基于熵权法优化不同比例马铃薯全粉面条基础配方

张 旭 陈安均 蒋 成 卢 霞

(四川农业大学食品学院，四川 雅安 625014)

马铃薯是一种粮食蔬菜兼用作物，具有较高的经济价值、药用价值和营养价值，且含有一般谷物粮食所缺乏的赖氨酸和色氨酸[1-2]。但新鲜马铃薯耐贮藏性能差。同时运输困难、成本高，后续加工适应性差。较鲜薯而言，马铃薯全粉可长时间安全储存，方便集运，显著降低储运成本。食用方面它能更加方便地与其他主食混合搭配，实现食物原料间的营养互补[3]。面条作为全球第二大面制品[4]，同时也是中国传统主食，研究马铃薯全粉在主食面条中的应用，既符合中国的传统消费习惯，又有利于促进马铃薯的主粮化发展，同时还能提高面条的营养品质，增加杂粮面条的种类。

对面条的研究[5]表明，随着全粉添加量的增加，面团中面筋被稀释，面条成型难、韧性差、易断条、易浑汤。同时，全粉—混合粉的吸水率显著提高，食盐、食用碱在面条中的添加量也受到影响。已有研究[6-9]表明全粉添加量在10%～20%时才能保持面条的良好感官品质、蒸煮特性以及质构特性。但也有学者[10]认为在不添加任何辅料的条件下，消费者对马铃薯全粉添加量的接受度可达到40%。目前对高比例马铃薯全粉面条(全粉添加量>30%)的研究较少，主要是在加入谷朊粉、抗性淀粉、食用胶[11-12]等改良剂的基础上进行的研究，试验主要针对不同全粉比例，对面条的基础配方进行优化研究，在实际生产中应用性更广。在曾著莉[13]、张笑笑等[14]的研究中其全粉的添加量超过40%，但研究对象为马铃薯湿全粉，其含水量远高于马铃薯干全粉(<10%)，相对于干全粉的实际添加量低于30%，且湿全粉在贮藏运输等方面有很大的限制。马铃薯主粮化要求尽可能地提高马铃薯全粉在面条中的添加量，因此试验将马铃薯全粉的添加量设定为25%，30%，35%，40%，研究马铃薯全粉添加量对面条品质的影响。面条的评定指标涵盖较广，包括面条的蒸煮特性、质构特性、感官特性、微观结构等，这些指标均能够反映面条的品质特性。但在关于马铃薯全粉面条的研究中，研究者[15-16]大多选择一个或者几个指标对面条的品质进行单一的评价，缺乏综合的分析，降低了试验结果的可靠性和准确性。对面条的指标进行科学的处理，才能更加准确的反映面条的品质特性，得出更为可靠的结论。本试验拟利用熵权法计算出马铃薯面条各指标的权重，以各指标的综合评分对面条的品质进行评价，得出不同全粉比例下马铃薯全粉面条的最优配方，以期为高比例马铃薯全粉面条的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

马铃薯：陇薯7号，甘肃一航薯业科技发展有限责任公司，选取外表完好，大小均匀，无任何机械损伤的马铃薯；

五得利五星特精髙筋小麦粉、食盐：市售；

食用碱：成都市科龙化工试剂厂。

1.1.2 主要仪器设备

物性分析仪：TA.XTPlus型，英国Stabie Micro System公司；

色差仪：NR10QC型，深圳市三恩时科技有限公司；

电热鼓风干箱：DHG-9070A型，上海一恒科技有限公司；

全自动和面机：JYN-W22型，九阳股份有限公司；

家用压面机：FKM180型，俊媳妇股份有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 马铃薯全粉制备 将新鲜马铃薯洗净、去皮、切片、蒸熟、冷却，置于-20 ℃的冰柜中冷冻24 h解冻，在2 300 r/min 离心7 min，平铺于托盘中，75 ℃烘干后粉碎，过100目筛备用。

1.2.2 马铃薯全粉面条的制作 取100 mL自来水溶解一定比例食盐和食用碱用于泡发马铃薯全粉，将泡发后将全粉与面粉混合、和面、压片，最终得到厚度约为1.0 mm，宽度为3 mm的面条。在35 ℃干燥4 h备用。

1.2.3 马铃薯全粉面条基础配方优化 为确定不同比例全粉添加量下马铃薯面条的最优基础配方，在马铃薯全粉面条基础配方优化的单因素试验基础上，以食盐添加量、食用碱添加量、和面时间、加水量4个因素为考察对象，进行四因素三水平正交试验，通过对所得数据分析确定最优配方。马铃薯全粉—面粉混合粉的总量为200 g，不同比例马铃薯全粉面条正交试验因素水平表见表1～4。

1.2.4 马铃薯全粉面条品质评价方法

(1) 面条色泽测定：将烘干后的面条在高速粉碎机中粉碎20 s，过80目筛，装入透明的自封袋中，用色差仪进行测定。色泽采用CIE-L*a*b*色空间表示方法，得L*、a*和b*3个参数。

表1 全粉比例25%正交试验因素水平表

表2 全粉比例30%正交试验因素水平表

表3 全粉比例35%正交试验因素水平表

表4 全粉比例40%正交试验因素水平表

(2) 面条水分测定：参照1.2.4(1)的方法处理面条备用。取3 g试样(精确至0.000 1 g)，做3次平行。其他参照GB 5009.3—2016中直接干燥法。

(3) 面条厚度测定：取完整面条，每根面条选取3个不同的位点，用螺旋测微器测量其厚度。每组选3根面条，做3次平行。

(4) 最佳蒸煮时间测定：取1 000 mL蒸馏水，用电磁炉加热煮沸，设置温度1 500 W，取长度为15 cm的面条15根煮制3 min后，每隔10 s捞1根，用载玻片挤压面条，观察面条中白芯是否消失，白芯刚好消失的时间为最佳蒸煮时间。

(5) 蒸煮损失率测定：参照徐芬[17]的方法略有改动，将样品称取量由约10 g改为约20 g，煮制面条由电炉更换为电磁炉，煮面温度1 500 W。

(6) 面汤浊度测定：按测定蒸煮损失率的方法煮制面条，面汤过100目筛。利用紫外分光光度计在675 nm下测定面汤吸光值，即为面汤浊度。

(7) 面条质构特性测定：参照Jridi等[18]、Mudgil等[19]的方法略有改动。将面条煮至最佳蒸煮时间后立即捞出，放入0 ℃蒸馏水中浸泡30 s，沥干表面水分。立即用物性测试仪进行测定，测定试验在5 min内完成，每个样品进行12次重复试验，去掉异常数据后，选取6组数据取平均值。

(8) 面条拉伸性能测定：探头为A/SPR，测前速率1.0 mm/s，返回速率10 mm/s，测试速率3 mm/s。拉伸距离100 mm，数据采集率200 p/s。两探头起始间距15 mm，触发值5 g。记录面条被拉断时的最大拉伸力和拉伸距离，分别除以面条厚度得到最终数据。

(9) 面条TPA模式测定：评价面条硬度、黏性、弹性、黏聚性、咀嚼性、回复性。把5根煮后面条无空隙并排放置于测定平台上进行测定。探头ALKB-F测前、测中、测后速率均2.0 mm/s。压缩程度75%，两次压缩停留间隔10 s，数据采集速率200 p/s。触发值10 g。

(10) 面条感官评定：由四川农业大学食品学院10名具有专业知识并经过感官培训的人员，对面条进行感官评定。感官人员的培训感官评分标准见表5。

1.3 分析方法——熵权法

(1) 数据标准化：假设给定了K个指标X1，X2，……，XK，其中Xi={x1x2xn}。假设对各指标数据标准化后的值为Y1，Y2，……，YK，那么Yij=(Xij-minXi)÷(maxXi-minXi)。

(3) 确定各指标权重Wi：Wi=(1-Ei)÷(k-∑Ei)(i=1,2,……,k)。

表5 马铃薯面条感官评定标准

1.4 数据处理

用软件IBM SPSS Statistics 19 进行显著性分析，用 Microsoft Excel 进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 正交试验

利用熵权法[20-21]对4组正交试验所得的数据进行分析，得到马铃薯全粉面条各项指标权重，从而得出各指标的综合评分，用以确定不同比例马铃薯全粉面条的最优基础配方。

由表7可知，在马铃薯全粉面条的评价指标中，黏度指标所占的权重最大，是权重占比最小的抗拉强度10倍左右，可能是在4组正交试验中，全粉添加量的不同对面条的黏度产生的影响较大，导致面条黏度的相对变动范围较大，所得权重大于其他指标。

不同试验组所有指标的总分，用于正交试验结果分析。全粉添加量为25%，30%，35%，40%时，正交试验结果分析见表8。

由表8可知，在全粉添加量为25%时，对马铃薯全粉面条品质产生影响的主次因素依次为食盐添加量、加水量、和面时间、碱添加量。面条的最优基础配方为A2B2C3D3，即食盐添加量0.6%，碱添加量0.4%，和面时间7 min，加水量55%。

在全粉添加量为30%时，对马铃薯全粉面条品质产生影响的主次因素依次为食盐添加量、碱添加量、和面时间、加水量。面条的最优基础配方为A3B2C1D1，即食盐添加量1.2%，碱添加量0.4%，和面时间6 min，加水量60%。

在全粉添加量为35%时，对马铃薯全粉面条品质产生影响的主要因素为食盐添加量，其次是碱的添加量，其他因素对面条品质的影响均较小。面条的最优基础配方为A2B3C3D1，即食盐添加量0.8%，碱添加量0.6%，和面时间8 min，加水量65%。

表6 不同比例马铃薯全粉面条正交试验结果

续表6

全粉比例试验号硬度/g黏度/(g·s-1)咀嚼性回复性弹性凝聚性感官评分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 马铃薯全粉面条各指标权重

表8 不同比例马铃薯全粉面条正交试验结果分析

在全粉添加量为40%时，对马铃薯全粉面条品质产生影响的主次因素依次为碱添加量、食盐添加量、加水量、和面时间，其中加水量和和面时间对面条品质影响较小。面条的最优基础配方为A2B3C1D2，即食盐添加量0.8%，碱添加量0.6%，和面时间5 min，加水量72.5%。

食盐能够收敛面筋组织，增强湿面筋的弹性和延伸性，防止面条在干燥过程中因失水过快而断条弯曲，适量添加能够显著改善面条的品质，但过高的添加量会降低面团的弹性和延伸性，一般在食盐添加量>2%，面条就会偏咸，感官评分降低。在4种不同添加比例下，食盐总添加范围为0.6%～1.2%。碱虽然也具有收敛面筋的作用，但在提高面团延伸性方面的作用比食盐差，对马铃薯面条色泽的改变有显著性影响，过量的碱会使面条的色泽变灰变暗，碱味过重，所以碱的添加量较低其范围在0.4%～0.6%。加水量的多少对面条的成型会产生直接影响，过低在压延过程中面条会产生很大损失，甚至无法成型，过高面条会出现粘辊现象。且与一般小麦面条不同，由于全粉含水量低、吸水率高，其添加对加水量影响显著，试验结果表明，在不同添加量下，全粉的添加量几乎与加水量呈正比关系，并且明显高于一般小麦面条30%～35%的加水量[22]，在40%添加量下达到72.5%。和面的作用是为了使面团充分吸水，形成面筋组织，但搅拌时间过长，会使面团弱化，影响面团的弹性和韧性。不同添加量下和面时间的范围为5～8 min。

2.2 最优基础配方验证实验

对以上所得的不同比例马铃薯全粉面条的基础配方进行验证实验，以面条的综合评分和感官评分对面条品质进行评价试验，结果见表9。在不同比例下测得的面条的感官评分和综合评分均高于试验组，说明正交试验的最优组合正确，所得面条品质高于试验组。

表9 不同比例马铃薯全粉面条验证实验结果

3 结论

由不同比例马铃薯全粉面条的最优配方可知，在不同的全粉添加量下，食盐、碱添加量、和面时间和加水量均有差异，尤其是加水量差异显著。因此针对不同的添加量进行基础配方优化是可行的、有必要的。此最优配方下，面条品质的总评分均高于试验组，面条感官评分除40%全粉添加量外，均在80分以上，面条总体品质达到最佳。与前人研究[10]结果——消费者对全粉添加量可接受度为40%相一致。但全粉添加比例为40%时，面条的综合评分0.685 95略低于25%时的0.692 27，说明通过添加剂对面条品质进行改良之后，全粉添加量预计可达45%及以上。根据验证实验全粉添加量在25%时，面条的整体品质优于其他3种添加比例，因此在实际生产中全粉添加比例为25%最适。全粉添加量在30%时，面条的感官品质高于其他3种添加比例，可能是感官评价的主观性导致其结果与综合评分结果不一致，之后试验可通过模糊数学等感官评价方法使感观试验数据更科学有效，试验表明基于熵权法的正交试验能够更加全面地对面条的整体品质进行分析，得到较为可靠的结果。