基于主成分分析法优化青稞马铃薯夹馅酥饼的加工工艺

赖 攀，丁 捷，陈云川，黄益前，乔明锋，周 航

（四川旅游学院食品学院，四川 成都 610100）

川西藏区位于四川省西部、青藏高原东南缘，具有海拔高、辐射强、昼夜温差大且农业生态环境脆弱的特点。青稞（Hordeum vulgareL.var.nudum Hk.f.）和马铃薯（Solanum tuberosumL.）因其生育期短、耐寒耐旱且抗逆性强，是当地群众传统特需口粮作物。青稞，又称为裸大麦，是目前已知β-葡聚糖含量最高的谷类，具有“三高两低”的营养特性，即高蛋白、高纤维、高维生素、低脂肪、低糖，被证实具有良好的抗氧化性、抗癌等功效[1-3]。马铃薯富含蛋白质、维生素和矿物质，具有和胃、调中、健脾、益气、强身益肾等保健功效，有低糖、低脂肪、高膳食纤维的营养特性[4-5]。马铃薯含有大量的谷物类食品缺少的必需氨基酸，若将青稞和马铃薯在饮食中合理搭配，可有效补充小麦粉中缺失的营养成分，实现营养均衡[6]。川西藏区的青稞与马铃薯商品化程度较低，马铃薯大多作为蔬菜食用，青稞多制作成饲料和酒类原料，加工产品没有形成规模，外销难度较大[7-8]。究其原因主要在于产品缺乏创新性、藏区外普通消费者更倾向购买符合大众口味的主食面点及休闲食品[9]。

目前将青稞和马铃薯分别添加到烘焙产品中的研究较多。张云焕等[10]将马铃薯全粉添加到披萨面团中，缩短了面团的形成时间，提高了面团的发酵能力和弹性，丰富了披萨的品种与营养价值。董晓琳等[11]以一次发酵法优化了马铃薯泥面包的工艺，成品的风味保留更佳、耗能更低。赵煜等[12]将马铃薯与面粉混合用于面条的制作，成品适口性好、有嚼劲，具有良好的感官特性。孙洪蕊等[13]在马铃薯和小麦粉混合粉中添加面粉品质改良剂，改善了马铃薯馒头的品质。Pejcz 等[14]用部分青稞全粉代替面粉加入到面包之中，改变了青稞的加工特性，同时提高了面包的品质与营养。杨青青等[15]以青稞和蓝莓为原料研制的饼干改善了青稞饼干的口感，平衡了饼干的酸甜比。丁捷等[16]采用蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、NaHCO3、大豆蛋白以及茶多酚复配改良了速冻微波青稞蛋糕品质。黄益前等[17]将青稞与松墨天牛幼虫组合，优化产品配方，开发了松墨天牛幼虫青稞蛋糕。然而，将青稞和马铃薯组合开发中西式面点的研究尚未见相关报道。

酥饼是具有悠久历史的传统糕点，因其形式多样、口感酥松深受大众喜爱。随着社会的发展，以水果为馅料的酥饼因种类口味单一，营养成分简单且高油、高糖、难消化的特点，难以满足消费者对健康产品的需求[18]。而近年来，此类酥饼的研究又多为馅料的研制，如以佛手、冬瓜为馅料研制的佛手酥[19]，以安顺金刺梨为馅料的金刺梨酥[20]。利用杂粮加工酥饼的研究尚未见报道。

本研究以青稞、马铃薯为主要原料，青稞全粉、马铃薯、黄油、皮馅比为主要影响因素，以酥饼的质构特性、色差特性、比容的规范化主成分综合评分为评价指标，通过L9（34）正交设计优化青稞马铃薯夹馅酥饼的最优工艺，为青稞与马铃薯组合开发新产品探索了一条新途径。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

低筋粉：蛇口南顺面粉有限公司；实验室自制青稞全粉：康青9 号收获于四川甘孜州农科所道孚县八美农场。

麦芽糖：江苏先卓食品科技股份有限公司产品；黄油：购于恒天然贸易（上海）有限公司；奶粉：内蒙古伊利实业集团股份有限公司产品；糖粉：江西巧嫂食品有限公司产品；玫瑰水蜜桃馅料：实验室自制。马铃薯、玫瑰花瓣超微粉、水蜜桃、冬瓜、柠檬、火龙果、白砂糖、食盐、鸡蛋均为市售，符合国家标准。

1.1.2 仪器与设备

TMS-PRO 型高精度专业食品物性分析仪，JC13-DC-P3A 型全自动色差仪，DS-1 型高速组织捣碎机，RM-3500 型商用电磁炉，XYF-3K 型远红外线食品烤炉。

1.2 方法

1.2.1 基础原料配比

根据前期预试验确定青稞马铃薯夹馅酥饼皮的基础配方为：以青稞全粉和低筋粉混粉总重1 000 g为基准，低筋粉90%，青稞全粉10%，马铃薯泥20%，黄油50%，糖粉30%，全蛋液27%，奶粉8%，食盐1%。

1.2.2 工艺流程

1.2.3 操作要点

1.2.3.1 马铃薯泥制作

首先挑选2 000 g 无发芽、霉变的新鲜马铃薯，用水洗净后去皮切片，放入蒸锅中熟制30 min，碾压成泥，冷却备用。

1.2.3.2 酥皮制作

按原料配比称量黄油、糖粉、鸡蛋，顺时针混合揉制1.5 min，将蛋液分3 次加入，同时顺时针揉制，每次9 g，时间间隔30 s。将低筋粉、马铃薯泥、青稞全粉、奶粉依次加入，混匀，使用层叠法揉面4 min，直至面团成型。将酥皮搓条，20 g 面团按压成皮，包入15 g馅料（皮馅比例4∶3），用铝合金模具（长×宽×高=49 mm×37.5 mm×16 mm）按压成型。产品连同模具一同放入烤箱（上火180 ℃、下火140 ℃），烘烤10 min后取出翻面继续烘烤5 min 取出。取出后马上脱模，冷却。

1.2.4 单因素试验设计

在基础配方的条件下，以1 000 g 混粉为基准，分别研究马铃薯泥添加量（10%、15%、20%、25%、30%）、黄油添加量（45%、50%、55%、60%、65%）、青稞全粉添加量（8%、11%、14%、17%、20%）、皮馅比例（12∶4、10∶4、8∶4、6∶4、4∶3）对青稞马铃薯夹馅酥饼质构特性、色差、感官评分及比容的影响，以主成分综合评分为考察指标，选择较优水平。

1.2.5 正交试验设计

根据单因素试验结果，采用L9（34）的正交表安排试验，因素及水平如表1 所示。

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

1.2.6 测定项目与方法

1.2.6.1 质构特性

选择TPA 程序，探头为R36，形变量50%，检测速度60 mm/min，最小感应力0.375，间隔2 s。测定硬度、胶黏性、咀嚼性。样品挤压测定中间部分，每组样品平行试验3 次，结果取平均值。

1.2.6.2 色差

使用全自动色差计测定酥饼的颜色变化，每个样品测 3 次，分别记录L*、a*、b*值。

1.2.6.3 比容

参考丁捷等[16]的方法，采用小米置换法测定。每组取3 个有代表性的样品，结果取平均值。

1.2.6.4 感官评价

采用观察品尝法，由10 名品评员对样品的感官质量进行评分，以色泽（20 分）、口感（25 分）、风味（30分）、组织形态（25 分）为感官评定指标对其进行评定，满分为100 分，见表2。

表2 感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards

1.2.6.5 主成分综合得分计算

参考肖猛等[21]的方法，根据主成分贡献度选取主成分数量，根据主成分得分计算各产品综合得分F，计算公式为：

式中：PC1、PC2…PCn为主成分贡献率，F1、F2、Fn为主成分得分。

1.2.6.6 消费者满意度调查

在成都市龙泉驿区洛带古镇随机选择在20+、30+、40+、50+、60+、70+六个年龄层次游客各 20 人，共计120 人作为调查对象。调查对象现场进行酥饼品尝，分别对酥饼色泽、组织形态、风味、口感四个方面的感官感受进行满意度调查，其中非常满意（90～100分）、满意（80～90 分）、可以接受（70～80 分）、不满意（70 分以下）。计算公式为：

消费者满意度（%）=（非常满意人数+满意人数）/120×100

1.2.7 数据处理

采用Excel 2010 软件进行数据统计，单因素方差分析及主成分分析采用SPSS 21.0 软件处理。

2 结果与分析

2.1 关键工艺点对青稞马铃薯夹馅酥饼品质的影响

2.1.1 马铃薯泥添加量

马铃薯泥的细胞破碎率较小，风味物质流失少、具有马铃薯清香。与马铃薯全粉相比，马铃薯泥的能量更低、能有效减少营养物质的流失和保留马铃薯风味，并具有成本低、加工工艺简单等优点[22]。由表3可知，随着马铃薯泥添加量的增加，酥饼的硬度、胶黏性、咀嚼性不断增大，最大值分别为170.32 N、14.58 N和29.34 mJ，相比于添加量10%显著提高84.97%、281.68%和270.92%。a*、b*、感官评分呈先增加后减小趋势，当添加量为25%时，a*、感官评分分别达到最大值2.00、87.44，15%时b*达到最大值 25.4。

2.1.2 黄油添加量

黄油的作用主要是起酥和调节酥饼的黏稠度[23]。油脂分布在淀粉微粒和面筋蛋白周围，会形成一层薄的油膜，限制面团的吸水从而控制面筋的胀润性，油膜的隔离使面筋微粒相互黏合形成面筋网络，会降低酥饼的抗裂能力，使面团黏性差，不容易成型[24]。由表4 可知，随着黄油添加量的增加，酥饼的硬度与咀嚼性、感官评分呈先显著增加后显著降低的趋势，最大值分别为132.56 N、24.95 mJ 和90.23 分。胶黏性不断降低，在 65%降低到最小值（2.96）。L*、a*、b*均呈先降低后增加的趋势。

表3 马铃薯泥添加量对酥饼品质的影响Table 3 Effect of mashed potato addition on the quality of pastry

表4 黄油添加量对酥饼品质的影响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，面筋蛋白质低，富含支链淀粉，面团难以形成良好的面筋网络结构[8]。当青稞全粉添加量过高时，酥饼的粗糙感会增加，酥脆性降低，且面团的面筋筋力减小，酥饼不易成型。由表5 可知，随着青稞全粉添加量的增加，酥饼的硬度、胶黏性、咀嚼性先增加再降低，在添加量为11%时达到最大值，分别为 57.54 N、6.76 N 和 16.90 mJ；a*值先显著增加后显著降低。感官评分显著降低，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，随着皮馅比例的降低，酥饼的硬度、胶黏性不断降低，最小值分别为72.14 N 和4.59 N。咀嚼性、a*、感官评分先增高后降低，最大值分别为13.56 mJ、4.92 和 88.00 分。

2.2 基于理化特性的综合品质评价模型的构建

根据SPSS 20.0 对表中20 个不同配方的酥饼的7 个成分指标构成的20×7 的矩阵进行主成分分析，得出主成分特征值与累积贡献率如表7 所示，特征向量如表8 所示。

由表7 可知，前4 个向量累计的贡献率为89.451%，能代表原变量的绝大部分信息，因此，用前4 个主成分进行酥饼质量评价是可行的。

表5 青稞全粉添加量对酥饼品质的影响Table 5 Effect of highland barley flour addition on the quality of pastry

表6 皮馅比例对酥饼品质的影响Table 6 Effect of ratio of crust and stuffing on the quality of pastry

表7 解释的总方差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，F1主要反映硬度、胶黏性、咀嚼性在成分质量上所反映的信息。第2主成分：F2=0.033X1-0.292X2-0.385X3+0.899X4+0.801X+0.015X6+0.148X7，F2主要反映可L、a*在成分质量上所反映的信息。第3 主成分：F3=-0.238X1-0.171X2-0.143X3-0.155X4+0.374X5+0.954X6+0.212X7，F3主要反映b*在成分质量上所反映的信息。第4 主成分：F4=-0.235X1-0.327X2-0.290X3+ 0.273X4+ 0.027X5+0.195X6+0.924X7，F4主要反映比容在成分质量上所反映的信息。以不同特征值的方差贡献率βi（i=1，2，3，…，k）为加权系数，利用综合评价函数F= β1F1+β2F2+…+βkFk计算各样本得分，对其进行评价。最终基于主成分分析得到酥饼评价模型为:F=0.519 14F1+0.175 04F2+0.113 78F3+0.086 55F4。

2.3 关键工艺点水平较优范围的确定

根据上述质量评价模型，计算得到酥饼的综合品质评价得分，并结合酥饼的感官得分得到其关键工艺水平的较优范围。由图2 可发现，随着关键工艺水平的改变，基于客观品质的综合品质评分与感官评分的变化趋势基本一致，因此在后续研究中规范化综合评分可替代主观性过强的感官评分作为关键工艺点优化的考察指标。

由图1A 可知，马铃薯泥添加量在10%～25%时，感官评分和规范化综合评分呈现逐渐上升趋势，当其添加量超过25%时，规范化综合评分略有上升，但感官评分下跌近50%。综上所述，马铃薯泥较优添加量范围在20%～25%。由图1B 可知，随着黄油添加量的增加，酥饼的感官评分和规范化综合评分趋势基本均呈先增加后减小，二者达到评分最高点的添加量分别为50%和55%，因此黄油的添加量的最适范围是50%～55%。随着青稞全粉添加量的增加（图1C），酥饼的感官评分和规范化综合评分均呈逐渐走低趋势，添加量在8%～14%时表现较佳。而酥饼的感官评分和规范化综合评分却随着皮馅比例的降低呈现先增加后减小的趋势，在10∶4～6∶4 这个比例范围内，酥饼感官评分和规范化综合评分均优于其他处理组（图1D）。

2.4 关键工艺点正交试验结果与分析

在单因素试验的基础上，以马铃薯泥添加量、黄油添加量、青稞添加量、皮馅比例四个因素水平设计了L9（34）正交试验。试验结果见表9。利用公式：Z=（F-Fmin）/（Fmax-Fmin）进一步将主成分综合得分计算为规范化综合得分，以实现考察指标的简化。

表9 正交试验结果与分析Table 9 Results and analysis of orthogonal test

由表9 可知，对青稞马铃薯夹馅酥饼品质影响的大小依次是：A（马铃薯泥添加量）＞C（青稞添加量）＞B（黄油添加量）＞D（皮馅比例），即马铃薯泥添加量对青稞马铃薯夹馅酥饼的品质影响最大，青稞添加量、黄油添加量次之，皮馅比例影响最小；青稞马铃薯夹馅酥饼工艺最优组合为A3B3C1D3，即马铃薯泥添加量30%，黄油添加量55%，青稞全粉添加量8%，皮馅比例6∶4。

经验证试验，最优工艺加工获得的青稞马铃薯夹馅酥饼的综合得分为0.944 7，口感风味较理想，且通过提高原料配比中马铃薯泥添加量，有效降低了生产成本。对最佳工艺进行消费者满意度验证后（图2）可知，消费者对成品色泽、组织状态、风味、口感的满意度较高，分别达到了85%、91%、92%、94%。综上所述，由此工艺生产的青稞马铃薯夹馅酥饼成品综合品质良好，符合市场需求。

3 结论

以青稞全粉添加量、马铃薯泥添加量、黄油添加量、皮馅比例为关键因素，以主成分综合评分为考核目标，通过L9（34）正交设计优化青稞马铃薯夹馅酥饼的最优配方。其中马铃薯添加量对产品品质综合评分的影响最大，影响大小依次为：A马铃薯泥添加量＞C青稞添加量＞B黄油添加量＞D皮馅比例。青稞马铃薯夹馅酥饼的最优工艺为：马铃薯泥添加量30%，黄油添加量55%，青稞全粉添加量8%，皮馅比例6∶4。该工艺生产的青稞马铃薯夹馅酥饼外观微黄，口感酥松，消费者满意度较高。