范會平，許夢言，馬靜一，王雪竹，艾志錄，2*

1(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州，450002)2(農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點實驗室，河南 鄭州，450002)3(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與管理科學(xué)學(xué)院，河南 鄭州，450002)4(河南省食品藥品審評查驗中心，河南 鄭州，450004)

甘薯是世界上重要的糧食、飼料和工業(yè)原料作物，普遍種植于世界上熱帶和亞熱帶地區(qū)的100多個國家，且甘薯營養(yǎng)豐富、養(yǎng)分均衡，營養(yǎng)價值不低于米、面[1]。甘薯被譽為世界第七大重要作物，在發(fā)展中國家，被譽為第三位最具有價值產(chǎn)品和第五位熱量的主要來源物質(zhì)[2]。在中國甘薯產(chǎn)量僅次于水稻、小麥和玉米，位居第四，所以甘薯是我國主要的糧食作物之一[3]。

劉魯林等[4]從食品加工角度對35個甘薯品種的淀粉、還原糖、粗蛋白等營養(yǎng)成分和相關(guān)性進行了分析和探討，為不同品種甘薯在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)參考。余樹璽等[5]研究結(jié)果表明，不同品種間甘薯淀粉由于化學(xué)成分的不同而使其物化特性和粉條品質(zhì)都發(fā)生不同程度的變化，甘薯淀粉的成分和物化性質(zhì)與其粉條品質(zhì)之間存在相關(guān)性。譚洪卓等[6]研究表明淀粉理化性質(zhì)對粉絲品質(zhì)影響較大，回生對粉絲品質(zhì)的影響遠遠大于糊化對其的影響,淀粉分子結(jié)構(gòu)對粉絲品質(zhì)影響更大。范會平等[7]研究當(dāng)紫薯全粉添加量為80%時制作的紫薯全粉面條品質(zhì)最佳。甘薯泥是甘薯經(jīng)過蒸煮而得到的泥狀物，甘薯泥在營養(yǎng)方面和甘薯全粉無差異，在用途方面甘薯泥可以完全代替甘薯全粉，并且甘薯泥在使用上更靈活，操作更方面，根據(jù)薯泥的不同性狀，可以加工成不同的產(chǎn)品[8]。苑建偉等研究了紫薯泥和小麥粉質(zhì)量比為3∶7時，生產(chǎn)的紫薯掛面品質(zhì)最佳[9]。目前，關(guān)于不同品種甘薯泥面條品質(zhì)特性的差異情況，甘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，將是我國薯類加工業(yè)的重點發(fā)展方向[10]。

本文在前期工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上，以38個甘薯品種為原料,加工成薯泥面條,采用相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析對38個品種面條品質(zhì)特性進行分析及綜合評價，為甘薯的加工利用及適宜加工的薯泥面條品種選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

甘薯品種及來源見表1；小麥粉(特一粉)，由鄭州金苑面業(yè)有限公司提供；谷朊粉，由封丘縣華豐粉業(yè)有限公司提供；食鹽(市售)，食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

DMT-5型電動面條機，山東龍口復(fù)興機械有限公司；B5A變頻調(diào)速攪拌機，廣州威爾寶酒店設(shè)備有限公司；DHG-9245A 鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；電磁爐(美的RH2145E)，廣東美的生活電器制造有限公司；TA-XA Plus質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System公司。

表1 樣品種類Table 1 Sample types

1.3 實驗方法

1.3.1 甘薯基本指標(biāo)的測定

水分含量參照GB 5009.3—2016，采用直接干燥法(105 ℃)；灰分含量參照GB 5009.4—2016，采用食品中總灰分的測定；淀粉含量參照GB 5009.9—2016，采用酸水解法；還原糖含量參照GB/T 5009.7—2016；甘薯質(zhì)構(gòu)(texture profile analysis，TPA)的測定參照陳麗[11]方法進行。

1.3.2 甘薯泥的制備

選取無損傷、無發(fā)芽、無蟲害、無腐爛的新鮮甘薯，清洗去皮切塊后放入蒸鍋中蒸20min，冷卻后置于研缽中加適量的水用研磨棒搗成甘薯泥,使薯泥含水量達到60%左右，備用。

1.3.3 生濕面制作工藝

生濕面制作工藝：

原料→加水→和面→靜置→壓面→切條

以小麥粉和甘薯泥為原料，小麥粉和薯泥的質(zhì)量比為7∶3，添加1.5%食鹽，6%的谷朊粉，和成絮狀的面絮，將面絮用保鮮膜密封好，室溫條件下靜置20 min熟化。熟化后的面絮放入面條機反復(fù)壓延至面片光滑、組織細密，將壓好的面片用壓面機切割成寬度3 mm、長度220 mm、厚1 mm的面條備用[12]。

1.3.4 甘薯生濕面感官評價

參照LS/T 3202—1993《面條用小麥粉》的方法，甘薯面條評分項目及分數(shù)分配如表2所示，總分100分。

1.3.5 甘薯生濕面最佳蒸煮時間測定

最佳蒸煮時間的確定：取長度為220 mm的面條10根，放入500 mL沸水中，同時開始計時。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1根面條，用透明玻璃片壓開觀察面條中間白芯的有無，白芯剛消失時的時間即為面條的最佳煮制時間[13]。每個樣品重復(fù)3次平行試驗。

表2 甘薯生濕面條評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Grading criteria for sweet potato raw wet noodles

1.3.6 甘薯生濕面熟斷條率的測定

從制作好的面條中取出40根，放入500 mL的沸水中煮3 min，觀察面條有無斷條，記錄斷條根數(shù)，根據(jù)公式(1)進行計算：

(1)

式中：N為斷條根數(shù)。

1.3.7 甘薯生濕面蒸煮損失率的測定

根據(jù)沈耀衡等[14]的方法加以改進。稱取5根濕面條(總質(zhì)量為M2)，放入已煮沸的蒸餾水中煮制3 min，撈出面條，面湯冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶中定容，混勻，量取50 mL面湯至烘至恒重的250 mL燒杯中，放入105 ℃烘干至恒重，測面湯中固形物的含量。按公式(2)進行計算：

(2)

式中：M1，面條固形物的質(zhì)量，g；M2，面條質(zhì)量，g；W，面條水分含量，g。

1.3.8 甘薯生濕面質(zhì)構(gòu)(TPA)的測定

參照JRIDI等[15]方法加以改動，面條在最佳蒸煮時間條件煮好后，用流動的自來水沖淋10 s，放在質(zhì)構(gòu)儀載物臺上，選用P50探頭，選取TPA模式進行試驗。質(zhì)構(gòu)儀設(shè)定參數(shù)為：測前速度2 mm/s，測試速度0.8 mm/s，測后速度0.8mm/s觸發(fā)力4.5 g，壓縮時間1s，壓縮比75%。測定指標(biāo)為：硬度、咀嚼性、彈性、內(nèi)聚力、黏結(jié)性，每個樣品重復(fù)7次平行試驗。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016和SPSS 16.0 軟件對數(shù)據(jù)進行描述統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析、主成分分析和K-means聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯指標(biāo)統(tǒng)計分析

測得甘薯品質(zhì)指標(biāo)見表3。甘薯指標(biāo)的變異系數(shù)越大，波動性越大。樣品的不同品質(zhì)指標(biāo)的變異程度不同,可能是因為品種之間存在基因差異，由于各品種是從不同地區(qū)收集的,可能存在環(huán)境因素引起的差異[16]。淀粉含量為5.63～24.90g/100g，淀粉含量的高低對面條品質(zhì)影響極大，淀粉對面條烹煮品質(zhì)及食用品質(zhì)的影響至少與面筋具有同等重要的地位，不同面條不同的口感要求對淀粉特性的要求不同，有時甚至相反[17]。除了甘薯的水分含量與彈性，其他指標(biāo)的變異系數(shù)均超過了20%，所選擇的甘薯品種的加工品質(zhì)會有差異,所選樣品代表性較好。

表3 甘薯品質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計Table 3 Statistics on sweet potato quality indicators

2.2 38個甘薯生濕面品質(zhì)特性分析

不同品種甘薯泥制作的生濕面的蒸煮品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性如表4和表5所示。

表4 38個品種甘薯生濕面條的蒸煮品質(zhì)Table 4 Cooking quality of sweet potato raw wet noodles of 38 varieties

注：表中的小寫字母為同一列的顯著性差異(P<0.05)。下同。

生濕面最佳蒸煮時間的長短與原料特性及品質(zhì)密切相關(guān)[10]。生濕面蒸煮時間的長短可能是因為甘薯淀粉顆粒大小不同，大顆粒淀粉有助于水分滲透進入面條內(nèi)部，加速熟化過程，縮短煮面時間[18]。由表4可知，38個品種面條的最佳蒸煮時間在1.18～4.06 min。其中5號南薯99生濕面的最佳蒸煮時間最短為1.18 min，低于純小麥粉生濕面的最佳蒸煮時間(4 min)。28號蘇薯16生濕面的最佳蒸煮時間最長，為4.06 min。

蒸煮損失率是評價面條蒸煮品質(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[19]。國家面條生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中最大蒸煮損失率為10%，由表4可知，38個品種生濕面的蒸煮損失率在4.60%～26.51%，其中4、5、6、8、9、18、19、20、22和23號(南紫薯18、南薯99、綿紫薯9號、南紫薯014、南薯017、徐薯8號、徐薯32號、徐薯34號、徐薯37號和徐薯38號)的蒸煮損失率低于10%。10號(龍薯9號)和35號(福薯90號)生濕面的蒸煮損失率較大，可能是因為甘薯原料中所含的纖維物質(zhì)較高，且不含面筋蛋白，甘薯泥的添加會稀釋弱化面團中的面筋蛋白，使面筋的彈性、韌性及延伸性降低，破壞了水分在蛋白和淀粉之間的分配，增大了蒸煮損失率和斷條率[20-21]。由表4可知，38個品種甘薯生濕面的斷條率在0%～6.67%。

感官指標(biāo)是描述和判斷食品質(zhì)量最直觀的指標(biāo)，直接影響人們對面條品質(zhì)優(yōu)劣的判斷。不同品種生濕面感官評分在71.73～82.83分(如表4所示)，其中28號蘇薯16號生濕面的感官評分最大，37號福薯404生濕面的感官評分最小。

表5 38個品種甘薯生濕面條質(zhì)構(gòu)特性Table 5 Texture characteristics of sweet potato raw wet noodles

TPA是評價面條品質(zhì)常用的方法，TPA參數(shù)與面條的蒸煮品質(zhì)之間存在的顯著的相關(guān)性。TPA測試指標(biāo)能較好地反應(yīng)面條感官評價的適口性、韌性、黏性和總評分[20-22]。因此，測定面條的TPA參數(shù)比感官評價結(jié)果更加客觀。由表5可知，38個甘薯生濕面的硬度、咀嚼性、彈性、內(nèi)聚力和黏結(jié)性等指標(biāo)之間存在一定的差異性。其中硬度最大和最小的品種分別是周口商薯19號(10 611.00 g)和福薯90號(4 833.30 g)；彈性最大和最小的品種分別是周口商薯19號(0.91 mm)和鄭州普32號(0.49 mm)；內(nèi)聚力最大和最小的品種分別是鄭20號(0.73)和濟薯25號(0.59)；黏結(jié)性最大和最小的品種分別是周口商薯19號(6 889.60)和南薯99號(2 790.90)；咀嚼性最大和最小的品種分別是周口商薯19號(5 947.50)和南薯99號(2 264.20)。

2.3 甘薯品質(zhì)特性與生濕面品質(zhì)相關(guān)性分析

甘薯品質(zhì)特性與生濕面品質(zhì)之間的相關(guān)性分析結(jié)果見表6。水分含量與生濕面的蒸煮損失率、感官評分和內(nèi)聚力呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，與面條硬度、彈性、黏結(jié)性和咀嚼性呈極顯著的負相關(guān)(P<0.01)。甘薯灰分與生濕面的最佳蒸煮時間、硬度、黏結(jié)性和咀嚼性呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，與內(nèi)聚力呈極顯著的負相關(guān)(P<0.01)。甘薯還原糖與生濕面蒸煮損失率和感官評分呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)，與面條硬度、黏結(jié)性和咀嚼性呈極顯著的負相關(guān)(P<0.01)。甘薯淀粉和總糖與生濕面感官評分呈極顯著的負相關(guān)(P<0.01)。甘薯硬度與面條的最佳蒸煮時間、蒸煮損失率和感官評分呈極顯著的負相關(guān)(P<0.01)，與生濕面的斷條率呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)。甘薯脆度和膠黏性與生濕面的最佳蒸煮時間、蒸煮損失率和感官評分呈顯著的負相關(guān)(P<0.05)。甘薯彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性和回復(fù)性與生濕面蒸煮損失率和感官評分呈極顯著的負相關(guān)(P<0.01)，甘薯彈性與生濕面彈性呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，甘薯咀嚼性和回復(fù)性與面條硬度、彈性、黏結(jié)性呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)。說明甘薯品質(zhì)與生濕面品質(zhì)指標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)，甘薯品質(zhì)的改變可能導(dǎo)致生濕面品質(zhì)發(fā)生變化，有必要進一步探究甘薯生濕面品質(zhì)與原料品質(zhì)間的模型關(guān)系。為了能更好的評價不同甘薯指標(biāo)對生濕面品質(zhì)的貢獻作用更大，不同品種甘薯品質(zhì)特性的差異，將進行主成分分析[10]。

表6 甘薯品質(zhì)特性與生濕面條品質(zhì)特性相關(guān)性分析Table 6 Correlation between sweet potato quality characteristics and raw wet noodle quality characteristics

注: *在0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān); **在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

2.4 甘薯品質(zhì)指標(biāo)主成分分析

圖1為主成分分析碎石圖，表7為主成分方差的累積貢獻率。由表7和圖1可知，前3個主成分的特征值均大于1，方差貢獻率分別為49.383%、22.040%、8.973%，累積貢獻率為80.395%，綜合了甘薯品質(zhì)特性的主要信息[20]。說明前3個主成分概括了原始數(shù)據(jù)的主要信息，能很好地解釋甘薯的品質(zhì)特性，可以采用前3個主成分進行分析。

圖1 主成分分析碎石圖Fig.1 Principal component analysis gravel diagram

表7 主成分分析解釋總變量Table 7 Interpretation of total variables by principal component analysis

表8為主成分載荷矩陣。由表8可知，第1主成分中起主要作用的是硬度、咀嚼性、膠黏性、回復(fù)性、脆度、內(nèi)聚性和彈性，即反應(yīng)了甘薯質(zhì)構(gòu)特性；第2主成分主要是淀粉、還原糖、總糖和水分，即反應(yīng)了甘薯碳水化合物特性；第3主成分主要是灰分，即反映了甘薯灰分特性；在每個主成分中，載荷值越高，表明貢獻性越大[23]。

表8 主成分載荷矩陣Table 8 Main component load matrix

以甘薯硬度(X1)、咀嚼性(X2)、膠黏性(X3)、回復(fù)性(X4)、脆度(X5)、內(nèi)聚性(X6)、彈性(X7)、淀粉(X8)、總糖(X9)、還原糖(X10)、水分(X11)和灰分(X12)為初始自變量,經(jīng)過主成分分析,最終得出3個主成分因子的方程表達式如Y1～Y3所示,這3個主成分因子將原來12個初始指標(biāo)作線性變換,重新組合成一組新的互相無關(guān)的綜合指標(biāo),消除了甘薯原料12個指標(biāo)間的相關(guān)性,涵蓋了甘薯原料指標(biāo)的大部分信息,可代替12個初始指標(biāo)進行甘薯面條評價模型的建立。

Y1= 0.953X1+0.948X2+0.927X3+0.897X4+0.851X5+0.808X6+0.622X7+0.349X8+0.292X9-0.353X10-0.57X11-0.186X12

Y2=0.053X1+0.216X2+0.082X3-0.034X4+0.261X5+0.235X6+ 0.415X7-0.851X8-0.783X9+0.588X10+0.585X11-0.515X12

Y3= 0.068X1+0.003X2-0.05X3-0.148X4+0.136X5-0.183X6+0.081X7+0.365X8+0.528X9+0.461X10+0.227X11-0.559X12

2.5 甘薯生濕面加工適宜性評價

2.5.1 甘薯生濕面品質(zhì)評價模型

以3個主成分因子Y1、Y2和Y3為自變量,歸一化后的生濕面綜合加工指標(biāo)F為因變量,采用回歸分析方法建立多元線性回歸方程。得到的回歸方程為:

F=47 239.61-0.395Y2-15.710Y3

回歸模型的決定系數(shù)R2=0.985，調(diào)整后R2=0.964，Sig<0.05，說明模型擬合度較高，能滿足實際要求。將Y2和Y3替換成初始自變量X1～X12，整理得甘薯生濕面綜合指標(biāo)與原料品質(zhì)的回歸模型為：

F=47 239.61-1.22X1-0.12X2+0.76X3+2.34X4-2.23X5+2.79X6-1.42X7-5.43X8-8.01X9-7.45X10-4.56X11+8.97X12

2.5.2 甘薯生濕面加工適宜性評價

對模型中的38個甘薯生濕面綜合評價指標(biāo)進行排序，結(jié)果如表9所示。排在前3位的品種是徐渝薯35號、福薯24號、龍津薯1號。

表9 甘薯生濕面條綜合評價指標(biāo)排序

采用K-means對表9中的38個甘薯生濕面綜合品質(zhì)指標(biāo)進行聚類分析，設(shè)置K=3，將38個甘薯生濕面綜合品質(zhì)初步分為適宜、基本適宜和不適宜三類，如表10所示，篩選出適宜加工甘薯生濕面的品種有17個，基本適宜加工甘薯生濕面的有12個，不適宜加工成生濕面的品種有9個。

表10 甘薯生濕面條綜合品質(zhì)指標(biāo)分類Table 10 Comprehensive quality indexes classification of sweet potato raw wet noodles

注：F甘薯面生濕面的綜合評價指標(biāo)。

3 結(jié)論

本試驗對38個甘薯品質(zhì)指標(biāo)進行了統(tǒng)計分析，甘薯指標(biāo)極差和變異系數(shù)相差較大，樣品代表性較好。相關(guān)性分析表明，不同品種甘薯的水分、灰分、還原糖、總糖、淀粉以及質(zhì)構(gòu)指標(biāo)與甘薯面條品質(zhì)之間存在顯著的相關(guān)性(P<0.05)。

通過數(shù)據(jù)指標(biāo)歸一化方法將甘薯生濕面條各個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為一組具有代表性的綜合評價指標(biāo),并將綜合評價指標(biāo)F與原料主成分因子Y1、Y2和Y3進行回歸分析,得出甘薯生濕面綜合品質(zhì)評價指標(biāo)與甘薯原料品質(zhì)的回歸方程。通過K-means聚類分析法對38個甘薯品種的生濕面綜合指標(biāo)進行初步聚類，篩選出適宜加工甘薯生濕面的品種17個，基本適宜加工甘薯生濕面的有12個，不適宜加工成生濕面的品種有9個。本研究結(jié)果可為甘薯在生濕面加工應(yīng)用方面提供一定的參考。