馬鈴薯全粉饅頭制作配方優(yōu)化及其質(zhì)構(gòu)特性主成分分析

吳海霞，田志芳

（1.運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系特色農(nóng)產(chǎn)品加工山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西運(yùn)城044000；2.山西省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，山西太原030031）

馬鈴薯又稱土豆、洋芋，是我國最有發(fā)展前景的高產(chǎn)經(jīng)濟(jì)作物之一，馬鈴薯除含有基本的營養(yǎng)成分外，還含有禾谷類糧食所缺少的胡蘿卜素和抗壞血酸，以及具有抗氧化作用的多酚類物質(zhì)[1]。2015年1月，我國政府提出馬鈴薯主食化戰(zhàn)略，將馬鈴薯作為第四大主糧進(jìn)行主食產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)開發(fā)[2]。目前，我國的馬鈴薯加工食品主要有薯?xiàng)l、薯片以及以馬鈴薯為基本原料制作的快餐食品，除此之外，馬鈴薯全粉面包、蛋糕、饅頭等[3-4]也有少量加工、銷售，但由于存在產(chǎn)品發(fā)酵難、成型難、整形難、易開裂、口感差等問題[5]，使馬鈴薯全粉主食產(chǎn)品開發(fā)推廣受限。饅頭作為我國北方地區(qū)消費(fèi)量最大的主食，如將馬鈴薯全粉與傳統(tǒng)小麥粉混合加工，既能彌補(bǔ)傳統(tǒng)主食營養(yǎng)成分的不足，又能改善膳食營養(yǎng)、調(diào)整食物結(jié)構(gòu)、促進(jìn)人體健康等。目前，關(guān)于馬鈴薯饅頭的研制雖有研究報(bào)道[6-8]，但多是以感官評(píng)分為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配方研究，試驗(yàn)結(jié)果偏于感觀。本試驗(yàn)采用主成分分析法[9-10]，將感官評(píng)分與質(zhì)構(gòu)分析相結(jié)合[11-12]，較為客觀地分析了不同的產(chǎn)品配方對(duì)馬鈴薯饅頭質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響，試驗(yàn)結(jié)果可以為馬鈴薯主食產(chǎn)品的開發(fā)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

馬鈴薯顆粒全粉、小麥粉、安琪活性干酵母、綿白糖、食鹽：市售。

FX-16PS醒發(fā)箱：廣州市賽思達(dá)機(jī)械設(shè)備有限公司；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀：英國 Stable Micro Systems。

1.2 馬鈴薯全粉饅頭制作工藝流程

活化酵母（30℃溫水）→小麥粉與馬鈴薯全粉混合→一次發(fā)酵（溫度30℃，相對(duì)濕度80%，時(shí)間40 min）→成型→二次發(fā)酵（發(fā)酵溫度30℃，相對(duì)濕度80%，時(shí)間20 min）→熟制15 min

1.3 單因素試驗(yàn)

通過感官評(píng)價(jià)結(jié)合質(zhì)構(gòu)分析研究馬鈴薯全粉添加量、酵母添加量、蔗糖添加量及水分添加量對(duì)馬鈴薯全粉饅頭品質(zhì)的影響。

單因素試驗(yàn)：以面粉（即馬鈴薯全粉與小麥粉）總量計(jì)，設(shè)定馬鈴薯全粉添加量分別為5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%，40%，酵母、糖、水分添加量依次為1%、1%、50%，按照前述1.2工藝流程制作馬鈴薯全粉饅頭，研究馬鈴薯全粉添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響；分別改變酵母添加量為0.6%、0.8%、1%、1.2%、1.4%，蔗糖添加量為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%，水分添加量為46%、48%、50%、52%、54%，依次研究酵母、蔗糖及水分添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。

1.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化馬鈴薯饅頭的制作配方。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 因素水平表Table 1 Table of four factors and three levels

1.5 馬鈴薯全粉饅頭質(zhì)構(gòu)參數(shù)測定（texture profile analysis，TPA 試驗(yàn)）

饅頭切片→安裝圓柱探頭→暫停10 s→輸入力量感應(yīng)量程1 000→設(shè)置位移零點(diǎn)→表面高度70 mm→形變百分量50%→檢測速度60 mm/min→起始力0.5 N→確定（30 s放置樣品）→壓兩次→按1（表示接受原來的參數(shù)值）→清理探頭→測定所有樣品的硬度、黏附性、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性

1.6 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

主要從饅頭的外觀性狀、結(jié)構(gòu)、硬度、彈韌性、黏度、咀嚼性、風(fēng)味、色澤等方面綜合評(píng)分，滿分100分。由10名相關(guān)專業(yè)人士評(píng)定，取平均分。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard

續(xù)表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Continue table 2 Sensory evaluation standard

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS.19軟件對(duì)質(zhì)構(gòu)特性測定所得各指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)感官評(píng)分結(jié)果

以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別從馬鈴薯全粉、酵母、蔗糖及水分添加量4個(gè)方面對(duì)馬鈴薯全粉饅頭品質(zhì)的影響進(jìn)行研究，結(jié)果見表3。

表3 單因素試驗(yàn)感官評(píng)分結(jié)果Table 3 Results of sensory scores

首先研究了馬鈴薯全粉添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。馬鈴薯全粉與小麥粉以一定的配比混合進(jìn)行饅頭加工，可以達(dá)到營養(yǎng)互補(bǔ)、調(diào)整膳食的目的，馬鈴薯全粉添加量過高，會(huì)造成成型難、整形難、產(chǎn)氣難、口感差、開裂等產(chǎn)品質(zhì)量問題，同時(shí)還會(huì)使生產(chǎn)成本過高，而馬鈴薯全粉添加量過低，沒有太大的實(shí)際意義。從表3可以看出，當(dāng)馬鈴薯全粉添加量為5%～15%時(shí)，與普通小麥粉饅頭差別不大，當(dāng)添加量為25%～30%時(shí)，饅頭的顏色逐漸由亮白色變?yōu)榈S色，馬鈴薯香味明顯增加，當(dāng)含量超過30%后，饅頭表面有裂口，顏色不均勻，且有輕微的塌陷，饅頭內(nèi)部氣孔不均勻，黏牙加重。

酵母添加量對(duì)饅頭發(fā)酵品質(zhì)的影響較大。試驗(yàn)結(jié)果表明加入1%～1.2%的酵母粉可以使饅頭柔軟，有彈性，氣孔細(xì)密、均勻，且不黏牙，味道純正，無酸味，當(dāng)加入量超過1.2%后，饅頭伴有酸味，中心組織結(jié)構(gòu)氣孔不均勻，黏牙嚴(yán)重。

饅頭制作中加入適量的蔗糖可以促進(jìn)面團(tuán)發(fā)酵，同時(shí)利用糖的滲透壓作用，可以影響面團(tuán)中蛋白質(zhì)的吸水，調(diào)節(jié)面筋的脹潤度，蔗糖還可以使饅頭在冷卻后保持松軟[9]。試驗(yàn)結(jié)果表明蔗糖添加量為0.9%時(shí)效果較好。

水分對(duì)面團(tuán)中面筋的形成具有重要作用。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)水分添加量較低時(shí)饅頭表面干裂、黏牙，中心有面粉味，較硬；加水量為48%～50%時(shí)，饅頭表面光滑，不黏牙，外形飽滿，口感柔軟，加水量大于50%時(shí)，饅頭表面凹陷，中心很黏，口感一般。

2.2 單因素試驗(yàn)質(zhì)構(gòu)分析

采用主成分分析法分別探討了馬鈴薯全粉、酵母、蔗糖及水分添加量對(duì)馬鈴薯全粉饅頭品質(zhì)的影響。

2.2.1 馬鈴薯全粉添加量對(duì)饅頭質(zhì)構(gòu)的影響

研究馬鈴薯全粉添加量對(duì)饅頭質(zhì)構(gòu)的影響，各力學(xué)指標(biāo)見表4。

表4 馬鈴薯全粉添加量對(duì)饅頭質(zhì)構(gòu)的影響Table 4 Effect of potato flour on the texture of steamed bread

對(duì)馬鈴薯饅頭質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行相關(guān)性分析，得各指標(biāo)間的相關(guān)性系數(shù)r如表5。

表5 相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis

可以看出各指標(biāo)之間均存在一定相關(guān)性，其中黏附性與硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=0.86，P<0.01），內(nèi)聚性與彈性呈極顯著正相關(guān)（r=0.88，P<0.01），膠黏性與內(nèi)聚性呈顯著負(fù)相關(guān)（r=0.81，P<0.05）。如上指標(biāo)在一定程度上反映的信息有所重疊，因此采用主成分分析法對(duì)馬鈴薯饅頭品質(zhì)進(jìn)行評(píng)定[9-10]。

2.2.1.1 主成分的篩選及其貢獻(xiàn)率

相關(guān)陣的特征值與貢獻(xiàn)率見表6。

表6 相關(guān)陣的特征值與貢獻(xiàn)率Table 6 Characteristic value and contribution rate of correlation matrix

從表6可看出主成分初始值對(duì)原有變量總體的描述，按照特征值大于1，方差貢獻(xiàn)率大的來選主成分，第一主成分的貢獻(xiàn)率為48.53%，第二主成分的貢獻(xiàn)率為39.35%，二者累計(jì)貢獻(xiàn)率為87.88%，因此可以通過這兩個(gè)主成分反映絕大部分的信息。

2.2.1.2 因子載荷量分析

主成分的因子載荷量分析見表7。

表7 主成分的因子載荷量分析Table 7 Factor load analysis of principal components

因子載荷量能反映單個(gè)指標(biāo)對(duì)主成分的貢獻(xiàn)率的大小。經(jīng)軟件處理第一主成分和第二主成分主要包括硬度（X1）、黏附性（X2）、內(nèi)聚性（X3）、彈性（X4）、膠黏性（X5）、咀嚼性（X6），它們具有較大載荷量，其中 X5、X4在Z1上載荷量較大，X5，X6在Z2上載荷量較大。根據(jù)表7中主成分的特征向量可以構(gòu)建主成分與馬鈴薯饅頭各品質(zhì)指標(biāo)之間的線性關(guān)系式[9-11]，即：

以兩個(gè)主成分Z1、Z2與其方差貢獻(xiàn)率構(gòu)建出馬鈴薯饅頭品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)模型 Z，即：Z=0.55Z1＋0.45Z2。根據(jù)此模型結(jié)合表4各指標(biāo)計(jì)算得出不同馬鈴薯全粉添加量對(duì)饅頭品質(zhì)影響的主成分分析結(jié)果見表8。

表8 不同馬鈴薯全粉添加量對(duì)饅頭品質(zhì)影響主成分分析結(jié)果Table 8 Results of principal component analysis

可以看出，當(dāng)馬鈴薯全粉添加量為30%時(shí)，Z的得分最高，與感官評(píng)定結(jié)果基本一致。

2.2.2 酵母粉添加量對(duì)饅頭質(zhì)構(gòu)的影響

同2.2.1分析過程，得出第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為71.65%，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為25.27%，總貢獻(xiàn)率為96.92%，得到指標(biāo)之間的線性關(guān)系為：

根據(jù)Z值計(jì)算結(jié)果得出當(dāng)酵母添加量為1.2 g時(shí)得分最高。

2.2.3 蔗糖添加量對(duì)饅頭質(zhì)構(gòu)的影響

同2.2.1分析過程，得出第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為52.88%，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為25.05%，總的貢獻(xiàn)率為77.93%得到指標(biāo)之間的線性關(guān)系：

根據(jù)Z值計(jì)算結(jié)果得出，當(dāng)蔗糖添加量為0.9%時(shí)得分最高。

2.2.4 水分添加量對(duì)饅頭質(zhì)構(gòu)的影響

同2.2.1分析過程，得出第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為65.05%，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為26.86%，總的貢獻(xiàn)率為91.91%得到指標(biāo)之間的線性關(guān)系：

根據(jù)Z值計(jì)算結(jié)果得出，當(dāng)水分添加量為50%時(shí)得分最高。

2.3 正交試驗(yàn)及驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果

馬鈴薯饅頭的正交試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Results of orthogonal experements

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，影響馬鈴薯饅頭品質(zhì)的因素次序?yàn)锳>C>D>B，較優(yōu)的配方組合為A2B2C3D2，即以面粉總量計(jì)，馬鈴薯全粉添加量為30%，蔗糖添加量為0.9%，酵母添加量為1.2%，水分添加量為50%時(shí)，制作所得馬鈴薯饅頭品質(zhì)最佳。且正交試驗(yàn)結(jié)果與2.2主成分分析法所得結(jié)果基本一致。因此，根據(jù)此配方進(jìn)行馬鈴薯饅頭制作驗(yàn)證性試驗(yàn)，所得饅頭的感官評(píng)分結(jié)果為96.8，高于任意一組正交結(jié)果，說明此配方可行。

3 結(jié)論

試驗(yàn)以馬鈴薯全粉和小麥粉為主要原料，感官評(píng)價(jià)結(jié)合質(zhì)構(gòu)分析，在單因素試驗(yàn)結(jié)合TPA試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)得到馬鈴薯全粉饅頭制作的最佳工藝配方，即以面粉（即馬鈴薯全粉與小麥粉）總量為標(biāo)準(zhǔn)，馬鈴薯全粉與小麥粉添加比例為3∶7，酵母添加量為1.2%，糖的添加量為0.9%，水分添加量為50%。采用此配方制作所得馬鈴薯饅頭感官評(píng)分為96.8，其顏色淡黃，表面光滑，質(zhì)地柔軟，有彈性，氣孔細(xì)密、均勻，不黏牙，味道純正無酸味，具有馬鈴薯饅頭所特有的感官品質(zhì)及質(zhì)構(gòu)特性。