魏康 ，王偉濤，魏新林，張杰，王元鳳

1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院（上海 201100）；2.上海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院（上海 200030）3.上海麗農(nóng)農(nóng)業(yè)科技有限公司（上海 201501）；4.上海交通大學(xué)重慶研究院（重慶 401122）

在我國，馬鈴薯除了產(chǎn)量高、種植面積廣外，還具有生命力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、營養(yǎng)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)[1]。2015年，原農(nóng)業(yè)部把馬鈴薯主糧化工作列入重要議程，明確提出將馬鈴薯建設(shè)成繼水稻、小麥、玉米之后的第四大糧食作物。

受飲食習(xí)慣的限制與儲存困難、供應(yīng)困難、處理困難及消費(fèi)者的產(chǎn)品選擇有限等問題的影響，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展受阻[2]。中國馬鈴薯加工業(yè)面臨加工產(chǎn)品品種少、技術(shù)落后的困境[3]，限制了產(chǎn)品的開發(fā)及產(chǎn)量的增長，不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯全粉作為一種優(yōu)良的食品原料和食品添加劑，以其營養(yǎng)全面、風(fēng)味好、易加工、耐儲存的特點(diǎn)[4]，可應(yīng)用于嬰幼兒食品、老人食品、糕點(diǎn)、膨化食品等[5]，受到馬鈴薯食品生產(chǎn)企業(yè)和國家糧食儲備機(jī)構(gòu)的重視[6]。研究指出，推動(dòng)馬鈴薯加工制品的發(fā)展，將馬鈴薯加工成適合中國人消費(fèi)習(xí)慣的饅頭、面條等主食產(chǎn)品，從而更好地改善國民飲食結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)副食消費(fèi)向主食消費(fèi)轉(zhuǎn)變，由新鮮產(chǎn)品向再加工制品產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變[7]。研究發(fā)現(xiàn)，將馬鈴薯粉添加到面團(tuán)中，能夠增加面團(tuán)吸水率，縮短面團(tuán)形成時(shí)間[8]，提升面團(tuán)的品質(zhì)，是良好的馬鈴薯全粉主食化發(fā)展方向。

試驗(yàn)探究添加馬鈴薯全粉對馬鈴薯全粉-小麥粉混合面團(tuán)品質(zhì)的影響，并建立馬鈴薯全粉-小麥粉混合面團(tuán)品質(zhì)綜合評價(jià)體系，開發(fā)馬鈴薯全粉加工產(chǎn)品。試驗(yàn)結(jié)果為馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略提供理論支持，拓展馬鈴薯全粉在食品領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，為其他含馬鈴薯食品開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯雪花全粉（甘肅蘭州圣龍有限公司）；小麥粉（蛋白質(zhì)含量8.0 g/100 g，北京古船食品有限公司）。

1.2 設(shè)備與儀器

TA.XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀（英國Stable Micro Systems公司）；TC6KHB型天平（常熟市雙杰測試儀器廠）；OM250型電子防潮箱（上海歐史拓爾實(shí)業(yè)有限公司）；BJ200型高速粉碎機(jī)（德清拜杰電器有限公司）；Farinograph-E型粉質(zhì)儀（德國布拉班德公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯全粉-小麥粉混合粉及面團(tuán)的制備

將粉碎的馬鈴薯雪花全粉及面粉過孔徑100 μm篩，馬鈴薯全粉按0，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%和100%添加比例進(jìn)行混合，將各混合粉樣品分成2份，每份100 g，在恒溫條件下，控制面團(tuán)稠度500 FU左右，加水揉制成面團(tuán)，在相對濕度50%、溫度20 ℃條件下醒發(fā)0.5 h。

研究馬鈴薯全粉添加量對馬鈴薯全粉-小麥粉面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性的影響。

1.3.2 混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測定

采用TPA質(zhì)構(gòu)分析法對面團(tuán)進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析。檢測反映面團(tuán)質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的6個(gè)指標(biāo)：回復(fù)性、硬度、黏聚性、膠著性、黏著性、彈性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行主成分分析數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Mean±SD表示，采用Tukey檢驗(yàn)，差異顯著水平為p＜0.05，運(yùn)用Excel 2013軟件進(jìn)行作圖分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)檢測結(jié)果

由表1可知，隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，混合面團(tuán)的硬度呈現(xiàn)先下降而后上升趨勢；彈性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，這與Zhang等[9]研究結(jié)果類似，適量馬鈴薯添加可以增強(qiáng)面團(tuán)彈性，過量則降低面團(tuán)彈性；黏著性呈現(xiàn)先下降后上升趨勢；黏聚性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢；膠著性呈現(xiàn)先下降再上升最后下降趨勢；回復(fù)性均呈現(xiàn)上升趨勢。

表1 馬鈴薯全粉-小麥粉混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性檢測結(jié)果

2.2 混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性主成分分析

2.2.1 適用性檢驗(yàn)

采用SPSS 20.0軟件中的Bartlett’s球狀檢驗(yàn)以檢驗(yàn)各參數(shù)之間是否相互獨(dú)立的指標(biāo)值。其中，卡方近似值較大，代表數(shù)據(jù)適用于因子分析[10]。檢測可知，混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)的卡方近似值為67.57，sig為0.00，說明測得的各參數(shù)相互獨(dú)立，進(jìn)行主成分分析可行。

2.2.2 主成分的貢獻(xiàn)率與選擇

采取主成分分析法提取公因子，其特征值與貢獻(xiàn)率描述見表2。

表2 混合面團(tuán)相關(guān)成分的特征值及貢獻(xiàn)率

由表2混合面團(tuán)主成分分析可知，篩選特征值＞1的成分為主成分[11]，主成分1貢獻(xiàn)率為65.51%，主成分2的貢獻(xiàn)率為22.11%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為87.62%，符合主成分選擇原則，包含樣品的大部分信息，可反映混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的整體信息。

對初始成分矩陣采用最大方差法進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)后的主成分矩陣，可更好解釋各因子間的關(guān)系[12]。表3中數(shù)值為各指標(biāo)在主成分中的載荷量，能反映各指標(biāo)對主成分貢獻(xiàn)率的大小。通過分析旋轉(zhuǎn)后的主成分矩陣可知，在混合面團(tuán)的2個(gè)主成分中，主成分1的相關(guān)高載荷指標(biāo)有硬度、膠著性和回復(fù)性，反映這三者的信息，因此主成分1為“硬度因子”；主成分2的相關(guān)高載荷指標(biāo)有彈性和黏聚性，反映二者的信息，因此主成分2為“彈性因子”。

表3 混合面團(tuán)初始主成分矩陣及正交旋轉(zhuǎn)后成分矩陣

通過旋轉(zhuǎn)空間成分圖可以更直觀地反映各個(gè)指標(biāo)之間的關(guān)系。由圖1可知，主成分1中硬度、膠著性和回復(fù)性貢獻(xiàn)度均較高；主成分2中彈性和黏聚性貢獻(xiàn)度均較高。

圖1 混合面團(tuán)旋轉(zhuǎn)空間成分圖

根據(jù)“主成分載荷量是主成分特征向量與相應(yīng)特征值的算數(shù)平方根的乘積”的原則[13]，可以計(jì)算得出每個(gè)主成分對應(yīng)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的特征向量。

根據(jù)表4中數(shù)據(jù)，可構(gòu)建出混合面團(tuán)各個(gè)主成分同對應(yīng)TPA質(zhì)構(gòu)指標(biāo)之間的關(guān)系式。

表4 混合面團(tuán)主成分特征向量結(jié)果

混合面團(tuán)主成分表達(dá)式：Z1=0.46β1+0.27β2-0.41β3-0.44β4+0.40β5+0.44β6；Z2=0.34β1-0.59β2+0.42β3+0.26β4+0.50β5+0.21β6。

通過表達(dá)式中的系數(shù)可以得出，與混合面團(tuán)主成分1呈正相關(guān)的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)有硬度、黏著性、膠著性、回復(fù)性，呈負(fù)相關(guān)的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)有彈性和粘聚性；與混合面團(tuán)主成分2呈正相關(guān)的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)有硬度、彈性、黏聚性、膠著性、回復(fù)性，呈負(fù)相關(guān)的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)有黏著性。這與初始主成分矩陣的結(jié)果保持一致。

2.2.3 混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性主成分得分分析

質(zhì)構(gòu)品質(zhì)總得分的計(jì)算方式如式（1）所示。

式中：主成分1系數(shù)=主成分1特征值/（主成分1特征值+主成分2特征值）；主成分2系數(shù)=主成分2特征值/（主成分1特征值+主成分2特征值）。

根據(jù)式（1）可計(jì)算出混合面團(tuán)的主成分1得分、主成分2得分及總得分，如表5所示。

以主成分1得分為橫坐標(biāo)、主成分2得分為縱坐標(biāo)作散點(diǎn)圖，可以反映不同樣品間的分類情況，如圖2所示。

表5 混合面團(tuán)得分表

圖2 混合面團(tuán)不同馬鈴薯添加比例第一、第二主成分散點(diǎn)圖

從整體來看，混合面團(tuán)的樣品，各個(gè)點(diǎn)的分布都較為分散。混合面團(tuán)樣品中，L1、L2和L3被分為一類，與L0未分為一類，說明馬鈴薯全粉添加量較少時(shí)對面團(tuán)質(zhì)構(gòu)有明顯影響，但不同添加量之間（限少量添加）對混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)影響差異不大，試驗(yàn)結(jié)果與Liu等[14]研究類似，其研究發(fā)現(xiàn)在馬鈴薯全粉添加量0～35%對饅頭質(zhì)量有很大影響。

由圖3可知，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，主成分1即硬度因子的得分呈現(xiàn)下降—上升—穩(wěn)定趨勢，這是因?yàn)樾←湻勖鎴F(tuán)質(zhì)構(gòu)和流變性質(zhì)的主要影響因素是面筋質(zhì)量。在和面過程中，小麥淀粉與面筋蛋白吸水形成面筋網(wǎng)絡(luò)，決定了面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)和流變性質(zhì)性質(zhì)[15]。

圖3 混合面團(tuán)主成分1得分趨勢圖

試驗(yàn)的馬鈴薯全粉是馬鈴薯雪花全粉。因?yàn)檠┗ㄈ鄣募庸すに囍邪A(yù)煮、蒸煮等步驟，所以其所含的淀粉是預(yù)糊化淀粉。不同于普通淀粉，預(yù)糊化淀粉在接觸水之后，淀粉分子會恢復(fù)交聯(lián)狀態(tài)，使體系的黏度急劇增加。

馬鈴薯全粉添加量較小時(shí)，其起到的主要作用是稀釋面粉，使混合粉中面筋蛋白含量下降；并且馬鈴薯淀粉吸水性較強(qiáng)，在和面過程中會與面筋蛋白爭奪水分，弱化面筋網(wǎng)絡(luò)[16]，從而降低硬度因子的評分。

隨著馬鈴薯全粉添加量增加，混合粉中的主要成分變?yōu)轭A(yù)糊化馬鈴薯淀粉，糊化淀粉成為混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的主要影響因素。相比之前面筋網(wǎng)絡(luò)體系被弱化時(shí)的狀態(tài)，混合面團(tuán)的硬度因子評分呈上升—穩(wěn)定趨勢。

由圖4可知，隨馬鈴薯全粉添加量增加，主成分2即彈性因子的得分呈現(xiàn)上升—穩(wěn)定—下降趨勢，這是因?yàn)槊娼罹W(wǎng)絡(luò)不僅影響面團(tuán)的硬度，還影響面團(tuán)的彈性。普通面團(tuán)在改變形狀時(shí)耗費(fèi)的能量要遠(yuǎn)小于淀粉團(tuán)。這可能是由于面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)可塑性較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)變化空間較大；而淀粉糊化后交聯(lián)形成的結(jié)構(gòu)較緊密，結(jié)構(gòu)改變空間小[17]。

圖4 混合面團(tuán)主成分2得分趨勢圖

馬鈴薯全粉含有較多的淀粉，且在加工過程中含有諸如蒸煮等熟化工序，在復(fù)水后可得到大量糊化淀粉，容易形成相對緊密的淀粉團(tuán)結(jié)構(gòu)。因此彈性因子得分隨全粉用量的增加呈上升和穩(wěn)定趨勢。隨著面筋網(wǎng)絡(luò)消失，維持淀粉團(tuán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素也隨之消失，彈性因子得分呈急劇下降趨勢。

圖5 混合面團(tuán)總得分趨勢圖

由圖5可知，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)品質(zhì)總得分均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。通過分析表5數(shù)據(jù)可得，主成分1的系數(shù)大于主成分2的系數(shù)，說明主成分1對質(zhì)構(gòu)信息的貢獻(xiàn)率要大于主成分2。因此，總得分的變化趨勢受主成分1的影響更大，更多地表現(xiàn)出主成分1的變化趨勢。

3 結(jié)論

應(yīng)用主成分分析法，對反映馬鈴薯全粉-小麥粉混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的6個(gè)指標(biāo)（硬度、黏著性、彈性、黏聚性、膠著性、回復(fù)性）進(jìn)行降維分析，對混合面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)進(jìn)行綜合評定。經(jīng)過主成分分析，分別提取2個(gè)主成分，其中主成分1代表著硬度相關(guān)指標(biāo)的信息，為“硬度因子”；主成分2代表著彈性相關(guān)指標(biāo)的信息，為“彈性因子”?；旌厦鎴F(tuán)2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為87.62%。構(gòu)建出混合面團(tuán)各個(gè)主成分同對應(yīng)TPA質(zhì)構(gòu)指標(biāo)之間關(guān)系式。

隨著馬鈴薯全粉添加量增加，混合面團(tuán)質(zhì)構(gòu)品質(zhì)總得分均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。總得分的變化趨勢受主成分1的影響更大，更多地表現(xiàn)出主成分1的變化趨勢。