基于熵權法優(yōu)化不同比例馬鈴薯全粉面條基礎配方

張 旭 陳安均 蔣 成 盧 霞

(四川農業(yè)大學食品學院，四川 雅安 625014)

馬鈴薯是一種糧食蔬菜兼用作物，具有較高的經濟價值、藥用價值和營養(yǎng)價值，且含有一般谷物糧食所缺乏的賴氨酸和色氨酸[1-2]。但新鮮馬鈴薯耐貯藏性能差。同時運輸困難、成本高，后續(xù)加工適應性差。較鮮薯而言，馬鈴薯全粉可長時間安全儲存，方便集運，顯著降低儲運成本。食用方面它能更加方便地與其他主食混合搭配，實現(xiàn)食物原料間的營養(yǎng)互補[3]。面條作為全球第二大面制品[4]，同時也是中國傳統(tǒng)主食，研究馬鈴薯全粉在主食面條中的應用，既符合中國的傳統(tǒng)消費習慣，又有利于促進馬鈴薯的主糧化發(fā)展，同時還能提高面條的營養(yǎng)品質，增加雜糧面條的種類。

對面條的研究[5]表明，隨著全粉添加量的增加，面團中面筋被稀釋，面條成型難、韌性差、易斷條、易渾湯。同時，全粉—混合粉的吸水率顯著提高，食鹽、食用堿在面條中的添加量也受到影響。已有研究[6-9]表明全粉添加量在10%～20%時才能保持面條的良好感官品質、蒸煮特性以及質構特性。但也有學者[10]認為在不添加任何輔料的條件下，消費者對馬鈴薯全粉添加量的接受度可達到40%。目前對高比例馬鈴薯全粉面條(全粉添加量>30%)的研究較少，主要是在加入谷朊粉、抗性淀粉、食用膠[11-12]等改良劑的基礎上進行的研究，試驗主要針對不同全粉比例，對面條的基礎配方進行優(yōu)化研究，在實際生產中應用性更廣。在曾著莉[13]、張笑笑等[14]的研究中其全粉的添加量超過40%，但研究對象為馬鈴薯濕全粉，其含水量遠高于馬鈴薯干全粉(<10%)，相對于干全粉的實際添加量低于30%，且濕全粉在貯藏運輸等方面有很大的限制。馬鈴薯主糧化要求盡可能地提高馬鈴薯全粉在面條中的添加量，因此試驗將馬鈴薯全粉的添加量設定為25%，30%，35%，40%，研究馬鈴薯全粉添加量對面條品質的影響。面條的評定指標涵蓋較廣，包括面條的蒸煮特性、質構特性、感官特性、微觀結構等，這些指標均能夠反映面條的品質特性。但在關于馬鈴薯全粉面條的研究中，研究者[15-16]大多選擇一個或者幾個指標對面條的品質進行單一的評價，缺乏綜合的分析，降低了試驗結果的可靠性和準確性。對面條的指標進行科學的處理，才能更加準確的反映面條的品質特性，得出更為可靠的結論。本試驗擬利用熵權法計算出馬鈴薯面條各指標的權重，以各指標的綜合評分對面條的品質進行評價，得出不同全粉比例下馬鈴薯全粉面條的最優(yōu)配方，以期為高比例馬鈴薯全粉面條的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

馬鈴薯：隴薯7號，甘肅一航薯業(yè)科技發(fā)展有限責任公司，選取外表完好，大小均勻，無任何機械損傷的馬鈴薯；

五得利五星特精髙筋小麥粉、食鹽：市售；

食用堿：成都市科龍化工試劑廠。

1.1.2 主要儀器設備

物性分析儀：TA.XTPlus型，英國Stabie Micro System公司；

色差儀：NR10QC型，深圳市三恩時科技有限公司；

電熱鼓風干箱：DHG-9070A型，上海一恒科技有限公司；

全自動和面機：JYN-W22型，九陽股份有限公司；

家用壓面機：FKM180型，俊媳婦股份有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 馬鈴薯全粉制備 將新鮮馬鈴薯洗凈、去皮、切片、蒸熟、冷卻，置于-20 ℃的冰柜中冷凍24 h解凍，在2 300 r/min 離心7 min，平鋪于托盤中，75 ℃烘干后粉碎，過100目篩備用。

1.2.2 馬鈴薯全粉面條的制作 取100 mL自來水溶解一定比例食鹽和食用堿用于泡發(fā)馬鈴薯全粉，將泡發(fā)后將全粉與面粉混合、和面、壓片，最終得到厚度約為1.0 mm，寬度為3 mm的面條。在35 ℃干燥4 h備用。

1.2.3 馬鈴薯全粉面條基礎配方優(yōu)化 為確定不同比例全粉添加量下馬鈴薯面條的最優(yōu)基礎配方，在馬鈴薯全粉面條基礎配方優(yōu)化的單因素試驗基礎上，以食鹽添加量、食用堿添加量、和面時間、加水量4個因素為考察對象，進行四因素三水平正交試驗，通過對所得數據分析確定最優(yōu)配方。馬鈴薯全粉—面粉混合粉的總量為200 g，不同比例馬鈴薯全粉面條正交試驗因素水平表見表1～4。

1.2.4 馬鈴薯全粉面條品質評價方法

(1) 面條色澤測定：將烘干后的面條在高速粉碎機中粉碎20 s，過80目篩，裝入透明的自封袋中，用色差儀進行測定。色澤采用CIE-L*a*b*色空間表示方法，得L*、a*和b*3個參數。

表1 全粉比例25%正交試驗因素水平表

表2 全粉比例30%正交試驗因素水平表

表3 全粉比例35%正交試驗因素水平表

表4 全粉比例40%正交試驗因素水平表

(2) 面條水分測定：參照1.2.4(1)的方法處理面條備用。取3 g試樣(精確至0.000 1 g)，做3次平行。其他參照GB 5009.3—2016中直接干燥法。

(3) 面條厚度測定：取完整面條，每根面條選取3個不同的位點，用螺旋測微器測量其厚度。每組選3根面條，做3次平行。

(4) 最佳蒸煮時間測定：取1 000 mL蒸餾水，用電磁爐加熱煮沸，設置溫度1 500 W，取長度為15 cm的面條15根煮制3 min后，每隔10 s撈1根，用載玻片擠壓面條，觀察面條中白芯是否消失，白芯剛好消失的時間為最佳蒸煮時間。

(5) 蒸煮損失率測定：參照徐芬[17]的方法略有改動，將樣品稱取量由約10 g改為約20 g，煮制面條由電爐更換為電磁爐，煮面溫度1 500 W。

(6) 面湯濁度測定：按測定蒸煮損失率的方法煮制面條，面湯過100目篩。利用紫外分光光度計在675 nm下測定面湯吸光值，即為面湯濁度。

(7) 面條質構特性測定：參照Jridi等[18]、Mudgil等[19]的方法略有改動。將面條煮至最佳蒸煮時間后立即撈出，放入0 ℃蒸餾水中浸泡30 s，瀝干表面水分。立即用物性測試儀進行測定，測定試驗在5 min內完成，每個樣品進行12次重復試驗，去掉異常數據后，選取6組數據取平均值。

(8) 面條拉伸性能測定：探頭為A/SPR，測前速率1.0 mm/s，返回速率10 mm/s，測試速率3 mm/s。拉伸距離100 mm，數據采集率200 p/s。兩探頭起始間距15 mm，觸發(fā)值5 g。記錄面條被拉斷時的最大拉伸力和拉伸距離，分別除以面條厚度得到最終數據。

(9) 面條TPA模式測定：評價面條硬度、黏性、彈性、黏聚性、咀嚼性、回復性。把5根煮后面條無空隙并排放置于測定平臺上進行測定。探頭ALKB-F測前、測中、測后速率均2.0 mm/s。壓縮程度75%，兩次壓縮停留間隔10 s，數據采集速率200 p/s。觸發(fā)值10 g。

(10) 面條感官評定：由四川農業(yè)大學食品學院10名具有專業(yè)知識并經過感官培訓的人員，對面條進行感官評定。感官人員的培訓感官評分標準見表5。

1.3 分析方法——熵權法

(1) 數據標準化：假設給定了K個指標X1，X2，……，XK，其中Xi={x1x2xn}。假設對各指標數據標準化后的值為Y1，Y2，……，YK，那么Yij=(Xij-minXi)÷(maxXi-minXi)。

(3) 確定各指標權重Wi：Wi=(1-Ei)÷(k-∑Ei)(i=1,2,……,k)。

表5 馬鈴薯面條感官評定標準

1.4 數據處理

用軟件IBM SPSS Statistics 19 進行顯著性分析，用 Microsoft Excel 進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 正交試驗

利用熵權法[20-21]對4組正交試驗所得的數據進行分析，得到馬鈴薯全粉面條各項指標權重，從而得出各指標的綜合評分，用以確定不同比例馬鈴薯全粉面條的最優(yōu)基礎配方。

由表7可知，在馬鈴薯全粉面條的評價指標中，黏度指標所占的權重最大，是權重占比最小的抗拉強度10倍左右，可能是在4組正交試驗中，全粉添加量的不同對面條的黏度產生的影響較大，導致面條黏度的相對變動范圍較大，所得權重大于其他指標。

不同試驗組所有指標的總分，用于正交試驗結果分析。全粉添加量為25%，30%，35%，40%時，正交試驗結果分析見表8。

由表8可知，在全粉添加量為25%時，對馬鈴薯全粉面條品質產生影響的主次因素依次為食鹽添加量、加水量、和面時間、堿添加量。面條的最優(yōu)基礎配方為A2B2C3D3，即食鹽添加量0.6%，堿添加量0.4%，和面時間7 min，加水量55%。

在全粉添加量為30%時，對馬鈴薯全粉面條品質產生影響的主次因素依次為食鹽添加量、堿添加量、和面時間、加水量。面條的最優(yōu)基礎配方為A3B2C1D1，即食鹽添加量1.2%，堿添加量0.4%，和面時間6 min，加水量60%。

在全粉添加量為35%時，對馬鈴薯全粉面條品質產生影響的主要因素為食鹽添加量，其次是堿的添加量，其他因素對面條品質的影響均較小。面條的最優(yōu)基礎配方為A2B3C3D1，即食鹽添加量0.8%，堿添加量0.6%，和面時間8 min，加水量65%。

表6 不同比例馬鈴薯全粉面條正交試驗結果

續(xù)表6

全粉比例試驗號硬度/g黏度/(g·s-1)咀嚼性回復性彈性凝聚性感官評分1870.58±8.33-10.27±1.27487.81±19.390.302±0.0060.927±0.0040.585±0.00878.90±4.852895.64±16.16-11.47±1.27496.69±9.600.318±0.0020.928±0.0040.600±0.00671.10±4.213922.49±16.42-9.59±1.30532.62±15.960.301±0.0080.928±0.0100.613±0.00775.04±2.644917.95±14.61-8.40±0.27526.38±16.970.337±0.0120.939±0.0100.620±0.00682.82±4.9525%5988.90±10.01-7.06±0.27594.96±10.720.337±0.0050.936±0.0070.623±0.00677.48±5.146929.82±43.47-9.10±1.28560.82±16.210.294±0.0040.922±0.0030.604±0.00570.02±6.947934.06±25.83-10.23±1.10491.51±12.510.296±0.0060.925±0.0030.580±0.00877.96±6.808910.54±23.02-7.02±0.79483.47±7.700.299±0.0100.929±0.0040.560±0.00679.84±6.019929.90±14.61-11.27±0.73474.17±10.650.265±0.0050.924±0.0050.568±0.00474.70±3.651823.10±6.97-10.45±0.44394.59±11.690.260±0.0020.933±0.0080.525±0.01078.04±5.122878.77±15.09-9.59±0.59430.51±7.810.275±0.0030.920±0.0040.531±0.00573.54±3.703928.77±21.83-10.36±0.52481.60±12.500.279±0.0030.930±0.0020.542±0.00572.28±4.754842.17±18.36-10.97±0.55423.78±11.560.273±0.0060.925±0.0020.544±0.00376.68±2.2930%5859.66±1.95-10.56±1.26458.86±9.000.288±0.0060.936±0.0100.567±0.00678.28±2.716944.32±16.21-10.04±1.15519.21±10.550.297±0.0080.932±0.0040.585±0.00774.58±3.917876.82±11.27-10.97±1.85439.48±19.120.282±0.0100.924±0.0040.554±0.01174.86±4.0481001.63±36.39-6.57±0.86580.53±21.540.351±0.0140.937±0.0170.624±0.00476.08±2.059999.90±16.82-9.15±0.59596.18±13.560.340±0.0040.945±0.0070.626±0.00274.66±4.541729.62±8.90-8.04±1.39377.23±12.860.268±0.0040.915±0.0020.536±0.00876.08±2.052941.19±27.93-10.32±0.49515.67±17.520.292±0.0030.924±0.0030.565±0.00472.10±3.873897.56±26.57-7.73±0.92485.57±27.960.327±0.0090.923±0.0060.583±0.00578.18±4.084841.11±17.38-10.89±0.90434.25±26.920.293±0.0080.912±0.0040.539±0.01385.10±5.8435%51049.27±45.45-6.32±0.92591.18±26.850.329±0.0030.928±0.0060.610±0.00377.06±6.606939.46±13.17-7.27±0.99513.39±10.820.301±0.0040.926±0.0060.596±0.00471.82±8.237836.76±13.01-10.98±0.64447.30±7.620.291±0.0120.931±0.0090.574±0.00474.84±4.888980.53±43.65-12.02±1.06607.47±23.170.321±0.0030.927±0.0020.584±0.00373.12±5.739874.67±31.62-9.97±1.40448.88±23.970.318±0.0060.922±0.0070.583±0.00573.20±5.791728.36±25.31-9.74±0.66398.84±15.870.298±0.0020.938±0.0060.591±0.00568.48±7.682771.30±22.01-7.81±0.70449.53±17.140.308±0.0090.945±0.0050.604±0.00675.62±4.223814.27±24.67-5.17±0.28475.30±14.040.307±0.0100.961±0.0180.596±0.01076.46±7.274727.06±13.49-8.84±1.04369.74±7.010.281±0.0040.930±0.0050.549±0.00876.34±6.0240%5914.98±26.07-7.50±0.80517.79±19.280.313±0.0070.944±0.0080.595±0.00569.58±4.396827.10±29.59-5.41±0.44484.59±19.120.331±0.0040.974±0.0210.618±0.00377.60±4.417731.91±25.23-7.21±0.60395.26±15.690.315±0.0040.935±0.0080.589±0.00774.50±4.018776.45±29.51-6.09±0.52467.28±19.300.344±0.0120.976±0.0190.619±0.00580.38±4.059762.65±8.97-6.78±0.73458.45±18.080.327±0.0080.975±0.0190.620±0.00473.46±7.77

表7 馬鈴薯全粉面條各指標權重

表8 不同比例馬鈴薯全粉面條正交試驗結果分析

在全粉添加量為40%時，對馬鈴薯全粉面條品質產生影響的主次因素依次為堿添加量、食鹽添加量、加水量、和面時間，其中加水量和和面時間對面條品質影響較小。面條的最優(yōu)基礎配方為A2B3C1D2，即食鹽添加量0.8%，堿添加量0.6%，和面時間5 min，加水量72.5%。

食鹽能夠收斂面筋組織，增強濕面筋的彈性和延伸性，防止面條在干燥過程中因失水過快而斷條彎曲，適量添加能夠顯著改善面條的品質，但過高的添加量會降低面團的彈性和延伸性，一般在食鹽添加量>2%，面條就會偏咸，感官評分降低。在4種不同添加比例下，食鹽總添加范圍為0.6%～1.2%。堿雖然也具有收斂面筋的作用，但在提高面團延伸性方面的作用比食鹽差，對馬鈴薯面條色澤的改變有顯著性影響，過量的堿會使面條的色澤變灰變暗，堿味過重，所以堿的添加量較低其范圍在0.4%～0.6%。加水量的多少對面條的成型會產生直接影響，過低在壓延過程中面條會產生很大損失，甚至無法成型，過高面條會出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象。且與一般小麥面條不同，由于全粉含水量低、吸水率高，其添加對加水量影響顯著，試驗結果表明，在不同添加量下，全粉的添加量幾乎與加水量呈正比關系，并且明顯高于一般小麥面條30%～35%的加水量[22]，在40%添加量下達到72.5%。和面的作用是為了使面團充分吸水，形成面筋組織，但攪拌時間過長，會使面團弱化，影響面團的彈性和韌性。不同添加量下和面時間的范圍為5～8 min。

2.2 最優(yōu)基礎配方驗證實驗

對以上所得的不同比例馬鈴薯全粉面條的基礎配方進行驗證實驗，以面條的綜合評分和感官評分對面條品質進行評價試驗，結果見表9。在不同比例下測得的面條的感官評分和綜合評分均高于試驗組，說明正交試驗的最優(yōu)組合正確，所得面條品質高于試驗組。

表9 不同比例馬鈴薯全粉面條驗證實驗結果

3 結論

由不同比例馬鈴薯全粉面條的最優(yōu)配方可知，在不同的全粉添加量下，食鹽、堿添加量、和面時間和加水量均有差異，尤其是加水量差異顯著。因此針對不同的添加量進行基礎配方優(yōu)化是可行的、有必要的。此最優(yōu)配方下，面條品質的總評分均高于試驗組，面條感官評分除40%全粉添加量外，均在80分以上，面條總體品質達到最佳。與前人研究[10]結果——消費者對全粉添加量可接受度為40%相一致。但全粉添加比例為40%時，面條的綜合評分0.685 95略低于25%時的0.692 27，說明通過添加劑對面條品質進行改良之后，全粉添加量預計可達45%及以上。根據驗證實驗全粉添加量在25%時，面條的整體品質優(yōu)于其他3種添加比例，因此在實際生產中全粉添加比例為25%最適。全粉添加量在30%時，面條的感官品質高于其他3種添加比例，可能是感官評價的主觀性導致其結果與綜合評分結果不一致，之后試驗可通過模糊數學等感官評價方法使感觀試驗數據更科學有效，試驗表明基于熵權法的正交試驗能夠更加全面地對面條的整體品質進行分析，得到較為可靠的結果。