马铃薯光头饼的工艺优化及贮存期风味变化

孙莹，孟宁

（哈尔滨商业大学旅游烹饪学院，黑龙江哈尔滨150076）

马铃薯营养价值丰富，不仅含有蛋白质、维生素、碳水化合物及微量元素，还含有生理活性。其蛋白质为全价蛋白，含人体必需而又无法合成的8种氨基酸，其中赖氨酸和色氨酸含量较高，而这两种正是谷物中的限制氨基酸，因此将马铃薯全粉和小麦粉配合有利于提高产品蛋白质的功效[1]。

光头饼是哈尔滨、北京等地较流行的传统风味小吃，主要由高筋粉与低筋粉复配制作而成。然而面粉中的蛋白质和氨基酸含量不平衡，赖氨酸含量较低，影响光头饼的营养价值[2]。

本试验将传统的光头饼配方进行创新，添加马铃薯全粉代替低筋面粉，不仅可以提高光头饼的营养价值，又可以为马铃薯的主食化提供理论依据。本文主要以马铃薯粉和小麦粉为主要原料，通过响应面试验法优化其工艺参数，并且采用电子鼻考察马铃薯光头饼贮存期的风味变化。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

高筋小麦粉、金良马铃薯粉、杞参绵白糖、安琪高活性干酵母、安琪面包改良剂、中盐精制盐、大庆老奶粉、鸡蛋、黄油、水：哈尔滨家乐福超市。

JD200-3电子天平：沈阳天平仪器有限公司；16/13醒箱：广州市澳联斯厨具有限公司；KW-60红外线电加热食品烤箱：广东顺德亿高电器有限公司；XZCF-02A-7L小型和面机：广州市旭朗机械设备有限公司；Inose型智鼻：上海瑞玢国际贸易有限公司；尺子；量筒；烧杯。

1.2 方法

1.2.1 马铃薯光头饼的基本配方

马铃薯粉15 g，小麦粉85 g，绵白糖17 g，奶粉4 g，改良剂 0.4 g，黄油 6 g，盐 1 g，温水 46 g，酵母 1.4 g。

1.2.2 马铃薯光头饼的制作工艺

马铃薯粉、小麦粉混合→面团调制→分块→整型→醒发→焙烤→冷却→成品

1.2.3 马铃薯光头饼的工艺操作要点

1）预混：根据基本配方将马铃薯粉、小麦粉、酵母、糖、奶粉、改良剂混合加入和面机中搅拌均匀。

2）面团调制：在混合粉中加入水、鸡蛋，搅到面团光滑，再加入盐、黄油，直至面团揉出筋膜。

3）面团分割、成型：将和好的面团制成50 g一个的剂子用手揉成型至表面光滑。

4）醒发：将揉好的面团放在烤盘上放进醒箱醒发，醒箱温度保持在35℃，相对湿度70%的条件下。

5）将醒发好的面团放进烤箱烤制，上火190℃，下火170℃，烤制15 min，冷却至室温即可。

1.2.4 单因素试验

比容反映的是面团体积膨胀度及保持能力。它直接影响到成品光头饼的外形、口感、组织，故选取马铃薯光头饼的比容作为因变量。基于马铃薯光头饼的基础配方，分别研究酵母量（0.6、1、1.4、1.8、2.2 g）、加水量（36、41、46、51、56g）、醒发时间（40、50、60、70、80min）、面团调制时间（17、21、25、29、33 min）对马铃薯光头饼比容的影响。

1.2.5 马铃薯光头饼的工艺优化

以单因素试验结果为基础，把酵母量（A）、加水量（B）、醒发时间（C）、面团调制时间（D）作为自变量，把马铃薯光头饼的比容作为目标函数，建立数学回归方程，并通过响应面分析，优化马铃薯光头饼生产工艺参数。试验设计方案的因素与水平设计见表1。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels of experiment

1.2.6 马铃薯光头饼比容的测定

参考胡本琼的测定方法并略作修改，采用排米法测定比容[3]。取一大烧杯用大米填满，摇实，用直尺刮平，将大米倒入量筒量出体积V1，取马铃薯光头饼样品，放入烧杯内，加大米填满，摇实，用直尺刮平，取出马铃薯光头饼，将大米倒入量筒量出体积V2，光头饼体积即为V1-V2，称量马铃薯光头饼的质量M，计算公式为：

1.2.7 电子鼻气味测定

根据最优工艺参数制成品质优良的马铃薯光头饼，每个样品瓶放1 g马铃薯光头饼，一共准备5个样品瓶，并准备好7 d的样品分别放置于常温下和冰箱冷藏中，用电子鼻对气味成分进行测定。样品间隔5 s，样品准备10 s，检测时间60 s，清洗时间2 min，气体流量1 L/min，等待时间10 s。再利用电子鼻自带的软件分析绘图。

1.2.8 数据处理

试验数据采用Statistics 8.0、Microsoft excel 2007版分析数据，采用Origin进行绘图，以SPSS对各单因素进行差异显著性的相关分析；采用软件Design Expert对工艺优化的数据进行分析；电子鼻数据采用电子鼻自带软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 酵母量对马铃薯光头饼比容的影响

酵母量对马铃薯光头饼比容的影响见图1。

图1 酵母量对马铃薯光头饼比容的影响Fig.1 Effect of yeast content on specific volume of potato bald cake

由图1可见，随着酵母量的增多，马铃薯光头饼的比容呈现先增大后减小的趋势，在酵母量为1.4 g左右达到最大。

酵母对面包的膨胀度、适口性起重要作用。酵母在发酵过程中产生的二氧化碳使面团体积膨大、组织疏松，有助于面团面筋的进一步扩展，提高面团的保气性能。因此，酵母量过多或过少都会对马铃薯光头饼的比容产生不利的影响。当酵母用量少时，马铃薯光头饼发酵不好，膨胀体积小，导致比容较小：而当酵母用量过大时，容易导致光头饼变形、塌陷，出炉时发生萎缩的几率变大，马铃薯光头饼的比容就变小[4]。

2.1.2 加水量对马铃薯光头饼比容的影响

加水量对马铃薯光头饼比容的影响见图2。

图2 加水量对马铃薯光头饼比容的影响Fig.2 Effectofwatercontentonspecificvolumeofpotatobaldcake

从图2可以看出，随着加水量的增多，马铃薯光头饼的比容呈现先增大后减少的趋势，最大值在加水量为46 g左右，比容为3.29 mL/g。

加水量过多或过少都会对马铃薯光头饼的比容产生不利的影响。这是因为加水量过少时，面粉不能与水分完全混合，面团结构形成的不充分加之水分少，酵母在醒发中由于面团筋力过强和缺乏水分就不能发酵产气，使之马铃薯面团具有一定的孔状结构，进而导致马铃薯光头饼的比容变小：随着加水量的增大，马铃薯光头饼的比容逐渐增大，一方面由于酵母的增殖速度随着加水量的增大而增大，使马铃薯光头饼发酵较好：另一方面，面团中面筋形成的二硫键、氢键和其他共价和非共价键要多，又经过揉搓，面筋网络结构强化，进而导致马铃薯光头饼的比容变大。而加水量过多时，面团的水化作用完全，虽然面团中面筋网络结构形成的相对充分，但面团中面筋网络结构发生水合，内部分子联接力减弱，面团的流散性增大，面团的持气能力下降，进而使马铃薯光头饼的比容下降[5-7]。

2.1.3 醒发时间对马铃薯光头饼比容的影响

醒发时间对马铃薯光头饼比容的影响见图3。

从图3可知，随着醒发时间的增加，马铃薯光头饼的比容先增大后减小，醒发时间维持在60 min左右可以相对保持马铃薯光头饼的比容大小，时间过长或过短都会产生不利的影响。这主要是因为醒发时间过短时，面团起发不充分，面筋中的网络结构不能完全展开，导致烤制的马铃薯光头饼体积较小，比容小：而醒发时间过长时，面团发酵充分，其中的面筋网络结构被面团中的气孔膨胀成孔洞，导致光头饼体积变小，比容相应的变小[6]。

图3 醒发时间对马铃薯光头饼比容的影响Fig.3 Effect of fermentation time on specific volume of potato bald cake

2.1.4 面团调制时间对马铃薯光头饼比容的影响

面团调制时间对马铃薯光头饼比容的影响见图4。

图4 面团调制时间对马铃薯光头饼比容的影响Fig.4 Effect of dough making time on specific volume of potato bald cake

从图4分析可知，适宜的面团调制时间为25 min左右，这样可以很好的保持马铃薯光头饼比容的大小。面团调制过程是光头饼加工的重要环节，面团调制时间不够面筋不能充分形成面筋网，达不到良好的伸展性和弹性，这样既不能保存发酵中所产生的气体，又无法使面团软化，做出来的光头饼体积小，比容较小[6]。面团调制时间过长使已形成的面筋被打断，导致光头饼在发酵产气时很难保住气体，使光头饼体积偏小，马铃薯光头饼的面筋网络结构塌陷，光头饼的比容变小[7]。

2.2 马铃薯光头饼的工艺优化

2.2.1 模型回归与方差分析

采用Design Expert 8.0对表中的数据进行多元回归模拟，建立马铃薯光头饼比容（Y）和酵母量（A）、加水量（B）、醒发时间（C）、面团调制时间（D）的二元多项回归方程，得到简化回归模型方程式：

表2 试验结果Table 2 The test results

式中自变量取各代码值，因变量取计算值，由回归方程可计算出马铃薯光头饼比容Y值。为进一步确定各因素对马铃薯光头饼比容的影响程度，用方差分析对所得模型的显著性和回归拟合性进行检验，结果见表3。

表3 回归模型方差分析Table 3 Analysis of variance of regression model

续表3 回归模型方差分析Continue table 3 Analysis of variance of regression model

方差分析结果表明，显著性检验F=61.25，P＜0.0001，极显著。而失拟项不显著，F=0.23，P=0.9736＞0.05。R2=0.983 9，R2Adj=0.967 9，说明该模型能解释96.79%响应面的变化，试验误差小，拟合度较好，可信度较高，可以用来反映实际生产过程中，酵母量（A）、加水量（B）、醒发时间（C）及面团调制时间（D）对马铃薯光头饼比容（Y）的影响关系。

2.2.2 因素间互相效应分析

2.2.2.1 酵母量与加水量的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响

酵母量与加水量的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响见图5。

图5 酵母量与加水量的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响Fig.5 Effects of the interaction between yeast content and water content on specific volume of potato bald cake

由图5可见，酵母量和加水量对马铃薯光头饼比容的影响显著。另外，结合响应面图表明，当酵母量（A）和加水量（B）在0水平以内，二因素的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响具有较强的正相关交互关系，当酵母量（A）和加水量（B）分别为0水平时，马铃薯光头饼的比容达到最大值，比容为3.4 mL/g：反之，当酵母量（A）、加水量（B）高于0水平时，二因素的交互作用对马铃薯光头饼比容具有负相关交互关系。表明酵母量与和加水量过高或过低都会抑制马铃薯光头饼比容，这与本章酵母量与加水量的单因素试验结果相吻合。

2.2.2.2 酵母量与醒发时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响

酵母量与醒发时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响见图6。

图6 酵母量与醒发时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响Fig.6 Effects of the interaction between yeast content and fermentation time on specific volume of potato bald cake

由图6可见，酵母量和醒发时间对马铃薯光头饼比容的影响显著（0.01＜P＜0.05）。另外，结合响应面图表明，当酵母量（A）和醒发时间（C）在0水平以内，两因素的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响具有较强的正相关交互关系，当酵母量（A）和醒发时间（C）分别为0水平时，马铃薯光头饼的比容达到最大值，比容为3.4 mL/g。反之，当酵母量（A）、加水量（B）高于0水平时，两因素的交互作用对马铃薯光头饼比容具有负相关交互关系。表明酵母量与和醒发时间过高或过低都会抑制马铃薯光头饼比容，这与本章酵母量与醒发时间的单因素试验结果相吻合。

2.2.2.3 酵母量与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响

酵母量与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响见图7。

图7 酵母量与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响Fig.7 Effects of the interaction between yeast content and dough making time on specific volume of potato bald cake

对所得的回归方程进行响应面分析，由图7可知，当固定加水量（B）和醒发时间（C）分别为0水平时，酵母量（A）与面团调制时间（D）的交互作用对马铃薯光头饼的比容有显著的影响（0.01＜P＜0.05）。当酵母量（A）在0水平、面团调制时间（D）在0水平以内时，二者对马铃薯光头饼比容的影响呈正相关交互关系：而当酵母用量（A）、面团调制时间（D）分别高于上述水平时，二者的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响呈明显的负相关关系。故二因素在0水平时，马铃薯光头饼的比容取得最大值，比容为3.4 mL/g。

2.2.2.4 加水量与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响

加水量与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响见图8。

图8 加水量与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响Fig.8 Effects of the interaction between water content and dough making time on specific volume of potato bald cake

图9 醒发时间与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响Fig.9 Effects of the interaction between fermentation time and dough making time on specific volume of potato bald cake

由图8可见，加水量和面团调制时间对马铃薯光头饼比容的影响显著（0.01＜P＜0.05）。另外，结合响应面图表明，当加水量（B）与面团调制时间（D）在0水平以内，两因素的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响具有较强的正相关交互关系，当加水量（B）与面团调制时间（D）分别为0水平时，马铃薯光头饼的比容达到最大值，比容为3.4 mL/g：反之，当加水量（B）与面团调制时间（D）高于0水平时，两因素的交互作用对马铃薯光头饼比容具有负相关交互关系。表明加水量与面团调制时间过高或过低都会抑制马铃薯光头饼比容，这与本章加水量与面团调制时间的单因素试验结果相吻合。

2.2.2.5 醒发时间与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响

醒发时间与面团调制时间的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响见图9。

对所得的回归方程进行响应面分析，由图9可知，当固定酵母量（A）和加水量（B）分别为0水平时，醒发时间（C）与面团调制时间（D）的交互作用对马铃薯面团成品光头饼的比容有显著的影（0.01＜P＜0.05）。当醒发时间（C）与面团调制时间（D）在0水平以内时，二者对马铃薯面团成品光头饼比容的影响呈正相关交互关系；而当醒发时间（C）与面团调制时间（D）分别高于上述水平时，二者的交互作用对马铃薯光头饼比容的影响呈明显的负相关关系。故二因素在0水平时，成品光头饼的比容取得最大值，比容为3.4 mL/g。

因加水量与醒发时间交互作用不显著，故不作分析。

2.2.2.6 验证试验

根据软件Design Expert 8.0的求解方程，得出马铃薯光头饼工艺参数条件：酵母量1.60 g，加水量48.13 g，醒发时间63.60 min，面团调制时间25.49 min。此条件下面团焙烤后光头饼比容为3.40 mL/g。为便于实际操作，将最佳工艺条件修正为酵母量1.60 g，加水量48 g，醒发时间64 min，面团调制时间26 min。釆用修正条件进行试验，测定马铃薯成品光头饼的比容，3次重复试验结果得到的比容平均值为3.39 mL/g，与理论预测值无统计学差异，证明回归模型方程是可靠的。

2.3 马铃薯光头饼储存期的风味变化

2.3.1 利用电子鼻分析常温储存条件下马铃薯光头饼的风味变化

利用电子鼻分析常温储存条件下马铃薯光头饼的风味变化，结果见图10。

图10 常温储存条件下马铃薯光头饼的风味变化Fig.10 The change of potato bald cake flavor at room temperature

图11 冰箱储存条件下马铃薯光头饼的风味变化Fig.11 The change of potato bread flavor under refrigerator storage conditions

传感器在对每个样品进行检测时的时间为120 s，在进行数据分析与处理时，选择每个传感器的最大响应强度值进行分析。当第一主成分与第二主成分的总贡献率超过70%～85%的方法即可使用[8]。根据传感器优化分析数据可知，第一主成分贡献率为77.2%，第二主成分的贡献率为10.9%，总贡献率达到98.4%，因此电子鼻传感器阵列能够有效地解释其中气味差异的98.4%，仅有1.8%的气味差异在检测中损失，没有得以分析，故用电子鼻来评价气味差异的方法是可行的且试验数据有效性较高。此时的传感器可以作为分析的目标传感器，所选传感器S7_S8_S9_S11_S14最敏感[9-10]。

传统光头饼中的风味物质主要有烷烃类、烯类、有机酸类、醇类、醛类、酯类、芳香类和杂环类化合物[11]，而添加马铃薯粉的光头饼风味物质的种类增加，使马铃薯光头饼更具浓郁的香味。从图10可以看出，这7组样品分别分布在不同的位置，表明不同储存天数的马铃薯光头饼样品之间的区分明显，相同储存天数的马铃薯光头饼样品的聚合度更高。也就是说不同储存天数样品风味之间存在着差异，可以被很好地区分出来，而同组样品间气味基本没差别[12]。另外1 d～5 d马铃薯光头饼与6 d～7 d的马铃薯光头饼已经被分成了两个集团，区分度大，明显看出未添加防腐剂的马铃薯光头饼在6 d～7 d风味与刚焙烤出的马铃薯光头饼有很大差异。

2.3.2 利用电子鼻分析冰箱储存条件下马铃薯光头饼的风味变化

利用电子鼻分析冰箱储存条件下马铃薯光头饼的风味变化，结果见图11。

传感器在对每个样品进行检测时的时间为120 s，在进行数据分析与处理时，选择每个传感器的最大响应强度值进行分析。在马铃薯光头饼的主成分分析中，贡献率越大，说明主成分可以较好地反应原来多指标的信息[8]。当第一主成分与第二主成分的总贡献率超过70%～85%的方法即可使用。根据传感器优化分析数据可知，第一主成分贡献率为75.1%，第二主成分的贡献率为17.9%，总贡献率为98%。此时所选用的传感器可以作为分析的目标传感器，所选传感器为S2_S4_S8_S9_S11_S12_S14，此传感器组合是最敏感的。

从图11可以看出，第一主成分与第二主成分的积累贡献率达到了98%，足够收集特征性信息。冰箱储存1 d～7 d的电子鼻主成分分析图中，这7组样品分别分布在不同的位置，表明冷藏条件下储存1 d～7 d的马铃薯光头饼之间存在着差异，因此可以被很好地区分出来。从主成分PC 1和PC 2两个主轴上看，马铃薯光头饼的主成分分析图并没有呈现一个很好的单向趋势，而是集中在一起。即随着时间的变化，其信号并不是单方向发生变化的[8-10]，因此不同储存天数的马铃薯光头饼风味存在差异，但不显著。

3 结论

在光头饼中添加马铃薯粉以提高其营养价值对于改善居民营养膳食、丰富马铃薯制品种类具有重要的意义。通过本研究得到：修正条件下马铃薯光头饼工艺参数的优化组合为酵母用量1.6 g，加水量48 g，醒发时间64 min，面团调制时间26 min。此工艺条件下生产的马铃薯光头饼的比容为3.39 mL/g，马铃薯光头饼的品质优良。常温条件下，1 d～5 d马铃薯光头饼与6 d～7 d的马铃薯光头饼区分度大，明显看出未添加防腐剂的马铃薯光头饼在6 d～7 d风味与刚焙烤出的马铃薯光头饼有很大差异。在冰箱冷藏条件下，不同储存天数的马铃薯光头饼风味差异不显著。通过电子鼻主成份分析可以发现，电子鼻可以间接反映马铃薯光头饼风味的变化，但是不能对货架期的准确时间做出预测，以后的研究还将结合微生物检测试验进一步确定马铃薯光头饼的货架期。

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