水平上高
度显著。将不显著项的偏回归平方及自由度并入离回归
项，再次进行方差分析见表 6 ，以此优化回归方程。
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