焦 扬 王治江 魏 阳 李彩霞 李兴艳 杨 璞 刘玉环

(河西学院农业与生物技术学院1，张掖 734000) (甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室2，张掖 734000) (甘肃亚盛薯业集团有限公司3，兰州 730030)

面条是我国的一种传统主食。当前，向小麦粉中添加杂粮粉而制得的新型营养面条，越来越受到消费者的喜爱，但营养面条易出现煮后发黏、糊汤、不耐煮等问题，该问题实质上与面粉的糊化特性相关，因为淀粉的糊化特性与淀粉的颗粒形状、分子量、直链淀粉与支链淀粉的比例等诸多因素有关。目前，利用糊化特性确定各类淀粉或混合粉加工特性的研究较多，董贝贝[1]选用糊化温度较小，峰值、谷值、终值黏度较高的淀粉，能够形成硬度和胶黏性高的淀粉凝胶，由此采用糊化指标可筛选适用于不同类型面制品的淀粉。Zaidul 等[2]研究表明将马铃薯淀粉添加到小麦粉中制成混合粉，则混合粉 RVA的峰值黏度、最终黏度均高于小麦粉。汪礼洋等[3]利用面粉 RVA 黏度的变化，对热风干燥方便面的品质进行了改良。

我国推行的马铃薯主食化战略，就是要将马铃薯用于主食产品中，但马铃薯全粉因不含有面筋蛋白，全粉的添加会使面团黏度过高，制得的面条蒸煮品质达不到质量要求[4-6]。变性淀粉是面条生产中的主要食品添加剂，可促进面团网络结构的形成进而改善面团的品质，适量的变性淀粉可使得面制品在高温下具有稳定的黏度[7]，进而改善面制品的质构、烹煮和感官品质[8]，以及减缓老化[9]等。

本研究采用PCA法，分析了3种马铃薯变性淀粉对马铃薯全粉-小麦粉混粉糊化特性的影响，利用PCA得到的特征向量，构建了糊化指标与主成分的线性关系，得到了变性淀粉种类和添加量与糊化综合得分的回归方程，并将该回归方程应用于马铃薯面条的配粉中，以期为马铃薯面制品的生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

特一等小麦粉、马铃薯全粉；马铃薯羟丙基淀粉(GAF108)、马铃薯氧化淀粉(GAF017B)、马铃薯醋酸酯淀粉(GAF118C2)均为食品级。

Brabender Viscograph-E型布拉班德黏度计、JHFD7醒发箱、FKM-240压面机、DHG-9246A干燥箱。

1.2 测定方法

1.2.1 配粉糊化特性的测定方法

采用 Brabender 黏度计测定粉的糊化特性[10]。以马铃薯全粉取代35%的小麦粉制得混粉，将变性淀粉与混粉混合得到配粉，使变性淀粉的质量分数分别占混粉的0%(混粉)、1%、2%、3%，配粉的含水量在14%左右。取55 g配粉，加入445 mL蒸馏水，充分混合后，将悬浊液以1.5 ℃/min 的速率从30 ℃升至 95 ℃，在 95 ℃保温30 min，再以1.5 ℃/min的速率降温至50 ℃，在50 ℃保温30 min，转速为120 r/min，若有泡沫外溢滴加2～3滴棕榈油。平行测定3次，以其平均值±标准偏差表示。

1.2.2 面条蒸煮指标的测定方法

马铃薯全粉与小麦粉水分含量的测定，采用直接干燥法[11]；面条干物质吸水率的测定，参照文献[12]的方法；面条最佳烹煮时间(复水时间)的测定，参照行业标准[13]和文献[14]的方法；面条烹煮损失率的测定，参照行业标准[13]和文献[15]的方法；面条熟断条率的测定，参照行业标准[13]和文献[16]的方法。

1.3 马铃薯面条的制备方法

根据预实验和文献[17]，在马铃薯全粉-小麦粉的混粉中，分别添加混粉总量1.5%食盐，0.15%食用碱，以及0%、1%、2%、3%的马铃薯变性淀粉，41～43%的35 ℃水后，和面，将面和至均匀絮状，覆盖保鲜膜于35 ℃醒发30 min[18]，用压面机3 mm 双层轧2遍，2 mm 双层轧2遍，1 mm 双层轧至面带表面光滑。挂面是将面带切成3.5 mm宽、35～40 cm长的面条，悬挂干燥，备用。方便面是在面带表明涂少量棕榈油后，切成 1.25 mm 宽、20 cm 长的面条折花放入面盒内，隔水蒸15 min后，于75 ℃干燥箱中干燥150 min[19]，备用。

1.4 数据分析与处理

1.4.1 主成分分析及各指标的权重系数计算

对不同配粉的糊化指标以及马铃薯面条的蒸煮指标进行主成分分析，得到原始数据的特征值、贡献率及累积贡献率，并对特征值大于1的因子，提取主成分。按式(1)计算主成分各指标的综合评分[20]，按公式(2)将得到的综合评分F进一步计算得到规范化综合得分Z。

(1)

(2)

式中：F1、F2为主成分得分(有正负号)；Y1、Y2为主成分贡献率；Fmax、Fmin分别为综合得分中的最大值与最小值。

1.4.2 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理， SPSS24.0进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同配粉的糊化指标及相关性分析

考察变性淀粉种类和添加量对混粉糊化指标的影响，并对糊化指标进行相关性分析。

由表1可见， 3种变性淀粉对混粉的糊化指标均有影响。与小麦粉及混粉相比，变性淀粉的添加使混粉的开始糊化温度降低。可能的原因是马铃薯全粉以及羟丙基淀粉、氧化淀粉和醋酸酯淀粉的糊化温度均低于小麦粉，因此9个配粉条件下的开始糊化温度均降低。而配粉相比较混粉而言，峰值黏度、热糊黏度以及Hv30升高，但冷糊黏度以及崩解值、回生值的变化是有增有减。进一步分析可见，与混粉相比，羟丙基和醋酸酯淀粉的添加可使配粉冷糊黏度以及回生值降低，而氧化淀粉的添加使配粉的冷糊黏度、崩解值和回生值均升高。可能的原因之一是，羟丙基和醋酸酯淀粉添加后使配粉的冷糊黏度降低了，进而回生值也降低了，即降低了配粉的冷糊黏度。可能的原因之二是，变性淀粉优先吸水膨胀，限制了小麦粉可利用的水分量，阻碍了小麦淀粉的膨胀，小麦淀粉糊化不充分，导致了配粉糊化参数的下降[21]。就配粉糊化过程中回生值而言，添加羟丙基淀粉可使配粉的回生值较明显降低。可能的原因是氧化淀粉提高了配粉与水结合的能力，使配粉的膨胀力提高[22]。由此，3种马铃薯变性淀粉对马铃薯全粉取代35%小麦粉而制得的混粉糊化指标的影响差异较大，有必要对此进行统计学分析。

表1 不同配粉的糊化指标

注：；Hv30：在 95 ℃保持 30 min 后的黏度。

表2 不同配粉糊化指标的标准化结果

表3 不同配粉糊化指标的相关性分析

注：“**”表示极显著相关(P<0.01)，“*”表示显著相关(P<0.05)。

基于配粉黏度各指标的量纲不同，为了消除由此产生的不合理影响，故先对数据进行标准化处理，然后对配粉糊化特性指标进行皮尔逊积矩相关系数计算[23]，标准化结果如表2所示，相关系数结果如表3所示。

由表3可见，不同配粉糊化特性各指标间的相关性有差异。开始糊化温度与热糊黏度呈极显著负相关(P<0.01)，与Hv30呈显著负相关(P<0.05)；峰值黏度与热糊黏度、Hv30和冷糊黏度呈极显著正相关(P<0.01)，而与崩解值呈极显著负相关(P<0.01)，与回生值呈显著负相关(P<0.05)；热糊黏度与Hv30呈极显著正相关(P<0.01)，而与崩解值呈极显著负相关(P<0.01)；冷糊黏度与崩解值呈显著负相关(P<0.05)，而与回生值呈极显著负相关(P<0.01)；崩解值与回生值呈显著正相关(P<0.05)。由此可见，3种马铃薯变性淀粉对混粉糊化特性的影响有不同程度的相关性。

2.2 变性淀粉对混粉黏度影响的主成分分析

变性淀粉使混粉糊化各指标反映的信息有不同程度的关联性，且混粉糊化特性评价指标较多，在一定程度上存在信息重叠问题，会影响对其糊化分析的准确性[24]。KMO检验用于检查变量间的相关性和偏相关性，取值在0～1之间[25]。KMO统计量在0.7以上时因子分析的效果比较好。巴特利特球形度(bartlett)检验中的统计值的显著性概率P值<0.05时，才能进行主成分因子分析[26]。由此对不同配粉糊化指标的标准化结果(表2)进行了KMO检验和Bartlett检验，结果如表4所示。

表4 KMO和Bartlett检验结果

由表4可见， KMO统计量为0.76，巴特利球体检验中P值为0.00，因此，不同配粉糊化指标结果可以采用PCA法进行糊化特性评价。

采用PCA法对配粉糊化的各项指标进行分析之前，先将开始糊化温度(X1)、峰值黏度(X2)、热糊黏度(X3)、Hv30(X4)、冷糊黏度(X5)、崩解值(X6)、回生值(X7)7个指标降维成1个规范综合得分，考察3种马铃薯变性淀粉对混粉糊化特性的影响，结果如表5～8所示。

表5 PCA分析的特征值、贡献率及累计贡献率

由表5可见，PCA分析结果中，第1、2主成分的特征值均>1，二者的累计方差贡献率为85.248%，包含了所分析指标中的绝大多数信息，能反映配粉糊化特性的整体信息，因而可以选择前2个主成分进行分析。

表6 2个主成分的因子载荷和特征向量

因子载荷量能反映各指标对主成分贡献率的大小。由表6可见，第1主成分载荷主要包括峰值黏度、热糊黏度和崩解值的信息，且均具有较高的因子载荷，其中峰值黏度和崩解值上的载荷最大，为“黏度因子”和“耐剪切因子”；第2主成分包括回生值和开始糊化温度的信息，具有较高的载荷，其中回生值在主成分2的载荷最大，为“老化因子”。

进一步根据表6中主成分的特征向量，构建出主成分1和主成分2与配粉糊化指标之间的线性关系为式(3)和式(4)。

F1=-0.133X1+0.222X2-0.198X3+0.168X4+0.169X5-0.203X6-0.151X7

(3)

F2=-0.471X1-0.032X2+0.214X3+0.247X4-0.339X5+0.080X6+0.436X7

(4)

结合式(3)和式(4)，利用式(1)和式(2)对实验配粉的糊化结果进行了规范化综合评分的计算，结果如表7所示。

表7 主成分得分及规范化综合评分

由表7可见，与对照组相比较，添加2%、3%的羟丙基淀粉或3%的氧化淀粉或醋酸酯淀粉后，配粉的糊化指标的规范化综合得分0.9

因第1主成分主要包括峰值黏度和崩解值的信息，且具有很高的载荷，分别为“黏度因子”和“耐剪切因子”；第2主成分主要包括回生值和开始糊化温度的信息，其中回生值为“老化因子”。由表8可见，空白组与实验组的第1主成分和第2主成分均有显著性差异(P<0.05)。添加羟丙基淀粉的第1主成分和第2主成分的差异均具有显著性(P<0.05)；添加氧化淀粉和醋酸酯淀粉的第1主成分的差异不显著，但第2主成分的差异显著(P<0.05)。由此表明，3种马铃薯变性淀粉中，羟丙基淀粉对混粉糊化的“黏度因子”、“耐剪切因子”和“老化因子”的影响有显著差异(P<0.05)，而氧化淀粉和醋酸酯对混粉糊化的“老化因子”的影响有显著差异(P<0.05)。

通过对线性回归、二次曲线回归、三次方回归等几种模型筛选，发现采用二次曲线模型建立的回归方程其F值经检验都达到显著水平，能准确反应混粉糊化指标与规范化综合得分之间的关系，可以对混粉糊化评分进行预测而且结果可靠，二次曲线模型结果如表9所示。由此，针对添加不同种类马铃薯变性淀粉的混粉糊化特性，可采用所建立的模型方程预测，且各模型方程的相关系数R2均大于0.9。

表8 变性淀粉对主成分1、2的影响

注：同行小写字母不同表示组间差异显著(P<0.05)。

表9 变性淀粉与混粉糊化特性规范化综合得分的回归方程

注：“**”表示极显著相关(P<0.01)，“*”表示显著相关(P<0.05)。

2.3 回归方程与马铃薯面条的蒸煮特性

以单一添加羟丙基淀粉、氧化淀粉、醋酸酯淀粉制作马铃薯挂面和马铃薯方便面，分析了回归方程的预测值与马铃薯面条蒸煮品质的关系，结果如表10、表11 所示。

由表10可见，以不添加变性淀粉的空白为对照，马铃薯挂面蒸煮指标的规范化综合得分与配粉糊化预测规范化综合得分的变化趋势是吻合的，蒸煮指标综合性得分最高时，混粉的糊化预测得分也是最大的，当配粉糊化预测得分>0.95时，马铃薯挂面蒸煮指标综合得分均>0.78，且达到了挂面质量标准中熟断条率≤5%，蒸煮损失率≤10%的要求。由此可得，通过马铃薯变性淀粉和混粉糊化规范性综合得分的回归方程，可以预测制备马铃薯挂面的配粉中马铃薯变性淀粉种类和添加量。实验条件下添加3%的羟丙基淀粉制得的马铃薯挂面的蒸煮特性为最好，其次为添加3%的醋酸酯淀粉。

由表11可见，以不添加变性淀粉为对照，马铃薯方便面蒸煮指标的规范化综合得分与配粉糊化预测得分的变化趋势基本吻合，配粉糊化预测得分最大时，蒸煮指标综合得分也是最高，结合方便面的溶胀度，综合马铃薯方便面规范化综合得分最高且混粉糊化预测得分最高的筛选条件，在配粉糊化预测得分>0.95时，马铃薯方便面蒸煮指标综合得分均>0.83，能达到熟断条率≤5%，蒸煮损失率≤10%的要求。由此可得，以马铃薯变性淀粉和混粉糊化得分的回归方程，可以预测马铃薯方便面配粉时马铃薯变性淀粉的种类和添加量，实验条件下，添加3%的醋酸酯淀粉制备的马铃薯方便面蒸煮特性较优，其次为添加3%的羟丙基淀粉。

表10 不同配粉的马铃薯挂面蒸煮指标得分和糊化预测得分

表11 不同配粉的马铃薯方便面蒸煮指标得分和糊化预测得分

采用3种马铃薯变性淀粉和混粉糊化指标的规范性综合得分拟合的回归方程，可以预测配粉加工成马铃薯面条的蒸煮特性，预测糊化规范性综合得分>0.95的配粉可用于马铃薯面条的加工。

3 结论

马铃薯羟丙基淀粉、氧化淀粉、醋酸酯淀粉对马铃薯全粉取代35%小麦粉的混粉糊化特性影响较大。经PCA分析可得，羟丙基淀粉对混粉糊化的“黏度因子”、“耐剪切因子”和“老化因子”的影响有差异(P<0.05)，而氧化淀粉和醋酸酯对混粉糊化的“老化因子”的影响有显著差异(P<0.05)。针对添加不同种类马铃薯变性淀粉的混粉糊化特性，可采用所建立的回归方程预测。通过回归方程，进一步可以预测马铃薯面条制备配粉中马铃薯变性淀粉的添加种类和添加量，在马铃薯全粉取代35%的小麦粉中，添加3%的羟丙基淀粉制备的马铃薯挂面的蒸煮特性最好，而添加3%的醋酸酯淀粉制备的马铃薯方便面的蒸煮特性较优。