馬鈴薯面條的配方優(yōu)化

辛世華，韓小珍，王彩霞，賀曉光，*

（1.寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院旅游管理系，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學(xué)學(xué)術(shù)期刊中心，寧夏 銀川 750021；3.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

馬鈴薯，別名洋芋，土豆，茄科茄屬的一年草本植物，是我國重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物[1]。在我國，西南山區(qū)、西北、內(nèi)蒙古以及東北地區(qū)是主產(chǎn)區(qū)，其營養(yǎng)價(jià)值豐富，富含多種營養(yǎng)元素，除了大量的碳水化合物外，還含有人體所必需的蛋白質(zhì)、膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)[2-3]。其脂肪含量較少，蛋白質(zhì)符合人體所需蛋白，膳食纖維是幫助腸胃活動(dòng)所必需的，維生素和礦物質(zhì)更是參與人體生命活動(dòng)所必不可少的元素。因此，2015年初，我國開始推行“馬鈴薯主糧化發(fā)展戰(zhàn)略”，大力推行馬鈴薯主糧化，使其成為繼稻米、小麥、玉米后的第四大主糧。據(jù)估計(jì)到2020年，一半以上的馬鈴薯將會(huì)被用來作為主糧使用[4-6]，其便民的價(jià)格和細(xì)膩的口感更為主糧化的推進(jìn)提供了有利條件。目前國內(nèi)外已經(jīng)開始了將馬鈴薯主糧化的研究。王蔚新等[7]研制了馬鈴薯蕎麥面條，通過試驗(yàn)確定了當(dāng)馬鈴薯全粉添加量為20%，海藻酸鈉為0.3%時(shí)，其品質(zhì)最優(yōu)；包鴻慧等[8]將馬鈴薯全粉添加到餅干中，制成了綠茶口味的曲奇；郭祥想等[9]將馬鈴薯全粉添加到小麥粉中制成混合粉，并選用馬鈴薯粉添加量為15%的混合粉制作鮮濕面，產(chǎn)品具有濃郁的馬鈴薯香味，且蒸煮品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)品質(zhì)較好；Chen 等[10]將馬鈴薯淀粉和甘薯淀粉添加到小麥面粉中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)面粉中添加20%的馬鈴薯淀粉和甘薯淀粉后，面條品質(zhì)會(huì)有所提高；Zaidul 等[11]將馬鈴薯淀粉添加到小麥面粉中制成混合粉并對其的糊化特性進(jìn)行了研究。

目前，馬鈴薯面條中的應(yīng)用多采用全粉，而添加鮮馬鈴薯泥的研究還不是很多。本試驗(yàn)以添加鮮馬鈴薯泥制成的面條為研究對象，進(jìn)行面條的制作、品質(zhì)評定及蒸煮試驗(yàn)，并重點(diǎn)研究面條的質(zhì)構(gòu)特性，研究加工工藝條件對新鮮面條品質(zhì)的影響規(guī)律，為馬鈴薯鮮面的生產(chǎn)、推廣以及新鮮馬鈴薯的利用提供一定的理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋小麥粉：寧夏中航鄭飛塞外香清真食品有限公司；紫皮馬鈴薯、雞蛋：市售；食鹽：中鹽棗陽鹽化有限公司。

1.2 設(shè)備與儀器

TA-XT plus 質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System 公司；SQP 電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；ACS-30 型電子計(jì)價(jià)秤：武義縣金宇衡器有限公司；WY105W 水分測定儀：上海婉源電子科技有限公司；DFY-200A 新型高速連續(xù)式超微粉碎機(jī)：上海比朗儀器有限公司；BCD-649WDGK 電冰箱：青島海爾股份有限公司；JYN-YM1 壓面機(jī)：九陽股份有限公司；SDHCB9E35-210 電磁爐：浙江蘇泊爾股份有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯泥制作工藝

馬鈴薯→清洗→去皮除雜→清洗→切片→干燥→測水分→密封備用

取市面上新鮮的紫皮馬鈴薯備用，用清水洗去表面泥土后，去皮除雜。切片時(shí)保證所有馬鈴薯片厚度均為 3 mm～4 mm，放入蒸鍋內(nèi)蒸 10 min～15 min，放入烘箱內(nèi)干燥，使馬鈴薯泥的水分含量維持在55 %～60 %，待水分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后取出，放至20 ℃，保鮮膜封裝以備用。

1.3.2 馬鈴薯面條加工工藝

按一定配比加入馬鈴薯泥和小麥粉→加水→和面→熟化→壓面成型→切條→干燥→成品

馬鈴薯泥和小麥粉按單因素設(shè)計(jì)的比例加入適量的水，在20 ℃下和面，形成表面光滑、色澤一致的面團(tuán)，用保鮮膜密封，20 ℃放置25 min 以用來熟化。將熟化好的面團(tuán)壓成后1 cm 的面餅，放入壓面機(jī)中進(jìn)行反復(fù)擠壓成型，最后壓成1.5 mm～2 mm 的面餅，繼續(xù)使用壓面機(jī)將面餅制成寬3.0 mm～3.5 mm，長18 cm 的面條。

1.3.3 單因素試驗(yàn)變量設(shè)計(jì)

馬鈴薯泥按10%、15%、20%、25%、30%添加進(jìn)行試驗(yàn)。食鹽添加量2.4%，和面時(shí)間15 min，面團(tuán)形成后熟化時(shí)間40 min。

食鹽按 0、1.2 %、2.4 %、3.6 %、4.8 %添加進(jìn)行試驗(yàn)。馬鈴薯泥添加量為20%，和面時(shí)間15 min，面團(tuán)形成后熟化時(shí)間40 min。

和面時(shí)間分別為 5、10、15、20、25 min 進(jìn)行試驗(yàn)。小麥粉和馬鈴薯泥按4∶1（即馬鈴薯泥添加量為20%）加入，食鹽添加量2.4%，面團(tuán)形成后熟化時(shí)間40 min。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken 原理設(shè)計(jì)三因素三水平的試驗(yàn)，并以主成分建立的規(guī)范化綜合評價(jià)模型為最終的馬鈴薯面條的評價(jià)指標(biāo)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factor level table of response surface experimentai

1.3.5 主成分分析

主成分是通過降維將多個(gè)指標(biāo)重新組合，形成幾個(gè)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)，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)硬度、彈性、回復(fù)性、咀嚼性及感官評價(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，將大于1 的特征值的因子進(jìn)行主成分提取。馬鈴薯面條的綜合評分按以下公式計(jì)算，再將得到的綜合評分處理得到規(guī)范化綜合[12-13]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。

1.3.6 馬鈴薯面條質(zhì)構(gòu)性質(zhì)檢測

取一定數(shù)量的馬鈴薯鮮面條，用保鮮膜包裹以備試驗(yàn)測定使用。由質(zhì)構(gòu)分析儀對樣品的硬度、回復(fù)性、咀嚼性、彈性進(jìn)行測定，以評價(jià)餅干的品質(zhì)。測定條件：選擇切面剪切力分析（texture profile analysis，TP）測試程序，選用P/2 探頭，測前、測中、測后速率都為1.0 mm/s，形變量60 %，測試應(yīng)變位移3 mm，觸發(fā)力5 g，每根面條取3個(gè)點(diǎn)測試，剔除最大值和最小值，結(jié)果求平均值。

1.3.7 馬鈴薯面條感官評定檢測

將煮好的面條盛入干凈的盤子內(nèi)，由感官評定小組（10位品嘗經(jīng)驗(yàn)豐富的固定成員組成）進(jìn)行評價(jià)，品嘗前保證口腔干凈，在一定短時(shí)間內(nèi)沒有吃過辛辣味重刺激的食物，每次品嘗后要求漱口，兩次評價(jià)間要有一定的時(shí)間間隔[14-15]。馬鈴薯面條感官評定見表2。

表2 馬鈴薯面條感官評定表Table 2 The sensory evaluation table of noodle of potato

2 結(jié)論與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 馬鈴薯泥添加量對面條品質(zhì)的影響

馬鈴薯泥添加量對面條品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 馬鈴薯泥添加量對面條品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of potato flour addition on noodle quality

由圖1可知，隨著馬鈴薯泥添加量的增大，在到達(dá)最佳添加量之前，評分呈緩慢上升狀態(tài)；當(dāng)添加量超過20%時(shí)，面條的感官品質(zhì)出現(xiàn)了下降，評分隨著馬鈴薯泥量的增加呈現(xiàn)下降趨勢。隨著馬鈴薯泥的添加，面條的顏色逐漸加深向黃色靠近，并且面條的黏度逐漸增加，粗糙程度也隨之變大，表面不光滑。馬鈴薯中支鏈淀粉含量較多，分子相對較大不溶于水，因此添加量越多，面條的黏度越大，表面越粗糙不光滑。由于馬鈴薯中不含面筋蛋白，加入過量的馬鈴薯泥，將影響小麥粉中的面筋蛋白，降低面條整體的面筋含量，使其彈性、韌性和延展性都隨之減小，所以選擇最優(yōu)馬鈴薯泥添加量為20%。

2.1.2 食鹽添加量對面條品質(zhì)的影響

食鹽添加量對面條品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 食鹽添加量對面條品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of salt addition on noodle quality

由圖2可知，食鹽添加量對馬鈴薯面條的穩(wěn)定性和感官品質(zhì)具有一定的影響。隨著食鹽量的增加，評分曲線整體呈現(xiàn)先上升后下降的態(tài)勢。當(dāng)添加量為2.4%時(shí)，面條的感官品質(zhì)最好，適口性最好。食鹽的添加能提高面條的適口性，改善并豐富其風(fēng)味，并且能促進(jìn)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，稍加彌補(bǔ)由于馬鈴薯泥的添加所帶來的不足；同時(shí)，食鹽能促進(jìn)面粉吸水，使水分分布均勻，具有使面條內(nèi)部保濕的作用。食鹽添加量過少或者過多都會(huì)影響面條的感官品質(zhì)，尤其是適口性。所以選擇最優(yōu)食鹽添加量為2.4%。

2.1.3 和面時(shí)間對面條品質(zhì)的影響

和面時(shí)間對面條品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 和面時(shí)間對面條品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of time on noodle quality

由圖3可知，面條的制作及感官品質(zhì)因和面時(shí)間的長短有顯著的不同。隨著和面時(shí)間的增加，面條前期呈明顯直線上升狀態(tài)；當(dāng)和面時(shí)間為15 min 時(shí)，面條的表觀狀態(tài)達(dá)到最佳，感官適口性也最好；和面時(shí)間再增長，面團(tuán)的感官品質(zhì)隨之有小幅降低。和面時(shí)間過短時(shí)，面團(tuán)攪拌不均勻，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)尚未形成，不能形成良好的穩(wěn)定性；進(jìn)一步攪拌，面團(tuán)得到了充分的攪拌，面筋網(wǎng)絡(luò)逐漸形成并達(dá)到最佳程度，使得面團(tuán)結(jié)構(gòu)更加緊實(shí)，面團(tuán)柔韌性，光滑性也得到充分的滿足；當(dāng)和面時(shí)間過久時(shí)，超過了面團(tuán)所能承受的攪拌限度，導(dǎo)致面團(tuán)中已經(jīng)形成的完整的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到不同程度的破壞，反而使得面條的感官品質(zhì)下降，破壞了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以選擇最優(yōu)和面時(shí)間為15 min。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

響應(yīng)面試驗(yàn)見表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Box-Benhnken experimential design and results

2.3 主成分分析

對試驗(yàn)響應(yīng)面中的測定的指標(biāo)硬度、回復(fù)性、咀嚼度、彈性及感官評價(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。相關(guān)矩陣特征值見表4。

表4 相關(guān)矩陣特征值Table 4 Eigen values of correlation matrix

根據(jù)貢獻(xiàn)率大于85%的原則，由表4可知，馬鈴薯面條的前2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了86.27%，基本可以保持原始數(shù)據(jù)的變量信息。根據(jù)面條的特征向量可知，第1 主成分的主要決定指標(biāo)是咀嚼性、回復(fù)性；第2 主成分的主要決定指標(biāo)是硬度、彈性。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。

2.4 規(guī)范化綜合評分的響應(yīng)面分析

2.4.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

主成分得分值與規(guī)范化綜合評分加表5。

表5 主成分得分值與規(guī)范化綜合評分Table 5 Principal component scores and standardized score

利用Box-Behnken 8.0.6 軟件對表5的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到的回歸模型方程：

Y=0.81+0.057A-0.055B-0.011C+0.041AB-0.02AC+0.06BC-0.15A2-0.33B2-0.12C2。

方程回歸分析及方差分析結(jié)果見表6。

表6 回歸模型方差分析Table 6 Analysis variance of regression model

在所選取的因素范圍內(nèi)，F(xiàn) 值代表各因素對馬鈴薯面條品質(zhì)綜合因素影響的強(qiáng)度，F(xiàn) 值越大，則表明對馬鈴薯面條的影響作用越強(qiáng)。由表6可知，對馬鈴薯面條建立的規(guī)范化綜合評分回歸模型p＜0.01，失擬項(xiàng)p=0.500 0＞0.01，表明該方程具有極顯著性，R2=0.951 2，p＜0.001，說明模型擬合效果較好，自變量與響應(yīng)值之間的線性關(guān)系顯著，可以用該方程確定馬鈴薯面條的最佳配方。因此，用該模型來分析預(yù)測響應(yīng)值與自變量間的變化規(guī)律。表6中A，B，C的p小于0.01，達(dá)到極顯著的影響水平，交互項(xiàng)AC，BC的p小于0.01，二次項(xiàng) A2、B2、C2的p小于 0.01，對響應(yīng)值都具有極顯著性。在試驗(yàn)所選取的因素范圍內(nèi)，按照對產(chǎn)品影響排序：A＞B＞C，即馬鈴薯泥添加量，食鹽添加量和和面時(shí)間均對面條產(chǎn)品影響顯著，綜合影響權(quán)重最高為馬鈴薯泥添加量。

響應(yīng)面可直接反應(yīng)各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系以及各因素間的交互作用，響應(yīng)面的坡度越陡，等高線密集形成橢圓形則表明2個(gè)因素的交互作用的影響就越大。各因素間的交互作用見圖4。

由圖4可知，3個(gè)響應(yīng)面均呈凸形曲線，表明響應(yīng)面有極大值，也說明最優(yōu)配方在所設(shè)計(jì)的因素范圍之內(nèi)。和面時(shí)間與食鹽添加量的響應(yīng)曲面的坡度比較陡峭，其等高線呈橢圓形，表明BC 間的交互作用極顯著。由馬鈴薯泥的添加量與和面時(shí)間的響應(yīng)曲面的坡度陡峭程度可知，其坡度較明顯，表明兩者的交互作用變化明顯。由圖4的響應(yīng)面曲面的坡度可知，其坡度較明顯，等高線密集呈橢圓形，則表明AC 的交互作用（p＜0.01）極顯著。

圖4 各因素間的交互作用Fig.4 Interactions between the reaction factors

2.4.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

利用Design－Expert 8.6 軟件對所得方程進(jìn)行計(jì)算，確定面條的最佳配方：馬鈴薯泥添加量為15.3%、食鹽添加量3.57%、和面時(shí)間15.4 min。在此條件下，規(guī)范化綜合評分為0.7817。根據(jù)實(shí)際條件，將參數(shù)修正后的最佳配方：馬鈴薯泥添加量15 %、食鹽添加量3.6 %、和面時(shí)間為15 min，得到的規(guī)范化綜合評分為0.774 5，與預(yù)測的數(shù)值基本一致，則表明該模型基本準(zhǔn)確，采用主成分分析法與響應(yīng)面分析法相結(jié)合對馬鈴薯面條的配方進(jìn)行優(yōu)化的方法確實(shí)可靠[16]，有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過主成分分析結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化馬鈴薯面條加工工藝，得到最優(yōu)參數(shù)：馬鈴薯泥的添加量為15%、食鹽添加量3.6%、和面時(shí)間15 min。在此條件下馬鈴薯面條得到的實(shí)測值0.774 5與理論值0.781 7 基本一致。在試驗(yàn)過程中，對馬鈴薯面條品質(zhì)影響最大的是馬鈴薯泥添加量，影響較小的是食鹽的添加量。