全 文 ：作者简介:杨抑(1982-),女 ,湖南农业大学食品科技学院农产品加
工及贮藏工程在读研究生。
E-mail:fannyyoung2002@yahoo.com.cn
通讯作者:吴卫国
收稿日期:2008-11-02
第 25卷第 1期
2 0 0 9年 1月
Vol.25, No.1
Jan.2 0 0 9
响应面分析法对油炸香芋片的工艺优化
Optimizationofprocessoffryingfragranttaro
clipsbyresponsesurfacemethodology
杨 抑 1
YANGYi1
徐 伟 2
XUWei2
陈 杰 1
CHENJie1
吴卫国 1
WUWei-guo1
(1.湖南农业大学食品科技学院 , 湖南 长沙 410128;2.长沙市农业机械研究所 ,湖南 长沙 410128)
(1.CollegeofFoodScience＆Technology, HunanAgriculturalUniversity, Changsha, Hunan410128, China;
2.ChangshaInstituteofAgricultralMachinery, Changsha, Hunan410128, China)
摘要:采用响应面分析法(ResponseSurfaceMethodology, 简称
RSM)对油炸香芋片的工艺参数进行优化。结果表明:最佳
工艺参数为切片厚度 1.27 mm, 油炸温度 169.3 ℃, 油炸时
间 115 s。通过建立的数学模型预测的感官评价最大值为
8.631 0,实际值为 8.5,说明建立的数学模型可靠性高 , 可用
于油炸香芋片工艺参数的优化。
关键词:香芋;油炸;工艺优化;响应面分析法
Abstract:Responsesurfacemethodologywasusedtooptimizetheprocess
offryingfragranttaro, theresultsofstudieswereasfollows:slicingthick-
ness1.27mm, fryingtempertature169.3℃, fryingtime115s.Estab-
lishedmathematicalmodeltoforecastthemaximumvalueofthesensory
qualities.Thevalueis8.631 0, buttheactualvalueis8.5, sothere-
sponsesurfacemethodologyisreliable.
Keywords:Taro;Frying;Optimizationofthetechnology;Responsesur-
facemethodology
香芋(ColocasiaesculentaSchott)又称槟榔芋 ,属天南星
科(Araceae)魁芋属植物 [ 1] 。我国南方较普遍的一类经济作
物 , 亩产 2万 t以上。湖南香芋的产地主要在湘南地区 , 祁
东 、耒阳 、衡南等地可种植香芋面积在 6.66×105 hm2以上 ,
年产量在 20万 t以上。香芋与马铃薯都属于薯类作物 ,香芋
同马铃薯相比更具有优势:一具有独特香味和口感;二香芋
的营养价值也很高。据分析 , 香芋块根含淀粉 38.2%、粗纤
维 15.2%、粗蛋白质 6.2%、还原糖 4.3%, 还含有多种维生
素 、氨基酸和微量元素等 [ 2] 。所含硒元素可防治老年性心血
管疾病 、骨质疏松 、白内障 、糖尿病 , 并能预防结肠癌等疾病。
香芋还可以帮助消化 , 增加肌体的免疫能力 , 具有清热解毒 、
健脾强胃 、散积理气 、滋补身体之功效 [ 3] 。
目前香芋主要以鲜食为主 , 国际上以芋头为原料加工而
成的休闲食品十分罕见 ,国内更是一片空白。
本试验在切片厚度 、油炸温度 、油炸时间 3个单因素试
验的基础上 , 利用响应面分析法对油炸香芋片的工艺进行优
化研究 , 确定最佳工艺工艺参数。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
香芋:湖南衡阳祁东芋格格食品有限公司;
棕榈油:市售;
营养琼脂培养基(生化试剂)、乳糖胆盐发酵(生化试
剂)、伊红美兰琼脂(生化试剂)、胆盐发酵管(生化试剂)、氯
化钠 AR、乙醇 AR;
色差计:WSC-S型 , 上海精密科学仪器有限公司;
切片机:HB-2型 , 北京南常肉食机械有限公司;
控温油炸锅:CFK120A型 , 格兰仕中国有限公司;
电热恒温培养箱:DNP-9162型 , 上海精宏实验仪器设
备有限公司。
1.2 方法
1.2.1 产品指标的测定方法
(1)感官评价方法:试验从色泽 、风味 、口感 3个方面考
察消费者对油炸香芋片的喜好程度 ,从而确定基本的工艺流
程和参数 , 特请 10位同学对于油炸香芋片的感官性状打分 ,
其中 5位是受过一定训练的食品科技学院的学生 ,其余 5位
是随机选取的。 最后的得分为 10人的平均值 , 满分为 10
分 , 具体评分标准见表 1。
46
DOI :10.13652/j.issn.1003-5788.2009.01.021
表 1 感官评分表
Table1 Theevaluationofsensoryqualities
综合评价 得分
总体感觉佳 ,无油渍油斑 ,花纹清晰色泽好 ,油炸后
口感酥脆 ,无麻口现象 ,有浓重的香芋回味 8～ 10
总体感觉一般 ,色泽较好 ,小油渍油斑 , 花纹较好 ,
油炸后口感较酥脆 ,无麻口现象 ,有香芋回味 4～ 8
总体感觉差 ,色泽差 ,有大块油渍油斑 , 花纹一般 ,
油炸后口感不酥脆 ,麻口 ,无香芋回味 0～ 4
(2)色差的测定:将油炸后的香芋片磨成粉后置于色
差计上直接测定 L值 。
1.2.2 响应面分析法 在多因素数量处理试验的分析中 ,
可以分析试验指标(依变量)与多个试验因素(自变量)间的
回归关系试验用 SAS软件建立指标与因素间的回归关系 ,依
据回归方程绘制响应面曲线 [ 4] 。
1.2.3 油炸香芋片的工艺流程及参数
原料选择※切片※洗片※护色※硬化※热烫※漂洗※
品质改良※晾干※油炸※喷涂调味料※包装 [ 5]
(1)原料选择:挑选新鲜饱满 、无病虫害或机械损伤的
祁东香芋原料作为试验材料。
(2)切片:用切片机切成均匀的薄片。
(3)洗片:切好的香芋片用流水洗净表面的淀粉 , 防止
淀粉糊化粘片。
(4)护色及硬化:用 0.2% CaCl
2
和 0.1% 柠檬酸共同
浸泡 30min硬化并护色
(5)热烫:将原料于 100℃沸水的水中热烫 120 s。
(6)漂洗:热烫后立即用冷水冲淋。
(7)品质改良:用 0.3%醋酸浸泡 20 min后用 1%的羧
甲基纤维素钠和 1%的乙二醇作为增塑剂涂膜。
(8)晾干:自然风干 ,水分为 70%左右即可。
(9)油炸:用一定的油温的棕榈油进行油炸一定时间至
产品全熟 , 呈金黄色。
(10)包装:调味冷却后 , 用复合塑料材料充氮气包装。
1.2.4 单因素试验 在进行单因素试验时 , 除了所做的单
因素采用不同的参数外 , 其它的工艺参数固定 , 具体的工艺
参数按 1.2.3来进行试验。
(1)油炸时间的影响:为了确定最佳的油炸时间 , 本试
验在其他因素固定的条件下用 180 ℃油温将香芋片分别用
60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 165, 180 s6种不同的时间油
炸 , 每组设 3个重复 , 通过其感官评分和色差测定选出最佳
的油炸时间 , 以探讨油炸时间对油炸香芋片品质的影响。
(2)油炸温度的影响:为了确定最佳的油炸温度 , 本试
验在其他因素固定的条件下选择了 140, 150, 160, 170, 180,
190℃ 6个温度下油炸 120 s, 每组设 3个重复 , 通过其感官
评分和色差测定选出最佳的油炸温度 ,以探讨油炸温度对油
炸香芋片品质的影响 。
(3)切片厚度的影响:本试验选择了 0.5, 1, 1.5, 2,
2.5mm5个切片厚度 ,在其他因素固定的条件下进行油炸 ,
每组设 3个重复 , 通过其感官评分和色差测定选出最佳的切
片厚度 , 以探讨切片厚度对油炸香芋片品质的影响。
根据单因素试验 , 发现油炸时间 、油炸温度 、切片厚度 3
个因素对油炸香芋片感官评分的影响极显著 , 选为试验因
素 , 并再此基础上进行 2次回归旋转组合设计 , 共设立了 23
个处理组 , 其中零水平共有 9个处理组不设重复 , 上下水平
处理组每组设 5个重复 , 其余处理组每组设 3个重复 , 设计
的具体参数见表 2。
表 2 试验因素与水平表
Table2 Factorsandlevelsoftests
因素 油炸温度 /℃ 油炸时间 /s 切片厚度 /mm
上水平 170 135 1.5
下水平 150 105 0.5
零水平 160 120 1
变化区间 10 15 0.5
上星号臂 176.817 9 145.226 9 1.840 9
下星号臂 143.182 1 94.773 1 0.159 1
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 油炸时间对油炸香芋片品质的影响 图 1反映了在
油炸过程中随着油炸时间的增加 ,色差和感官评分的分值的
变化趋势。从图 1可知 , 随着油炸时间的增加 , 所得到的产
品的感官评分先增大后减小 , 因为在 105s前 , 香芋片没有熟
化 , 因此评分比较低 , 在油炸时间 105 ～ 160 s之间达到比较
高的值 , 而色差则随着油炸时间的增加而增加 , 根据试验结
果综合衡量 , 选择 105, 120, 135s为较优水平。
图 1 油炸时间对色差和感官评分的影响
Figure1 Thefryingtimeinfluenceonchorma
valueandsensoryqualities
2.1.2 油炸温度对香芋片品质的影响 图 2反映了在油炸
过程中随着油炸温度的增加 , 色差和感官评分的分值的变化
趋势。从图 2可知在油炸过程中随着油炸温度的增加 , 得到
的产品的感官评分先增加后降低 , 在 160 ～ 180 ℃之间达到
比较高的值 , 因为油炸温度越高 ,油炸后的产品容易焦枯 , 因
47
科研开发 2009年第 1期
此感官评分较低。而色差则随着温度的升高而降低。根据
试验结果综合衡量 , 选择 150, 160, 170℃为较优水平。
图 2 油炸温度对色差和感官评分的影响
Figure2 Thefryingtempertatureinfluenceon
chormavalueandsensoryqualities
2.1.3 切片厚度对香芋片品质的影响 图 3反映了随着切
片厚度的增加 , 色差和感官评分的分值的变化趋势。从图 3
可知油炸过程中随着切片厚度的增加 ,所得到的产品的感官
评分先增加后降低 , 因为切片太厚 ,在相同的时间下不易熟
化 , 因此感官评分较低。而色差则随着切片厚度的增加而先
增加后降低。根据试验结果综合衡量 , 选择切片厚度 0.5,
1.0, 1.5 mm为较优水平。
图 3 切片厚度对色差和感官评分的影响
Figure3 Theslicingthicknessinfluenceon
chormavalueandsensoryqualities
2.2 回归方程的建立与显著性分析
根据单因素试验 , 发现油炸时间 、油炸温度 、切片厚度 3
个因素对油炸香芋片感官评分的影响极显著 , 为试验因素 ,
并在此基础上进行 2次回归旋转组合设计 , 设计的具体参数
见表 3。
表 3 各处理组感官评分
Table3 Sensoryqualitiesoftreatments
处理号 X1 X2 X3 因素油炸温度 /℃ 油炸时间 /s 切片厚度 /mm 感官评价 /分
1 1 1 1 170.000 0 135.000 0 1.500 0 7.6
2 1 1 -1 170.000 0 135.000 0 0.500 0 6.1
3 1 -1 1 170.000 0 105.000 0 1.500 0 8.1
4 1 -1 -1 170.000 0 105.000 0 0.500 0 7.4
5 -1 1 1 150.000 0 135.000 0 1.500 0 5.2
6 -1 1 -1 150.000 0 135.000 0 0.500 0 5.7
7 -1 -1 1 150.000 0 105.000 0 1.500 0 6.4
8 -1 -1 -1 150.000 0 105.000 0 0.500 0 6.9
9 -1.681 79 0 0 143.182 1 120.000 0 1.000 0 6.5
10 1.681 79 0 0 176.817 9 120.000 0 1.000 0 7.8
11 0 -1.681 79 0 160.000 0 94.773 1 1.000 0 7.3
12 0 1.681 79 0 160.000 0 145.226 9 1.000 0 5.2
13 0 0 -1.681 79 160.000 0 120.000 0 0.159 1 6.4
14 0 0 1.681 79 160.000 0 120.000 0 1.840 9 7.3
15 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.2
16 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.2
17 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.4
18 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.3
19 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.1
20 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.2
21 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.4
22 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.5
23 0 0 0 160.000 0 120.000 0 1.000 0 8.0
48
第 25卷第 1期 杨 抑等:响应面分析法对油炸香芋片的工艺优化
利用 DPSV3.01版统计软件对上表 10试验结果进行统
计分析 , 以 0.5为显著水平 , 可以得到相关回归系数 , 其回归
方程为:
Y=8.255 20 +0.526 21X1 -0.566 15X2 +0.198 70X3
-0.387 49X2
1
-0.705 69X2
2
-0.493 55X2
3
+0.075 00X
1
X
2
+
0.400 0X1X3 +0.100 0X2X3 , 并进一步对回归方程进行分
析 , 其系数显著性结果见表 4。
表 4 试验结果方差分析表
Table4 Analyticalresultsoftests
变异来源 平方和 自由度 均方 比值 F 显著水平 p
X1 3.781 5 1 3.781 5 89.367 80 0
X2 4.377 3 1 4.377 3 103.448 45 0
X3 0.539 2 1 0.539 2 12.742 74 0.003 42
X12 2.285 6 1 2.285 6 54.016 05 0
X22 7.778 4 1 7.778 4 183.827 02 0
X
32 3.754 1 1 3.754 1 88.720 10 0
X1X2 0.045 0 1 0.045 0 1.063 48 0.321 23
X1X3 1.280 0 1 1.280 0 30.250 14 0
X2X3 0.080 0 1 0.080 0 1.890 63 0.192 37
回归 24.096 0 9 2.677 3 F2 =63.273 0
剩余 0.550 1 13 0.042 3
失拟 0.347 9 5 0.069 6 F1 =2.752 0.065 63
误差 0.202 2 8 0.025 3
总和 24.646 1 22
由表 4知 , 本试验所建立的模型中 , X1、X2 、X3、X21、X22 、X23
对油炸香芋片的品质影响极为显著(P<0.01);X1X2、X1X3 、
X
2
X
3
对油炸香芋片品质的影响为显著(P<0.5)。本试验所
建立的模型中 , F1
极显著 ,因此回归模型可以应用。由于在 α=0.50显著水平下
没有不显著项 , 回归方程没有删除项 , 仍为原方程。
图 4为 DPS软件 2次多项式回归模型分析得到的单因
子效应 , 即把其他因素固定在零水平时 , 油炸时单因素对感
官评分的影响。 从图 4可知 , 随着 3个因子值的单独增加 ,
油炸香芋片的感官评分的变化趋势都是先增加后降低。
2.3 两因素显著交互作用对感官评分的影响
2.3.1 油炸温度和油炸时间的交互作用 利用分析软件
SAS9.0作出油炸温度与油炸时间交互作用对油炸香芋片感
官评分的响应曲面图及其等高线图。从图 5可知 , 随着油炸
时间和油炸温度的增加 ,感官评分都是先增加后降低。当油
炸温度 158.14 ～ 174.72 ℃, 油炸时间在 104.14 ～ 123.66 s
时油炸香芋片各项指标最好 ,感官评分最高达 8.27。
2.3.2 油炸温度与切片厚度交互作用 利用软件 SAS9.0
作出油炸温度与切片厚度交互作用对油炸香芋片感官评分
响应曲面图及其等高线。从图 6可知 ,随着油炸温度与切片
厚度的增加 , 感官评分都是先增加后降低。 当油炸温度
161.5～ 178.15 ℃,切片厚度在 0.93 ～ 1.67 mm时油炸香芋
片各项指标最好 , 感官评分最高 , 达 8.36。
49
科研开发 2009年第 1期
2.3.3 油炸时间与切片厚度的交互作用 利用软件SAS9.0
作出油炸时间与切片厚度交互作用对油炸香芋片感官评分
的响应曲面图及其等高线。从图 7可知 , 当油炸时间 105.26
～ 123.29 s, 切片厚度在 0.73 ～ 1.44 mm时油炸香芋片各项
指标最好 , 感官评分最高 ,达 8.14。
图 7 Y=f(X
2
, X
3
)响应曲面图及等高线
Figure7 Y=f(X1 , X2)Responsesurfaceandsamehighline
2.4 最优工艺条件的预测与检验
利用得到的回归方程 , 分别对 X1、X2、X3求偏阶导数 ,并
令其偏导等于零 , 得到下面的三元一次方程组:
0.526 21 -0.774 98X1 +0.075X2 +0.400X3 =0 (1)
-0.566 15 -1.41 138X2 +0.075X1 +0.10X3 =0 (2)
0.198 70 -0.987 1X3 +0.400X1 +0.100 0X2 =0 (3)
解此线性方程得:
X1 =0.930 97 X2 =-0.312 92 X3 =0.546 85
即油炸香芋片的最优工艺参数为:油炸温度:169.3 ℃,
油炸时间:115.0 s, 切片厚度:1.27 mm。
预测最大值为 8.631 0,实际测量值为 8.5。
实际测得值比之前试验值有提高 , 与预测最大值接近 ,
说明通过响应面分析建立的数学模型可靠 , 能够较精确对本
试验中感官评价分值进行预报。
3 产品质量标准
(1)感官指标:外观为金黄色蓬松状薄片 , 口感松脆 , 有
清晰的花纹 , 调味料的小颗粒均匀地分布在香芋片表面 , 具
有香芋特有的香味 [ 6] 。
(2)理化指标:水分≤ 8%;砷(mg/kg以 As计)≤ 0.5;
铅(mg/kg以 Pb计)≤ 0.5。
(3)微生物指标:细菌总数(CFU/g)≤100 0;大肠菌群
(MPN/100 g)≤ 30;致病菌 不得检出。
通过检验发现成品符合以上标准。
4 结论
(1)经过单因素试验可知 ,油炸温度 、油炸时间 、切片厚
度对油炸香芋片品质的影响非常显著。
(2)通过响应面法分析优化 ,可得到油炸香芋片的最佳
工艺条件为切片厚度为 1.27 mm, 油炸温度 169.3 ℃, 油炸
时间 115 s。
(3)通过建立的数学模型预测的最大值为 8.631 0, 实
际测量值为 8.5,说明建立的数学模型可靠性高 ,可用于油炸
香芋片工艺优化。
参考文献
1 徐坤.马铃薯食品资源的开发利用[ J] .西昌农业高等专科学校学
报 , 2002, 6(16):2.
XuKun.Exploitationandusageofpotatofoodresource[ J] .Xichang
AgricultrualColegeTransaction, 2002, 6(16):2.
2 叶敦保.稀有名贵作物—香芋 [ J] .农村新科技 , 2004(10):29 ～
30.
YeDunbao.Araceplant-taro[ J] .RuralNewTechology, 2004(10):
29 ～ 30.
3 马振祥 ,季莘 ,丁亦青.南通地产香芋的营养成分研究 [ J] .南通医
学院学报 , 2003, 23(2):231～ 233.
MaZhenxiang, JiZi, DingYiqing.Studyonnurtitionalcomponentof
taroinNantong[ J] .Acta.AcdenmiaeMedicinaeNantong, 2003, 23
(2):231～ 233.
4 王钦德 , 杨坚等编.食品试验设计与统计分析 [ M] .北京:中国农
业大学出版社 , 2003, 52～ 78.
5 陈渝 ,王娟 ,李远志.香芋脆片的加工工艺 [ J] .农产品加工 , 2003
(9):28.
ChenYu, WangJuan, LiYuanzhi.Processingoftaroclips[ J] .
ProcessofAgriculturalProduct, 2003(9):28.
6 荣玉珊 ,满静凝.马铃薯全粉系列产品的研制 [ J] .粮油食品科技 ,
1999, 4(7):29 ～ 32.
RongYushan, ManJingning.Studyonpotatopowderseriesproduct
[ J] .ScienceandTechnologyofCereals, OilsandFoods, 1999, 4
(7):29～ 32.
50
第 25卷第 1期 杨 抑等:响应面分析法对油炸香芋片的工艺优化