马铃薯全粉与小麦粉配比对面团品质的影响

魏康 ，王伟涛，魏新林，张杰，王元凤

1.上海交通大学农业与生物学院（上海 201100）；2.上海师范大学生命科学学院（上海 200030）3.上海丽农农业科技有限公司（上海 201501）；4.上海交通大学重庆研究院（重庆 401122）

在我国，马铃薯除了产量高、种植面积广外，还具有生命力强、环境适应性强、营养价值高等优点[1]。2015年，原农业部把马铃薯主粮化工作列入重要议程，明确提出将马铃薯建设成继水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食作物。

受饮食习惯的限制与储存困难、供应困难、处理困难及消费者的产品选择有限等问题的影响，马铃薯产业链的发展受阻[2]。中国马铃薯加工业面临加工产品品种少、技术落后的困境[3]，限制了产品的开发及产量的增长，不利于产业发展。研究发现马铃薯全粉作为一种优良的食品原料和食品添加剂，以其营养全面、风味好、易加工、耐储存的特点[4]，可应用于婴幼儿食品、老人食品、糕点、膨化食品等[5]，受到马铃薯食品生产企业和国家粮食储备机构的重视[6]。研究指出，推动马铃薯加工制品的发展，将马铃薯加工成适合中国人消费习惯的馒头、面条等主食产品，从而更好地改善国民饮食结构，实现副食消费向主食消费转变，由新鲜产品向再加工制品产业化转变[7]。研究发现，将马铃薯粉添加到面团中，能够增加面团吸水率，缩短面团形成时间[8]，提升面团的品质，是良好的马铃薯全粉主食化发展方向。

试验探究添加马铃薯全粉对马铃薯全粉-小麦粉混合面团品质的影响，并建立马铃薯全粉-小麦粉混合面团品质综合评价体系，开发马铃薯全粉加工产品。试验结果为马铃薯主粮化战略提供理论支持，拓展马铃薯全粉在食品领域的应用范围，为其他含马铃薯食品开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯雪花全粉（甘肃兰州圣龙有限公司）；小麦粉（蛋白质含量8.0 g/100 g，北京古船食品有限公司）。

1.2 设备与仪器

TA.XT2i质构分析仪（英国Stable Micro Systems公司）；TC6KHB型天平（常熟市双杰测试仪器厂）；OM250型电子防潮箱（上海欧史拓尔实业有限公司）；BJ200型高速粉碎机（德清拜杰电器有限公司）；Farinograph-E型粉质仪（德国布拉班德公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯全粉-小麦粉混合粉及面团的制备

将粉碎的马铃薯雪花全粉及面粉过孔径100 μm筛，马铃薯全粉按0，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%和100%添加比例进行混合，将各混合粉样品分成2份，每份100 g，在恒温条件下，控制面团稠度500 FU左右，加水揉制成面团，在相对湿度50%、温度20 ℃条件下醒发0.5 h。

研究马铃薯全粉添加量对马铃薯全粉-小麦粉面团质构特性的影响。

1.3.2 混合面团质构指标测定

采用TPA质构分析法对面团进行质构分析。检测反映面团质构品质的6个指标：回复性、硬度、黏聚性、胶着性、黏着性、弹性。

1.4 数据处理

应用SPSS 20.0软件进行主成分分析数据处理，试验数据用Mean±SD表示，采用Tukey检验，差异显著水平为p＜0.05，运用Excel 2013软件进行作图分析。

2 结果与讨论

2.1 混合面团质构检测结果

由表1可知，随着马铃薯全粉添加量的增加，混合面团的硬度呈现先下降而后上升趋势；弹性呈现先上升后下降趋势，这与Zhang等[9]研究结果类似，适量马铃薯添加可以增强面团弹性，过量则降低面团弹性；黏着性呈现先下降后上升趋势；黏聚性呈现先上升后下降趋势；胶着性呈现先下降再上升最后下降趋势；回复性均呈现上升趋势。

表1 马铃薯全粉-小麦粉混合面团质构特性检测结果

2.2 混合面团质构特性主成分分析

2.2.1 适用性检验

采用SPSS 20.0软件中的Bartlett’s球状检验以检验各参数之间是否相互独立的指标值。其中，卡方近似值较大，代表数据适用于因子分析[10]。检测可知，混合面团质构数据的卡方近似值为67.57，sig为0.00，说明测得的各参数相互独立，进行主成分分析可行。

2.2.2 主成分的贡献率与选择

采取主成分分析法提取公因子，其特征值与贡献率描述见表2。

表2 混合面团相关成分的特征值及贡献率

由表2混合面团主成分分析可知，筛选特征值＞1的成分为主成分[11]，主成分1贡献率为65.51%，主成分2的贡献率为22.11%，累计贡献率为87.62%，符合主成分选择原则，包含样品的大部分信息，可反映混合面团质构性质的整体信息。

对初始成分矩阵采用最大方差法进行正交旋转，得到旋转后的主成分矩阵，可更好解释各因子间的关系[12]。表3中数值为各指标在主成分中的载荷量，能反映各指标对主成分贡献率的大小。通过分析旋转后的主成分矩阵可知，在混合面团的2个主成分中，主成分1的相关高载荷指标有硬度、胶着性和回复性，反映这三者的信息，因此主成分1为“硬度因子”；主成分2的相关高载荷指标有弹性和黏聚性，反映二者的信息，因此主成分2为“弹性因子”。

表3 混合面团初始主成分矩阵及正交旋转后成分矩阵

通过旋转空间成分图可以更直观地反映各个指标之间的关系。由图1可知，主成分1中硬度、胶着性和回复性贡献度均较高；主成分2中弹性和黏聚性贡献度均较高。

图1 混合面团旋转空间成分图

根据“主成分载荷量是主成分特征向量与相应特征值的算数平方根的乘积”的原则[13]，可以计算得出每个主成分对应质构指标的特征向量。

根据表4中数据，可构建出混合面团各个主成分同对应TPA质构指标之间的关系式。

表4 混合面团主成分特征向量结果

混合面团主成分表达式：Z1=0.46β1+0.27β2-0.41β3-0.44β4+0.40β5+0.44β6；Z2=0.34β1-0.59β2+0.42β3+0.26β4+0.50β5+0.21β6。

通过表达式中的系数可以得出，与混合面团主成分1呈正相关的质构指标有硬度、黏着性、胶着性、回复性，呈负相关的质构指标有弹性和粘聚性；与混合面团主成分2呈正相关的质构指标有硬度、弹性、黏聚性、胶着性、回复性，呈负相关的质构指标有黏着性。这与初始主成分矩阵的结果保持一致。

2.2.3 混合面团质构特性主成分得分分析

质构品质总得分的计算方式如式（1）所示。

式中：主成分1系数=主成分1特征值/（主成分1特征值+主成分2特征值）；主成分2系数=主成分2特征值/（主成分1特征值+主成分2特征值）。

根据式（1）可计算出混合面团的主成分1得分、主成分2得分及总得分，如表5所示。

以主成分1得分为横坐标、主成分2得分为纵坐标作散点图，可以反映不同样品间的分类情况，如图2所示。

表5 混合面团得分表

图2 混合面团不同马铃薯添加比例第一、第二主成分散点图

从整体来看，混合面团的样品，各个点的分布都较为分散。混合面团样品中，L1、L2和L3被分为一类，与L0未分为一类，说明马铃薯全粉添加量较少时对面团质构有明显影响，但不同添加量之间（限少量添加）对混合面团质构影响差异不大，试验结果与Liu等[14]研究类似，其研究发现在马铃薯全粉添加量0～35%对馒头质量有很大影响。

由图3可知，随着马铃薯全粉添加量增加，主成分1即硬度因子的得分呈现下降—上升—稳定趋势，这是因为小麦粉面团质构和流变性质的主要影响因素是面筋质量。在和面过程中，小麦淀粉与面筋蛋白吸水形成面筋网络，决定了面团的质构和流变性质性质[15]。

图3 混合面团主成分1得分趋势图

试验的马铃薯全粉是马铃薯雪花全粉。因为雪花全粉的加工工艺中包括预煮、蒸煮等步骤，所以其所含的淀粉是预糊化淀粉。不同于普通淀粉，预糊化淀粉在接触水之后，淀粉分子会恢复交联状态，使体系的黏度急剧增加。

马铃薯全粉添加量较小时，其起到的主要作用是稀释面粉，使混合粉中面筋蛋白含量下降；并且马铃薯淀粉吸水性较强，在和面过程中会与面筋蛋白争夺水分，弱化面筋网络[16]，从而降低硬度因子的评分。

随着马铃薯全粉添加量增加，混合粉中的主要成分变为预糊化马铃薯淀粉，糊化淀粉成为混合面团质构性质的主要影响因素。相比之前面筋网络体系被弱化时的状态，混合面团的硬度因子评分呈上升—稳定趋势。

由图4可知，随马铃薯全粉添加量增加，主成分2即弹性因子的得分呈现上升—稳定—下降趋势，这是因为面筋网络不仅影响面团的硬度，还影响面团的弹性。普通面团在改变形状时耗费的能量要远小于淀粉团。这可能是由于面筋蛋白网络可塑性较强，结构变化空间较大；而淀粉糊化后交联形成的结构较紧密，结构改变空间小[17]。

图4 混合面团主成分2得分趋势图

马铃薯全粉含有较多的淀粉，且在加工过程中含有诸如蒸煮等熟化工序，在复水后可得到大量糊化淀粉，容易形成相对紧密的淀粉团结构。因此弹性因子得分随全粉用量的增加呈上升和稳定趋势。随着面筋网络消失，维持淀粉团结构稳定的重要因素也随之消失，弹性因子得分呈急剧下降趋势。

图5 混合面团总得分趋势图

由图5可知，随着马铃薯全粉添加量增加，混合面团质构品质总得分均呈现先上升后下降趋势。通过分析表5数据可得，主成分1的系数大于主成分2的系数，说明主成分1对质构信息的贡献率要大于主成分2。因此，总得分的变化趋势受主成分1的影响更大，更多地表现出主成分1的变化趋势。

3 结论

应用主成分分析法，对反映马铃薯全粉-小麦粉混合面团质构品质的6个指标（硬度、黏着性、弹性、黏聚性、胶着性、回复性）进行降维分析，对混合面团的质构品质进行综合评定。经过主成分分析，分别提取2个主成分，其中主成分1代表着硬度相关指标的信息，为“硬度因子”；主成分2代表着弹性相关指标的信息，为“弹性因子”。混合面团2个主成分的累计贡献率为87.62%。构建出混合面团各个主成分同对应TPA质构指标之间关系式。

随着马铃薯全粉添加量增加，混合面团质构品质总得分均呈现先上升后下降趋势。总得分的变化趋势受主成分1的影响更大，更多地表现出主成分1的变化趋势。