不同品种甘薯生湿面条品质特性及加工适宜性分析

范会平，许梦言，马静一，王雪竹，艾志录，2*

1(河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州，450002)2(农业部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州，450002)3(河南农业大学 信息与管理科学学院，河南 郑州，450002)4(河南省食品药品审评查验中心，河南 郑州，450004)

甘薯是世界上重要的粮食、饲料和工业原料作物，普遍种植于世界上热带和亚热带地区的100多个国家，且甘薯营养丰富、养分均衡，营养价值不低于米、面[1]。甘薯被誉为世界第七大重要作物，在发展中国家，被誉为第三位最具有价值产品和第五位热量的主要来源物质[2]。在中国甘薯产量仅次于水稻、小麦和玉米，位居第四，所以甘薯是我国主要的粮食作物之一[3]。

刘鲁林等[4]从食品加工角度对35个甘薯品种的淀粉、还原糖、粗蛋白等营养成分和相关性进行了分析和探讨，为不同品种甘薯在食品加工领域的应用提供了数据参考。余树玺等[5]研究结果表明，不同品种间甘薯淀粉由于化学成分的不同而使其物化特性和粉条品质都发生不同程度的变化，甘薯淀粉的成分和物化性质与其粉条品质之间存在相关性。谭洪卓等[6]研究表明淀粉理化性质对粉丝品质影响较大，回生对粉丝品质的影响远远大于糊化对其的影响,淀粉分子结构对粉丝品质影响更大。范会平等[7]研究当紫薯全粉添加量为80%时制作的紫薯全粉面条品质最佳。甘薯泥是甘薯经过蒸煮而得到的泥状物，甘薯泥在营养方面和甘薯全粉无差异，在用途方面甘薯泥可以完全代替甘薯全粉，并且甘薯泥在使用上更灵活，操作更方面，根据薯泥的不同性状，可以加工成不同的产品[8]。苑建伟等研究了紫薯泥和小麦粉质量比为3∶7时，生产的紫薯挂面品质最佳[9]。目前，关于不同品种甘薯泥面条品质特性的差异情况，甘薯面条加工的专用品种并不清楚。因此，开发适合我国居民饮食习惯的面条、馒头等满足一日三餐消费的新型主食产品，筛选适合加工新型主食产品的专用品种，培育具有新型主食产品加工需求特性的新品种，将是我国薯类加工业的重点发展方向[10]。

本文在前期工艺优化的基础上，以38个甘薯品种为原料,加工成薯泥面条,采用相关性分析、主成分分析和聚类分析对38个品种面条品质特性进行分析及综合评价，为甘薯的加工利用及适宜加工的薯泥面条品种选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

甘薯品种及来源见表1；小麦粉(特一粉)，由郑州金苑面业有限公司提供；谷朊粉，由封丘县华丰粉业有限公司提供；食盐(市售)，食品级。

1.2 仪器与设备

DMT-5型电动面条机，山东龙口复兴机械有限公司；B5A变频调速搅拌机，广州威尔宝酒店设备有限公司；DHG-9245A 鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；电磁炉(美的RH2145E)，广东美的生活电器制造有限公司；TA-XA Plus质构仪，英国Stable Micro System公司。

表1 样品种类Table 1 Sample types

1.3 实验方法

1.3.1 甘薯基本指标的测定

水分含量参照GB 5009.3—2016，采用直接干燥法(105 ℃)；灰分含量参照GB 5009.4—2016，采用食品中总灰分的测定；淀粉含量参照GB 5009.9—2016，采用酸水解法；还原糖含量参照GB/T 5009.7—2016；甘薯质构(texture profile analysis，TPA)的测定参照陈丽[11]方法进行。

1.3.2 甘薯泥的制备

选取无损伤、无发芽、无虫害、无腐烂的新鲜甘薯，清洗去皮切块后放入蒸锅中蒸20min，冷却后置于研钵中加适量的水用研磨棒捣成甘薯泥,使薯泥含水量达到60%左右，备用。

1.3.3 生湿面制作工艺

生湿面制作工艺：

原料→加水→和面→静置→压面→切条

以小麦粉和甘薯泥为原料，小麦粉和薯泥的质量比为7∶3，添加1.5%食盐，6%的谷朊粉，和成絮状的面絮，将面絮用保鲜膜密封好，室温条件下静置20 min熟化。熟化后的面絮放入面条机反复压延至面片光滑、组织细密，将压好的面片用压面机切割成宽度3 mm、长度220 mm、厚1 mm的面条备用[12]。

1.3.4 甘薯生湿面感官评价

参照LS/T 3202—1993《面条用小麦粉》的方法，甘薯面条评分项目及分数分配如表2所示，总分100分。

1.3.5 甘薯生湿面最佳蒸煮时间测定

最佳蒸煮时间的确定：取长度为220 mm的面条10根，放入500 mL沸水中，同时开始计时。保持水处于98～100℃微沸状态下煮制，从1 min开始，每隔30 s取出1根面条，用透明玻璃片压开观察面条中间白芯的有无，白芯刚消失时的时间即为面条的最佳煮制时间[13]。每个样品重复3次平行试验。

表2 甘薯生湿面条评分标准Table 2 Grading criteria for sweet potato raw wet noodles

1.3.6 甘薯生湿面熟断条率的测定

从制作好的面条中取出40根，放入500 mL的沸水中煮3 min，观察面条有无断条，记录断条根数，根据公式(1)进行计算：

(1)

式中：N为断条根数。

1.3.7 甘薯生湿面蒸煮损失率的测定

根据沈耀衡等[14]的方法加以改进。称取5根湿面条(总质量为M2)，放入已煮沸的蒸馏水中煮制3 min，捞出面条，面汤冷却至室温后，转移至500 mL容量瓶中定容，混匀，量取50 mL面汤至烘至恒重的250 mL烧杯中，放入105 ℃烘干至恒重，测面汤中固形物的含量。按公式(2)进行计算：

(2)

式中：M1，面条固形物的质量，g；M2，面条质量，g；W，面条水分含量，g。

1.3.8 甘薯生湿面质构(TPA)的测定

参照JRIDI等[15]方法加以改动，面条在最佳蒸煮时间条件煮好后，用流动的自来水冲淋10 s，放在质构仪载物台上，选用P50探头，选取TPA模式进行试验。质构仪设定参数为：测前速度2 mm/s，测试速度0.8 mm/s，测后速度0.8mm/s触发力4.5 g，压缩时间1s，压缩比75%。测定指标为：硬度、咀嚼性、弹性、内聚力、黏结性，每个样品重复7次平行试验。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2016和SPSS 16.0 软件对数据进行描述统计分析、相关性分析、主成分分析和K-means聚类分析。

2 结果与分析

2.1 甘薯指标统计分析

测得甘薯品质指标见表3。甘薯指标的变异系数越大，波动性越大。样品的不同品质指标的变异程度不同,可能是因为品种之间存在基因差异，由于各品种是从不同地区收集的,可能存在环境因素引起的差异[16]。淀粉含量为5.63～24.90g/100g，淀粉含量的高低对面条品质影响极大，淀粉对面条烹煮品质及食用品质的影响至少与面筋具有同等重要的地位，不同面条不同的口感要求对淀粉特性的要求不同，有时甚至相反[17]。除了甘薯的水分含量与弹性，其他指标的变异系数均超过了20%，所选择的甘薯品种的加工品质会有差异,所选样品代表性较好。

表3 甘薯品质指标统计Table 3 Statistics on sweet potato quality indicators

2.2 38个甘薯生湿面品质特性分析

不同品种甘薯泥制作的生湿面的蒸煮品质和质构特性如表4和表5所示。

表4 38个品种甘薯生湿面条的蒸煮品质Table 4 Cooking quality of sweet potato raw wet noodles of 38 varieties

注：表中的小写字母为同一列的显著性差异(P<0.05)。下同。

生湿面最佳蒸煮时间的长短与原料特性及品质密切相关[10]。生湿面蒸煮时间的长短可能是因为甘薯淀粉颗粒大小不同，大颗粒淀粉有助于水分渗透进入面条内部，加速熟化过程，缩短煮面时间[18]。由表4可知，38个品种面条的最佳蒸煮时间在1.18～4.06 min。其中5号南薯99生湿面的最佳蒸煮时间最短为1.18 min，低于纯小麦粉生湿面的最佳蒸煮时间(4 min)。28号苏薯16生湿面的最佳蒸煮时间最长，为4.06 min。

蒸煮损失率是评价面条蒸煮品质的关键指标，蒸煮损失率越高，浑汤现象越严重，说明面条的蒸煮品质越差[19]。国家面条生产标准中最大蒸煮损失率为10%，由表4可知，38个品种生湿面的蒸煮损失率在4.60%～26.51%，其中4、5、6、8、9、18、19、20、22和23号(南紫薯18、南薯99、绵紫薯9号、南紫薯014、南薯017、徐薯8号、徐薯32号、徐薯34号、徐薯37号和徐薯38号)的蒸煮损失率低于10%。10号(龙薯9号)和35号(福薯90号)生湿面的蒸煮损失率较大，可能是因为甘薯原料中所含的纤维物质较高，且不含面筋蛋白，甘薯泥的添加会稀释弱化面团中的面筋蛋白，使面筋的弹性、韧性及延伸性降低，破坏了水分在蛋白和淀粉之间的分配，增大了蒸煮损失率和断条率[20-21]。由表4可知，38个品种甘薯生湿面的断条率在0%～6.67%。

感官指标是描述和判断食品质量最直观的指标，直接影响人们对面条品质优劣的判断。不同品种生湿面感官评分在71.73～82.83分(如表4所示)，其中28号苏薯16号生湿面的感官评分最大，37号福薯404生湿面的感官评分最小。

表5 38个品种甘薯生湿面条质构特性Table 5 Texture characteristics of sweet potato raw wet noodles

TPA是评价面条品质常用的方法，TPA参数与面条的蒸煮品质之间存在的显著的相关性。TPA测试指标能较好地反应面条感官评价的适口性、韧性、黏性和总评分[20-22]。因此，测定面条的TPA参数比感官评价结果更加客观。由表5可知，38个甘薯生湿面的硬度、咀嚼性、弹性、内聚力和黏结性等指标之间存在一定的差异性。其中硬度最大和最小的品种分别是周口商薯19号(10 611.00 g)和福薯90号(4 833.30 g)；弹性最大和最小的品种分别是周口商薯19号(0.91 mm)和郑州普32号(0.49 mm)；内聚力最大和最小的品种分别是郑20号(0.73)和济薯25号(0.59)；黏结性最大和最小的品种分别是周口商薯19号(6 889.60)和南薯99号(2 790.90)；咀嚼性最大和最小的品种分别是周口商薯19号(5 947.50)和南薯99号(2 264.20)。

2.3 甘薯品质特性与生湿面品质相关性分析

甘薯品质特性与生湿面品质之间的相关性分析结果见表6。水分含量与生湿面的蒸煮损失率、感官评分和内聚力呈显著的正相关(P<0.05)，与面条硬度、弹性、黏结性和咀嚼性呈极显著的负相关(P<0.01)。甘薯灰分与生湿面的最佳蒸煮时间、硬度、黏结性和咀嚼性呈显著的正相关(P<0.05)，与内聚力呈极显著的负相关(P<0.01)。甘薯还原糖与生湿面蒸煮损失率和感官评分呈极显著的正相关(P<0.01)，与面条硬度、黏结性和咀嚼性呈极显著的负相关(P<0.01)。甘薯淀粉和总糖与生湿面感官评分呈极显著的负相关(P<0.01)。甘薯硬度与面条的最佳蒸煮时间、蒸煮损失率和感官评分呈极显著的负相关(P<0.01)，与生湿面的断条率呈显著的正相关(P<0.05)。甘薯脆度和胶黏性与生湿面的最佳蒸煮时间、蒸煮损失率和感官评分呈显著的负相关(P<0.05)。甘薯弹性、内聚性、咀嚼性和回复性与生湿面蒸煮损失率和感官评分呈极显著的负相关(P<0.01)，甘薯弹性与生湿面弹性呈显著的正相关(P<0.05)，甘薯咀嚼性和回复性与面条硬度、弹性、黏结性呈显著的正相关(P<0.05)。说明甘薯品质与生湿面品质指标之间相互关联，甘薯品质的改变可能导致生湿面品质发生变化，有必要进一步探究甘薯生湿面品质与原料品质间的模型关系。为了能更好的评价不同甘薯指标对生湿面品质的贡献作用更大，不同品种甘薯品质特性的差异，将进行主成分分析[10]。

表6 甘薯品质特性与生湿面条品质特性相关性分析Table 6 Correlation between sweet potato quality characteristics and raw wet noodle quality characteristics

注: *在0.05 水平(双侧)上显著相关; **在0.01 水平(双侧)上显著相关。

2.4 甘薯品质指标主成分分析

图1为主成分分析碎石图，表7为主成分方差的累积贡献率。由表7和图1可知，前3个主成分的特征值均大于1，方差贡献率分别为49.383%、22.040%、8.973%，累积贡献率为80.395%，综合了甘薯品质特性的主要信息[20]。说明前3个主成分概括了原始数据的主要信息，能很好地解释甘薯的品质特性，可以采用前3个主成分进行分析。

图1 主成分分析碎石图Fig.1 Principal component analysis gravel diagram

表7 主成分分析解释总变量Table 7 Interpretation of total variables by principal component analysis

表8为主成分载荷矩阵。由表8可知，第1主成分中起主要作用的是硬度、咀嚼性、胶黏性、回复性、脆度、内聚性和弹性，即反应了甘薯质构特性；第2主成分主要是淀粉、还原糖、总糖和水分，即反应了甘薯碳水化合物特性；第3主成分主要是灰分，即反映了甘薯灰分特性；在每个主成分中，载荷值越高，表明贡献性越大[23]。

表8 主成分载荷矩阵Table 8 Main component load matrix

以甘薯硬度(X1)、咀嚼性(X2)、胶黏性(X3)、回复性(X4)、脆度(X5)、内聚性(X6)、弹性(X7)、淀粉(X8)、总糖(X9)、还原糖(X10)、水分(X11)和灰分(X12)为初始自变量,经过主成分分析,最终得出3个主成分因子的方程表达式如Y1～Y3所示,这3个主成分因子将原来12个初始指标作线性变换,重新组合成一组新的互相无关的综合指标,消除了甘薯原料12个指标间的相关性,涵盖了甘薯原料指标的大部分信息,可代替12个初始指标进行甘薯面条评价模型的建立。

Y1= 0.953X1+0.948X2+0.927X3+0.897X4+0.851X5+0.808X6+0.622X7+0.349X8+0.292X9-0.353X10-0.57X11-0.186X12

Y2=0.053X1+0.216X2+0.082X3-0.034X4+0.261X5+0.235X6+ 0.415X7-0.851X8-0.783X9+0.588X10+0.585X11-0.515X12

Y3= 0.068X1+0.003X2-0.05X3-0.148X4+0.136X5-0.183X6+0.081X7+0.365X8+0.528X9+0.461X10+0.227X11-0.559X12

2.5 甘薯生湿面加工适宜性评价

2.5.1 甘薯生湿面品质评价模型

以3个主成分因子Y1、Y2和Y3为自变量,归一化后的生湿面综合加工指标F为因变量,采用回归分析方法建立多元线性回归方程。得到的回归方程为:

F=47 239.61-0.395Y2-15.710Y3

回归模型的决定系数R2=0.985，调整后R2=0.964，Sig<0.05，说明模型拟合度较高，能满足实际要求。将Y2和Y3替换成初始自变量X1～X12，整理得甘薯生湿面综合指标与原料品质的回归模型为：

F=47 239.61-1.22X1-0.12X2+0.76X3+2.34X4-2.23X5+2.79X6-1.42X7-5.43X8-8.01X9-7.45X10-4.56X11+8.97X12

2.5.2 甘薯生湿面加工适宜性评价

对模型中的38个甘薯生湿面综合评价指标进行排序，结果如表9所示。排在前3位的品种是徐渝薯35号、福薯24号、龙津薯1号。

表9 甘薯生湿面条综合评价指标排序

采用K-means对表9中的38个甘薯生湿面综合品质指标进行聚类分析，设置K=3，将38个甘薯生湿面综合品质初步分为适宜、基本适宜和不适宜三类，如表10所示，筛选出适宜加工甘薯生湿面的品种有17个，基本适宜加工甘薯生湿面的有12个，不适宜加工成生湿面的品种有9个。

表10 甘薯生湿面条综合品质指标分类Table 10 Comprehensive quality indexes classification of sweet potato raw wet noodles

注：F甘薯面生湿面的综合评价指标。

3 结论

本试验对38个甘薯品质指标进行了统计分析，甘薯指标极差和变异系数相差较大，样品代表性较好。相关性分析表明，不同品种甘薯的水分、灰分、还原糖、总糖、淀粉以及质构指标与甘薯面条品质之间存在显著的相关性(P<0.05)。

通过数据指标归一化方法将甘薯生湿面条各个指标转化为一组具有代表性的综合评价指标,并将综合评价指标F与原料主成分因子Y1、Y2和Y3进行回归分析,得出甘薯生湿面综合品质评价指标与甘薯原料品质的回归方程。通过K-means聚类分析法对38个甘薯品种的生湿面综合指标进行初步聚类，筛选出适宜加工甘薯生湿面的品种17个，基本适宜加工甘薯生湿面的有12个，不适宜加工成生湿面的品种有9个。本研究结果可为甘薯在生湿面加工应用方面提供一定的参考。