馬鈴薯餅干的工藝優(yōu)化

買玉花，王彩霞，賀曉光

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川750021）

馬鈴薯屬茄科植物，別名又稱土豆、山藥蛋、地蛋等，是僅次于水稻、小麥、玉米的第四大經(jīng)濟(jì)作物。馬鈴薯不僅富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)特性[1-2]、淀粉、礦物質(zhì)、無機(jī)鹽、膳食纖維等營養(yǎng)[3]成分，還具有緩急止痛、和胃健脾、強(qiáng)生益體等功效，更可預(yù)防膽固醇、慢性胃炎、糖尿病等疾病[4]，并且馬鈴薯中含有的膳食纖維能夠促進(jìn)腸道蠕動，更可參與和影響脂類和碳水化合物的代謝[5]，這些優(yōu)點(diǎn)使其在食品行業(yè)具有更廣泛的用途[6-8]。目前，隨著餐桌、小食品、西餐行業(yè)的興起，對馬鈴薯加工產(chǎn)品的需求量也越來越大。我國是馬鈴薯種植大國，近年來在調(diào)整種植業(yè)的種植結(jié)構(gòu)中，馬鈴薯的播種量持續(xù)增加。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，馬鈴薯的總產(chǎn)量在2014年約為1 910萬噸，僅有14%用于加工。一方面，馬鈴薯全粉中不含有面筋蛋白，使其不具有面團(tuán)所特有的黏彈性從而導(dǎo)致馬鈴薯加工性能差。另一方面，在我國馬鈴薯以鮮食為主，種類單一，缺乏適合我國居民飲食習(xí)慣的主食產(chǎn)品。2015年馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的啟動，以求達(dá)到馬鈴薯由副食消費(fèi)轉(zhuǎn)向主食消費(fèi)、原料產(chǎn)品轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化成品、溫飽消費(fèi)轉(zhuǎn)向健康消費(fèi)[9-10]，使其逐漸成為即玉米、小麥、稻米外的又一大主糧[11]。

餅干是一種以小麥粉為原料，加入油脂、糖等其他輔料經(jīng)焙烤而形成的食品，因其口感酥脆，被廣大消費(fèi)者所喜愛[12]。由于油脂和糖的含量較高，極大的限制了其在食品行業(yè)的銷售。因此，對低熱量，高營養(yǎng)的餅干的工藝優(yōu)化及其配方的改良是合乎當(dāng)今食品消費(fèi)領(lǐng)域的重要舉措。隨著消費(fèi)者健康理念的提高，使其對日常食品也提出了更高的營養(yǎng)要求。為此，本試驗(yàn)采用黃油代替動物油脂，在傳統(tǒng)餅干的工藝基礎(chǔ)上，采用主成分結(jié)合響應(yīng)面的優(yōu)化方法，探索馬鈴薯全粉與低筋面粉的質(zhì)量比、黃油的添加量、白砂糖的添加量對馬鈴薯餅干的感官及質(zhì)構(gòu)特性的影響，并采用感官及質(zhì)構(gòu)的規(guī)范化綜合評分為評價(jià)指標(biāo)，確定其最佳工藝參數(shù)，為馬鈴薯休閑類食品的開發(fā)提供實(shí)際參考。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯全粉：寧夏法福來食品股份有限公司；低筋面粉：濰坊風(fēng)箏面粉有限責(zé)任公司；白砂糖、小蘇打、鹽、雞蛋等輔料：市售。

1.2 儀器與設(shè)備

ACS-30電子秤：武義縣金宇恒器有限公司；SQP電子天平：多利斯科學(xué)儀器北京有限公司；HM315打蛋器、HO-405電烘箱：青島漢尚電器有限公司；TA-XT plus質(zhì)構(gòu)分析儀：英國Stable Micro Systems有限公司；MUMX25TLCN多功能食物料理機(jī)：斯洛文尼亞公司。

1.3 方法

1.3.1 原料配方

原料配比（馬鈴薯全粉+低筋面粉=100g），黃油45g，白砂糖35 g，雞蛋20 g，全脂奶粉10 g，碳酸氫鈉0.5 g，食鹽1.0 g，水適量。

1.3.2 馬鈴薯餅干的制作

原料→乳化→面團(tuán)調(diào)制→靜置→成型→焙烤→冷卻→成品

1.3.3 操作要點(diǎn)

原料預(yù)處理：馬鈴薯全粉與低筋面粉分別過60目篩備用。乳化：將黃油在室溫下軟化后用打蛋器打發(fā)，按比例加入白砂糖并加入全蛋液，分3次加入，顏色打發(fā)至發(fā)白即可。面團(tuán)調(diào)制：先將馬鈴薯全粉與低筋面粉均勻混合后加入其它輔料，倒入多功能廚師機(jī)進(jìn)行快速攪拌調(diào)粉，在面團(tuán)調(diào)制時(shí)，調(diào)制溫度控制在22℃～26℃，先慢后快，減少面團(tuán)捏合時(shí)間，將面團(tuán)調(diào)制的具有一定的塑性及韌性且不黏手可停止調(diào)制。靜置：將面團(tuán)調(diào)制結(jié)束后置于常溫下醒發(fā)15 min，使面團(tuán)的性能保持一定的穩(wěn)定性以促進(jìn)非面筋蛋白的延展性。焙烤：將輥扎成型的餅干放入烘箱，上火溫度為180℃，下火溫度為150℃，共烤制15 min。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

參照預(yù)試驗(yàn)，選取對馬鈴薯餅干品質(zhì)影響較大的3個因素，即馬鈴薯全粉和低筋面粉的質(zhì)量比、白砂糖添加量、黃油添加量對馬鈴薯餅干的質(zhì)構(gòu)特性和感官品質(zhì)的影響，具體方案見表1。

1.3.5 馬鈴薯餅干品質(zhì)的測定

1.3.5.1 質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的測定

用質(zhì)構(gòu)分析儀對樣品的黏附性、硬度、回復(fù)性、彈性、咀嚼度進(jìn)行測試，評價(jià)餅干的品質(zhì)。測定條件：選擇質(zhì)構(gòu)剖面分析法（texture profile analysis，TPA）測試程序，選用P/36R探頭，測前速度1.0 mm/s，測中速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，應(yīng)變位移為3 mm，觸發(fā)力為5 g，每塊餅干選取3個點(diǎn)測試，剔除測試的最大值和最小值，結(jié)果取其平均值，每個樣品重復(fù)測試4次。

表1 餅干配方單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 1 Single factor experiment design for biscuit processing techonlogy

1.3.5.2 馬鈴薯餅干的感官評價(jià)

將制成的馬鈴薯餅干按照雜質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)、口感和色澤為感官指標(biāo)進(jìn)行感官評分，選取10名食品專業(yè)通過專業(yè)培訓(xùn)并且有經(jīng)驗(yàn)的的學(xué)生組成感官評價(jià)小組，對馬鈴薯餅干進(jìn)行感官評價(jià)，每組樣品測3次，結(jié)果取其平均值[13]，感官評定見表2[14]。

表2 感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standard of comprehensive quality grading of biscuits

1.3.6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定優(yōu)化區(qū)間，如表3所示，根據(jù)Box-Benhnken原理設(shè)計(jì)三因素三水平的試驗(yàn)并且以主成分建立的規(guī)范化綜合評價(jià)模型為最終的馬鈴薯餅干的評價(jià)指標(biāo)。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 3 Design level table of response surface methodology

1.3.7 主成分分析

主成分分析是通過降維將多個指標(biāo)進(jìn)行重新組合，形成幾個互相之間沒有關(guān)聯(lián)性的綜合指標(biāo)間接的反應(yīng)原始數(shù)據(jù)評價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用廣泛[15-16]，可以較大程度的簡化樣品的評價(jià)過程。

取試驗(yàn)測定的單一指標(biāo)黏附性、硬度、回復(fù)性、彈性、咀嚼度及感官評價(jià)作為分析變量，采用SPSS17.0軟件對分析變量進(jìn)行主成分的因子分析[17-19]，將大于1的特征值的因子進(jìn)行主成分提取。餅干的綜合評分[20]按以下公式計(jì)算，再將得到的綜合評分處理得到規(guī)范化綜合得分。

式中：F 為綜合評分；F1、F2、F3為主成分 1、2、3 的得分；Y1、Y2、Y3為主成分特征值；C 為累積貢獻(xiàn)率；Z為規(guī)范化綜合得分；Fmax為綜合評分中最大值；Fmin為綜合評分中最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS17.0軟件分別對馬鈴薯餅干中低筋面粉與馬鈴薯全粉的質(zhì)量比、黃油、白砂糖的不同的添加比例下測試的硬度、黏附性、咀嚼度、回復(fù)性、彈性以及感官評價(jià)指標(biāo)，再對其進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果顯示，不同的添加比例對馬鈴薯餅干的影響較大，其中硬度與馬鈴薯全粉與低筋面粉的質(zhì)量比極顯著相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為-0.924；咀嚼度與彈性分別與黃油的添加量、白砂糖的添加量顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.485、0.613。因此，選取硬度、彈性、咀嚼度這3個指標(biāo)受不同添加比例因素的影響進(jìn)行具體分析。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 低筋面粉和馬鈴薯全粉質(zhì)量比對馬鈴薯餅干品質(zhì)的影響

低筋面粉和馬鈴薯全粉質(zhì)量比對馬鈴薯餅干品質(zhì)的影響見表4。

表4 低筋面粉與馬鈴薯的質(zhì)量比對餅干質(zhì)構(gòu)特性和感官的影響Table 4 The quality ratio of low gluten flour and potato flou and textural properties of biscuit

由表4可以看出，隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，咀嚼度呈增強(qiáng)趨勢，硬度和彈性呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢；當(dāng)?shù)徒蠲娣酆婉R鈴薯全粉的質(zhì)量比為7∶3時(shí)，餅干的硬度和彈性都呈現(xiàn)最低值，分別為64.49 g和27.59%。隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，在餅干的制作過程中面團(tuán)變軟，不易成型。其原因可解釋為：因是隨著馬鈴薯添加量的增加，破壞了面團(tuán)中面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，起到稀釋了面筋的作用，使面筋的延展性和彈性變差，從而削弱了面團(tuán)的強(qiáng)度，使馬鈴薯餅干產(chǎn)生酥脆感。在餅干的制作過程中，沒有充分的膨脹，從而導(dǎo)致馬鈴薯餅干的咀嚼度增加。當(dāng)馬鈴薯全粉添加量超過一限度時(shí)，會降低低筋面粉蛋白與油脂的結(jié)合力，進(jìn)而促進(jìn)水化作用，使餅干硬度增加。因此，適宜的馬鈴薯全粉與低筋面粉質(zhì)量比為3∶7。

2.2.2 黃油添加量對馬鈴薯餅干品質(zhì)的影響

黃油添加量對餅干質(zhì)構(gòu)特性和感官的影響見表5。

表5 黃油添加量對餅干質(zhì)構(gòu)特性和感官的影響Table 5 Effect of butter addition amount on sensory and textural properties of biscuit

當(dāng)黃油的添加量超過35%時(shí)，餅干的品質(zhì)逐漸下降，尤其表現(xiàn)在餅干的色澤加重，黃油氣味較濃。當(dāng)黃油的添加量為35%，餅干具有最大的彈性和最低的咀嚼度，分別為49.50%、1.951 g。隨著黃油添加量的增加，餅干的硬度呈現(xiàn)下降的趨勢，彈性先上升后下降。原因是黃油不僅賦予食物能量，還能起到蓬松的效果。油脂分布在淀粉微粒和面筋蛋白周圍，會形成一層薄的油膜，限制面團(tuán)的吸水從而控制面筋的脹潤性，油膜的隔離使面筋微粒相互黏合形成面筋網(wǎng)絡(luò)，從而降低了餅干的抗裂能力，使面團(tuán)黏性差，不容易成型。當(dāng)黃油的添加量大于35%時(shí)，焙烤后的餅干表面出現(xiàn)裂紋，口感粗糙。黃油的適宜添加量為35%。

2.2.3 白砂糖添加量對馬鈴薯餅干品質(zhì)的影響

白砂糖添加量對馬鈴薯餅干品質(zhì)的影響見表6。

表6 白砂糖添加量對餅干質(zhì)構(gòu)特性和感官的影響Table 6 Effect of white granulated suger addition amount on sensory and textural properties of biscuit

隨著白砂糖添加量的增加，餅干的硬度、彈性、咀嚼度都是呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。當(dāng)白砂糖的添加量為35%時(shí)，餅干的硬度、彈性、咀嚼度分別為91.58 g、41.54%、1.881 g。在餅干的制作過程中要有足夠的糖，不僅是增加了餅干的甜度，而且糖具有美拉德與焦糖化反應(yīng)，使餅干的表面呈現(xiàn)金黃色，增加了餅干的風(fēng)味，使其色澤更加誘人。當(dāng)白砂糖的添加量超過25%，會使餅干的硬度增加，口感變差。因此，白糖的適宜添加量為35%。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表7。

2.4 主成分分析

對試驗(yàn)響應(yīng)面中的測定的指標(biāo)黏附性、硬度、回復(fù)性、彈性、咀嚼度及感官評價(jià)進(jìn)行主成分分析，得出特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率。結(jié)果見表8、表9。

根據(jù)貢獻(xiàn)率大于85%的原則，從表8中可看出，馬鈴薯餅干的前3個主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了86.454%，基本可以保持原始數(shù)據(jù)的變量信息[21]。根據(jù)餅干的特征向量可知，第1主成分的主要決定指標(biāo)是感官評分、回復(fù)性；第2主成分的主要決定指標(biāo)是硬度、彈性；第3主成分的主要決定指標(biāo)是黏附性、咀嚼度。進(jìn)一步計(jì)算出主成分的主成分?jǐn)?shù)及規(guī)范化綜合得分，以規(guī)范化綜合得分值為響應(yīng)值做響應(yīng)面分析。

表7 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 7 Box-Benhnken experimential design and results

表8 相關(guān)矩陣特征值Table 8 Eigenvalues of correlation matrix

表9 主成分得分值與規(guī)范化綜合評分Table 9 Principal component scores and standardized score

2.5 馬鈴薯餅干的響應(yīng)面分析

2.5.1 馬鈴薯餅干的工藝優(yōu)化

經(jīng)回歸擬合，得低筋面粉與馬鈴薯的質(zhì)量比、黃油的添加量、白砂糖的添加量的二元回歸方程為：

表10 回歸模型方差分析表Table 10 Analysis of variance of regression model

方差分析如表10所示，對回歸模型與試驗(yàn)指標(biāo)的各個因素進(jìn)行了方差分析，模型極顯著p＜0.000 1，失擬項(xiàng)不顯著p=0.907 6，說明擬合效果較好，模型的決定系數(shù)R2=0.987 2，因此可用此回歸方程來確定馬鈴薯餅干的最佳配方。A、B、C 3個因素的p值均小于0.01，二次項(xiàng) BC、AC、A2、B2、C2極顯著（p＜0.01），AB 對馬鈴薯餅干品質(zhì)的影響達(dá)到顯著水平，因素間的效應(yīng)關(guān)系：A＞C＞B。

2.5.2 各個因素交互分析

各個因素交互分析見圖1。

圖1 各因素間交互作用Fig.1 Interactions between the reaction factors

由圖1可知，黃油的添加量和馬鈴薯與低筋面粉的質(zhì)量比的響應(yīng)曲面的坡度較陡峭，等高線也呈橢圓形，表明低筋面粉與馬鈴薯全粉的質(zhì)量比與黃油添加量兩者的交互作用變化作用較明顯。由低筋面粉與馬鈴薯全粉的質(zhì)量比與白砂糖的添加量的響應(yīng)面坡度可知，其響應(yīng)曲面的坡度較明顯，等高線是橢圓形，則表明低筋面粉與馬鈴薯全粉和白砂糖的交互作用極顯著。由白砂糖與黃油的添加量的響應(yīng)曲面的坡度可知，其坡度陡峭程度較大，等高線為橢圓形，表明白砂糖與黃油的添加量的交互作用極顯著。

2.5.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

用軟件Design-Expret 8.0.6對二次回歸方程進(jìn)行計(jì)算，得出馬鈴薯餅干的最佳配方，低筋面粉與馬鈴薯全粉的質(zhì)量比為7∶3，黃油的添加量為35.24%，白砂糖的添加量為35.49%，此條件下馬鈴薯餅干規(guī)范化綜合得分值為0.81，考慮其操作的實(shí)際性，修正后的參數(shù)為低筋面粉與馬鈴薯的質(zhì)量比為7∶3，黃油的添加量35%，白砂糖的添加量35%，得到的規(guī)范化綜合得分值為0.787 5，與預(yù)測值接近。表明該回歸模型具有準(zhǔn)確性，主成分結(jié)合響應(yīng)面分析法對馬鈴薯餅干評價(jià)方法可行。

3 結(jié)論

對單因素試驗(yàn)的17項(xiàng)指標(biāo)對其進(jìn)行主成分分析從而確定了馬鈴薯餅干品質(zhì)的評價(jià)模型，極大程度的簡化了分析過程并且更全面的體現(xiàn)馬鈴薯全粉與低筋面粉的質(zhì)量比、黃油的添加量、白砂糖的添加量對馬鈴薯餅干品質(zhì)的影響。

主成分中質(zhì)構(gòu)參數(shù)與感官評分均對馬鈴薯餅干的品質(zhì)有影響。從響應(yīng)面得出的數(shù)據(jù)可以看出，對馬鈴薯餅干品質(zhì)影響較大的是低筋面粉與馬鈴薯全粉的質(zhì)量比，再者是黃油的添加量，最后是白砂糖的添加量。在響應(yīng)面的優(yōu)化試驗(yàn)分析中，采用規(guī)范化綜合評價(jià)指標(biāo)對馬鈴薯餅干的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果為低筋面粉與馬鈴薯全粉的質(zhì)量比為7∶3，黃油的添加量35%，白砂糖的添加量35%，在此條件下得到的馬鈴薯餅干的品質(zhì)較好。本研究為馬鈴薯類休閑食品提供了一種可行的方法，為具有功能性的健康餅干的加工與提升馬鈴薯的附加值提供一定的理論基礎(chǔ)。