闫泽华，张乐道，周静，李书华，孟庆，田辉

（1.河南质量工程职业学院食品与化工学院，河南 平顶山 467000；2.内蒙古科技大学生命科学与技术学院，内蒙古 包头 014010；3.河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471003）

马铃薯，又称土豆，是茄科茄属一年生植物。马铃薯营养丰富，有“蔬菜之王”之称，是目前公认的全营养食品[1-3]，富含淀粉、蛋白质、维生素、无机盐、膳食纤维等营养物质。研究表明，可从马铃薯中提取到多酚、多胺等多种生理活性物质[4]。新鲜马铃薯水分含量高，不易贮藏和运输，将马铃薯加工成马铃薯雪花粉，是马铃薯增值的有效途径[5]。马铃薯雪花粉几乎保留了马铃薯全部的营养成分以及天然的马铃薯风味[6]。促进马铃薯雪花粉在食品工业中的应用是推进马铃薯主食化、提高全民饮食健康水平的重要举措[7]。莜面由莜麦加工制成，莜麦是一种古老的禾本科一年生植物，在中国种植历史悠久。莜面含有膳食纤维、亚油酸等多种营养成分，有预防心血管疾病等作用[8]，是我国的传统食品，主要被加工成饸饹、馄饨、窝窝等面食[9]。但是用马铃薯莜面做成的复合休闲食品在市面上还很少见[10]。目前市面上出现的休闲食品，大多数只是以其中的一种为原料[11]。随着人们越来越关注健康问题，更多的人认识到马铃薯和莜面自身的营养价值，以它们为主要原料制成的休闲食品会受到人们的广泛欢迎。

变异系数法是一种根据各指标数据信息进行标准化处理，从而来计算权重的数学统计方法，较客观公正，避免了人为赋值的主观性。由于每个指标的单位不同，变异系数法需要进行量纲的消除，得出各指标在试验中的相对重要程度[12-13]。变异系数法应用广泛，但在食品方面却不多见，用变异系数法评定马铃薯莜面锅巴的品质具有一定的创新。

本试验以马铃薯雪花粉和莜面作为主要试验材料，研制一种新型的复合休闲产品。在单因素试验基础上，选择雪花粉添加量、烤制时间和烤制温度作为响应面试验因素，感官评分、质构指标、色差作为试验指标，采用变异系数法对多指标进行综合评分，以期得到添加马铃薯雪花粉和莜面的锅巴最优工艺参数，为锅巴的生产和研制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

莜面、马铃薯雪花粉、蛋黄粉、小苏打、白砂糖、纯净水：市售。

电烤炉（SM-522）：江苏无锡新麦机械有限公司；物性测试仪（TA.XT EXPRESS）：英国稳定微系统有限公司；色差仪（X-rite Color I5）：美国 X-Rite公司；电子天平（DT802A）：常熟市佳衡天平仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

原料（马铃薯雪花粉、莜面）、蛋黄粉+小苏打、白砂糖、纯净水→和面→静置→擀成2 mm薄片→用模具压制成型→在电烤炉中烤制14 min→成品

1.2.2 操作要点

称量马铃薯雪花粉、莜面共40 g、蛋黄粉6 g，加入白砂糖6 g、小苏打0.5 g、盐适量，加入纯净水20 g搅拌，使其充分混合均匀，调制成面团，静置30min～40min，将面团放在案板上擀成薄片，用模具压制成型（锅巴为长3.1 cm，钝角120°，锐角为60°的菱形），使制作的锅巴厚薄均匀一致、大小相同，最后将成型的锅巴放在电烤炉中进行烤制[11]。

1.3 指标测定

1.3.1 马铃薯莜面锅巴感官评定

取烤熟的锅巴，待其自然冷却至室温（25℃）后，随机挑选12位食品专业同学对产品的风味、色泽、口感、形态进行感官评定。锅巴感官评价标准见表1[14-15]。

表1 锅巴评价标准Table 1 Evaluation standard of rice crust

1.3.2 马铃薯莜面锅巴质构测定

使用穿刺型探头测定马铃薯莜面锅巴的质构指标[16]。参数条件：探头类型为探头P/2，测前速率1mm/s，测试速率2 mm/s，测后速率2 mm/s，压缩程度70%，触发力20 g。检测指标为酥性、平均硬度、脆性、表面硬度、黏聚性、最大硬度、咀嚼性等。

1.3.3 马铃薯莜面锅巴色差测定

将样品用保鲜膜包裹平整待用，采用色差仪对该成品进行色差测定[17]，以标准白板为参照，对每次试验的锅巴成品进行测定，每组成品选择3个样品进行测定或同一个样品旋转角度测量3次，求平均值，可得出色差参数L值、a值和b值。L表示明亮度，L=100表示白色，L=0表示黑色；a表示红绿色；b表示黄蓝色。

式中：ΔE 为总色差；ΔL、Δa、Δb分别为所测样本与标准的L、a、b值之差。

1.3.4 综合评分的计算

根据变异系数权重法确定质构指标、色差、感官评分的权重系数，首先将各个变量的实际值进行数据标准化处理，然后再采用加权平均的方法确定烤制后锅巴的综合评分，各个指标的变异系数的计算公式如下。

式中：Vi为第i项指标的变异系数；σi为第i项指标的标准差；Xi为第i项指标的算术平均值。

各项指标的权重的计算公式如下。

采用Z-score标准化法将各项指标的数据进行标准化处理，计算公式如下。

式中：Zij为标准化后的变量值；Xij为实际变量值；Xi为第i项指标的算术平均值；σi为第i项指标的标准差。

平均硬度、表面硬度、最大硬度、色差值越小越好[18]，因此，标准化后需将数值前面加负号，将各个指标标准化后的数据分别与权重相乘后，再计算总和，最后得到综合评分[19]。

1.4 试验方法

1.4.1 锅巴单因素试验

考察指标为感官评分、色差、质构指标。试验因素为小苏打添加量、马铃薯雪花粉添加量、烘烤时间、烘烤温度。试验中当其中1个影响因素变化时，保持其它3个影响因素不变，测定每一水平下锅巴的指标，根据变异系数权重法，计算出各项综合评分，确定每一试验因素的最佳范围。

小苏打添加量选取0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%5个水平；马铃薯雪花粉添加量选取10%、20%、30%、40%、50%5 个水平；烤制时间选取 10、12、14、16、18 min 5个水平；烤制温度选取 190、200、210、220、230℃5 个水平。

1.4.2 响应面试验

参考单因素试验结果，运用中心组合设计响应面方法，将响应面试验的因素确定为雪花粉添加量、烤制时间和烤制温度，按照变异系数权重法算出所有指标的综合评分，将其作为响应值，进行中心组合设计响应面试验[20]，设计因素以及水平见表2。

表2 中心组合试验设计因素及水平Table 2 Factors and levels used in central composite design

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 小苏打添加量对马铃薯莜面锅巴品质的影响小苏打添加量对马铃薯莜面锅巴品质的影响结果见表3。

表3 不同小苏打添加量的锅巴各项指标综合评分Table 3 The comprehensive scores of various indicators of rice crust with different addition of baking soda

由表3可知，锅巴的黏聚性、表面硬度、酥性所占权重较大，分别为0.369、0.148、0.139，表明这 3个指标对锅巴品质影响较大，并且当小苏打添加量不同时，也会对这3个指标产生较大程度的影响[21-22]。随着小苏打添加量的增加，锅巴黏聚性先升高后降低。小苏打添加量为0.8%时，锅巴黏聚性达到最大。这可能是因为较低的小苏打添加量可以适当地提高产品的黏聚性，而随着小苏打添加量继续增大，产品的酥性先升高再降低、黏聚性降低、表面硬度变大，这可能是因为小苏打添加量越大，在受热过程中产生CO2气体越多，酥性越大，而小苏打添加量越大，导致锅巴碱度升高，可能是表面硬度变大的原因[23]。经过综合评分，当小苏打添加量为1.0%时，综合评分值为0.322，此时评分最高，锅巴品质最佳。因此确定1.0%为小苏打的最佳添加量。

2.1.2 雪花粉添加量对马铃薯莜面锅巴品质的影响

马铃薯雪花粉添加量对马铃薯莜面锅巴的影响结果见表4。

表4 不同雪花粉添加量的锅巴各项指标的综合评分Table 4 The comprehensive scores of various indicators of rice crust with different addition of snowflake powder addition

由表4可知，锅巴的黏聚性、表面硬度、酥性所占权重较大，分别为 0.481、0.135、0.116，表明这 3个指标对锅巴品质影响较大，并且当雪花粉添加量不同时，也会对这3个指标产生较大程度的影响[21-22]。当雪花粉添加量为50%时，锅巴的黏聚性最大，这可能是因为马铃薯雪花粉的添加使混合粉的淀粉含量增加，造成锅巴的黏度增加[24]；锅巴的酥性随着雪花粉添加量的增加先升高后降低，雪花粉添加量为30%时，酥性最大，说明适量的雪花粉可以增加锅巴的酥性，添加量过多反而使酥性降低。雪花粉添加量为30%时，表面硬度明显低于其它水平，这可能是马铃薯雪花粉糊化度较高，使锅巴结构疏松。随着雪花粉添加量的继续增加，膳食纤维和黏蛋白的进一步增加，导致表面硬度增加[25]，说明适量的雪花粉，可以降低锅巴的表面硬度。经过综合评分，当雪花粉添加量为30%时，综合评分值较高，锅巴品质较好。选用雪花粉添加量20%～40%进行后续试验。

2.1.3 烤制时间对马铃薯莜面锅巴品质的影响

烤制时间对马铃薯莜面锅巴品质的影响结果见表5。

由表5可知，锅巴的黏聚性、表面硬度、脆性及平均硬度所占权重较大，分别为0.298、0.204、0.122、0.120，表明这4个指标对锅巴品质影响较大，并且当烤制时间不同时，也会对这4个指标[21-22]产生较大程度的影响。烤制时间为12 min时，锅巴的黏聚性最大。随着烤制时间的延长，锅巴黏聚性开始降低，因为烤制时间越长，锅巴水分流失越多，黏聚性下降。烤制时间为12 min时，其脆性最大，随着烤制时间继续延长，脆性降低。这可能是因为随着烤制时间的延长锅巴会变硬，脆性反而会降低[26]。烤制时间为14 min时，锅巴表面硬度最低。烤制时间16 min时，平均硬度最小，烤制时间18 min时，表面硬度和平均硬度均较大，说明随着烤制时间延长，锅巴发生焦化，使硬度增加[27]。经过综合评分，当烤制时间为12 min～16 min时，综合评分较高，锅巴品质较好。因此选用烤制时间12 min～16min进行后续试验。

2.1.4 烤制温度对马铃薯莜面锅巴品质的影响

烤制温度对马铃薯莜面锅巴品质的影响结果见表6。

由表6可知，锅巴黏聚性占权重为0.317、表面硬度占权重为0.193、平均硬度占权重为0.124、脆性占权重为0.121，表明这4个指标对锅巴品质影响较大，并且当烤制温度不同时，会对这4个指标产生较大程度的影响[21-22]。当烤制温度为210℃时，锅巴的黏聚性最高，随着温度继续升高，黏聚性降低，这可能是因为在相同烤制时间下，烤制温度越高，锅巴的含水率越低，硬度增加，黏聚性降低[27]。平均硬度和表面硬度总体为烤制温度越低，硬度越小，但烤制温度低，脆性达不到效果。当烤制温度为190℃～210℃时，综合评分较高，锅巴品质较好。因此选用烤制温度190℃～210℃进行后续试验。

表6 不同烤制温度的锅巴各项指标的综合评分Table 6 The comprehensive scores of various indicators of rice crust with different baking temperature

2.2 响应面试验结果与分析

根据响应面试验方案进行试验，按照变异系数权重法分别计算出马铃薯莜面锅巴各项指标的权重值，然后算出所有指标的综合评分，结果见表7。

表7 响应面试验方案和综合评分Table 7 Experimental design of response surface method and the comprehensive scores

根据中心组合设计响应面试验，响应值为综合评分，采用Design-Expert 8.0对试验结果进行回归分析，建立模拟马铃薯莜面锅巴综合评分的回归模型，得到的回归方程为Y=0.35+0.095A+0.102B+0.14C+0.095AB+0.049AC-0.031BC+0.05A2-0.031B2-0.079C2。根据一次项系数的绝对值，该响应面模型C＞B＞A，即烤制温度＞烤制时间＞雪花粉添加量，说明烤制温度对锅巴产生的影响最大，烤制时间影响其次，影响最小的是雪花粉添加量。对这个模型进行方差及显著性分析[28-29]，各项回归系数及其显著性检验结果见表8。

表8 回归模型方差分析Table 8 Analyses of variance of regression equation

由表8可知，回归模型P＜0.05，说明该模型为显著。失拟项P=0.219 7＞0.05，失拟不显著，说明该模型试验误差小，较准确。一次项B、一次项C的P＜0.05，表明烤制时间和烤制温度对综合评分的影响显著，二次项 B2的 P＜0.05、二次项 C2的 P＜0.01，表明 B2对综合评分影响显著，C2对综合评分的影响极显著，其余各项对综合评分影响不显著，综合优化方程后，得到的综合评分标准回归方程为Y=0.35+0.102B+0.14C-0.031B2-0.079C2，该方程可用于后期的预测和分析。

为探究雪花粉添加量、烤制温度和烤制时间参数使马铃薯莜面锅巴综合评分最高，利用回归方程进行参数的优化设计。经过分析优化，制作锅巴最佳参数为雪花粉添加量30%、烤制时间14min、烤制温度200℃，符合试验规律。固定其中1个因素在最佳水平，得到剩余2个因素的交互效应图[30]，各因素的交互作用见图 1～图 3。

图1 雪花粉添加量与烤制时间交互作用的响应面和等高线Fig.1 Responsive surface maps and contour maps for interactions between between snow pollen addition and baking time

图2 雪花粉添加量与烤制温度交互作用的响应面和等高线Fig.2 Responsive surface maps and contour maps for interactions between between snow pollen addition and baking tempereture

图3 烤制时间与烤制温度交互作用的响应面和等高线Fig.3 Responsive surface maps and contour maps for interactions between baking time and baking tempereture

对综合评分影响显著、交互作用强的因素，表现为曲线较陡，对综合评分交互作用不太强的因素，等高线趋于圆形，响应曲面较为平滑。由图1～图3可知，响应值变化最大的是图3，等高线呈扁椭圆，响应面非常陡峭，说明烤制时间和烤制温度的交互作用对马铃薯莜面锅巴各指标综合评分的影响显著，与方差分析结果一致。

3 结论

本试验以马铃薯雪花粉和莜面作为主要试验材料，研制马铃薯莜面锅巴。采用感官评分、色差值、质构数据多个指标衡量锅巴品质，采用变异系数权重法得到各个指标的综合评分。通过单因素试验和响应面试验，建立了各项指标与试验因素的二次多项式模型。经验证，模型回归显著，可以较好地描述马铃薯莜面锅巴的制作工艺。通过比较不同条件的P值可知，试验因素对锅巴品质影响的大小为烤制温度＞烤制时间＞雪花粉添加量。经过分析优化得出马铃薯代餐棒的最优工艺参数组合为小苏打添加量1.0%、雪花粉添加量30%、烤制时间14 min、烤制温度200℃，此时烤制的锅巴的综合评分最高，色泽均匀、口感酥脆。本研究能够为工业化生产提供理论基础，推动马铃薯深加工，提高莜面利用率，同时丰富休闲食品市场。