辛世華,韓小珍

(1.寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院旅游管理學(xué)院,寧夏銀川 750021; 2.寧夏大學(xué)學(xué)術(shù)期刊中心,寧夏銀川 750021)

馬鈴薯俗稱土豆、洋芋、山藥蛋、荷蘭薯等,原產(chǎn)于南美洲安第斯山區(qū),自17世紀(jì)傳入中國?，F(xiàn)已成為我國主要的糧食作物之一,也是重要的蔬菜、飼料和工業(yè)原料及多用途的高產(chǎn)、高適應(yīng)性農(nóng)作物[1]。馬鈴薯具有低熱量、高蛋白等特點,同時含有多種維生素和礦物質(zhì),人體所需各種營養(yǎng)素幾乎都具備,還含有抗壞血酸以及胡蘿卜素等,具有強身益氣、緩急止痛、和胃健脾等保健功效,被國內(nèi)外營養(yǎng)學(xué)家譽為“十全十美的食物”。馬鈴薯的營養(yǎng)成分與葡萄、蘋果、鴨梨、杏的營養(yǎng)成分相比,除了脂肪、粗纖維和VA較低之外,其他成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它們,特別是VC,其含量是這4種水果的7倍。馬鈴薯全粉具有低脂肪、低糖分的特點,并能最大程度的保持馬鈴薯中原有的維生素B1、維生素B2、維生素C和礦物質(zhì)鈣、鐵、鉀等營養(yǎng)成分,因此可加工為嬰兒或老年消費者理想的營養(yǎng)食品。以馬鈴薯全粉為原料,開發(fā)各種高營養(yǎng)食品,廣泛用于食品加工,如復(fù)合薯片、膨化食品、嬰兒食品、快餐食品、速凍食品、方便土豆泥面包、餅干等。使用該產(chǎn)品,對于改善食品口感,調(diào)整食品營養(yǎng)結(jié)構(gòu)有顯著的促進(jìn)作用,對于推進(jìn)全營養(yǎng)膳食,改善我國人民的飲食結(jié)構(gòu)、提高營養(yǎng)與健康水平具有重要意義。

在食品體系質(zhì)量評價過程中,感官評價是評價食品質(zhì)量的重要指標(biāo),但容易受到評價人員主觀因素的影響,具有極大的不穩(wěn)定性。因此,利用模糊數(shù)學(xué)評價法建立綜合評價體系,對食品感官品質(zhì)進(jìn)行數(shù)學(xué)化和定量化描述,綜合考慮各因素對整體效果的影響,進(jìn)而利用模糊數(shù)學(xué)原理對產(chǎn)品的品質(zhì)做出客觀、準(zhǔn)確的評價。已有學(xué)者利用模糊數(shù)學(xué)評定法優(yōu)化了水晶蝦仁漿液[2]、紅棗脆片工藝[3]等的配方,評價木瓜脆片[4]、鱸魚[5]等的品質(zhì)。目前,對馬鈴薯蛋糕的模糊評價方法尚未見報道。

本文以馬鈴薯全粉為主要原料,通過單因素實驗,確定實驗因素的取值范圍和編碼水平;利用模糊數(shù)學(xué)法,計算出馬鈴薯全粉蛋糕的綜合感官評分,以模糊綜合評分Y為響應(yīng)值,通過響應(yīng)面分析,優(yōu)化出馬鈴薯全粉蛋糕的最佳工藝條件,并對質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯全粉 寧夏法福來食品股份有限公司;低筋面粉 濰坊風(fēng)箏面粉有限責(zé)任公司;色拉油、白砂糖、全脂牛奶、雞蛋、食用醋 潤恒城農(nóng)貿(mào)批發(fā)市場。

TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀(平底柱形探頭P/35) 英國Stable Micro Systems有限公司;海式HO-405電烤箱 帝諾威(長沙)烘培用品有限公司;海式HM330打蛋器 青島漢尚電器有限公司;蛋糕模具 帝諾威(長沙)烘培用品有限公司;SQP124電子天平 上海習(xí)仁科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 參照賀萍等[6]的制作工藝對馬鈴薯泥蛋糕制作工藝改動如下:

1.2.2 操作要點 蛋黃調(diào)糊:用手動攪打器將4個蛋黃(60～70 g)攪打均勻,顏色變淺后依次加入一定量的全脂牛奶、色拉油、一定量的白砂糖、低筋面粉,慢慢地攪勻至光滑細(xì)膩無顆粒感。

蛋白打發(fā):蛋白pH在7.6～8.0,加入2～3滴食用醋調(diào)節(jié)蛋白pH至7以下,用攪打器攪打均勻后均分3次加入一定量的白砂糖,低速打至呈現(xiàn)紋路狀態(tài)。最后加入一定量的馬鈴薯全粉,充分?jǐn)嚧?至無明顯顆粒為止。固定方向攪打至蛋白糊成干性發(fā)泡狀態(tài)。

混合調(diào)制:用刮刀取1/3蛋白糊加入到蛋黃糊中,用刮刀翻拌均勻;繼續(xù)刮取1/3蛋白糊加入到蛋黃糊中,持續(xù)翻拌均勻;最后全部加入到蛋黃糊中翻拌均勻,倒入模具。

蛋糕烘烤、冷卻:烤箱預(yù)熱20 min。第1階段:先關(guān)閉上火,底火溫度160 ℃,烘烤時間35 min;第2階段:上火溫度調(diào)至120 ℃,底火溫度不變,烘烤時間10 min。烤制結(jié)束后立即倒扣冷卻。

1.2.3 單因素實驗設(shè)計 在工藝條件和其他原料添加量相同的情況下,以馬鈴薯全粉、色拉油和白砂糖3個因素進(jìn)行單因素實驗。以100 g粉計,分析各個因素最佳添加量范圍。馬鈴薯全粉、色拉油、白砂糖固定值分別為20%、50%、75%,按照表1依次改變其中一個因素的取值，進(jìn)行單因素實驗。

表1 馬鈴薯全粉蛋糕單因素水平Table 1 Single factor level of purple photo powders’ cake

1.2.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計 在單因素實驗基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken中心組合實驗設(shè)計原理,選取馬鈴薯全粉(A)、色拉油(B)、白砂糖(C)3個試驗因素,以感官評分(Y)為響應(yīng)值,設(shè)計響應(yīng)面試驗,見表2。

表2 響應(yīng)面試驗因素水平表Table 2 Factors and levels of response surface methodology

1.3 馬鈴薯蛋糕質(zhì)構(gòu)測定

模擬人口腔的咀嚼運動,對固體、半固體樣品進(jìn)行2次壓縮,從而可以分析質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)[7-8]。選取最優(yōu)實驗條件下的馬鈴薯蛋糕樣本進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定。去除周圍蛋糕皮,切成3 cm×3 cm×3 cm塊狀測試樣品。選用TPA模式,采用平底柱形探頭P/35。測定條件:測前速率為1 mm/s,測時速率為1 mm/s,側(cè)后速率為1 mm/s,下壓距離為15 mm(50%),兩次壓縮間距為1 s,一次測定不同工藝條件下馬鈴薯蛋糕的硬度、粘度、彈性、粘聚性、膠黏性、咀嚼性、回復(fù)性。

1.4 模糊數(shù)學(xué)評價

參照Sallam[9]的方法。將烘烤好的蛋糕切成大小一致的方塊,請10位食品專業(yè)人員(其中,男生4人,女生6人),從組織結(jié)構(gòu)、色澤、口感、彈性4個方面對蛋糕進(jìn)行感官評定,并做出評分[10]。將評分匯總,計算平均值。

1.4.1 因素集 馬鈴薯蛋糕的因素集為組織結(jié)構(gòu)、色澤、口感、彈性。

1.4.2 評語集 該實驗中馬鈴薯蛋糕的評語集V=(v1,v2,v3,v4,v5)。其中v1,v2,v3,v4,v5分別表示很好、好、一般、差、很差(其中,很好81～100分、好61～80分、一般41～60分、差21～40分、很差0～20分)。感官評定見表3。

表3 馬鈴薯全粉蛋糕感官評定表Table 3 Sensory evaluationTable of purple photo powders’ cake

1.4.3 權(quán)重集 該實驗采用用戶調(diào)查法來確定權(quán)重[11]。請10位感官評價人員,對馬鈴薯蛋糕的組織結(jié)構(gòu)、色澤、口感、彈性4個因素,在所有因素中所占重要性程度的比率進(jìn)行分析評價并打分。

1.4.4 隸屬度及模糊矩陣 將10名感官評定人員的評價進(jìn)行分析,統(tǒng)計各因素所得到評語的次數(shù),繪制成表。將表中各因素所得評語次數(shù)除以人數(shù)10,得到4個因素對4項評語的隸屬度。根據(jù)模糊變換原理,得到模糊矩陣Aj。

式中,j=1,2,3,4為樣品編號;i=1,2,3,4,5為質(zhì)量評價因素;ri1,ri2,ri3,ri4,ri5分別為第i個評價因素對各項評語的隸屬度。

1.4.5 綜合評分計算 將模糊向量單值化進(jìn)行比較排序,設(shè)定很好80～100分、好60～80分、一般40～60分、差20～40分、很差0～20分[12]。將綜合評定結(jié)果各個量分別乘以對應(yīng)的分值后進(jìn)行加和,最后得出每個產(chǎn)品的綜合評分。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面分析,Origin 8.5和SAS 9.2進(jìn)行統(tǒng)計分析。所有數(shù)據(jù)重復(fù)測定3次,計算平均值,結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 馬鈴薯全粉添加量對感官評分的影響 馬鈴薯全粉添加量對烘烤后馬鈴薯全粉蛋糕感官評分的影響結(jié)果見圖1。

圖1 馬鈴薯全粉添加量對感官評分的影響Fig.1 Effect of purple potato powders addition on sensory score

由圖1可知,隨著馬鈴薯全粉添加量的增加,馬鈴薯蛋糕感官評分先增加后緩慢降低。當(dāng)馬鈴薯全粉含量增加,烘烤出的蛋糕內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為緊密,有輕微粘牙,且彈性較小,結(jié)構(gòu)疏松,彈性較小,黏度增加,不利于蛋糕的制作,感官評分降低。當(dāng)馬鈴薯全粉為20%時,感觀評定分最高,因此選擇20%作為馬鈴薯全粉蛋糕的最佳添加量。

2.1.2 色拉油添加量對感官評分的影響 色拉油添加量對烘烤后馬鈴薯全粉蛋糕感官評分的影響結(jié)果見圖2。

圖2 色拉油添加量對感觀評分的影響Fig.2 Effect of salad oil addition on sensory score

隨著色拉油添加量的增加,馬鈴薯全粉蛋糕感觀評分先增加后降低。當(dāng)色拉油添加量為60%時,感官評分最高。色拉油的使用使馬鈴薯蛋糕的組織更加疏松,口感更加柔軟,香味更加濃郁,改善蛋糕品質(zhì)。

2.1.3 白砂糖添加量對感官評分的影響 白砂糖添加量對烘烤后馬鈴薯全粉蛋糕感官評分的影響結(jié)果見圖3。

圖3 白砂糖添加量對感觀評分的影響Fig.3 Effect of white sugar addition on sensory score

白砂糖的添加可以增加馬鈴薯全粉蛋糕的風(fēng)味,加深表皮顏色。白砂糖添加過多,美拉德反應(yīng)過于劇烈,導(dǎo)致馬鈴薯全粉蛋糕顏色過深,口感甜膩,整體風(fēng)味失衡。白砂糖添加過少,蛋糕口感無法達(dá)到要求,口感粗糙,顏色淺談。當(dāng)白砂糖添加比例為75%時,馬鈴薯蛋糕風(fēng)味和顏色最佳。

2.2 模糊數(shù)學(xué)感官評價

2.2.1 馬鈴薯蛋糕感官評定指標(biāo)權(quán)重結(jié)果馬鈴薯蛋糕感官評價指標(biāo)權(quán)重統(tǒng)計結(jié)果見表4。從表4可看出,最終確立各向量的權(quán)重集X=(x1,x2,x3,x4)=(0.21,0.15,0.26,0.38)。

表4 馬鈴薯蛋糕質(zhì)量因素的權(quán)重分布統(tǒng)計Table 4 Weight distribution and statistics of purple photo powders’cake quality factor

2.2.2 模糊數(shù)學(xué)評定結(jié)果 根據(jù)響應(yīng)面試驗方案的設(shè)計,制作出相應(yīng)的17組產(chǎn)品。馬鈴薯蛋糕的質(zhì)量因素的權(quán)重分布結(jié)果見表4。

以表4的1號樣品為例,得到模糊評價關(guān)系矩陣A1。

同理可得到A2～A17。

2.2.3 模糊變換及綜合評價結(jié)果 根據(jù)模糊變換原理,將綜合評定結(jié)果中各個量分別乘以其對應(yīng)的分值,并進(jìn)行加和,得到每個產(chǎn)品的最后總分,結(jié)果見表5。

表5 響應(yīng)面實驗方案及結(jié)果Table 5 Experimental design and results for response surface analysis

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

2.3.1 響應(yīng)面實驗結(jié)果與分析 利用利用Design-Expert 7.0軟件對模糊綜合評價結(jié)果進(jìn)行二次回歸擬合分析,得到多元二次回歸方程:Y=85.93-9.80A-3.07B+3.83C-1.14AB-2.07AC-2.93BC-5.06A2-7.06B2-7.27C2

由表6可知,馬鈴薯全粉添加量、色拉油添加量、白砂糖添加量對感官評分的影響均呈極顯著。同時,除AB項之外各因素的交互作用對感官評分均有極顯著影響。失擬項p=0.0548>0.05,模型不顯著,表示模型預(yù)測值與實際值擬合程度高。因素F值的大小反映其對試驗指標(biāo)的重要性,F值越大,表明對試驗指標(biāo)影響越大[13]。對因素的影響程度進(jìn)行分析,影響馬鈴薯蛋糕感官評分因素主次排列順序應(yīng)為:馬鈴薯全粉添加量>白砂糖添加量>色拉油添加量。

表6 回歸模型的方差分析Table 6 Variance analysis of regression model

2.3.2 因素間的交互作用分析 響應(yīng)面曲線圖是由響應(yīng)值與任意2個試驗因素構(gòu)成的三維曲面圖,可通過每個曲面的彎曲弧度來判斷各因素之間的交互作用,彎曲程度越大,說明交互作用越強[14]。響應(yīng)曲面的走勢及坡度體現(xiàn)了試驗因素對響應(yīng)值的影響,曲面走勢越陡峭,表明兩因素交互效應(yīng)對響應(yīng)值的影響越顯著,走勢越平緩則與之相反。等高線的形狀及疏密程度也可表示出兩因素互作效應(yīng)的強弱,等高線呈橢圓形且曲線密集體現(xiàn)其互作效應(yīng)對響應(yīng)值的影響顯著,若為圓形且曲線稀疏則影響不顯著。等高線則反映了兩個因素交互作用的顯著程度,越接近圓形交互作用越不明顯。圖4反映馬鈴薯全粉添加量、色拉油添加量、白砂糖添加量3個試驗因素以感官評分為響應(yīng)值的曲線圖。

圖4 兩因素交互作用的響應(yīng)面曲線圖Fig.4 Response surface curve of two-factor interaction

由圖4的響應(yīng)面圖可知,色拉油添加量與白砂糖添加量曲線彎曲程度最大,說明色拉油添加量、白砂糖添加量的交互作用最強。馬鈴薯全粉添加量與色拉油添加量曲線最為平緩,表明馬鈴薯全粉添加量與色拉油添加量的交互作用最不明顯。

2.3.3 驗證試驗 通過數(shù)學(xué)模型對馬鈴薯全粉蛋糕加工工藝進(jìn)行優(yōu)化分析獲得最佳工藝配方為馬鈴薯全粉20%、色拉油50%、白砂糖75%,預(yù)測感官評分最終得分為90分。在優(yōu)化條件下進(jìn)行3次重復(fù)驗證實驗,感官評價平均得分為(90.88±0.05)分,與模型預(yù)測值基本相符,說明該模型與實際情況較為擬合,優(yōu)化所得的工藝參數(shù)合理、可靠,具有實用價值。

2.4 質(zhì)構(gòu)儀測定對馬鈴薯蛋糕的影響

2.4.1 馬鈴薯全粉蛋糕TPA圖譜 圖5馬鈴薯全粉蛋糕TPA圖譜,表示馬鈴薯全粉蛋糕整段壓縮過程,橫坐標(biāo)表示壓縮時間(s),縱坐標(biāo)表示壓縮力(g)。圖5中1～2段表示第1次壓縮過程,其中第1段未出現(xiàn)圖1典型TPA圖譜中第1個峰值,說明馬鈴薯全粉蛋糕表面不具有脆性特征而是具有一定柔軟度;圖5中點2即為第1個峰值,表示壓縮硬度,2～3段表示壓縮到指定距離后返回段;圖5中3～4表示第1次壓縮結(jié)束至第2次壓縮間隔,其中3～4段中在橫坐標(biāo)下部分表示:第1次壓縮回到起始點后蛋糕由于力的作用繼續(xù)向上作用而導(dǎo)致;圖5中4～6段表示第2次壓縮過程。其中,點5表示第2次壓縮峰值。

圖5 馬鈴薯全粉蛋糕TPA圖譜Fig.5 Potato whole cake cake TPA map

2.4.2 馬鈴薯全粉蛋糕TPA試驗分析 制作馬鈴薯全粉蛋糕進(jìn)行TPA質(zhì)構(gòu)測定得出試驗結(jié)果見表7。

表7 TPA物性測量參數(shù)Table 7 TPA property measurement parameters

通過SAS 8.2統(tǒng)計軟件對物性測量參數(shù)進(jìn)行分析見表8。

表8 物性測量參數(shù)特征值分析Table 8 Characteristic analysis of property measurement parameters

通過SAS軟件對馬鈴薯全粉蛋糕質(zhì)構(gòu)檢測參數(shù)分析[15],由表6得出第一主成分硬度、彈性與馬鈴薯全粉蛋糕關(guān)系較密切,第二主成分黏聚性、回復(fù)性與馬鈴薯全粉蛋糕關(guān)系較密切。所以主要從硬度、彈性、黏聚性和回復(fù)性對馬鈴薯全粉蛋糕進(jìn)行分析。由表5可知,馬鈴薯全粉的添加量增加,蛋糕的硬度下降,黏聚性、回復(fù)性增加[8]。馬鈴薯全粉中的淀粉具有較好的黏附性能,使面筋相互粘合形成細(xì)膩的面團(tuán),可提高黏度[16]。馬鈴薯全粉不含面筋蛋白質(zhì),強吸水作用及全粉中蛋白質(zhì)等物質(zhì),影響?zhàn)ざ戎凳蛊浣档?。所以馬鈴薯全粉在合適的范圍內(nèi)對蛋糕的制作有極大的作用。馬鈴薯全粉質(zhì)量含量為20%為最佳。蛋糕中添加色拉油,使面筋蛋白和淀粉顆粒潤滑柔軟具有彈性,具有乳化性質(zhì)可保留水分,改善蛋糕口感、增加風(fēng)味。色拉油的質(zhì)量含量為50%最佳。白砂糖在蛋糕中能增加風(fēng)味、烘烤過程中形成美拉德反應(yīng)改變表皮顏色,也能增加蛋糕柔軟[17]。合適的白沙糖含量可使蛋清起泡更充分,白沙糖質(zhì)量含量為75%為最佳。

3 結(jié)論

以馬鈴薯全粉為主要原料制作馬鈴薯全粉蛋糕,通過單因素與響應(yīng)面試驗及TPA質(zhì)構(gòu)檢測,確定馬鈴薯全粉蛋糕最佳工藝。結(jié)果表明:馬鈴薯全粉對蛋糕的影響較大,其次是色拉油。通過TPA測定及SAS軟件分析得出硬度、彈性、黏聚性、回復(fù)性與馬鈴薯全粉蛋糕關(guān)系較為密切。馬鈴薯全粉蛋糕最佳配比為:馬鈴薯全粉20%、色拉油50%、白砂糖75%,烘焙出的馬鈴薯全粉蛋糕具有良好的口感色澤及風(fēng)味。