崔妍1，杨丹璐1，陈姗姗1，吴金鸿1*，王正武1，孙志栋2，张林楠3
（1.上海交通大学农业与生物学院，上海200240；2.宁波市农业科学研究院，浙江宁波315040；3.宁波飞润海洋生物科技股份有限公司，浙江宁波315731）
摘要：为开发以马铃薯粉为原料的新型风味产品，提高马铃薯粉的综合利用价值，将改性的泡菜粉加入到马铃薯饼干中，通过单因素和正交试验优化配方工艺，利用主成分分析法对产品进行感官评定、质构分析和营养评价。结果表明，泡菜风味马铃薯饼干的最优配方为低筋面粉145g、奶粉15g、鸡蛋15g、牛奶40g、黄油35g、白砂糖30g、泡菜粉13g、马铃薯粉22g、泡打粉4g。复配粉过140目筛有利于提高产品质构和感官品质。产品营养评价结果显示，泡菜风味马铃薯饼干是一种高膳食纤维、高蛋白质、低热量的新型功能性营养食品，具有良好的市场推广前景。
关键词：泡菜风味；马铃薯；饼干；主成分分析；营养评价
马铃薯是全球第四大重要的粮食作物，仅次于小麦、稻谷和玉米[1-3]。马铃薯富含蛋白质、淀粉、维生素和矿物质等各类营养物质，其必需氨基酸的平衡优于其他植物蛋白，淀粉几乎可以完全被人体消化[4]，因此，极具开发和利用潜力。我国是世界马铃薯总产量最多的国家，但是只有少数地区把马铃薯作为主食，更多的是作为菜来食用。我国已于2015年提出马铃薯主食化战略，推进把马铃薯加工成馒头、面条、米粉等主食，马铃薯将成为小麦、稻米、玉米外又一主粮[5-7]。除了馒头、面条等主食之外，饼干是休闲食品中的主打产品，随着生活水平的提高，休闲食品的市场需求逐渐增大，饼干更是迎来黄金发展的时期，追求低卡路里、高纤维、口感更丰富的“健康饼干”已成为趋势[8-9]。此外，饼干因为其独特的性能，可作为旅行、登山、航海时的储存食品，甚至战争时期的备用食品。将马铃薯添加入饼干中，研制马铃薯饼干，不论从国家发展战略，还是经济角度来看都是利国利民的。
本研究拟开发一款泡菜风味的马铃薯饼干。一方面，添加适量的马铃薯粉，可以提升饼干的营养价值[10-11]，改变其原有的感官品质，满足人们对健康食品的追求。另一方面，泡菜集聚酸、辣、甜、咸等形成了独特的风味[12-13]，添加至马铃薯饼干中可以丰富口感，增加风味。本研究通过配方优化以及感官评价、质构分析和营养评价等，研制泡菜风味的马铃薯饼干，旨在为马铃薯加工产品的研发和资源利用提供依据。
泡菜粉：新鲜青芥菜经乳酸菌发酵和超高压改性膳食纤维后打浆冻干，保存于上海交通大学淀粉加工与工程实验室；低筋面粉：新乡良润全谷物食品有限公司；奶粉、牛奶：内蒙古伊利实业股份有限公司；鸡蛋：市售；黄油：新加坡商永纽股份有限公司；白砂糖：江西巧厨食品有限公司；马铃薯粉：内蒙古希森马铃薯全粉有限公司；泡打粉：上海枫未实业有限公司；面粉筛（80、100、120、140目4种）：承泽丝网加工厂；一次性杯子：新源（福建）塑胶有限公司。
ME104E电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；英润20mm压面机：永康市五瑞工贸有限公司；DC-18S烤箱：新麦机械（无锡）有限公司；UniversalTA质构仪：上海腾拔仪器科技有限公司。
1.3.1泡菜风味马铃薯饼干的配方设计
根据文献报道的配方[14]进行了摸索与优化，确定了泡菜风味马铃薯饼干的初步配方：低筋面粉145g、奶粉15g、鸡蛋15g、牛奶40g、黄油35g、白砂糖30g、泡菜粉10g、马铃薯粉15g、泡打粉4g。
1.3.2泡菜风味马铃薯饼干的制作工艺
1）全部黄油切成小块，隔水融化成液态；2）在黄油中加入打散的鸡蛋液；3）加入牛奶，并搅拌均匀，成为混合液体；4）在混合液体中，加入白砂糖、奶粉，继续搅拌均匀；5）称取低筋面粉、泡菜粉、马铃薯粉和泡打粉，过筛后加入到混合液体中，并用手揉成光滑的面团，盖上保鲜膜放置0.5h；6）用压面机将面团压成0.3cm厚的面皮，用模具制作成好看的形状，并用牙签的反面戳成间隔均匀的小孔，孔径大小为2mm，最后送入预热好的上下火180℃烤箱，烘烤10min。
1.3.3单因素试验
以泡菜粉添加量（10、15、20g），马铃薯粉添加量（10、15、20g）和复配粉的过筛目数（80、100、120目）作为3个因素，按1.3.2的工艺制作出饼干。根据GB/T20980—2007《饼干》进行感官评定，由6位具有食品专业背景并受过专业感官训练的评定人员对饼干进行感官评价，取平均值即为饼干感官得分，具体的评价标准见表1。
表1饼干感官评分标准Table1Thecriterionofsensoryevaluationforthebiscuits
评价项目要求感官评分色泽（20分）呈绿色或该产品应有的色泽，色泽均匀，无白粉，无过焦、过白的现象16～20呈深绿色，色泽基本均匀，无过焦，过白现象不明显10～15呈焦绿色，颜色不均匀，过白现象明显0～9形态（20分）外形完整，花纹清晰，厚薄基本均匀，无收缩，不变形，不起泡，没有凹底，无洞眼16～20外形较规则、完整，花纹较清晰，收缩不明显，不变形，不起泡，稍有凹底，无大孔洞10～15外形较差，收缩、变形、起泡明显，凹陷严重，孔洞较大0～9滋味与口感（40分）泡菜香味浓郁，无异味，口感松脆细腻，不粘牙30～40泡菜香味明显，略有异味，松脆细腻，有轻微颗粒感，轻微粘牙20～29泡菜香味不明显，异味明显，明显不松脆，口感粗糙，粘牙0～19组织（20分）断面结构有层次，孔隙大小均匀，结构细密，没有大的空洞，无僵硬块16～20断面结构较有层次，孔隙大小较均匀，结构较细密，稍有大空洞，有少量僵硬块10～15断面结构较差，孔隙大小不均匀，结构不细密，大孔洞多，有僵硬块0～9
1.3.4正交试验
选出单因素试验中得分最高的3个水平，建立三因素三水平的正交试验，并对饼干再次进行感官评定。
1.3.5质构测定
用质构仪对正交试验中的饼干进行测定。选择压缩试验模式，P5探头，测前速度1.7mm/s，测试速度1.0mm/s，测后速度2.0mm/s，压缩比17%。测定因素包括硬度、脆度、咀嚼性和黏着性[15]。
1.3.6饼干营养评价
综合感官评定的得分以及质构仪的测定结果，选出最优的泡菜风味马铃薯饼干配方，并对其进行营养成分分析，指标包括脂肪（GB5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》）、蛋白质（GB5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》）、膳食纤维（GB5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》）、水分（GB5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》）、灰分（GB5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》）、碳水化合物和能量（GB28050—2011《食品安全国家标准预包装食品营养标签通则》）。
1.3.7主成分分析
1.3.8数据统计
试验数据均测定3次，取平均值。采用SPSS软件和Excel软件对数据进行处理和分析。
以泡菜粉添加量、马铃薯粉添加量和复配粉的过筛目数作为3个因素制作饼干。以泡菜粉添加量15g，马铃薯粉添加量20g，复配粉过筛目数140目的制作条件为例，最终产品如图1所示。
图1泡菜马铃薯饼干成品图Fig.1Thephotographofkimchi-flavoredpotatobiscuits
泡菜粉添加量、马铃薯粉添加量、复配粉过筛目数对饼干品质的影响见图2～图4。
图2泡菜粉添加量对饼干品质的影响Fig.2Theeffectoftheamountofkimchipowderonthetasteofbiscuits
图3马铃薯粉添加量对饼干品质的影响Fig.3Theeffectoftheamountofpotatopowderonthetasteofbiscuits
图4复配粉过筛目数对饼干品质的影响Fig.4Theeffectofthegrindingdegreeonthetasteofbiscuits
由感官评定结果可知，随着泡菜粉添加量的增加，饼干感官评分先上升后下降，且增减幅度较大（图2），这表明添加适量的泡菜粉能够有效增加饼干的风味，但是一旦过量，使得饼干的异味过重，饼干风味会大幅度下降。马铃薯粉添加量对饼干品质的影响却恰好相反，随着马铃薯量增加，饼干感官评分先下降后上升（图3），说明马铃薯粉和低筋面粉之间的配比对饼干的品质影响较大。饼干感官评分下降可能由饼干硬度下降所导致，马铃薯粉不含面筋蛋白[16]，加入一定量的马铃薯粉导致面团面筋比例降低，使饼干产生了松散的口感[17]，而后随着马铃薯粉的继续添加，面筋蛋白与油脂的结合力下降，促进了水合作用，使得饼干硬度得以回升。随着复配粉过筛目数的增加，饼干感官评分逐渐增加，且120目时饼干的评分远大于另外两个目数条件下的评分（图4）。过筛目数增加使饼干在口感上变得越来越细腻，并在一定程度上提高了饼干的酥脆度。综合单因素试验结果，最终选择泡菜粉添加量15g，马铃薯添加量20g，复配粉过筛目数120目进行正交试验设计。
根据单因素试验结果，对泡菜粉添加量、马铃薯粉添加量、复配粉过筛目数进行了正交试验设计，因素水平见表2，正交试验结果见表3。
表2正交试验因素与水平Table2Thefactorsandlevelsoftheorthogonaltest
水平因素泡菜粉添加量/g马铃薯粉添加量/g过筛目数113181002152012031722140
表3正交试验设计及方差分析结果Table3Thedesignoftheorthogonaltestandtheresultsofrangeandvarianceanalysis
注：*表示有差异，p＜0.1；**表示差异显著，p＜0.05。
试验号泡菜粉添加量/g马铃薯粉添加量/g过筛目数感官评分1131810079.00±2.86**2132012084.50±3.09*3132214087.50±2.01*4151812079.33±4.025152014080.67±2.63*6152210079.83±3.267171814078.17±0.968172010077.17±2.719172212082.67±2.94*K1251.00236.50236.00K2239.83242.34245.83K3237.34249.33246.34k183.6878.8378.67k279.9480.7881.94k379.1183.1182.11R4.554.283.28最优1322140
由结果确定产品的最佳配方为：泡菜粉添加量13g，马铃薯添加量22g，复配粉过筛目数140目，与感官评分最高的3号样品结果相一致。说明产品配方中泡菜粉添加量的增加会导致产品感官品质降低，而适当提高马铃薯粉添加量和降低粉末粒度，可以提高产品感官品质。有研究表明，降低马铃薯粉末粒度可以导致颜色强度的增加，以及溶解度和溶胀力的提升[18]，可以有效改善饼干的感官品质。此外，结果显示，各因素对饼干的感官影响的主次排序为泡菜粉添加量＞马铃薯粉添加量＞复配粉过筛目数。
对饼干样品的硬度、脆度、咀嚼性和黏着性等质构特性进行分析，结果见表4。
表4饼干质构特性分析结果Table4Theanalyzedresultsofthetexturalpropertiesofbiscuits
注：不同字母表示差异显著，p＜0.05。
试验号硬度/g脆度/g咀嚼性黏着性13580.90±417.64a3414.24±267.42a284.73±11.73c971.88±73.87bc22404.15±209.19b3044.49±213.33a265.84±8.64c930.78±2.84bc31453.55±122.66c3386.88±192.03a224.86±15.73c537.98±24.38d42477.45±293.12b305.69±27.30c1102.07±437.43bc52308.60±195.67b2181.61±297.23bc300.23±15.26c850.73±15.00bcd61533.38±284.15c1363.63±131.64d1804.90±151.47c299.14±6.70c785.42±30.95cd73786.04±192.09a1721.42±156.30a82589.38±295.44b3453.65±461.08a1089.21±210.14a887.40±88.56b1492.02±118.89a91723.42±124.82c2510.20±233.13b3085.64±179.57a1269.69±241.80a1163.11±227.67b
硬度是评价饼干口感的重要指标，表示的是第一次压缩时的最大峰值，也就是食物变形所需的力[19]。结合感官评价可知，感官评分超过80分的饼干，其硬度都低于2500g，表明硬度大于2500g的饼干超出了普通消费者的可接受水平。脆度是评价饼干质地的重要指标，反映的是饼干质地的疏松程度[20]。从表3和表4可知，脆度大的饼干其感官评定评分也相对较高。咀嚼性指的是咀嚼半固体的样品至可吞咽状态时所需要作的功[21]。感官上是指牙齿将食物从固体的状态咀嚼成可吞咽的状态所需要作的功。咀嚼性的大小反映了饼干对牙齿咀嚼的抵抗力。咀嚼性越大，说明饼干越难被嚼碎，也越不酥脆。黏着性是指为了克服探头和样品间的黏着力所作的功[22]。在感官上指的是样品表面对牙齿表面的黏附能力。如果黏着性的绝对值很大，饼干则易粘在牙齿和口腔壁上。样品7、8、9的咀嚼性和黏着性都较高，而由配方可知这3个样品的泡菜粉含量较高，说明泡菜粉含量在一定程度上可以影响饼干的咀嚼性和黏着性。
因素色泽形态滋味与口感组织色泽1.000-0.567-0.246-0.220形态-0.5671.0000.5040.390滋味与口感-0.2460.5041.0000.607组织-0.2200.3900.6071.000
表6感官评定方差贡献率和累积贡献率Table6Variancecontributionrateandcumulativecontributionrateofsensoryevaluation
序号初始特征值提取载荷平方和总计方差贡献率/%献率/%总计方差贡献率/%累积贡images/BZ_128_715_1844_731_1871.png累积贡献率/%12.28257.04857.0482.28257.04857.04820.95123.76880.8170.95123.76880.81730.43610.89491.71140.3328.289100.000
表7主成分评分系列矩阵Table7Seriesmatrixofprincipalcomponentanalysis
因素色泽形态滋味与口感组织成分1-0.1870.2390.2320.214成分20.723-0.3320.4330.534
用SPSS软件只提取前两个主成分，这两个主成分的累积方差贡献率为80.817%（表6），在一定程度上能较好地反映感官评定的结果。
根据表7可以得到各主分的表达式。
将各个变量代入公式（1）和公式（2），分别得出F1和F2的两个主成分得分。
按照各主成分所对应的方差贡献率，按公式（3）来计算综合评分Y，结果如表8所示。
表8饼干感官评定的主成分特征值及综合评分Table8Principalcomponenteigenvaluesandcomprehensivescoresofsensoryevaluationofbiscuits
序号色泽形态滋味与口感组织主成分1主成分2Y117.8316.0029.1716.0010.681228.753715.9953215.3316.6735.3317.6713.095430.282818.1489316.6717.0035.5017.0012.819730.857918.1235415.5016.6730.3316.8311.723827.792216.4483516.6716.6730.1717.1711.540728.750416.6009616.8316.5029.6716.8311.281428.524416.3514716.6716.6728.5016.3310.973527.578715.8560815.5016.6728.5016.5011.228626.823615.8140917.3316.5031.0017.8311.710429.995817.0870
由综合评分Y值分析结果可以看出，第2组试验样品和第3组试验样品的综合评分较高。同理可以分析得到饼干质构特性分析结果的主成分特征值及综合评分，结果见表9。
表9饼干质构测定的主成分特征值及综合评分Table9Principalcomponenteigenvaluesandcomprehensivescoresoftexturedeterminationofbiscuits
注：因为硬度、咀嚼性和黏着性的大小对主成分的影响是反向的，所以事先对其数据进行了正向化处理。
序号硬度脆度咀嚼性黏着性主成分1主成分2Y10.0002834140.003510.00103-0.47671.0388-0.019120.0004230440.003760.001070.24300.55660.337730.0006933870.004440.001862.68531.37202.288840.0004021820.003270.00091-0.0854-0.6599-0.258850.0004313640.003330.001180.6719-1.54610.002360.0006518050.003340.001271.4888-1.03040.728270.0002634540.000920.00058-2.31730.6344-1.426280.0003925100.001130.00067-1.4634-0.5435-1.185790.0005830860.000790.00086-0.74630.1782-0.4671
如表9所示，第3组样品的质构特性综合评分最高。因此，综合饼干产品的感官品质和质构特性的分析结果，可以确定最优的泡菜风味马铃薯饼干配方为第3组样品，其配方组成中泡菜粉添加量为13g，马铃薯粉添加量为22g，复配粉过筛目数为140目，这与极差分析的结果一致。
在最优饼干产品配方基础上，对最优化的饼干产品的营养成分进行综合的分析，并与市场上知名的市售饼干进行对比。营养素参考值（nutrientreferencevalues，NRV）为能量和营养素在食物中的相对含量，其专门用于食品营养标签，标示每日合理的能量与营养摄入[25]。最优配方饼干的营养成分见表10，市售饼干的营养成分见表11。
表10最优配方饼干的营养成分Table10Nutritionalcompositionoftheoptimalformulaforbiscuits
注：-表示无。
成分含量/（g/100g）能量系数/（kJ/g）能量/（kJ/100g）NRV/%水分5.4---灰分4.6---蛋白质8.217139.413.7脂肪15.037555.025.0膳食纤维15.88126.463.2碳水化合物51.017867.017.0
表11市售饼干的营养成分Table11Nutritionalcompositionofcommevcialbiscuits
营养成分含量/（g/100g）能量系数/（kJ/g）能量/（kJ/100g）NRV/%蛋白质4.51776.59脂肪21.537795.538碳水化合物67.5171147.522膳食纤维12.5810050
由表10和表11可知，与市售饼干相比，最优配方所制作成的饼干具有更高的蛋白质含量和膳食纤维含量，更低的脂肪含量、碳水化合物含量和热量。一种更加专业的判断方法，即利用称为蛋白质质量指数（indexofnutritionquality，INQ），即蛋白质的NRV除以能量的NRV，来判断食品营养价值的高低[25]。最优配方饼干INQ=0.68，市售饼干INQ=0.36，说明最优配方饼干较市售饼干而言有更高的营养价值。此外，最优配方饼干的脂肪NRV质量百分比为25%，而市售饼干为38%，显然，具有更低的脂肪含量。在碳水化合物方面，最优配方饼干的NRV质量百分比为17%，市售饼干的为22%。这两个数值与大多数高碳水化合物的主食类食物相差不多，因此这两款饼干都可以作为主食食用。最优配方饼干膳食纤维的NRV为63.2%，市售饼干为50%，说明食用100g最优配方饼干可以补充将近2/3每日所需的膳食纤维含量。总的来说，按照最优配方烘焙制得的泡菜风味马铃薯饼干和市场上商品化的产品相比，不但更加营养，而且更加健康。
本研究通过正交试验优化配方工艺制作泡菜风味的马铃薯饼干，并结合主成分分析方法对其进行感官评价和质构特性分析及营养评价，通过统计数学模型分析，进行科学的配方设计和工艺优化。最终确定泡菜风味马铃薯饼干的最优配方为低筋面粉145g、奶粉15g、鸡蛋15g、牛奶40g、黄油35g、白砂糖30g、泡菜粉13g、马铃薯粉22g、泡打粉4g。同时复配粉过140目筛有利于提高产品质构和感官品质。与市售饼干相比，本研究设计的泡菜风味马铃薯饼干在营养方面具有更高的蛋白质含量和膳食纤维含量，更低的脂肪含量、碳水化合物含量和热量。因此，最优配方所制作成的饼干具有较高的营养价值，是一种更符合饮食健康需求的新产品，具有市场推广价值。
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OptimalPreparationofKimchi-flavoredPotatoBiscuitsBasedonPrincipalComponentAnalysis
CUIYan1，YANGDan-lu1，CHENShan-shan1，WUJin-hong1*，WANGZheng-wu1，SUNZhi-dong2，ZHANGLin-nan3（1.SchoolofAgricultureandBiology，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China；2.NingboAcademyofAgriculturalScience，Ningbo315040，Zhejiang，China；3.NingboFeirunMarineBiotechnologyCo.，Ltd.，Ningbo315731，Zhejiang，China）
Abstract：Todevelopnewflavorbiscuitsbasedonpotatoflour，andtopromotethecomprehensiveutilizationvalueofpotatoflour，kimchipowderwasmodifiedandaddedtopotatobiscuits.Theformulationwasoptimizedviasinglefactorandorthogonaltests.Sensoryevaluation，textureanalysis，andnutritionalevaluationwereperformedbyusingprincipalcomponentanalysis.Theoptimalformulationofkimchi-flavoredpotatobiscuitswasasfollows：145glow-glutenflour，15gmilkpowder，15gliquidwholeegg，40gmilk，35gbutter，30gwhitesugar，13gkimchipowder，22gpotatopowderand4gbakingpowder.Thecompoundpowderwassievedthrougha140mesh-sievetoimprovethetextureandsensoryqualityofthebiscuits.Kimchipotatobiscuitsdisplayedhigherproteinanddietaryfibercontents，andlowercontentsoffat，carbohydrate，andcalories，aswellasahighernutritionalvalue.Theseattributesindicateagoodmarketpotentialoftheproduct.
Keywords：kimchi-flavored；potato；biscuits；principalcomponentanalysis；nutritionassessment
DOI：10.12161/j.issn.1005-6521.2021.18.017
基金项目：宁波市公益类科技计划项目（202002N3084）；国家自然基金面上项目（31972017）；国家重点研发计划专项课题（2016YFD0400206）
作者简介：崔妍（1986—），女（汉），实验师，硕士，研究方向：食品加工与安全。
*通信作者：吴金鸿（1978—），女（汉），副研究员，博士，研究方向：食品加工与功能食品。
引文格式：
崔妍，杨丹璐，陈姗姗，等.基于主成分分析法的泡菜风味马铃薯饼干研制[J].食品研究与开发，2021，42（18）：116-122.
CUIYan，YANGDanlu，CHENShanshan，etal.OptimalPreparationofKimchi-flavoredPotatoBiscuitsBasedonPrincipalComponentAnalysis[J].FoodResearchandDevelopment，2021，42（18）：116-122.