王蓉琳,謝林美,呂 峰

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002)

甘薯包含紅薯、白薯、紫薯等多種品種,營(yíng)養(yǎng)豐富,且被譽(yù)為營(yíng)養(yǎng)最均衡的保健食品,是我國(guó)四大主要農(nóng)作物之一[1],在農(nóng)產(chǎn)品加工和糧食生產(chǎn)上占據(jù)重要的地位。福建是我國(guó)最早種植甘薯的地區(qū),目前甘薯的產(chǎn)量占全國(guó)糧食總量的17%左右[2]。紫薯(purple sweet potato,PSP),其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于普通甘薯,干物質(zhì)含量達(dá)18%～30%,蛋白質(zhì)含量20%左右,此外還有豐富的花青素、硒元素等[3-6]?；瓷?Chinese yam)也叫山藥,含有豐富的蛋白質(zhì)[7]、多糖[8-9]、維生素B族、維生素C、維生素E、膽汁堿和尿囊素等[10-11];且具有健脾益胃、助消化、滋腎益精、益肺止咳、益志安神、降血糖等保健功效。鑒于紫薯、淮山突出的營(yíng)養(yǎng)功能,許多學(xué)者對(duì)其功能性成分、加工特性與綜合開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行了較為深入的研究[12-17]。

薯丸是福建省的傳統(tǒng)地方特色小吃,是以甘薯和糯米粉為主要原料加工而成的淀粉制品,近年來(lái),為了迎合消費(fèi)者對(duì)口味多樣化的需求,業(yè)內(nèi)人士對(duì)傳統(tǒng)薯丸進(jìn)行產(chǎn)品改良與創(chuàng)新,開(kāi)發(fā)出淮山紫薯球、紅薯雞肉丸[18]、調(diào)理甘薯球[19]、紫薯魚(yú)丸[20-21]等不同風(fēng)味的冷凍調(diào)理產(chǎn)品;特別是冷凍淮山紫薯球,融合了紫薯與淮山突出的營(yíng)養(yǎng)功能,以紫薯、糯米粉為加工薯球外表皮的主原料成分,淮山作為其餡心的主原料成分,開(kāi)發(fā)的新型冷凍調(diào)理食品,其口感香糯、Q彈、爽甜,深受消費(fèi)者青睞。但薯丸系列產(chǎn)品在冷凍及凍藏過(guò)程中,因外表皮原料生淀粉的持水性不佳,容易產(chǎn)生失水、表面發(fā)干、粗糙和萎縮性龜裂[22]等品質(zhì)劣變,導(dǎo)致食用時(shí)口感變硬,失去彈性;此外,冷凍淮山紫薯球在加工過(guò)程中,紫薯的花青素對(duì)介質(zhì)pH敏感,容易受pH的影響而色變[23],這些感官品質(zhì)缺陷嚴(yán)重影響了冷凍淮山紫薯球的商品價(jià)值與食用價(jià)值,是制約其產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)的重要技術(shù)瓶頸。

為避免冷凍淮山紫薯球在加工與凍藏過(guò)程中外表皮的品質(zhì)劣變,本研究通過(guò)TPA質(zhì)構(gòu)測(cè)定結(jié)合感官評(píng)定,著重探討了工藝配方對(duì)其品質(zhì)的影響,并采用因子分析與響應(yīng)面優(yōu)化其關(guān)鍵工藝配比。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫薯、淮山、糯米粉、小麥淀粉、食用油、白糖、泡打粉、乳化劑、煉乳香精 均為食品級(jí),均由福建圣恒食品有限公司提供。

TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System有限公司;ADCI-60-C全自動(dòng)測(cè)色色差儀 北京辰泰克儀器技術(shù)有限公司;HWS 26電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;BS201分析天平 北京賽多利斯天平有限公司;PHB-3 pH計(jì) 上海三信儀表廠;BCD-216YH海爾冰箱 青島海爾股份有限公司;Gtchp4S電磁爐 北球電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 冷凍淮山紫薯球加工工藝流程與工藝要點(diǎn)

1.2.1.1 冷凍淮山紫薯球加工工藝流程

1.2.1.2 冷凍淮山紫薯球加工工藝要點(diǎn) 原料前處理:紫薯、淮山挖除蟲(chóng)眼及黑斑,洗凈,塊莖大的用刀適當(dāng)分切,分別蒸熟;搗泥:蒸好的紫薯、淮山,稍稍冷卻后,分別去皮,各自搗成細(xì)泥,并剔除其中的硬塊、纖維,分開(kāi)存放、冷藏備用;面種糊化:按既定配比稱取一定量的小麥淀粉,加水混勻,加熱糊化至透明稀糊狀;紫薯泥、面種混合:按既定配比將糊化的面種與紫薯泥充分混合、攪拌均勻;冷凍淮山紫薯球外表皮的制備:按既定工藝配方先將泡打粉與糯米粉、白糖充分混勻后,加入到紫薯泥、面種的混合物中,并加水、食用油等輔助材料,充分揉制成光滑不粘手的團(tuán)狀物,控制好其軟硬、濕度,即完成紫薯皮的制備,待用;淮山餡的制備:按既定配比將淮山泥與糖、油等其他輔料混合均勻,形成細(xì)膩、爽滑的餡料。包餡、成型:按既定配比將淮山餡包入紫薯外表皮中,揉搓成大小均勻的圓球,控制單個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量為20±1 g。冷凍:將成型的淮山紫薯球放入-30 ℃凍庫(kù)冷凍至中心溫度降為-18 ℃,并于-18 ℃條件下凍藏。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)探討冷凍淮山紫薯球工藝配方 以硬度、彈性和咀嚼性3個(gè)質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)結(jié)合感官評(píng)價(jià),分別探討紫薯、白糖、小麥淀粉、植物油和泡打粉的添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球質(zhì)構(gòu)與感官品質(zhì)的影響。以紫薯與糯米粉質(zhì)量之和為100計(jì),設(shè)紫薯的添加量占其中的26%、34%、42%、50%、58%;而其他成分的添加量則均以紫薯與糯米粉質(zhì)量之和為基準(zhǔn),分別設(shè)白糖添加量為4%、6%、8%、10%、12%;油脂添加量為2%、3%、4%、5%、6%,小麥淀粉添加量為3%、4%、5%、6%、7%,泡打粉添加量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。在進(jìn)行紫薯添加量試驗(yàn)時(shí),其他輔料添加量設(shè)為:白糖10%、植物油5%、小麥淀粉6%、泡打粉0.3%,而在進(jìn)行某一個(gè)其他輔料添加量的試驗(yàn)時(shí),已經(jīng)探討過(guò)的成分添加量均采用試驗(yàn)獲得的適宜添加量,其余輔料添加量則同上所設(shè)。

1.2.3 因子分析與響應(yīng)面優(yōu)化冷凍淮山紫薯球關(guān)鍵工藝配方 基于單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定紫薯添加量、小麥淀粉添加量、泡打粉添加量為決定冷凍淮山紫薯球外表皮品質(zhì)的關(guān)鍵影響因素,衡量指標(biāo)同1.2.2,采用響應(yīng)面法,結(jié)合因子分析優(yōu)化冷凍淮山紫薯球外表皮關(guān)鍵工藝配比。其因素水平編碼見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken響應(yīng)面因素水平編碼設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels of respons surface test based on Box-Behnken design

1.3 指標(biāo)檢測(cè)與方法

1.3.1 冷凍淮山紫薯球的感官評(píng)價(jià) 冷凍淮山紫薯球產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)方法參照GB/T 12315-2008(感官分析方法學(xué)排序法)進(jìn)行,選擇具有5年以上專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)與品管人員5名(1名男性和4名女性,年齡30～35歲),感官評(píng)價(jià)總分為50分,評(píng)價(jià)指標(biāo)和分值分別參照張首玉等的方法[24],具體見(jiàn)表2。

表2 冷凍淮山紫薯球感官評(píng)價(jià)表Table 2 Sensory evaluation index of the frozen purple sweet potato ball with Chinese yam

1.3.2 冷凍淮山紫薯球質(zhì)構(gòu)測(cè)定 將油炸的冷凍淮山紫薯球熟品進(jìn)行TPA質(zhì)構(gòu)測(cè)定:探頭P/36R、測(cè)前速度5.00 mm/s、測(cè)中速度2.00 mm/s、測(cè)后速度5.00 mm/s、壓縮距離40%、壓縮次數(shù)2次、兩次循環(huán)壓縮間隔時(shí)間5 s、參數(shù)獲取速度200 pps[25],測(cè)定其硬度、彈性和咀嚼性;平行測(cè)定3次,取其平均值。

1.3.3 冷凍淮山紫薯球外觀色度測(cè)定 采用ADCI-60-C全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定冷凍淮山紫薯球樣品的外觀色度L*、a*值,其中L*代表亮度[26],范圍從0(黑)到100(白),a*代表紅綠色調(diào)(+a為紅色方向,-a為綠色方向),L*、a*值的大小與冷凍淮山紫薯球樣品外表皮中花青素的顏色相關(guān),L*、a*值越小,表明淮山紫薯球樣品外表皮中花青素的顏色偏紫,色調(diào)偏暗,反之,L*、a*值越大,表明淮山紫薯球樣品外表皮中花青素的顏色紫紅,色調(diào)較為明亮鮮艷。

1.4 數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)分析

采用因子分析對(duì)由Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案所得的冷凍淮山紫薯球質(zhì)構(gòu)測(cè)定結(jié)果與感官評(píng)分進(jìn)行綜合處理,得到原始數(shù)據(jù)的特征值、初始貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率;將特征值大于1的作為公因子,其綜合因子得分按公式(1)計(jì)算[27],再將得到的值帶入公式(2)進(jìn)行規(guī)范化處理。

式(1)

式(2)

式(1)中,F為綜合因子得分,F1、F2、…、Fn為公因子1、2、3…、n的得分;Y1、Y2、…、Yn為公因子的初始特征值,Y為初始特征值之和。式(2)中,Z為規(guī)范化綜合因子得分;Fmax值、Fmin值為Fi的最高值、最低值帶入式(1)中取得。

采用Microsoft Excel 2003軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù),DPS的鄧肯新復(fù)極差法對(duì)各因素的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),顯著性界值以P>0.05為不顯著,P<0.05為顯著,P<0.01為極顯著;SPSS 20.0及Design Expert 8.06軟件對(duì)冷凍淮山紫薯球外表皮關(guān)鍵工藝配比的優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薯添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)的影響

紫薯淀粉中的直鏈淀粉比例較高,持水性差,而糯米粉的淀粉95%以上為支鏈淀粉[28],將紫薯與糯米粉進(jìn)行合理搭配可以有效改善冷凍淮山紫薯球的品質(zhì)與口感。

由表3數(shù)據(jù)得知,冷凍淮山紫薯球樣品的硬度、咀嚼性數(shù)值最大的均是紫薯使用量為58%的試驗(yàn)組,且極顯著(P<0.01)高于其他4組,分別為1043.42、160.83 g;而彈性則最小,為0.55;從感官評(píng)價(jià)看,該組樣品外觀形態(tài)表面粗糙、無(wú)光澤、產(chǎn)品龜裂率10%,品嘗時(shí)口感偏硬,缺乏Q彈粘糯性,綜合評(píng)分最低(28分),呈現(xiàn)該結(jié)果的原因主要是當(dāng)紫薯使用量較大,其直鏈淀粉含量較高,樣品在凍藏時(shí)因持水性差,容易失水導(dǎo)致表面發(fā)干、粗糙和萎縮性龜裂,從而使口感變硬,失去黏彈性。紫薯使用量為42%、50%二試驗(yàn)組樣品的3個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)值均較為適中,依次分別為硬度843.99、875.33 g,彈性0.62、0.63,咀嚼性139.85、141.10 g,且兩兩之間均無(wú)顯著(P>0.05)差異;從感官評(píng)價(jià)看,該兩組樣品的外觀光滑、有光澤,產(chǎn)品龜裂率<1%,口感細(xì)膩、爽滑、Q彈,感官評(píng)分相應(yīng)獲得高分(分別為44、45分)。當(dāng)紫薯與糯米粉配比量適宜時(shí),樣品由于含有較多的支鏈淀粉,凍藏時(shí)持水性相對(duì)較好,可很好地抑制表面的失水,故樣品表面光滑、不容易龜裂,光澤性好,食用時(shí)口感較為理想,而紫薯使用量為50%試驗(yàn)組樣品的紫薯香味較42%的濃郁;表3的結(jié)果顯示,客觀的質(zhì)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)與主觀的感官評(píng)價(jià)具有一致性,因此本研究認(rèn)為當(dāng)冷凍淮山紫薯球外表皮的紫薯使用量約為50%時(shí),可賦予產(chǎn)品優(yōu)良的感官品質(zhì)與質(zhì)構(gòu)特性。

表3 紫薯添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官和質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 3 Effects of the amount of purple sweet potato on the sensory and textural properties of the frozen purple sweet potato ball with chinese

表4 糖添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官和質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 4 Effects of the amount of sugar on the sensory and textural properties of the frozen purple sweet potato ball with chinese

2.2 糖添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)的影響

從表4數(shù)據(jù)可知,糖的添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球的質(zhì)構(gòu)特性有明顯的影響。樣品的彈性值隨糖添加量的增加而提高;硬度與咀嚼性則隨糖添加量的增加而降低。糖添加量8%、10%兩組樣品的3個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)值較為理想,硬度分別為873.75、869.74 g,彈性0.60、0.65,咀嚼性152.85、146.21 g,且兩兩之間均不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

從感官評(píng)價(jià)可知,隨糖添加量的增加,冷凍淮山紫薯球樣品的綜合感官品質(zhì)得分不斷提高,糖添加量8%、10% 兩試驗(yàn)組樣品的表面光滑,色澤紫紅有光澤,龜裂率均<1%,口感Q彈香糯、咀嚼性好;糖添加量4%、6%兩組得分明顯較低(32～36分),樣品表面略為粗糙,光澤度不足,龜裂率為4%～7%,口感偏硬,彈性、咀嚼性相較一般,甜味偏淡;糖添加量12%組樣品較為甜膩,口感偏軟。糖具有良好的水溶性與持水性,制作冷凍淮山紫薯球外表皮時(shí),適當(dāng)添加糖不僅可賦予冷凍淮山紫薯球口感香甜、Q彈黏糯,還可抑制在冷凍和凍藏過(guò)程中產(chǎn)品的失水與外表龜裂,提高光澤度。

表5 油脂添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官和質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 5 Effects of the amount of oil on the sensory and textural properties of the frozen purple sweet potato ball with chinese

結(jié)合表4的三個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)值與感官評(píng)分來(lái)看,糖添加量10%組樣品的感官評(píng)分最高(48分),且3個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)值亦最為理想,故本研究認(rèn)為冷凍淮山紫薯球外表皮糖添加量為10%左右最佳。

2.3 油脂添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)的影響

適量的油脂可以改善冷凍淮山紫薯球的食用品質(zhì),其疏水性可降低樣品在凍藏過(guò)程中的失水率[29],抑制其表面龜裂現(xiàn)象;并可使樣品原料團(tuán)在工藝操作中表面光滑不粘手,能較好的成型[30]。

表5中數(shù)據(jù)顯示,硬度、彈性與咀嚼性值最高的為油脂添加量2%試驗(yàn)組的樣品,極顯著(P<0.01)高于其他組,最低的是油脂添加量6%試驗(yàn)組,極顯著(P<0.01)低于其余4組;而油脂添加量4%試驗(yàn)組的3個(gè)指標(biāo)值接近2.1和2.2結(jié)果中的相應(yīng)理想水平,依次分別為(硬度866.17±24.05 g、彈性0.63±0.02、咀嚼性135.35±7.33 g)。

從表5感官評(píng)價(jià)結(jié)果可知,評(píng)分最高的亦是油脂添加量4%試驗(yàn)組(48分),極顯著(P<0.01)高于其他組,該試驗(yàn)組樣品外表光滑有光澤、無(wú)龜裂,口感細(xì)膩Q彈、有咀嚼性;評(píng)分最低的為2%試驗(yàn)組(33分),其外觀光澤性較差,龜裂率6%、口感偏硬;油脂添加量5%、6%試驗(yàn)組樣品的感官評(píng)價(jià)尚好,但口感偏軟。綜合質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)值與感官評(píng)分,并考慮成本因素,本研究認(rèn)為油脂添加量達(dá)4%即可有效改善產(chǎn)品的綜合感官品質(zhì)。

2.4 小麥淀粉添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)的影響

糊化的小麥淀粉經(jīng)常在冷凍調(diào)理糯米粉類制品中作為“面種”,起黏結(jié)和持水作用,抑制產(chǎn)品在凍藏過(guò)程中出現(xiàn)龜裂。

表6數(shù)據(jù)顯示,小麥淀粉添加量為5%～7%三組試驗(yàn)樣品的硬度、彈性與咀嚼性值均較為理想,且不存在顯著差異(P>0.05);而3%、4%試驗(yàn)組樣品的硬度(891.31、883.60 g)、咀嚼性(169.13、155.28 g)偏高,彈性不足(0.35、0.59)。表6感官評(píng)價(jià)結(jié)果表明,小麥淀粉添加量為5%～7%三個(gè)試驗(yàn)組樣品的感官得分均為最高(47分),三組樣品的外表均細(xì)膩、光滑,龜裂率<0.5%、品嘗時(shí)口感粘糯Q彈、咀嚼性良好;而3%、4%兩試驗(yàn)組樣品得分明顯偏低(32分、37分),該樣品的表面龜裂明顯,表面粗糙無(wú)光澤、口感偏硬,咀嚼性過(guò)強(qiáng)。

表6 小麥淀粉添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官和質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 6 Effects of the amount of wheat starch on the sensory and textural properties of the frozen purple sweet potato ball with chinese

表7 泡打粉添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官和質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 7 Effects of the amount of baking powder on the sensory and textural properties of the frozen purple sweet potato ball with chinese

綜合以上分析,并從成本角度考慮,本研究認(rèn)為5%的小麥淀粉添加量即可有效抑制冷凍淮山紫薯的表面龜裂,改善其口感。

2.5 泡打粉添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)的影響

適量添加泡打粉可使冷凍淮山紫薯球產(chǎn)品口感松軟、Q彈,但由于其呈弱堿性,添加過(guò)多可導(dǎo)致產(chǎn)品的pH呈微弱堿性而使其外表皮中的紫薯花青素的顏色變暗紫,明顯影響產(chǎn)品的外觀。

由表7數(shù)據(jù)獲悉,冷凍淮山紫薯球的3個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)值隨泡打粉添加量的增加而極顯著(P<0.01)下降;泡打粉添加量為0.2%試驗(yàn)組樣品的3個(gè)指標(biāo)值相對(duì)較為理想,其硬度為870.25±16.84 g、彈性為0.66±0.01、咀嚼性為141.67±9.70 g。表8色差測(cè)定結(jié)果表明,隨泡打粉添加量的增多,冷凍淮山紫薯球外表皮的顏色逐漸由明亮的紫紅轉(zhuǎn)變?yōu)榘底仙?0.2%試驗(yàn)組樣品的L*值(42.84±0.51)雖低于0.1%(44.66±1.25)的,但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),并極顯著(P<0.01)高于其他3組;而其a*值(28.22±1.25)顯著(P<0.05)低于0.1%試驗(yàn)組的(35.50±0.83),但極顯著(P<0.01)高于剩余3組。

表7感官評(píng)分顯示,泡打粉添加量為0.2%試驗(yàn)組樣品的綜合評(píng)分最高(46分),樣品外表呈有光澤的紫紅色,口感松軟且Q彈;其次為0.1%、0.3%試驗(yàn)組,但前者口感偏硬,后者外觀紫色;而其他兩組樣品不僅口感明顯劣于0.1%、0.2%試驗(yàn)組,且顏色暗紫,感官評(píng)分較低。

泡打粉添加量的確定,是期望冷凍淮山紫薯球產(chǎn)品在獲得松軟、Q彈的口感與保持紫薯天然紫紅色之間找到平衡點(diǎn)。綜合表7、表8的數(shù)據(jù)可知,泡打粉添加量為0.1%試驗(yàn)組樣品的L*、a*值高于其他4組,但口感偏硬,使其感官評(píng)分(42分)顯著(P<0.05)低于0.2%試驗(yàn)組(46分);后者樣品的3個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)值較為理想,雖然L*、a*值次于前者,但不影響樣品外表呈現(xiàn)光澤的紫紅色,綜合感官評(píng)分最高,故本研究認(rèn)為泡打粉的理想添加量應(yīng)控制在0.2%左右。

表8 泡打粉添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球色度的影響Table 8 Effects of the amount of baking powder on the chromatic of the frozen purple sweet potato ball with chinese

2.6 因子分析與響應(yīng)面優(yōu)化冷凍淮山紫薯球關(guān)鍵工藝配方

2.6.1 冷凍淮山紫薯球外表皮關(guān)鍵工藝配比的因子分析 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出紫薯添加量A、小麥淀粉量B、泡打粉添加量C對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)量的影響顯著,本研究將其作為響應(yīng)面試驗(yàn)因子,進(jìn)行后續(xù)關(guān)鍵工藝配比的優(yōu)化試驗(yàn)。表9為冷凍淮山紫薯球的外表皮關(guān)鍵工藝配方優(yōu)化的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其結(jié)果。通過(guò)KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)與 Bartlett(巴特利)檢驗(yàn)可知,表9結(jié)果的KMO檢驗(yàn)值為 0.534,滿足KMO值大于0.5即可進(jìn)行因子分析的要求;且Bartlett檢驗(yàn)的近似卡方為36.013,df=6,Sig.=0.000,表示冷凍淮山紫薯球的外表皮關(guān)鍵工藝配方優(yōu)化方案中的各變量間存在相關(guān)性,其試驗(yàn)結(jié)果適合進(jìn)行因子分析。

表9 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果 Table 9 Response surface experimental design and results

表10 冷凍淮山紫薯球品質(zhì)信息主成分特征值、方差貢獻(xiàn)率、累積貢獻(xiàn)率列表Table 10 Main components characteristic value,variance contribution rate,cumulative contribution rate of the frozen purple sweet potato ball with Chinese yam’s quality information

表11 因子載荷矩陣Table 11 Factor matrix

為消除量綱造成的影響,將表9中的各指標(biāo)值減去其平均值再除以其標(biāo)準(zhǔn)差[31],獲得的結(jié)果采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行因子分析(Factor Analysis,FA)。由表11可以看出,決定公因子1的指標(biāo)有彈性、感官評(píng)分,決定公因子2的指標(biāo)是硬度、咀嚼性;根據(jù)累積貢獻(xiàn)率大于85%原則,由表10可看出2個(gè)公因子的初始累積貢獻(xiàn)率為93.439%,提示提取的2個(gè)公因子能夠反映冷凍淮山紫薯球試驗(yàn)樣品93.439%的品質(zhì)信息。

將表9標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)與表11各得分系數(shù)相乘可得到各公因子得分;按公式(1)、(2)計(jì)算冷凍淮山紫薯球各個(gè)試驗(yàn)組的綜合因子得分和規(guī)范化綜合因子得分,分別獲得相關(guān)的函數(shù)如下:

F1=-0.274x1+0.407x2+0.119x3+0.408x4

式(3)

F2=0.371x1+0.133x2+0.791x3+0.129x4

式(4)

F=(0.630F1+0.304F2)/0.934

式(5)

經(jīng)Microsoft Excel 2003計(jì)算可得Fmax、Fmin分別為1.381、-1.966,即可得Z=(F+1.966)/(1.381+1.966),結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 因子得分值及規(guī)范化綜合因子得分Table 12 Factor scores and standardized scores

2.6.2 冷凍淮山紫薯球的外表皮關(guān)鍵工藝配比響應(yīng)面分析

2.6.2.1 回歸模型的建立與方差分析 以規(guī)范化綜合因子得分Z為響應(yīng)值,利用Design Expert 8.06對(duì)表12數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式回歸分析,建立冷凍淮山紫薯球的規(guī)范化綜合因子得分值Z與紫薯添加量A、小麥淀粉量B、泡打粉添加量C二次多項(xiàng)回歸方程:

Z=0.71+0.011A+0.025B+0.043C+0.060AB-4.000E-003AC-7.500E-004BC-0.25A2-0.26B2+0.23C2

表13是對(duì)上述回歸方程的方差分析及模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)的結(jié)果。由表13可知回歸模型極顯著(P<0.01),說(shuō)明建立的模型有意義;失擬項(xiàng)F=2.00,P=0.2429>P=0.05,無(wú)顯著性差異,即模型擬合良好;R2=0.9788說(shuō)明該模型具有較高的可信度;由回歸方程中一次項(xiàng)的F值可以判斷各因素對(duì)響應(yīng)值影響的主次順序?yàn)?泡打粉量(C)>小麥淀粉量(B)>紫薯添加量(A);模型的一次項(xiàng)C、交互項(xiàng)AB均為顯著(P<0.05);二次項(xiàng)A2、B2、C2均為極顯著(P<0.01)。

表13 響應(yīng)面二次模型及其回歸系數(shù)的方差分析結(jié)果Table 13 Analysis of variance for the response surface quadratic model and regression coefficients

圖1 紫薯添加量和小麥淀粉量對(duì)冷凍淮山紫薯球 規(guī)范化綜合因子得分的交互影響Fig.1 Interaction of the amount of purple sweet potato and wheat starch on the standardized scores of the frozen purple sweet potato ball with chinese

2.6.2.2 因素間互作效應(yīng)分析 由圖1a可知,固定泡打粉添加量為0水平,響應(yīng)面圖由黃色漸變到接近藍(lán)色,說(shuō)明該曲線較為陡峭,規(guī)范化綜合因子得分Z對(duì)A(紫薯添加量)、B(小麥淀粉添加量)的改變較敏感;圖1b中,當(dāng)A=45%,B在5.05%～6.00%的范圍內(nèi),等高線較密集,表明在此范圍內(nèi),小麥淀粉量對(duì)規(guī)范化綜合因子得分Z的影響較大;當(dāng)小麥淀粉添加量在4.00%～5.05%,紫薯添加量在45.00%～50.13%范圍內(nèi),兩因素的交互作用對(duì)冷凍淮山紫薯球的規(guī)范化綜合因子得分影響呈顯著(P<0.05)正相關(guān);當(dāng)小麥淀粉量在5.05%～6.00%范圍內(nèi),紫薯量在50.13%～55.00%范圍內(nèi)變化時(shí),兩因素的交互作用對(duì)冷凍淮山紫薯球的規(guī)范化綜合因子得分影響呈顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān);當(dāng)紫薯量50.13%、小麥淀粉量為5.05%,規(guī)范化綜合因子得分達(dá)到最大值0.715。

2.6.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn) 通過(guò)對(duì)擬合回歸方程求導(dǎo),得到冷凍淮山紫薯球外表皮的最優(yōu)關(guān)鍵工藝配方:A(紫薯添加量)=51.52%、B(小麥淀粉量)=4.95%、C(泡打粉添加量)=0.16%,在此條件下冷凍淮山紫薯球規(guī)范化綜合因子得分為0.779,與表12試驗(yàn)組7的規(guī)范化綜合因子得分0.776接近。考慮到實(shí)際操作的可行性,修正參數(shù)后,紫薯添加量52%,小麥淀粉量5%,泡打粉量0.16%。結(jié)合其他單因素實(shí)驗(yàn)得到的理想?yún)?shù)(糖添加量10%、油脂添加量4%),進(jìn)行擴(kuò)大性驗(yàn)證試驗(yàn),平行重復(fù)三次,得到的規(guī)范化綜合因子的平均得分0.778,與理論預(yù)測(cè)值(0.779)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),對(duì)應(yīng)樣品品質(zhì)優(yōu)良,外觀紫紅,表面光滑,龜裂率<0.03%,口感細(xì)膩Q彈,爽甜,具有甘薯特有的甜香氣味,綜合感官評(píng)分49,經(jīng)質(zhì)構(gòu)檢測(cè),其硬度866.36 g、彈性0.66、咀嚼性144.83 g,表明本研究獲得的回歸方程是實(shí)用可行的。

3 討論與結(jié)論

冷凍淮山紫薯球?qū)儆谏矸垲惱鋬稣{(diào)理食品,生淀粉的持水性差,在凍藏期間容易失水、導(dǎo)致產(chǎn)品表面發(fā)干、粗糙和萎縮性龜裂,因此產(chǎn)品品質(zhì)與其工藝配方關(guān)系密切。主原料紫薯的添加量是決定冷凍淮山紫薯球品質(zhì)與口感的最主要因素,紫薯添加量過(guò)低,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)意義不大;反之,紫薯添加量過(guò)高,由于其淀粉中的直鏈淀粉含量較高,直接影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)。泡打粉的添加可賦予產(chǎn)品在油炸時(shí)松軟、酥糯的口感,但泡打粉呈弱堿性,添加量過(guò)高將直接導(dǎo)致產(chǎn)品中的紫薯花青素明顯色變,繼而明顯影響冷凍淮山紫薯球的顏色,故其添加量的確定,必須兼顧產(chǎn)品的口感與顏色。小麥淀粉、糖、植物油的添加,除了具有改善其口感之功能外,更重要的是它們均能顯著降低產(chǎn)品在凍藏期間的失水與萎縮性龜裂,但在確定其添加量,要綜合考慮產(chǎn)品品質(zhì)、口感與成本。

本研究基于單因素實(shí)驗(yàn)考察紫薯、糖、植物油、小麥淀粉、泡打粉的添加量對(duì)冷凍淮山紫薯球品質(zhì)的影響;采用因子分析和響應(yīng)面法優(yōu)化其關(guān)鍵工藝配方,并通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)確定優(yōu)化的冷凍淮山紫薯球外表皮關(guān)鍵工藝配比為:紫薯添加量占紫薯與糯米粉質(zhì)量之和中的52%;且以紫薯與糯米粉質(zhì)量之和為基準(zhǔn),小麥淀粉添加量為其的5%,泡打粉添加量為其的0.16%;此外糖添加量為其的10%、油脂添加量為其的4%,所加工出的冷凍淮山紫薯球產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良,質(zhì)構(gòu)指標(biāo)值理想,其規(guī)范化綜合因子得分為0.778,平均硬度866.36 g、彈性0.66、咀嚼性144.83 g,感官評(píng)分49。優(yōu)化后的關(guān)鍵工藝配比較好的解決了產(chǎn)品在冷凍及凍藏過(guò)程中容易產(chǎn)生的失水、表面發(fā)干、粗糙和萎縮性龜裂等品質(zhì)劣變問(wèn)題,以及在加工過(guò)程中,紫薯的花青素容易受pH的影響而色變的感官品質(zhì)缺陷問(wèn)題。

綜上所述,本研究通過(guò)因子分析將冷凍淮山紫薯球產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特征指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)結(jié)果有機(jī)結(jié)合,較為有效解決了多指標(biāo)評(píng)價(jià)參數(shù)難以直觀、綜合地反映產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)與感官品質(zhì)優(yōu)劣的問(wèn)題,較全面地考慮了冷凍淮山紫薯球各指標(biāo)對(duì)其綜合品質(zhì)的影響,且獲得的優(yōu)化結(jié)果對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。由于目前尚無(wú)相關(guān)產(chǎn)品通過(guò)綜合質(zhì)構(gòu)特性檢測(cè)與感官評(píng)價(jià)進(jìn)行產(chǎn)品品質(zhì)的研究報(bào)道,本研究在權(quán)衡冷凍淮山紫薯球質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)值、口感與外觀顏色之間的取舍上還存在一定局限性,而且計(jì)算比較繁復(fù),故進(jìn)一步尋找更便捷、客觀的檢測(cè)手段是本研究需要繼續(xù)探索的方向。