不同品種馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性及主成分分析

王麗，羅紅霞，李淑榮，句榮輝，汪慧華，劉小飛，賈紅亮

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院食品與生物工程系，北京 102442）

馬鈴薯（Solanum tuberosum）為茄科茄屬一年生草本，富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)等人體需要的營養(yǎng)成分，也含有各類維生素、膳食纖維和多酚等活性成分[1]。馬鈴薯種植范圍遍布世界各地，是重要的糧食蔬菜兼用作物[2]。目前，馬鈴薯已經(jīng)成為僅次于小麥、水稻、玉米的世界第四大主要糧食作物[3]。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)[4]，我國馬鈴薯年產(chǎn)量為0.96億噸，位居世界首位。但是我國馬鈴薯加工轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)品種類少，主要以鮮食為主，加工比例僅有10%左右，產(chǎn)品也僅有10余種[5]。而歐美等發(fā)達(dá)國家，馬鈴薯深加工轉(zhuǎn)化比例高，如美國為75%，法國為60%，英國也在40%以上，利用馬鈴薯開發(fā)的產(chǎn)品達(dá)到2000種之多[6]。

我國的馬鈴薯品種資源十分豐富，目前已育成的有300多個(gè)品種，在生產(chǎn)上有一定推廣面積的品種有90多個(gè)。Friedman[7]和Ngobese[8]等人研究表明不同品種馬鈴薯品質(zhì)差異顯著。研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯粉絲品質(zhì)與馬鈴薯品質(zhì)特性之間存在密切的關(guān)系，如鄧珍珍[9]研究表明，粉絲品質(zhì)與直鏈淀粉和不可溶性淀粉含量有關(guān)，譚洪卓[10]認(rèn)為粉絲質(zhì)量與淀粉老化值有關(guān)。關(guān)于馬鈴薯面條的研究目前處于起步階段，如廖盧艷[11]和Ye[12]初步研究表明淀粉的糊化和老化特性在面條品質(zhì)特性中具有很大貢獻(xiàn)。徐芬[13]研究發(fā)現(xiàn)，中薯19號(hào)的面條面湯濁度和蒸煮損失率最小，中薯19號(hào)、中薯18號(hào)、948A及夏波蒂制作的面條拉伸特性、硬度及咀嚼性最好且微觀結(jié)構(gòu)較為致密。并且由于馬鈴薯中缺乏面筋蛋白而使得面團(tuán)難于成型[14]。關(guān)于不同品種馬鈴薯面條品質(zhì)特性的差異情況、馬鈴薯面條品質(zhì)特性的評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)、馬鈴薯面條加工的專用品種并不清楚。因此，開發(fā)適合我國居民飲食習(xí)慣的面條、饅頭等滿足一日三餐消費(fèi)的新型主食產(chǎn)品，篩選適合加工新型主食產(chǎn)品的專用品種，培育具有新型主食產(chǎn)品加工需求特性的新品種，將是我國馬鈴薯加工業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

面條品質(zhì)特性評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多，如最佳蒸煮時(shí)間、質(zhì)構(gòu)特性、拉伸特性、吸水率、蒸煮損失率、感官特性等[15,16]，但是要用眾多的指標(biāo)評(píng)價(jià)馬鈴薯面條的品質(zhì)，很難比較出不同品種面條品質(zhì)特性的差異，采用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析方法顯得至關(guān)重要。主成分分析在產(chǎn)品品質(zhì)分析上已經(jīng)開展了研究，目前主成分分析廣泛應(yīng)用于薯片[17]、掛面[18]、牛奶[19]和蜂蜜[20]等品質(zhì)特性分析，在品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選及品質(zhì)評(píng)價(jià)方面并取得了顯著的效果。本文以黑龍江、甘肅兩個(gè)馬鈴薯主要種植地區(qū)的主要品種和北京市馬鈴薯典型品種為研究對(duì)象，在前期優(yōu)化方法基礎(chǔ)上，制備馬鈴薯全粉及面條，分析馬鈴薯全粉面條的色澤、蒸煮特性和質(zhì)構(gòu)特性差異情況，并采用主成分分析馬鈴薯全粉面條的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)及不同品種面條的綜合評(píng)分，該研究將為我國馬鈴薯面條的品質(zhì)評(píng)價(jià)提供依據(jù)，為馬鈴薯面條加工專用品種的篩選提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

馬鈴薯品種由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)、甘肅省農(nóng)科院及北京某蔬菜基地提供（如表1所示），小麥粉：金沙河面粉。

1.1.2 儀器設(shè)備

電子天平（d=0.01 g），常熟市恒佳儀器有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海試驗(yàn)儀器有限公司；FW100高速萬能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司；WSC-S色差計(jì)，上海精科儀器設(shè)備有限公司；CT3質(zhì)構(gòu)儀，美國博勒飛。

表1 馬鈴薯品種名稱及來源Table 1 The name and origin of the potato varieties

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 馬鈴薯全粉制備工藝

馬鈴薯清洗→去皮→切片（3～5 mm）→55 ℃烘干→磨粉→過80目篩→備用

1.2.2 馬鈴薯全粉面條的制備工藝

稱量（馬鈴薯全粉:小麥粉=2:1）→和面→壓面→煮面

1.2.3 馬鈴薯全粉面條色澤的測定

參照Li[21]、Naresh[22]的方法稍作改動(dòng)。取馬鈴薯全粉面條放入WSC-S測色色差計(jì)樣品杯中，并填滿樣品杯，測定各樣品的L*、a*、b*值。其中L*值越大，說明亮度越大，+a*方向越向圓周，顏色越接近純紅色；-a*方向越向外，顏色越接近純綠色。+b*方向是黃色增加，-b*方向藍(lán)色增加。勻色空間L*、a*、b*表色系上亮點(diǎn)間的距離兩個(gè)顏色之間的總色差：

每個(gè)樣品測定3組平行。

1.2.4 馬鈴薯面條蒸煮品質(zhì)的測定

（1）最佳蒸煮時(shí)間的確定：取長度為18 mm的面條20根，放入500 mL沸水中，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。保持水處于98 ℃～100 ℃微沸狀態(tài)下煮制，從1 min開始，每隔30 s取出一根面條，用透明玻璃片壓開觀察面條中間白芯的有無，白芯剛消失時(shí)的時(shí)間即為面條的最佳煮制時(shí)間。設(shè)兩次重復(fù)。

（2）斷條率的測定：取40根面條，放入1000 mL沸水中蒸煮，達(dá)到最佳蒸煮時(shí)間后，撈出面條，數(shù)出完整面條的根數(shù)。

（3）面條蒸煮損失率的測定：取10 g生面條放入盛有250 mL沸水的小鍋中煮至最佳時(shí)間，撈出面條，用蒸餾水沖淋面條10 s，將面條涼4 min后對(duì)其進(jìn)行烘干至恒重，然后稱重，同時(shí)對(duì)10 g生面條也烘干至恒重，重復(fù)試驗(yàn)2次（參考中國人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《掛面生產(chǎn)工藝測定方法》對(duì)鮮切面及干面的蒸煮損失進(jìn)行測定，方法略有改動(dòng)）。

（4）膨脹率的測定：取10 g生面條放入盛有250 mL沸水中煮至最佳時(shí)間，撈出面條，控水10 min后，稱其質(zhì)量。

1.2.5 馬鈴薯面條質(zhì)構(gòu)的測定

參照J(rèn)ridi[23]和Mudgil[24]等方法稍作改動(dòng)，面條在最佳蒸煮時(shí)間條件煮好后，用流動(dòng)的自來水沖淋30 s，放在質(zhì)構(gòu)儀載物臺(tái)上，選用TA 41探頭，選取TPA模式進(jìn)行試驗(yàn)。質(zhì)構(gòu)儀設(shè)定參數(shù)為：測試速度8 mm/s，觸發(fā)力4.5 g，壓縮時(shí)間1 s，壓縮距離1.5 mm。測定指標(biāo)為：硬度、咀嚼性、彈性、內(nèi)聚力、粘結(jié)性，每個(gè)樣品重復(fù)6次平行試驗(yàn)。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，數(shù)據(jù)顯著性分析、相關(guān)性分析和主成分分析采用SPSS 17.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 11個(gè)品種馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性分析

2.1.1 色澤

表2為馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性。色澤是評(píng)價(jià)面條品質(zhì)的重要指標(biāo)，直接影響人們對(duì)面條品質(zhì)優(yōu)劣的判斷。表2結(jié)果顯示，不同品種馬鈴薯全粉色澤差異顯著，LZ111色澤最好，ΔE*值為70.48±0.19，色澤最差的為隴薯8號(hào)，ΔE*值為57.10±0.17。本研究中馬鈴薯面條的色澤與徐芬[13]研究的馬鈴薯全粉面條（L*值為83.89）及沈存寬[25]研究的馬鈴薯全粉面條（L*值為92.59）的色澤差異顯著，其主要是本研究在全粉加工過程中未使用護(hù)色劑。因此本研究的馬鈴薯全粉面條的色澤除了具有不同品種馬鈴薯果肉顏色存在差異之外，也可能是由于不同品種的馬鈴薯中多酚氧化酶含量及抗氧化活性的不同，使其發(fā)生褐變的程度不同。

2.1.2 最佳蒸煮時(shí)間

面條的最佳蒸煮時(shí)間是面條的主要品質(zhì)特性之一，其時(shí)間長短與原料及制品品質(zhì)密切相關(guān)。蒸煮時(shí)間長，可能是因?yàn)樵媳旧淼纳馁|(zhì)量特性，使得蒸煮時(shí)間長，而蒸煮時(shí)間短的，可能是因?yàn)樵项w粒較散，淀粉呈分散狀態(tài)，而有助于水分滲透進(jìn)入面條內(nèi)部，加速熟化過程，且本身熟化度高，使得面條易于煮熟[26]。本文研究的11個(gè)品種面條的最佳蒸煮時(shí)間為3～5.5 min（如表2所示）。其中荷蘭薯面條的最佳蒸煮時(shí)間最短為3 min，低于純小麥粉面條的最佳蒸煮時(shí)間（4 min）?？挂甙缀涂诵?7號(hào)面條的最佳蒸煮時(shí)間最長，為5.5 min。本研究與沈存寬[25]研究的最佳蒸煮時(shí)間為3～4.5 min有一定差異，分析原因可能是沈存寬[25]全粉的制備溫度較高（流化干燥溫度65 ℃，閃蒸干燥溫度137.8 ℃），達(dá)到了馬鈴薯淀粉的糊化溫度（55～70 ℃），使得全粉的熟化度高，更易于面條煮熟。

2.1.3 斷條率

斷條率是評(píng)價(jià)面條蒸煮特性的重要指標(biāo)，可以較為直觀地表征面條的耐煮性，斷條率越小，說明面條的筋力強(qiáng)，有嚼勁。馬鈴薯全粉的添加會(huì)影響面團(tuán)中面筋的形成，進(jìn)而增加斷條率，本研究中面條的斷條率在7%至40%之間（如表2所示）。其中斷條率最低的隴14（7%），其次為隴薯9號(hào)和隴薯7號(hào)（均為10%）。

2.1.4 蒸煮損失率

蒸煮損失率是評(píng)價(jià)面條蒸煮品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，蒸煮損失率越高，渾湯現(xiàn)象越嚴(yán)重，說明面條的蒸煮品質(zhì)越差。國家面條生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中最大蒸煮損失率為10%，本文的不同品種面條的蒸煮損失率在10%左右（如表2所示），其中抗疫白、隴14、隴薯8號(hào)的蒸煮損失率低于8%。Tudorica[27]研究表明，面條中添加纖維等物質(zhì)時(shí)，由于其自身的水化作用，會(huì)破壞水分在蛋白和淀粉之間的分配，增大蒸煮損失率。馬鈴薯全粉中的淀粉由于含有磷酸基團(tuán)，易吸收水分，當(dāng)添加一定量時(shí)，會(huì)影響小麥淀粉和面筋的吸水，破壞面筋結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致其面條的蒸煮損失率增大[28]。

2.1.5 膨脹率

面條的膨脹率反應(yīng)面條在蒸煮后吸收水分的多少，研究表明，面條的膨脹率與面條中面筋蛋白含量有關(guān)，面筋蛋白含量越高，面條膨脹率越高（張曉燕，2006）。本研究中不同品種面條的膨脹率差異顯著，膨脹率在160%～190%之間（如表2所示），其中隴薯7號(hào)和隴薯9號(hào)面條的膨脹率分別為188.73±0.40%和184.70±0.36%，高于純小麥粉面條的吸水率為183.4%[25]。本文研究的隴薯7號(hào)、隴薯9號(hào)、墾薯1號(hào)的膨脹率高于沈存寬[25]的馬鈴薯生全粉面條的膨脹率（175.81%）。本研究中不同品種面條中的面筋蛋白質(zhì)量一致，而面條膨脹率間差異顯著，并且有的品種高于純小麥粉的膨脹率，可能是不同品種馬鈴薯中的其他成分對(duì)面條膨脹率有貢獻(xiàn)，具有原因有待進(jìn)一步研究。

2.1.6 質(zhì)構(gòu)特性

TPA質(zhì)構(gòu)分析是評(píng)價(jià)面條品質(zhì)的有效方法，研究表明，TPA質(zhì)構(gòu)測試各項(xiàng)參數(shù)與感官評(píng)價(jià)之間存在顯著的相關(guān)性。陸啟玉等[29]研究表明，面條感官評(píng)價(jià)中的勁道感分別和硬度、粘合性、咀嚼性、回復(fù)性、彈性參數(shù)呈顯著正相關(guān)，滑口感分別和硬度、咀嚼性、彈性和黏附性參數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。陳東升等[30]研究表明，TPA測試指標(biāo)能較好地反應(yīng)面條感官評(píng)價(jià)的適口性、韌性、粘性和總評(píng)分。因此，TPA測試在一定程度上可以替代感官評(píng)價(jià)結(jié)果，并且結(jié)果更加客觀。本研究中不同品種的硬度、咀嚼性、彈性、內(nèi)聚力和粘結(jié)性等指標(biāo)之間差異顯著（如表2所示）。其中硬度最大和最小的品種分別是隴14號(hào)（544.58±92.71 g）和荷蘭薯（415.70±10.99 g）；咀嚼性最大和最小的品種分別是克新27（402.75±44.32 gmm）和荷蘭薯（230.66±38.77 gmm）；彈性最大和最小的品種分別是隴薯7（1.69±0.05 mm）和隴薯8號(hào)（1.38±0.06 mm）；內(nèi)聚力最大和最小的品種分別是布爾斑克（0.53±0.09）和隴薯8號(hào)（0.36±0.10）；粘結(jié)性最大和最小的品種分別是隴薯7號(hào)（5.03±0.13 gn）和LY 08104-12（2.70±0.21 gn）。

以上分析了11個(gè)品種馬鈴薯全粉面條的10個(gè)典型品質(zhì)，但不同品種各品質(zhì)特性之間差異顯著，通過以上數(shù)據(jù)分析很難區(qū)分不同品種面條品質(zhì)特性的質(zhì)量差異。

表2 馬鈴薯面條品質(zhì)特性Table 2 The quality of potato noodle

2.2 11個(gè)品種馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性的相關(guān)性分析

采用SPSS軟件對(duì)11個(gè)品種馬鈴薯面條的10個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。從表3中可以看出，ΔE*與彈性（r=0.594*），最佳蒸煮時(shí)間與咀嚼性（r=0.748**）、內(nèi)聚力（r=0.648*），咀嚼性與彈性（r=0.764**）、內(nèi)聚力（r=0.836**），彈性與內(nèi)聚力（r=0.625*），內(nèi)聚力與粘結(jié)性（r=0.523*）均呈顯著或極顯著的正相關(guān)，說明馬鈴薯全粉面條品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)間存在相關(guān)關(guān)聯(lián)、相互制約的作用，一些品質(zhì)的改變可能導(dǎo)致另外一些品質(zhì)的變化，為了能更好的評(píng)價(jià)不同指標(biāo)對(duì)面條品質(zhì)的貢獻(xiàn)作用更大，不同品種面條的品質(zhì)特性的差異，將采用主成分分析進(jìn)行接下來的分析。

表3 馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性相關(guān)系數(shù)Table 3 The correlation coefficient of various qualities of potato noodle

2.3 11個(gè)品種馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性的主成分分析

主成分分析是一種雙線性的建模方法，它可以通過一個(gè)多維的潛在的主成分來解釋原有變量的信息。其中第一主成分涵蓋了原有數(shù)據(jù)的大多數(shù)信息，第二主成分與第一主成分相互垂直，并且涵蓋剩下多數(shù)信息，依次類推。通過分析主成分載荷值和得分可以看出不同樣品之間的關(guān)系，也可以解釋樣品的特點(diǎn)、分組、相似性及差別[31]。表4為面條品質(zhì)特征的特征值及主成分的載荷值。前4個(gè)主成分的特征值均大于1，方差貢獻(xiàn)率分別為35.89%、23.51%、14.64%和11.73%，累積貢獻(xiàn)率為85.77%，綜合了面條品質(zhì)特性的主要信息[32]。前4個(gè)主成分既降低了原始變量的復(fù)雜性，也概括了原始數(shù)據(jù)的主要信息，能很好的解釋面條的品質(zhì)特性，可以采用前四個(gè)主成分進(jìn)行接下來的分析。第一主成分中起主要作用的是咀嚼性、彈性、內(nèi)聚力，均具有正向的載荷值分別為0.922、0.841和0.831，命名為口感特性因子（解釋了變異性的48.68%）；第二主成分中膨脹率、蒸煮損失率具有正向的載荷值，分別為0.703和0.653，斷條率具有較大的負(fù)向載荷值，為-0.653，命名為蒸煮特性因子（解釋了變異性的46.93%）；第三主成分中硬度具有最大的負(fù)向貢獻(xiàn)作用，載荷值為-0.904，命名為硬度因子（解釋了變異性的30.68%）；第四主成分中ΔE*具有最大的負(fù)向貢獻(xiàn)作用，載荷值為-0.612，命名為色澤因子（解釋了變異性的20.63%）。在每個(gè)主成分中，載荷值越高，表明貢獻(xiàn)性越大[33]。表4中同樣具有不同主成分分值及不同品種的綜合主成分得分和整體排序。第一主成分中咀嚼性、彈性、內(nèi)聚力對(duì)隴薯9號(hào)、克新27和LZ111具有較大的作用，對(duì)隴薯8號(hào)、LY 08104-12和荷蘭薯具有較小的作用。第二主成分中膨脹率、蒸煮損失率、斷條率對(duì)隴薯7號(hào)、荷蘭薯、隴薯9號(hào)的解釋作用較大，而對(duì)抗疫白、克新27、隴14號(hào)和隴薯8號(hào)的解釋作用較??；第三主成分中的硬度對(duì)抗疫白、荷蘭薯、布爾斑克和LZ 111的解釋作用較大，對(duì)隴14、墾薯1號(hào)的解釋作用較??；第四主成分中ΔE*的對(duì)布爾斑克、墾薯1號(hào)的解釋作用較大，對(duì)荷蘭薯和隴14的解釋作用較小。

2.4 11個(gè)品種馬鈴薯全粉面條的綜合評(píng)價(jià)

通過主成分分析得知前四個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.77%，反應(yīng)了10個(gè)指標(biāo)的大部分綜合信息，用這4個(gè)主成分評(píng)價(jià)11個(gè)馬鈴薯面條品質(zhì)特性是可行的，因此，可用Y1口感特性因子、Y2蒸煮特性因子、Y3硬度特性因子和Y4色澤特性因子的4個(gè)新的綜合值來代替原來的10個(gè)指標(biāo)對(duì)馬鈴薯面條品質(zhì)特性進(jìn)行分析，得到馬鈴薯面條的前4個(gè)主成分的線性關(guān)系式分別為：

以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值的方差提取貢獻(xiàn)率建立綜合評(píng)價(jià)模型：

計(jì)算不同品種馬鈴薯面條的綜合評(píng)分。結(jié)果如表4所示，綜合得分前三位的分別是隴薯9號(hào)、LZ111、隴薯7號(hào)，綜合得分分別為1.481，0.971和0.783。說明這三個(gè)品種更加適合加工成面條；綜合主成分得分排在后兩位的分別是隴薯8號(hào)和LY08104-12，其得分分別為-1.838和-0.774，說明這兩個(gè)品種不適合加工面條。

3 結(jié)論

通過對(duì)11個(gè)品種馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同品種面條品質(zhì)特性差異顯著，相關(guān)性分析表明，ΔE*與彈性（r=0.594*），最佳蒸煮時(shí)間與咀嚼性（r=0.748**）、內(nèi)聚力（r=0.648*），咀嚼性與彈性（r=0.764**）、內(nèi)聚力（r=0.836**），彈性和內(nèi)聚力（r=0.625*），內(nèi)聚力與粘結(jié)性（r=0.523*）均呈顯著或極顯著的正相關(guān)。主成分分析提取4個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為85.77%，解釋原有數(shù)據(jù)的大多數(shù)信息，通過口感特性、蒸煮特性、硬度特性和色澤特性等4個(gè)方面反映原有數(shù)據(jù)的信息，并且各主成分之間沒有相關(guān)性，更好的體現(xiàn)各個(gè)指標(biāo)對(duì)面條品質(zhì)的影響。根據(jù)面條品質(zhì)與主成分間的相關(guān)性，建立主成分與面條品質(zhì)特性間的關(guān)系模型，計(jì)算不同品種馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性的綜合評(píng)分。最終得到11個(gè)品種馬鈴薯全粉面條品質(zhì)特性的優(yōu)劣順序?yàn)殡]薯9號(hào)、LZ111、隴薯7號(hào)、布爾斑克、克新27、墾薯1號(hào)、抗疫白、荷蘭薯、隴14、LY08104-12、隴薯8號(hào)。通過該綜合主成分得分可以有效地將11個(gè)品種加工面條品質(zhì)進(jìn)行區(qū)分。

表4 前四個(gè)主成分載荷值和得分Table 4 The loading and score of the first four principal component

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