響應(yīng)面法優(yōu)化土家族傳統(tǒng)食品煎制洋芋粑粑加工工藝

徐丹鶴,鄭夢瑩,周志*,程超

(1.湖北民族大學(xué) 生物與食品工程學(xué)院,湖北 恩施 445000;2.生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 恩施 445000)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.),又名土豆、洋芋等,是全球第四大重要的糧食作物,僅次于小麥、稻谷和玉米[1]。馬鈴薯富含多種B族維生素、優(yōu)質(zhì)纖維素以及多種營養(yǎng)元素,在歐洲及南美地區(qū)被稱為“地下蘋果”,享有“第二面包”的美譽(yù)[2]。在湖北恩施地區(qū),馬鈴薯以馬爾科品種最受歡迎,其外形呈橢圓形,肉色均勻,表皮光滑,口感軟糯香綿。它不僅是湖北省恩施市特產(chǎn),而且于2019被列為中國國家地理標(biāo)志產(chǎn)品[3],由于主要分布于世界硒都——湖北恩施,也因此被稱為恩施馬鈴薯,截至2020年,恩施州馬爾科馬鈴薯種植面積已經(jīng)達(dá)到了173.37萬畝。在恩施當(dāng)?shù)?有著多種以馬爾科小土豆為原料加工制作而成的傳統(tǒng)小吃,深受當(dāng)?shù)鼐用窈屯鈦砺糜蜗M(fèi)者的喜愛,其中包括恩施炕土豆[4]、炸洋芋[5]、油炸洋芋條[6]、洋芋粑粑以及洋芋飯[7]等。

土家族洋芋粑粑是一款以新鮮馬鈴薯為主要原料,進(jìn)行切塊、打漿、過濾、沉淀后得到濕淀粉,然后將濕淀粉與馬鈴薯渣混合,煎制而成的地方傳統(tǒng)即食食品。煎制的洋芋粑粑色澤淡黃、口感軟糯香綿、有嚼勁并且具有馬鈴薯獨(dú)有的風(fēng)味,深受消費(fèi)者喜愛。而馬鈴薯本身具有的氧化褐變問題會直接影響產(chǎn)品的色澤,降低產(chǎn)品的外觀評分,洋芋粑粑的加工方式對于產(chǎn)品的口感、品質(zhì)也有很大影響,因此改善洋芋粑粑關(guān)鍵加工工藝對其標(biāo)準(zhǔn)化加工具有重要的意義[8]。

本次試驗(yàn)中,以感官評分、質(zhì)構(gòu)特性、顏色變化為單因素試驗(yàn)指標(biāo),探討了打漿次數(shù)、料液比、鹽添加量以及煎制時間4個關(guān)鍵因素對洋芋粑粑品質(zhì)的影響?；诖藯l件,采用Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)來探究煎制洋芋粑粑的最佳工藝,試驗(yàn)設(shè)計了四因素三水平試驗(yàn)方案,旨在獲得土家族傳統(tǒng)食品煎制洋芋粑粑的標(biāo)準(zhǔn)化加工工藝方案,拓展市面上馬鈴薯主食化加工食品種類,并為民族食品的傳承與創(chuàng)新提供了重要的研究基礎(chǔ)和應(yīng)用依據(jù)。

1 材料與設(shè)備

1.1 材料與試劑

材料包括馬爾科土豆(馬爾科品種,由湖北恩施中國南方馬鈴薯研究中心提供)、食鹽(湖北鹽業(yè)集團(tuán)有限公司);試劑包括無水檸檬酸、D-異抗壞血酸鈉(均為食品級,濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

TA.Touch物性分析儀 上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司;CS-820N臺式分光測色儀 杭州彩譜科技有限公司;BSA2202S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;CX300-D1電磁爐 中山市鼎潤電器有限公司;JYL-C022E九陽榨汁攪拌機(jī) 九陽股份有限公司;EJ24-26CP01蘇泊爾炫彩煎鍋 蘇泊爾股份有限公司。

2 試驗(yàn)方法

2.1 工藝流程

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 馬鈴薯

選擇恩施當(dāng)?shù)責(zé)o發(fā)芽、綠變、機(jī)械傷的馬爾科洋芋。

2.2.2 切塊

切成1.5 cm3大小均一的馬鈴薯丁。

2.2.3 護(hù)色

400 mL清水中加入0.05%的無水檸檬酸和0.15%的D-異抗壞血酸鈉溶液[9]。

2.2.4 打漿

稱取200 g馬鈴薯丁,加入一定量護(hù)色溶液,置于打漿機(jī)中進(jìn)行短時低速打漿。

2.2.5 過濾

用紗布進(jìn)行過濾,過濾出多余的水分物質(zhì),將濾渣用保鮮膜封好靜置備用。

2.2.6 沉淀

將過濾后的馬鈴薯漿靜置沉淀1 h,倒出上清液,留底部的濕淀粉備用。

2.2.7 拌和

向制備好的濾渣、濕淀粉中加入一定量食用鹽混合均勻。

2.2.8 煎制

在直徑為26 cm的不銹鋼平底鍋中噴少許油,將馬鈴薯泥攤平在鍋中,開小火煎制,3 min時翻面,待洋芋粑粑泛黃起泡即可盛出冷卻。

2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計

以感官品質(zhì)評分、色澤和質(zhì)構(gòu)為指標(biāo),采用單因素試驗(yàn)研究料液比、打漿次數(shù)、鹽添加量以及煎制時間對洋芋粑粑品質(zhì)的影響,試驗(yàn)水平分別選取料液比1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5;打漿次數(shù)2,3,4,5次;鹽添加量0.3%、0.5%、0.8%、1.0%;煎制時間7,9,11,13 min。研究各因素對洋芋粑粑品質(zhì)的影響,選取最佳因素試驗(yàn)參數(shù)范圍。

2.4 Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取料液比(A)、打漿次數(shù)(B)、鹽添加量(C)、煎制時間(D)4個因素為自變量,以感官評分為響應(yīng)值,根據(jù)Box-Behnken響應(yīng)面中心組合,利用Design-Expert 11分析軟件設(shè)計響應(yīng)面試驗(yàn),研究優(yōu)化洋芋粑粑加工工藝,試驗(yàn)因素水平及編碼見表1。

表1 洋芋粑粑制作配方的Box-Behnken試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken test of potato cake production formula

2.5 指標(biāo)測定

2.5.1 感官品質(zhì)評價

樣品經(jīng)過完全熟化后,盛出置于室溫條件下冷卻待測。評價方法[10]:評估組由8名食品專業(yè)學(xué)生組成,對產(chǎn)品的色澤、氣味、組織狀態(tài)和滋味進(jìn)行感官評價。評價分?jǐn)?shù)為百分制,結(jié)果為平均值。具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評分表Table 2 Sensory scoring table

2.5.2 色度測定

待樣品冷卻后,采用劉冬青等[11]的方法,采用經(jīng)黑、白板校準(zhǔn)后的色差儀測定樣品的亮度(L*)和黃藍(lán)度(b*)值,以儀器自帶的標(biāo)準(zhǔn)白板為基準(zhǔn),L*值數(shù)值范圍從0(黑色)到100(白色);b*值表示藍(lán)色(-)到黃色(+);每個樣品重復(fù)測定3次,取平均值。

2.5.3 質(zhì)構(gòu)測定

采用質(zhì)地剖面分析(texture profile analysis,TPA)模式測定樣品,將樣品切成2 cm3大小,放置在測量臺探頭正下方,選擇P/50平底柱形探頭做TPA測試。TPA測試條件在鄧惠馨的方法上略作修改[12]:測前速度2 mm/s,檢測速度1 mm/s,測后速度2 mm/s,目標(biāo)模式strain,壓縮程度50%,兩次壓縮之間停留時間5 s,觸發(fā)力5 g。得到一條曲線后,經(jīng)電腦軟件程序分析得出物性指標(biāo),如樣品的硬度、彈性、咀嚼性、內(nèi)聚性、回復(fù)性指標(biāo)。每個樣品重復(fù)測定3次,取平均值。

2.6 數(shù)據(jù)處理分析

試驗(yàn)結(jié)果均至少重復(fù)3次,結(jié)果以x±s表示。統(tǒng)計分析采用SPSS 21.0和單向方差分析(ANOVA)。不同字母表示差異顯著(P<0.05)。采用Excel 2010、Origin 2021繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1.1 料液比試驗(yàn)結(jié)果

固定馬鈴薯丁質(zhì)量200 g,設(shè)定加水量100,150,200,250 mL,打漿次數(shù)4次,加鹽量0.8%,煎制9 min,感官評分及色度結(jié)果見圖1,質(zhì)構(gòu)結(jié)果見表3。

圖1 料液比對洋芋粑粑感官評分(a)及色度值(b)的影響結(jié)果Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on sensory score (a) and chroma value (b) of potato cake

表3 料液比對洋芋粑粑質(zhì)構(gòu)的影響Table 3 Effect of solid-liquid ratio on the texture of potato cake

感官評價是衡量產(chǎn)品各方面品質(zhì)優(yōu)良的重要指標(biāo)。由圖1中a可知,隨著料液比的增加,感官評分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。由圖1中b可知,L*值和b*值均隨著料液比的增加顯著升高,b*值受料液比的影響更明顯,主要是由于溶液體積較小時,護(hù)色溶液很難完全分散到原料內(nèi)部,導(dǎo)致護(hù)色效果未達(dá)到理想狀態(tài)。當(dāng)料液比為1∶2時,感官評分最高。色度是產(chǎn)品外觀最重要的特征之一,是直接影響消費(fèi)者購買意愿的重要指標(biāo)[13]。但當(dāng)料液比達(dá)到1∶2.5時,馬鈴薯漿的風(fēng)味較寡淡,馬鈴薯漿略稀,產(chǎn)品整體偏白,而產(chǎn)品本身具有的典型煎制色澤則變淡,致使感官評分降低[14]。

由表3可知,隨著料液比的增大,提取液體積占比變大,淀粉溶出部分也隨之增加,淀粉提取率升高[15],因此,產(chǎn)品的硬度、內(nèi)聚性、咀嚼度、回復(fù)性均顯著增加,彈性顯著降低。因此在原料質(zhì)量固定的前提下,料液比為1∶1.5～1∶2.5時,制作出的產(chǎn)品外觀及感官評價良好。

3.1.2 打漿次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

固定馬鈴薯丁質(zhì)量200 g,加水量400 mL,設(shè)定打漿次數(shù)2,3,4,5次,加鹽量0.8%,煎制9 min,感官評分及色度結(jié)果見圖2,質(zhì)構(gòu)影響結(jié)果見表4。

圖2 打漿次數(shù)對洋芋粑粑感官評分(a)及色度值(b)的影響結(jié)果Fig.2 Effect of beating times on sensory score (a) and chroma value (b) of potato cake

表4 打漿次數(shù)對洋芋粑粑質(zhì)構(gòu)的影響Table 4 Effect of beating times on the texture of potato cake

由圖2中a可知,隨著打漿次數(shù)的增加,感官評分先升高后降低。打漿次數(shù)為4次時,產(chǎn)品表現(xiàn)出最高的感官評分,為82。主要是因?yàn)榇驖{過程中產(chǎn)生的機(jī)械力破壞了馬鈴薯結(jié)構(gòu),隨著打漿次數(shù)的增加,更多的淀粉溶解,不溶性纖維結(jié)構(gòu)斷裂,有助于在產(chǎn)品中形成良好的馬鈴薯渣纖維結(jié)構(gòu)、食用口感以及凝膠基質(zhì)[16]。同時,淀粉含量的增加也提高了馬鈴薯渣的持水力、溶解性、膨脹力和持油力[17]。但隨著打漿次數(shù)的繼續(xù)增加,過多的不溶性纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞,導(dǎo)致產(chǎn)品的口感下降,感官評分降低。

鮮馬鈴薯在受到機(jī)械損傷后易受到酶促褐變的影響,直接影響了馬鈴薯的加工品質(zhì),從而降低了產(chǎn)品感官質(zhì)量,而色度的變化能直接反映原料的褐變程度[18]。由圖2中b可知,隨著打漿次數(shù)的增加,樣品L*和b*值逐漸升高。猜測可能是因?yàn)殡S著打漿次數(shù)的增加,護(hù)色溶液能夠更好地融入原料結(jié)構(gòu),抑制了原料褐變的速率,并使得更多的淀粉得以溶解。此外,由于淀粉本身呈白色,所以其也是導(dǎo)致產(chǎn)品的L*和b*值升高的原因之一。

由表4可知,當(dāng)打漿次數(shù)為5次時,馬鈴薯淀粉的支鏈淀粉吸水膨脹,導(dǎo)致樣品的持水性過高。樣品的黏性隨著持水性的增加而增大,最終造成硬度降低的現(xiàn)象[19]。當(dāng)打漿次數(shù)為2次時,馬鈴薯渣不溶性纖維所受機(jī)械力破壞較小,結(jié)構(gòu)尚完整,水溶性淀粉含量較低,導(dǎo)致產(chǎn)品的黏彈性過低。因此,打漿次數(shù)不能過多也不能過少,當(dāng)打漿次數(shù)控制在3次時,其咀嚼度、回復(fù)性、內(nèi)聚性等品質(zhì)以及感官評分都最優(yōu)。

3.1.3 鹽添加量試驗(yàn)結(jié)果

固定馬鈴薯丁質(zhì)量200 g,加水量400 mL,打漿次數(shù)4次,設(shè)定鹽添加量0.3%、0.5%、0.8%、1%,煎制9 min,感官評分及色度結(jié)果見圖3,質(zhì)構(gòu)影響結(jié)果見表5。

圖3 鹽添加量對洋芋粑粑感官評分(a)及色度值(b)的影響結(jié)果Fig.3 Effect of salt addition amount on sensory score (a) and chroma value (b) of potato cake

表5 鹽添加量對洋芋粑粑質(zhì)構(gòu)的影響Table 5 Effect of salt addition amount on the texture of potato cake

由圖3可知,鹽添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)以及色澤有顯著性影響。由圖3中a可知,感官評分隨著食鹽添加量的增加呈先升高后降低的越勢,這是因?yàn)楫?dāng)鹽的濃度較低時,產(chǎn)品的生馬鈴薯風(fēng)味較明顯。但隨著鹽添加量的增加,可以抑制馬鈴薯不良風(fēng)味的形成,但當(dāng)鹽添加量達(dá)到1%時,咸度過高使得產(chǎn)品感官不佳,導(dǎo)致評分降低。

由圖3中b可知,鹽的添加對產(chǎn)品的色度有一定的改善作用。氯化鈉在食品加工中通常作為護(hù)色劑使用,適量的氯化鈉能夠抑制多酚氧化酶活性,從而減弱原料的褐變程度,對產(chǎn)品的色澤有一定的改善作用[20]。

由表5可知,鹽對馬鈴薯泥團(tuán)物理特性的影響主要是通過鹽濃度反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的[21]。鹽有很高的滲透作用,加入少量的食鹽能夠提高馬鈴薯泥團(tuán)的吸水能力[22],使最終產(chǎn)品的硬度降低、內(nèi)聚性增加,使得粑粑更筋道,口感更好。當(dāng)鹽添加量為0.8%左右時,產(chǎn)品的硬度和咀嚼度均顯著低于其他組,而彈性、回復(fù)性和內(nèi)聚性顯著高于其他組,此時產(chǎn)品的感官評分也最高,由此可知此添加條件下產(chǎn)品的可接受性最高。

3.1.4 煎制時間試驗(yàn)結(jié)果

固定馬鈴薯丁質(zhì)量200 g,加水量400 mL,打漿次數(shù)4次,加鹽量0.8%,設(shè)定煎制時間7,9,11,13 min,其他因素按基礎(chǔ)配方添加,感官評分及色度結(jié)果見圖4,質(zhì)構(gòu)影響結(jié)果見表6。

圖4 煎制時間對洋芋粑粑感官評分(a)及色度值(b)的影響結(jié)果Fig.4 Effect of frying time on sensory score (a) and chroma value (b) of potato cake

表6 煎制時間對洋芋粑粑質(zhì)構(gòu)的影響Table 6 Effect of frying time on the texture of potato cake

煎制食品在賦予產(chǎn)品表面金黃色澤的同時,又能很好地保留產(chǎn)品水分和組織結(jié)構(gòu)[23]。并且淀粉食品在油炸作用下,淀粉與脂肪酸以疏水相互作用形成淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物,可以改變淀粉的微觀結(jié)構(gòu)[24]。同時在煎制加工中,煎制時間對產(chǎn)品各項(xiàng)品質(zhì)也具有顯著性影響。

由圖4中a可知,產(chǎn)品的煎制時間和感官品質(zhì)呈負(fù)相關(guān),隨著煎制時間的延長,產(chǎn)品的感官評分直線下降,這是由于在煎制過程中,樣品表面受高溫烹制使水分流失,從而導(dǎo)致口感過硬,咀嚼困難,感官評分降低。由圖4中b可知,樣品的L*值隨煎制時間的延長而升高,但b*值隨煎制時間的延長而降低,這一現(xiàn)象是由于產(chǎn)品表面水分蒸發(fā),產(chǎn)品的淀粉比例增大,從而形成產(chǎn)品亮度較高的現(xiàn)象。

鐘華珍等[25]的研究證實(shí),產(chǎn)品的硬度與水分含量相關(guān),說明產(chǎn)品硬度的增加與其水分含量的減少有直接關(guān)系。而產(chǎn)品的彈性不受煎制時間的影響,變化不顯著。隨著煎制時間的增長,產(chǎn)品變硬的同時也伴隨著咀嚼度增高,感官評分直線下降。

3.2 Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1 Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

基于單因素試驗(yàn)結(jié)果,此次試驗(yàn)設(shè)計了四因素三水平的響應(yīng)面分析,以此計算試驗(yàn)誤差[26],試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Response surface test results

3.2.2 Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

對表7中的數(shù)據(jù)使用Design-Expert 11軟件進(jìn)行回歸擬合分析,得到感官評分(Y)的二次多項(xiàng)回歸方程:Y=83.47+0.494 2A+0.271 7B+0.621 7C-2.89D-0.22AB+0.375BC+0.63BD+1.03AC-0.442 5AD+0.15CD-1.21A2-0.427 9B2-2.89C2+0.725 8D2,并且對所得回歸方程進(jìn)行了方差分析,結(jié)果見表8。

表8 各因素的回歸模型方差分析結(jié)果Table 8 Variance analysis results of the regression model for each factor

由表8可知,該模型統(tǒng)計學(xué)意義上差異極顯著(P<0.01),失擬項(xiàng)系數(shù)值P=0.987 4,表現(xiàn)為不顯著,說明沒有未知因素對試驗(yàn)結(jié)果干擾。模型的決定系數(shù)R2為0.944 1,修正決定系數(shù)RAdj2為0.892,說明模型能解釋產(chǎn)品感官評分響應(yīng)值的變化,可用于分析和預(yù)測關(guān)鍵工藝對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響。由F檢驗(yàn)可知,D>C>A>B,即煎制時間>鹽添加量>料液比>打漿次數(shù),說明煎制時間對產(chǎn)品感官評分的影響最大,原因可能為煎制時間很大程度上影響了產(chǎn)品的感官分析。此外,煎制時間D與二次項(xiàng)A2、C2均為極顯著影響因素,C、AC、D2有顯著影響。

在曲面圖中,曲線越彎曲說明因素對感官評分的影響越大,表明對產(chǎn)品感官作用越顯著,反之越不顯著[27]。由圖5中a可知料液比和打漿次數(shù)之間的相互作用,料液比曲線彎曲程度大于打漿次數(shù),說明料液比對感官評分的影響大于打漿次數(shù),等高線為橢圓形,說明兩者之間的交互作用顯著。由圖5中b可知加鹽量與料液比的交互作用曲面圖呈“馬鞍”狀,表明兩者交互有一定作用,且加鹽量曲線彎曲程度大于料液比,說明鹽添加量對產(chǎn)品感官評分的影響大于料液比[26],等高線為橢圓形,說明兩者之間的交互作用顯著。由圖5中d可知加鹽量和打漿次數(shù)之間的相互作用,加鹽量曲線彎曲程度大于打漿次數(shù),說明加鹽量對感官評分的影響大于打漿次數(shù),等高線為橢圓形,說明兩者之間的交互作用顯著。由圖5中c,e,f可知,煎制時間與其他因素之間的交互作用不明顯,煎制時間對產(chǎn)品感官評分的影響明顯大于其他因素,3個曲線圖結(jié)果均隨著煎制時間的增長,感官評分呈現(xiàn)明顯持續(xù)下降的趨勢。

a.打漿次數(shù)與料液比之間的相互作用

3.2.3 最佳配方的確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

應(yīng)用響應(yīng)面分析法對回歸模型進(jìn)行分析,得到的最優(yōu)試驗(yàn)參數(shù)及相應(yīng)的感官評分為:料液比1∶2.244,打漿次數(shù)2.515次,加鹽量0.784%,煎制時間7 min,所得感官評分為87.37。為方便操作和控制,實(shí)際采用料液比1∶2,打漿次數(shù)3次,加鹽量0.8%,煎制時間7 min,進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn),得到在此配方條件下感官評分為86.93,與預(yù)測值之間的差異小于5%,并高于試驗(yàn)組中最高分,說明該模型能較好地預(yù)測實(shí)際加工工藝參數(shù)[28]。

4 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)以及響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證分析,最佳工藝配方為打漿次數(shù)3次,料液比1∶2,加鹽量0.8%,煎制時間7 min。優(yōu)化后的洋芋粑粑達(dá)到最佳狀態(tài),產(chǎn)品整體色澤淡黃,口感細(xì)膩,軟糯有嚼勁,且具有馬鈴薯特有的滋味,此工藝能夠很好地解決土家族傳統(tǒng)食品煎制洋芋粑粑標(biāo)準(zhǔn)化加工過程中穩(wěn)定性低的問題。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,馬鈴薯主食化成為一種必然的發(fā)展趨勢,也更加方便人們對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取。本試驗(yàn)不僅簡化了以往馬鈴薯系列食品加工工藝,顯著減少了實(shí)際生產(chǎn)加工的成本投入,豐富了馬鈴薯主糧化品種,而且為土家族傳統(tǒng)美食加工提供了一套標(biāo)準(zhǔn)化加工工藝,為傳統(tǒng)美食的傳承貢獻(xiàn)了新的思路。