周思云，段振华*，覃焱婷，韦珍珍，刘泳研，黄杰惠

（1.贺州学院食品科学与工程技术研究院，广西 贺州 542899；2.大连工业大学食品学院，辽宁 大连 116034）

芋圆是江西、福建等地区的传统小吃，以芋头为主料制作而成。近年来，我国人们消费水平的提高，极大地推动了奶茶甜品产业的发展，而芋圆作为奶茶甜品中不可或缺的配料，其销量居高。然而，目前市场上的芋圆大多数为速冻产品，需低温贮藏、冷链运输，成本极高。同时，速冻芋圆需要维持冷冻状态，如果在运输或者贮藏过程中未能保持冷冻，使芋圆中的水分存在状态发生多次转变，容易使其淀粉老化、凝胶破裂，品质急剧下降[1]，或造成产品腐败变质。另一方面，部分生产者为延长芋圆产品的货架期，加入了多种食品防腐剂。而对芋圆产品进行干燥，不仅可以降低产品水分活度，抑制微生物生长，延长产品货架期，还可以保证产品品质。

目前，微波技术被广泛应用于食品加工中。微波干燥与普通的热传递有着较大的不同，它是通过高频电场在空间不断变换方向，使物料中的极性分子随着电场做高频振动，由于分子间的摩擦挤压作用，物料会迅速升温发热，从而达到干燥食品的目的[2]。然而，如果将物料置于微波炉中连续干燥，没有间歇时间，物料可以在短时间快速脱水，但是，由于干燥过程升温过快，易超过其耐热温度而影响产品质量[3-4]。采用微波间歇干燥，在间歇时间内，物料内部热量填补表面蒸发消耗的能量，使物料温度梯度减小且整体温度降低，能有效防止过热或烧伤，保证产品品质[4]。在国内，已有研究者先后对银杏果[5]、黑加仑[6]、青萝卜[7]、青花椒[8]、枸杞[9]、菜籽饼[10]等物料进行了微波间歇干燥工艺的优化；在国外，也有研究者对开心果[11]、油菜籽[12]、苹果片[13-14]和红甜椒[15]等进行了微波间歇干燥特性和品质的研究。试验结果均表明微波间歇干燥具有高效、节能、干燥品质好等优点。但目前，国内外对芋圆进行微波间歇干燥的研究鲜见报道。将微波间歇干燥技术应用于芋圆，可大幅度提升芋圆的干燥效率并且保证芋圆产品的良好品质，具有广阔的研究前景。

本试验探究芋圆直径、微波功率、间歇比对芋圆干燥特性和感官品质的影响，通过响应面中心组合试验，优化芋圆的微波间歇干燥工艺，为其实际生产提供数据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

槟榔芋、白糖：市售；木薯淀粉：上海枫未实业有限公司；乙酰化二淀粉磷酸酯变性淀粉：浙江博丹衡食品有限公司；芋圆：贺州学院食品加工实验室自制，其初始湿基含水量为（52.63±1.04）%。

1.2 仪器和设备

G70D20CN1P-D2（S0）微波炉：广东格兰仕微波生活电器制造有限公司；HH－S2数显恒温水浴锅：江苏金怡仪器科技有限公司；YH-M10002电子天平：东阳市英衡智能设备有限公司；MB90快速水分测定仪：常州奥豪斯仪器有限公司；DHG-9240A型电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 单因素试验设计

经前期预试验确定本试验的干燥终点为湿基水分含量23%。此水分含量低于市场芋圆产品的水分含量，适合常温贮藏，且食用前的熟化时间、熟化后的感官品质与市场上产品接近。

1.3.1.1 芋圆直径对芋圆干燥特性与感官品质的影响

固定微波功率280 W，间歇比2.0，分别在芋圆直径为 0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 cm 的条件下干燥至芋圆的湿基含水率为23%时结束干燥，考察不同芋圆直径对芋圆干燥特性与感官品质的影响，并赋予各指标相应的权重来进行隶属度综合评分。

1.3.1.2 微波功率对芋圆干燥特性与感官品质的影响

固定芋圆直径0.8 cm，间歇比2.0，分别在微波功率为 210、280、350、420、490 W 的条件下干燥至芋圆湿基含水率为23%时结束干燥，考察不同微波功率对芋圆干燥特性与感官品质的影响，并赋予各指标相应的权重来进行隶属度综合评分。

1.3.1.3 间歇比对芋圆干燥特性与感官品质的影响

间歇比是指微波加热时间和微波间歇时间之和与微波加热时间的比值[8]。固定微波功率350 W，芋圆直径0.8 cm，分别在间歇比为1.0（加热1 min，间歇0 min）、2.0（加热 1 min，间歇 1 min）、3.0（加热 1 min，间歇 2 min）、4.0（加热 1 min，间歇 3 min）和 5.0（加热1 min，间歇4 min）的条件下干燥至芋圆湿基含水率为23%时结束干燥，考察不同间歇比对芋圆干燥特性与感官品质的影响，并赋予各指标相应的权重来进行隶属度综合评分。

1.3.2 响应面优化

依据单因素试验结果，以芋圆直径、微波功率和间歇比为试验因素，将复水比、干燥总时间、熟化时间和感官评分的结果经过计算得到隶属度综合评分，以隶属度综合评分为评判指标进行三因素三水平的响应面试验，利用Design-Expert 8.0.6分析软件进行Box-Behnken设计试验，响应面因素水平见表1。

表1 响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 含水率的测定

含水率的测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》[16]。

1.3.3.2 复水比的测定

将干燥后的芋圆称重（m0），加入200mL60℃的水，在60℃水浴锅中恒温复水30 min，取出后沥干2 min，并用滤纸拭干表面水分后称重（mf）[2]。每组样品平行测定 3 次，结果取平均值，复水比（R）=m0/mf。

1.3.3.3 熟化时间的测定

将一定量干燥后的芋圆置于装有800 mL 100℃沸水锅中，沸水煮并搅拌，待芋圆中心完全变软浮起且无白心，记下所用时间，用min表示[17]。

1.3.4 感官评价

参照徐慧敏等[18]的方法并稍作修改，制定干燥后芋圆的感官评定标准（见表2）。感官评价小组由10位食品专业学生组成（7女3男），评分之前统一做好培训工作，对产品的色泽、表观状态、口感、气味、滋味和浑浊度进行评分。

表2 芋圆感官评分标准Table 2 Scoring criteria of taro round

1.3.5 综合指标

运用隶属度综合评分法以复水比（G1）、感官评分（G2）和熟化时间（G3）、干燥总时间（G4）对芋圆干燥工艺进行综合评分。

复水比、感官评分指标为越大越好，按式（1）来计算。熟化时间、干燥总时间指标为越小越好，按式（2）来计算。

式中：Z为隶属度；Gi为指标值；Gmin为指标最小值；Gmax为指标最大值[8]。

加权得到干燥工艺的综合评分，如式（3）所示。

式中：G为隶属度综合评分；Z1为复水比隶属度；Z2为感官评分隶属度；Z3为熟化时间隶属度；Z4为干燥总时间隶属度[19]；a、b、c、d 为各指标权重，均为 0.25。

1.4 数据统计分析

利用origin 8.5统计分析数据并绘图，采用Design-Expert 8.0.6统计分析软件进行响应面分析和方差分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 芋圆直径对芋圆干燥特性与感官评分的影响

芋圆直径对芋圆干燥特性与感官评分的影响见图1，对芋圆隶属度综合评分的影响见图2。

图1 芋圆直径对芋圆干燥特性与感官评分的影响Fig.1 Effect of diameter of taro round on drying characteristics and sensory score of taro round

由图1可知，随着芋圆直径的增大，干燥总时间呈整体减小的趋势。原因是随着芋圆直径的增大，比表面积减少，每单位表面积吸收的微波能量就越多[20]，并且随芋圆直径的增大，电磁能的聚焦作用越明显[21]，聚焦作用会使颗粒内部的加热程度高于表面，颗粒内部高温会加强内部水分的蒸发，在蒸汽压力驱动下，内部水分扩散至表面的速率更快[22]，因此，芋圆直径越大，干燥用时越短。感官评分随着芋圆直径的增大呈先增大后减小的趋势。芋圆直径偏小，导致其失去了原本弹韧有嚼劲的口感，使得人们的接受程度较低[23]；芋圆直径偏大，由于电磁能的聚焦作用[21]，使得芋圆内部热量较高且不易散发，芋圆呈现鼓包、变硬或开裂变形等现象，极其影响芋圆的外观及口感品质，从而导致感官评分下降。熟化时间随芋圆直径增大而增大，复水比随芋圆直径增大而减小。将产品进行细化处理，可增强产品的复水性能[23]，并且由于芋圆直径较小，在煮制时更容易熟至芋圆内部。芋圆直径偏大，其内部温度较高[22]，会使物料内部细胞和毛细管萎缩变形，恢复到原来的程度就变小[24]，同时芋圆结构遭到破坏，持水性变差，导致复水比减小。另外，高温使得芋圆易出现焦化或硬壳，同时由于芋圆直径较大，在煮制时不易使芋圆内部变软，使得熟化时间增大。

图2 芋圆直径对芋圆隶属度综合评分的影响Fig.2 Effect of diameter of taro round on comprehensive score of membership degree of taro round

如图2所示，随芋圆直径增大，芋圆隶属度综合评分呈先增大后减小的趋势。当芋圆直径为0.8cm时，芋圆感官品质最佳，芋圆隶属度综合评分最高。因此选取芋圆直径为0.6、0.8、1.0cm为响应面试验筛选水平范围。

2.1.2 微波功率对芋圆干燥特性与感官评分的影响

微波功率对芋圆干燥特性与感官评分的影响见图3，对芋圆隶属度综合评分的影响见图4。

图3 微波功率对芋圆干燥特性与感官评分的影响Fig.3 Effect of microwave power on drying characteristics and sensory score of taro round

由图3可知，干燥总时间随着微波功率的增大而减小。微波干燥时，由于微波能的作用，分子间会发生碰撞和摩擦，进而产热使物料内部水分迅速蒸发[5]，微波功率越大，这种碰撞和摩擦越激烈，产生的热量就越多，干燥芋圆所用时间就越短。感官评分随着微波功率的增大呈逐渐减小的趋势。原因是微波功率越大，样品的失水速率越快，其内部水分分布不均匀，会导致产品局部出现焦糊现象[25]。熟化时间随微波功率增大呈先减少后增大的趋势。微波功率较低，物料内部水分散发较慢，产品膨化效果较差，形成的多孔性程度偏低[26]，所需熟化时间稍长；而微波功率偏大，干燥不均匀，部分芋圆表面形成硬壳，所需熟化时间延长。复水比随微波功率的增大表现为先增大后稍有减小的趋势。此结果与张建朱[27]、康东方等[17]的研究结果一致。这是由于在干燥过程中，伴随微波功率的增加，微波干燥速率的不断增大，物料内部水分转移后在其内部和表面留下孔隙[28]，因此复水比提高。但微波干燥热量从内部产生，过高的功率会引起芋圆产生鼓包、开裂现象，破坏淀粉分子结构，导致产品复水后又易失水[28]，持水性差，所以复水比稍有下降。

图4 微波功率对芋圆隶属度综合评分的影响Fig.4 Effect of microwave power on comprehensive score of membership degree of taro round

如图4所示，随微波功率增大，芋圆隶属度综合评分呈先增大后减小的趋势。当微波功率为350 W时，芋圆干燥特性和感官品质较佳，所得芋圆隶属度综合评分最高，因此选取微波功率280、350、420 W为响应面试验筛选水平范围。

2.1.3 间歇比对芋圆干燥特性与感官评分的影响

间歇比对芋圆干燥特性与感官评分的影响见图5，对芋圆隶属度综合评分的影响见图6。

图5 间歇比对芋圆干燥特性与感官评分的影响Fig.5 Effect of intermittent ratio on drying characteristics and sensory score of taro round

图6 间歇比对芋圆隶属度综合评分的影响Fig.6 Effect of intermittent ratio on comprehensive score of membership degree of taro round

由图5可知，感官评分和干燥总时间随着间歇比的增大呈现逐渐增大的趋势。间歇比过小，连续的高温加热使芋圆内部持续膨胀从而导致结构破裂，在干燥过程中，能闻到明显的焦味，此时，干燥用时短，干燥品质非常差。微波作用时，炉内温度迅速上升，芋圆所含水分蒸发，而间歇时间则提供了水分继续汽化和向外扩散的条件[6]，保证了芋圆干燥后的良好品质。然而，间歇比继续增大，导致温度下降到更低点，重新升温需要花费更多的时间和能耗[19]，因此干燥总时间增加。熟化时间随间歇比的增大呈先减小后稍有增大的趋势。原因是间歇比较小，芋圆干燥不均匀，易焦糊或部分形成硬壳，所需熟化时间较长；间歇比偏大，芋圆脱水速度较慢，芋圆可能会塌陷导致所得微孔较少且产品结构密实[29]，熟化时间稍有增加。复水比随着间歇比的增大整体上呈逐渐减小的趋势。间歇比小，炉内和芋圆本身都维持着较高的温度，使芋圆内部水分快速汽化，形成多孔性结构的程度较高[26]，复水比较大；而间歇比越大，温度降低程度越大，重新升温脱水速度较慢，达不到较好的膨化效果，复水比偏低[28]。

如图6所示，随间歇比增大，芋圆隶属度综合评分呈先增大后减小的趋势。当间歇比为2.0时，芋圆感官品质良好，所得隶属度综合评分最高，因此选取间歇比1.5、2.0和2.5为响应面试验筛选水平范围。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 响应面试验方案与结果

根据单因素试验的结果，以芋圆直径（A）、微波功率（B）、间歇比（C）为试验因素，以复水比（G1）、感官评分（G2）、熟化时间（G3）和干燥总时间（G4）按标准化后加权得到的隶属度综合评分为响应指标，用试验设计软件Design-Expert 8.0.6进行三因素三水平响应面优化试验[8]。试验结果和方差分析如表3和表4所示。

表3 微波间歇干燥优化试验设计及结果Table 3 Optimization experimental design and results of microwave intermittent drying

表4 回归模型方差分析及显著性检验Table 4 Analysis of variance and significance test of regression model

采用软件对表3隶属度综合评分结果进行二次回归拟合分析，得到多元二次回归方程：隶属度综合评分=2.40-0.24A-0.088B-0.012C-0.16AB-0.034AC+0.15BC-0.43A2-0.21B2-0.060C2。

由表4的方差分析可知，模型相关系数R2=97.09%，该拟合模型极显著（P＜0.000 1），失拟项不显著（P=0.752 7＞0.05），模型的校正系数为 R2adj=93.35%，可以用来衡量回归方程的优劣，说明该模型的拟合良好。此校正系数反映了有93.35%的响应值（隶属度综合评分）的变化来自于自变量的影响，说明此回归方程可用于预测和分析隶属度综合评分随自变量变化而发生变化的情况。

分析表4可发现，C（间歇比）对结果影响不显著（P>0.05），A（芋圆直径）和 B（微波功率）对结果影响均显著，其中A影响极显著（P＜0.01），交互作用AB和BC影响极显著（P＜0.01），AC不显著（P＞0.05）。由F检验可以得到因子贡献率大小为A＞B＞C，交互作用主次关系顺序为 AB＞BC＞AC。

2.2.2 响应面交互作用分析

为了进一步考察影响芋圆隶属度综合评分的各因素之间的交互性，采用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行处理，得到回归方程的等高线图和响应面图，见图7。

图7 各因素交互作用的响应面图和等高线图Fig.7 Response surface diagram and contour diagram of interaction of various factors

由图7可知，各响应面的响应值随其对应的各因素值的增大呈现先增加到极值后减小或保持平衡的趋势。当芋圆直径一定时，随着微波功率的增大，隶属度综合评分呈先增后减的趋势；同理，当微波功率不变时，隶属度综合评分随芋圆直径的增大呈先增后减的趋势。从交互作用等高线图可看出，芋圆直径和微波功率交互作用对隶属度综合评分影响显著。芋圆直径与间歇比均引起隶属度综合评分呈先增后减的趋势，但其响应面曲线较平缓，交互作用不显著。当间歇比一定时，隶属度综合评分随着微波功率的增大呈先增后减的趋势；而微波功率不变时，隶属度综合评分随间歇比的增大呈先增后减的趋势，其等高线为椭圆形，表示二者交互作用显著，与方差分析结果相符。

2.2.3 最佳干燥条件的确定与验证试验

通过Design-Expert 8.0.6软件对回归预测模型进行数学分析和工艺条件优化，得到芋圆的微波间歇干燥最优工艺参数为芋圆直径0.76 cm，微波功率331.62 W，间歇比1.81，此时得到隶属度综合评分为2.43861。考虑实际操作可行性，将工艺参数调整为芋圆直径0.8 cm，微波功率350 W，间歇比2.0，进行了3组平行验证试验，得到平均隶属度综合评分为2.417±0.007，相对误差为（0.872±0.291）%，和理论预测值基本吻合。因此，利用响应面法得到的芋圆微波间歇干燥最优工艺参数真实可靠，具有一定的实际应用参考价值。

3 结论

本试验以复水比、熟化时间、干燥总时间和感官评分为评价指标，研究了芋圆直径、微波功率和间歇比对各指标的影响情况，并通过隶属度综合评分初步确定了各因素的适宜范围。

通过响应面试验优化得到微波间歇干燥芋圆的最佳工艺条件，影响隶属度综合评分主次因素依次为芋圆直径>微波功率>间歇比；最佳工艺条件为芋圆直径0.8 cm，微波功率350 W，间歇比2.0。在此组合参数条件下，芋圆的复水比为1.605±0.009，感官评分为87.2±0.6，熟化时间为（8.3±0.3）min，干燥总时间为（94.7±3.1）min，所得隶属度综合评分为2.417±0.007，与理论预测值相对误差为（0.872±0.291）%。通过验证试验所得隶属度综合评分与预测值相对误差小，说明优化结果可靠，为芋圆干制品的开发提供了新的思路和一定的理论基础。