基于主成分分析法優(yōu)化青稞馬鈴薯夾餡酥餅的加工工藝

賴 攀，丁 捷，陳云川，黃益前，喬明鋒，周 航

（四川旅游學(xué)院食品學(xué)院，四川 成都 610100）

川西藏區(qū)位于四川省西部、青藏高原東南緣，具有海拔高、輻射強、晝夜溫差大且農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境脆弱的特點。青稞（Hordeum vulgareL.var.nudum Hk.f.）和馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）因其生育期短、耐寒耐旱且抗逆性強，是當(dāng)?shù)厝罕妭鹘y(tǒng)特需口糧作物。青稞，又稱為裸大麥，是目前已知β-葡聚糖含量最高的谷類，具有“三高兩低”的營養(yǎng)特性，即高蛋白、高纖維、高維生素、低脂肪、低糖，被證實具有良好的抗氧化性、抗癌等功效[1-3]。馬鈴薯富含蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)，具有和胃、調(diào)中、健脾、益氣、強身益腎等保健功效，有低糖、低脂肪、高膳食纖維的營養(yǎng)特性[4-5]。馬鈴薯含有大量的谷物類食品缺少的必需氨基酸，若將青稞和馬鈴薯在飲食中合理搭配，可有效補充小麥粉中缺失的營養(yǎng)成分，實現(xiàn)營養(yǎng)均衡[6]。川西藏區(qū)的青稞與馬鈴薯商品化程度較低，馬鈴薯大多作為蔬菜食用，青稞多制作成飼料和酒類原料，加工產(chǎn)品沒有形成規(guī)模，外銷難度較大[7-8]。究其原因主要在于產(chǎn)品缺乏創(chuàng)新性、藏區(qū)外普通消費者更傾向購買符合大眾口味的主食面點及休閑食品[9]。

目前將青稞和馬鈴薯分別添加到烘焙產(chǎn)品中的研究較多。張云煥等[10]將馬鈴薯全粉添加到披薩面團(tuán)中，縮短了面團(tuán)的形成時間，提高了面團(tuán)的發(fā)酵能力和彈性，豐富了披薩的品種與營養(yǎng)價值。董曉琳等[11]以一次發(fā)酵法優(yōu)化了馬鈴薯泥面包的工藝，成品的風(fēng)味保留更佳、耗能更低。趙煜等[12]將馬鈴薯與面粉混合用于面條的制作，成品適口性好、有嚼勁，具有良好的感官特性。孫洪蕊等[13]在馬鈴薯和小麥粉混合粉中添加面粉品質(zhì)改良劑，改善了馬鈴薯饅頭的品質(zhì)。Pejcz 等[14]用部分青稞全粉代替面粉加入到面包之中，改變了青稞的加工特性，同時提高了面包的品質(zhì)與營養(yǎng)。楊青青等[15]以青稞和藍(lán)莓為原料研制的餅干改善了青稞餅干的口感，平衡了餅干的酸甜比。丁捷等[16]采用蔗糖脂肪酸酯、單硬脂酸甘油酯、NaHCO3、大豆蛋白以及茶多酚復(fù)配改良了速凍微波青稞蛋糕品質(zhì)。黃益前等[17]將青稞與松墨天牛幼蟲組合，優(yōu)化產(chǎn)品配方，開發(fā)了松墨天牛幼蟲青稞蛋糕。然而，將青稞和馬鈴薯組合開發(fā)中西式面點的研究尚未見相關(guān)報道。

酥餅是具有悠久歷史的傳統(tǒng)糕點，因其形式多樣、口感酥松深受大眾喜愛。隨著社會的發(fā)展，以水果為餡料的酥餅因種類口味單一，營養(yǎng)成分簡單且高油、高糖、難消化的特點，難以滿足消費者對健康產(chǎn)品的需求[18]。而近年來，此類酥餅的研究又多為餡料的研制，如以佛手、冬瓜為餡料研制的佛手酥[19]，以安順金刺梨為餡料的金刺梨酥[20]。利用雜糧加工酥餅的研究尚未見報道。

本研究以青稞、馬鈴薯為主要原料，青稞全粉、馬鈴薯、黃油、皮餡比為主要影響因素，以酥餅的質(zhì)構(gòu)特性、色差特性、比容的規(guī)范化主成分綜合評分為評價指標(biāo)，通過L9（34）正交設(shè)計優(yōu)化青稞馬鈴薯夾餡酥餅的最優(yōu)工藝，為青稞與馬鈴薯組合開發(fā)新產(chǎn)品探索了一條新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

低筋粉：蛇口南順面粉有限公司；實驗室自制青稞全粉：康青9 號收獲于四川甘孜州農(nóng)科所道孚縣八美農(nóng)場。

麥芽糖：江蘇先卓食品科技股份有限公司產(chǎn)品；黃油：購于恒天然貿(mào)易（上海）有限公司；奶粉：內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品；糖粉：江西巧嫂食品有限公司產(chǎn)品；玫瑰水蜜桃餡料：實驗室自制。馬鈴薯、玫瑰花瓣超微粉、水蜜桃、冬瓜、檸檬、火龍果、白砂糖、食鹽、雞蛋均為市售，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 儀器與設(shè)備

TMS-PRO 型高精度專業(yè)食品物性分析儀，JC13-DC-P3A 型全自動色差儀，DS-1 型高速組織搗碎機，RM-3500 型商用電磁爐，XYF-3K 型遠(yuǎn)紅外線食品烤爐。

1.2 方法

1.2.1 基礎(chǔ)原料配比

根據(jù)前期預(yù)試驗確定青稞馬鈴薯夾餡酥餅皮的基礎(chǔ)配方為：以青稞全粉和低筋粉混粉總重1 000 g為基準(zhǔn)，低筋粉90%，青稞全粉10%，馬鈴薯泥20%，黃油50%，糖粉30%，全蛋液27%，奶粉8%，食鹽1%。

1.2.2 工藝流程

1.2.3 操作要點

1.2.3.1 馬鈴薯泥制作

首先挑選2 000 g 無發(fā)芽、霉變的新鮮馬鈴薯，用水洗凈后去皮切片，放入蒸鍋中熟制30 min，碾壓成泥，冷卻備用。

1.2.3.2 酥皮制作

按原料配比稱量黃油、糖粉、雞蛋，順時針混合揉制1.5 min，將蛋液分3 次加入，同時順時針揉制，每次9 g，時間間隔30 s。將低筋粉、馬鈴薯泥、青稞全粉、奶粉依次加入，混勻，使用層疊法揉面4 min，直至面團(tuán)成型。將酥皮搓條，20 g 面團(tuán)按壓成皮，包入15 g餡料（皮餡比例4∶3），用鋁合金模具（長×寬×高=49 mm×37.5 mm×16 mm）按壓成型。產(chǎn)品連同模具一同放入烤箱（上火180 ℃、下火140 ℃），烘烤10 min后取出翻面繼續(xù)烘烤5 min 取出。取出后馬上脫模，冷卻。

1.2.4 單因素試驗設(shè)計

在基礎(chǔ)配方的條件下，以1 000 g 混粉為基準(zhǔn)，分別研究馬鈴薯泥添加量（10%、15%、20%、25%、30%）、黃油添加量（45%、50%、55%、60%、65%）、青稞全粉添加量（8%、11%、14%、17%、20%）、皮餡比例（12∶4、10∶4、8∶4、6∶4、4∶3）對青稞馬鈴薯夾餡酥餅質(zhì)構(gòu)特性、色差、感官評分及比容的影響，以主成分綜合評分為考察指標(biāo)，選擇較優(yōu)水平。

1.2.5 正交試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用L9（34）的正交表安排試驗，因素及水平如表1 所示。

表1 L（934）試驗因素水平表Tabel 1 Factors and levels of L（934）experiment

1.2.6 測定項目與方法

1.2.6.1 質(zhì)構(gòu)特性

選擇TPA 程序，探頭為R36，形變量50%，檢測速度60 mm/min，最小感應(yīng)力0.375，間隔2 s。測定硬度、膠黏性、咀嚼性。樣品擠壓測定中間部分，每組樣品平行試驗3 次，結(jié)果取平均值。

1.2.6.2 色差

使用全自動色差計測定酥餅的顏色變化，每個樣品測 3 次，分別記錄L*、a*、b*值。

1.2.6.3 比容

參考丁捷等[16]的方法，采用小米置換法測定。每組取3 個有代表性的樣品，結(jié)果取平均值。

1.2.6.4 感官評價

采用觀察品嘗法，由10 名品評員對樣品的感官質(zhì)量進(jìn)行評分，以色澤（20 分）、口感（25 分）、風(fēng)味（30分）、組織形態(tài)（25 分）為感官評定指標(biāo)對其進(jìn)行評定，滿分為100 分，見表2。

表2 感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards

1.2.6.5 主成分綜合得分計算

參考肖猛等[21]的方法，根據(jù)主成分貢獻(xiàn)度選取主成分?jǐn)?shù)量，根據(jù)主成分得分計算各產(chǎn)品綜合得分F，計算公式為：

式中：PC1、PC2…PCn為主成分貢獻(xiàn)率，F(xiàn)1、F2、Fn為主成分得分。

1.2.6.6 消費者滿意度調(diào)查

在成都市龍泉驛區(qū)洛帶古鎮(zhèn)隨機選擇在20+、30+、40+、50+、60+、70+六個年齡層次游客各 20 人，共計120 人作為調(diào)查對象。調(diào)查對象現(xiàn)場進(jìn)行酥餅品嘗，分別對酥餅色澤、組織形態(tài)、風(fēng)味、口感四個方面的感官感受進(jìn)行滿意度調(diào)查，其中非常滿意（90～100分）、滿意（80～90 分）、可以接受（70～80 分）、不滿意（70 分以下）。計算公式為：

消費者滿意度（%）=（非常滿意人數(shù)+滿意人數(shù)）/120×100

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，單因素方差分析及主成分分析采用SPSS 21.0 軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 關(guān)鍵工藝點對青稞馬鈴薯夾餡酥餅品質(zhì)的影響

2.1.1 馬鈴薯泥添加量

馬鈴薯泥的細(xì)胞破碎率較小，風(fēng)味物質(zhì)流失少、具有馬鈴薯清香。與馬鈴薯全粉相比，馬鈴薯泥的能量更低、能有效減少營養(yǎng)物質(zhì)的流失和保留馬鈴薯風(fēng)味，并具有成本低、加工工藝簡單等優(yōu)點[22]。由表3可知，隨著馬鈴薯泥添加量的增加，酥餅的硬度、膠黏性、咀嚼性不斷增大，最大值分別為170.32 N、14.58 N和29.34 mJ，相比于添加量10%顯著提高84.97%、281.68%和270.92%。a*、b*、感官評分呈先增加后減小趨勢，當(dāng)添加量為25%時，a*、感官評分分別達(dá)到最大值2.00、87.44，15%時b*達(dá)到最大值 25.4。

2.1.2 黃油添加量

黃油的作用主要是起酥和調(diào)節(jié)酥餅的黏稠度[23]。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)，會降低酥餅的抗裂能力，使面團(tuán)黏性差，不容易成型[24]。由表4 可知，隨著黃油添加量的增加，酥餅的硬度與咀嚼性、感官評分呈先顯著增加后顯著降低的趨勢，最大值分別為132.56 N、24.95 mJ 和90.23 分。膠黏性不斷降低，在 65%降低到最小值（2.96）。L*、a*、b*均呈先降低后增加的趨勢。

表3 馬鈴薯泥添加量對酥餅品質(zhì)的影響Table 3 Effect of mashed potato addition on the quality of pastry

表4 黃油添加量對酥餅品質(zhì)的影響Table 4 Effect of butter addition on the quality of pastry

2.1.3 青稞全粉添加量

青稞原料口感粗糙，面筋蛋白質(zhì)低，富含支鏈淀粉，面團(tuán)難以形成良好的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[8]。當(dāng)青稞全粉添加量過高時，酥餅的粗糙感會增加，酥脆性降低，且面團(tuán)的面筋筋力減小，酥餅不易成型。由表5 可知，隨著青稞全粉添加量的增加，酥餅的硬度、膠黏性、咀嚼性先增加再降低，在添加量為11%時達(dá)到最大值，分別為 57.54 N、6.76 N 和 16.90 mJ；a*值先顯著增加后顯著降低。感官評分顯著降低，在添加量20%降低至最小值（74.38）。

2.1.4 皮陷比例

由表6 可知，隨著皮餡比例的降低，酥餅的硬度、膠黏性不斷降低，最小值分別為72.14 N 和4.59 N。咀嚼性、a*、感官評分先增高后降低，最大值分別為13.56 mJ、4.92 和 88.00 分。

2.2 基于理化特性的綜合品質(zhì)評價模型的構(gòu)建

根據(jù)SPSS 20.0 對表中20 個不同配方的酥餅的7 個成分指標(biāo)構(gòu)成的20×7 的矩陣進(jìn)行主成分分析，得出主成分特征值與累積貢獻(xiàn)率如表7 所示，特征向量如表8 所示。

由表7 可知，前4 個向量累計的貢獻(xiàn)率為89.451%，能代表原變量的絕大部分信息，因此，用前4 個主成分進(jìn)行酥餅質(zhì)量評價是可行的。

表5 青稞全粉添加量對酥餅品質(zhì)的影響Table 5 Effect of highland barley flour addition on the quality of pastry

表6 皮餡比例對酥餅品質(zhì)的影響Table 6 Effect of ratio of crust and stuffing on the quality of pastry

表7 解釋的總方差Table 7 Total variance explained

表8 各主成分的特征向量Table 8 Eigenvectors of each principal component

其中，第 1 主成分：F1=0.894X1-0.789X2+0.722X3-0.007X4-0.307X5-0.118X6-0.118X7，F(xiàn)1主要反映硬度、膠黏性、咀嚼性在成分質(zhì)量上所反映的信息。第2主成分：F2=0.033X1-0.292X2-0.385X3+0.899X4+0.801X+0.015X6+0.148X7，F(xiàn)2主要反映可L、a*在成分質(zhì)量上所反映的信息。第3 主成分：F3=-0.238X1-0.171X2-0.143X3-0.155X4+0.374X5+0.954X6+0.212X7，F(xiàn)3主要反映b*在成分質(zhì)量上所反映的信息。第4 主成分：F4=-0.235X1-0.327X2-0.290X3+ 0.273X4+ 0.027X5+0.195X6+0.924X7，F(xiàn)4主要反映比容在成分質(zhì)量上所反映的信息。以不同特征值的方差貢獻(xiàn)率βi（i=1，2，3，…，k）為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評價函數(shù)F= β1F1+β2F2+…+βkFk計算各樣本得分，對其進(jìn)行評價。最終基于主成分分析得到酥餅評價模型為:F=0.519 14F1+0.175 04F2+0.113 78F3+0.086 55F4。

2.3 關(guān)鍵工藝點水平較優(yōu)范圍的確定

根據(jù)上述質(zhì)量評價模型，計算得到酥餅的綜合品質(zhì)評價得分，并結(jié)合酥餅的感官得分得到其關(guān)鍵工藝水平的較優(yōu)范圍。由圖2 可發(fā)現(xiàn)，隨著關(guān)鍵工藝水平的改變，基于客觀品質(zhì)的綜合品質(zhì)評分與感官評分的變化趨勢基本一致，因此在后續(xù)研究中規(guī)范化綜合評分可替代主觀性過強的感官評分作為關(guān)鍵工藝點優(yōu)化的考察指標(biāo)。

由圖1A 可知，馬鈴薯泥添加量在10%～25%時，感官評分和規(guī)范化綜合評分呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，當(dāng)其添加量超過25%時，規(guī)范化綜合評分略有上升，但感官評分下跌近50%。綜上所述，馬鈴薯泥較優(yōu)添加量范圍在20%～25%。由圖1B 可知，隨著黃油添加量的增加，酥餅的感官評分和規(guī)范化綜合評分趨勢基本均呈先增加后減小，二者達(dá)到評分最高點的添加量分別為50%和55%，因此黃油的添加量的最適范圍是50%～55%。隨著青稞全粉添加量的增加（圖1C），酥餅的感官評分和規(guī)范化綜合評分均呈逐漸走低趨勢，添加量在8%～14%時表現(xiàn)較佳。而酥餅的感官評分和規(guī)范化綜合評分卻隨著皮餡比例的降低呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在10∶4～6∶4 這個比例范圍內(nèi)，酥餅感官評分和規(guī)范化綜合評分均優(yōu)于其他處理組（圖1D）。

2.4 關(guān)鍵工藝點正交試驗結(jié)果與分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以馬鈴薯泥添加量、黃油添加量、青稞添加量、皮餡比例四個因素水平設(shè)計了L9（34）正交試驗。試驗結(jié)果見表9。利用公式：Z=（F-Fmin）/（Fmax-Fmin）進(jìn)一步將主成分綜合得分計算為規(guī)范化綜合得分，以實現(xiàn)考察指標(biāo)的簡化。

表9 正交試驗結(jié)果與分析Table 9 Results and analysis of orthogonal test

由表9 可知，對青稞馬鈴薯夾餡酥餅品質(zhì)影響的大小依次是：A（馬鈴薯泥添加量）＞C（青稞添加量）＞B（黃油添加量）＞D（皮餡比例），即馬鈴薯泥添加量對青稞馬鈴薯夾餡酥餅的品質(zhì)影響最大，青稞添加量、黃油添加量次之，皮餡比例影響最??；青稞馬鈴薯夾餡酥餅工藝最優(yōu)組合為A3B3C1D3，即馬鈴薯泥添加量30%，黃油添加量55%，青稞全粉添加量8%，皮餡比例6∶4。

經(jīng)驗證試驗，最優(yōu)工藝加工獲得的青稞馬鈴薯夾餡酥餅的綜合得分為0.944 7，口感風(fēng)味較理想，且通過提高原料配比中馬鈴薯泥添加量，有效降低了生產(chǎn)成本。對最佳工藝進(jìn)行消費者滿意度驗證后（圖2）可知，消費者對成品色澤、組織狀態(tài)、風(fēng)味、口感的滿意度較高，分別達(dá)到了85%、91%、92%、94%。綜上所述，由此工藝生產(chǎn)的青稞馬鈴薯夾餡酥餅成品綜合品質(zhì)良好，符合市場需求。

3 結(jié)論

以青稞全粉添加量、馬鈴薯泥添加量、黃油添加量、皮餡比例為關(guān)鍵因素，以主成分綜合評分為考核目標(biāo)，通過L9（34）正交設(shè)計優(yōu)化青稞馬鈴薯夾餡酥餅的最優(yōu)配方。其中馬鈴薯添加量對產(chǎn)品品質(zhì)綜合評分的影響最大，影響大小依次為：A馬鈴薯泥添加量＞C青稞添加量＞B黃油添加量＞D皮餡比例。青稞馬鈴薯夾餡酥餅的最優(yōu)工藝為：馬鈴薯泥添加量30%，黃油添加量55%，青稞全粉添加量8%，皮餡比例6∶4。該工藝生產(chǎn)的青稞馬鈴薯夾餡酥餅外觀微黃，口感酥松，消費者滿意度較高。