甘薯薯片加工品質(zhì)及其品種綜合評價

張藝露 葉夏芳 呂尊富 徐錫明 陸國權，*

（1浙江農(nóng)林大學現(xiàn)代農(nóng)學院/浙江省農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)改良重點實驗室，浙江 杭州 311300；2浙江農(nóng)林大學薯類作物研究所，浙江 杭州 311300）

甘薯［Ipomoeabatata（L.）Lam］是我國重要的糧食作物，在糧食安全中起著重要作用［1］。我國作為全世界最大的甘薯生產(chǎn)國，對甘薯加工產(chǎn)品的研究也成為了該產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)。甘薯產(chǎn)業(yè)面臨的一大問題表現(xiàn)在不同品種的用途結構分布上，在加工上存在兼用型品種多、專用型品種少的現(xiàn)象［2］。在甘薯加工產(chǎn)品中，由甘薯制成的油炸食品獨具風味，其中甘薯薯片廣受消費者青睞［3］。但甘薯薯片存在高糖、高脂、高硬度的問題［4］，影響其消費市場，因此本研究擬開展甘薯薯片加工品質(zhì)及其品種的綜合評價。

前人研究普遍認為，薯片的油炸過程存在油、水交換的過程，而甘薯品種間的含水量差異顯著，其中低干率品種制成的甘薯薯片可以交換更多的油脂［5］。但甘薯含有比馬鈴薯更多的小分子糖類，使甘薯薯片更甜，但也更硬、更黏［6］。為解決甘薯薯片存在的問題，前人針對原料品質(zhì)、工藝關鍵點等進行了研究。其中，吳列洪等［5］研究了不同品種甘薯的干率與油炸薯片含油量和硬度的相關性，發(fā)現(xiàn)干率、硬度與含油量均存在顯著負相關，該結論與Hagenimana等［7］的結果較一致，且這一結論同樣適用于其他薯類炸片產(chǎn)品。杜潤鴻等［8］認為，馬鈴薯油炸薯片應選擇干率20%以上的品種，有利于提高薯片的品質(zhì)和控制成本。已有的工藝優(yōu)化普遍是對薯片進行預脫水處理［9］，以便減少油炸時間和油水交換。也有研究表明，預加工后的甘薯薯片與直接油炸酥脆度差異極顯著［10］，彭麒燕等［11］發(fā)現(xiàn)蒸汽燙漂6 min后，4 ℃老化36 h能夠改善甘薯片的油炸特性。前人直接油炸甘薯薯片的研究結果，難以應用于預加工薯片的品質(zhì)分析［12］。因此，王輝等［13］通過預加工后不同品種甘薯脆片的主成分分析，開發(fā)了甘薯薯片品質(zhì)評價模型，但該模型對甘薯薯片產(chǎn)品的評價需要測定薯片及其原材料的全部信息，不夠簡便。

因此，本研究收集了67份甘薯材料，通過預脫水工藝和熱脫油［14］處理加工成甘薯薯片，研究不同地區(qū)、不同品種甘薯薯片的基本品質(zhì)指標、感官評價綜合評分與其鮮薯理化特性、質(zhì)構特性、色差值之間的相關性，旨在為加工健康、低脂的甘薯薯片提供原料選擇方案及專用品種選育方向、工藝優(yōu)化建議。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究供試材料由不同地區(qū)提供，共計40個品種。其中，27個品種分別來自2個產(chǎn)地，13個品種來自1個產(chǎn)地，共計67份材料。品種名稱、樣品來源地見電子附表1。

電子附表1 供試材料信息匯總Electronic Table S1 Summary of materials for testing

1.2 主要儀器與設備

GAMMA1-16LSC冷凍干燥機，德國Marin Christ公司；DHG-9123A鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；TMS-PRO質(zhì)構儀，美國Food Technology公司；NR10QC精密色度計，中國廣東省三恩時科技有限公司；NIRS DS2500近紅外多功能品質(zhì)快速分析儀，丹麥FOSS公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原切油炸甘薯薯片工藝 參照Abano［15］的方法，挑選無破損、無腐爛的新鮮甘薯，清洗、去皮后切成2 mm厚的片狀，100 ℃沸水熱燙20 s，瀝干水分鋪在網(wǎng)盤上放入烘箱60 ℃干燥2 h，干燥完成后取出放在自封袋里備用。油鍋加熱至130 ℃，將甘薯薯片進行油炸，并趁熱以600 r·min-1高速脫油40 s，得到甘薯薯片樣品。

1.3.2 含水量、干率測定 甘薯薯片含水量［16］：隨機稱取3片薯片，準確稱重記為m1，平整鋪于烤盤上，65 ℃烘干至恒質(zhì)量，準確稱重記為m2。含水量根據(jù)公式（1）計算：

鮮薯干率［17］：取大小適中、無破損的薯塊，洗凈、切片，準確稱重記為m3，平整鋪于烤盤上，65 ℃烘干至恒質(zhì)量，準確稱重記為m4。干率根據(jù)公式（2）計算：

1.3.3 含油量測定 參照葉夏芳等［6］的方法取甘薯薯片1 g，碾碎，用濾紙打包，濾紙稱重記為m5，樣品加濾紙稱重記為m6，加入石油醚浸泡24 h，索氏抽提法抽提3 h，取出干燥，晾涼后稱重記為m7。含油量根據(jù)公式（3）計算：

1.3.4 糖類指標測定 鮮薯與甘薯薯片還原糖含量、淀粉含量參考趙凱等［18］的3，5-二硝基水楊酸比色法測定。

1.3.5 總黃酮、粗蛋白、粗纖維含量測定 取大小適中、無破損的薯塊，洗凈、切片，真空冷凍干燥，錘式旋風磨磨粉，備用。通過近紅外多功能品質(zhì)快速分析儀掃描測定［19］。

1.3.6 質(zhì)構特性測定 取大小適中、無破損的薯塊3塊，洗凈后切成8 mm厚的圓片，隨機取9片作為樣品備用。參考薛冠煒［16］的方法測定。

1.3.7 色差測定 參考林燕等［20］的方法測定色差。

1.3.8 感官評價 參考Monteiro等［21］的評價方法并稍作修改，將不同品種的甘薯薯片隨機編號，選擇有食品感官鑒定經(jīng)驗的人員組成感官鑒定小組。鑒定小組成員評價前2 h不進食，不向其介紹具體品種信息，評價遵循先看、后聞、再嘗的原則。評分標準見表1。

表1 甘薯薯片評分標準Table 1 Evaluation standard of sweetpotato chips

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2021、SPSS 20.0以及Origin 2018軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 甘薯薯片的理化指標與綜合評分

將不同品種甘薯薯片的含水量、含油量、還原糖含量、淀粉含量、綜合評分按組分類，由圖1可知，其頻數(shù)基本符合正態(tài)分布。由表2可知，油炸后甘薯薯片含水量低于10.20%，含油量低于29.75%，平均含有12.13%的還原糖和42.31%的淀粉，甘薯薯片感官評價的綜合評分平均分為6.79。含油量的變異系數(shù)最大，淀粉含量的方差最大，綜合評分變異系數(shù)和方差最小。

圖1 甘薯薯片理化指標、綜合評分的分組頻數(shù)分布圖Fig.1 Grouping frequency distribution of oil content，water content，reducing sugar content，starch content and comprehensive score of sweetpotato chips

表2 甘薯薯片的理化指標和綜合評分Table 2 Physicochemical indexes and comprehensive score of sweetpotato chips

2.2 甘薯鮮薯的理化指標

將不同甘薯品種干率、淀粉、組纖維、還原糖、可溶性糖、總黃酮、粗蛋白含量按組分類，由圖2可知，其頻數(shù)基本符合正態(tài)分布。由表3可知，67份甘薯材料的干率為16.33%～38.43%，平均含有淀粉19.62%、可溶性糖2.65%、還原糖1.57%、總黃酮0.20%、粗纖維1.26%、粗蛋白0.92%。粗纖維含量和干率的變異系數(shù)較小，還原糖含量的變異系數(shù)較大。

圖2 甘薯鮮薯的理化指標的分組頻數(shù)分布圖Fig.2 Grouping frequency diagram and normal distribution diagram of dry matter rate，starch，group fiber，reducing sugar，soluble sugar，flavone and crude protein of sweetpotato

表3 甘薯鮮薯的理化指標Table 3 Physicochemical indexes of sweetpotato/%

將不同甘薯品種色差和質(zhì)構指標按組分類，由圖3可知，質(zhì)構指標頻數(shù)基本符合正態(tài)分布。由表4可知，67份甘薯材料的硬度為59.69～141.31 N，粘附性為1.18～8.47 J，內(nèi)聚性為0.17～0.24 Ratio，彈性為4.53～5.60 mm，粘附性的變異系數(shù)較大。亮度（L*）變異系數(shù)相對紅綠值（a*）、黃藍值（b*）較小。

圖3 甘薯鮮薯的色差和質(zhì)構指標的分組頻數(shù)分布圖Fig.3 Grouping frequency distribution map of color difference and texture indexes of sweetpotato

表4 甘薯鮮薯的色差、質(zhì)構特性Table 4 Color difference and texture characteristics of sweetpotato

2.3 甘薯薯片品質(zhì)之間的相關性分析

由表5可知，甘薯薯片的綜合評分與其還原糖含量（0.322）呈極顯著正相關，與其淀粉含量（-0.292）呈顯著負相關；甘薯薯片的淀粉含量與其還原糖含量（-0.347）、含油量（-0.705）呈極顯著負相關。

表5 甘薯薯片理化品質(zhì)與綜合評分之間的相關性分析Table 5 Correlation analysis between physical and chemical indexes and comprehensive score of sweetpotato chips

由表6可知，甘薯薯片的綜合評分與鮮薯的干率（-0.276）、彈性（-0.271）呈顯著負相關，與鮮薯的總黃酮含量（-0.366）、L*（0.340）、b*（0.345）、硬度（-0.365）、粘附性（-0.351）呈極顯著相關；甘薯薯片的含水量與鮮薯的粗蛋白含量（0.343）呈極顯著正相關，甘薯薯片的還原糖含量與鮮薯的還原糖含量（0.361）呈極顯著正相關，甘薯薯片的含油量與鮮薯的可溶性糖含量（-0.310）、L*（0.304）、b*（0.268）呈顯著相關，甘薯薯片的淀粉含量與鮮薯的干率（0.263）、粗蛋白含量（-0.267）、硬度（0.291）呈顯著相關，與鮮薯的L*（-0.343）、b*（-0.380）呈極顯著相關。

表6 甘薯薯片品質(zhì)與鮮薯理化品質(zhì)之間的相關性分析Table 6 Correlation analysis between quality of sweetpotato chips and physicochemical quality of sweetpotato

2.4 甘薯鮮薯理化指標和甘薯薯片理化指標的主成分分析、總方差分析

由表7可知，前4個主成分（principal component analysis，PCA）的初始特征值大于1，其中PCA1（sp）的方差貢獻率為33.886%，PCA2（sp）的方差貢獻率為19.507%，PCA3（sp）的方差貢獻率為13.725%，PCA4（sp）的方差貢獻率為10.576%，累積方差貢獻率為77.694%，解釋了絕大部分信息。因此，提取前4個主成分代替原14個指標評價甘薯薯片品質(zhì)，達到降維的目的。

表7 鮮薯理化指標主成分分析與總方差分析Table 7 Total variance analysis of principal component analysis of physical and chemical indexes of sweetpotato

由表8可知，干率、硬度、總黃酮、淀粉、粗纖維含量對PCA1（sp）具有較大的正向影響，L*值、b*值對PCA1具有相對較大的負向影響。同理，PCA2（sp）受到a*值和粘附性相對較大的正向影響。PCA3（sp）受可溶性糖和b*值影響相對較大。正向影響PCA4（sp）的指標依次為粗蛋白、內(nèi)聚性、彈性。結合表6的相關性分析，選取鮮薯干率、粘附性、總黃酮、可溶性糖、粗蛋白含量作為加工適宜型甘薯品種篩選指標。

表8 鮮薯理化指標主成分矩陣Table 8 Component matrix of physical and chemical indexes of sweetpotato

表8的特征向量值為對應的成分載荷值除以表8中對應成分初始特征值的平方根。為消除不同單位的影響，對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，即將原始數(shù)據(jù)統(tǒng)一減去最小值后除以平均值，得到標準化數(shù)據(jù)X1-Xn。以表8的特征向量值為系數(shù)，得到4個主成分方程式。

式中，X1為干率（sp）；X2為總黃酮（sp）；X3為可溶性糖（sp）；X4為還原糖（sp）；X5為淀粉（sp）；X6為粗纖維（sp）；X7為粗蛋白（sp）；X8為L*（sp）；X9為a*（sp）；X10為b*（sp）；X11為硬度（sp）；X12為粘附性（sp）；X13為內(nèi)聚性（sp）；X14為彈性（sp）。

根據(jù)公式（4）～（7）計算不同品種甘薯鮮薯的各主成分得分。結合具體數(shù)據(jù)和表9可得，PCA1（sp）得分最高為寧紫薯10號，最低為濟薯33；PCA2（sp）得分最高為綿薯22，最低為渝薯27；PCA3（sp）得分最高為綿薯22，最低為齊寧20；PCA4（sp）得分最高為蘇薯33，最低為泰紫1號；PCA（sp）得分最高為寧紫薯10號，最低為運薯655。

表9 鮮薯指標主成分得分Table 9 Principal component scores of fresh sweetpotato indexes

由表10可知，前2個PCA的初始特征值大于1，其中PCA1（spc）的方差貢獻率為45.084%，PCA2（spc）的方差貢獻率為27.775%，累積方差貢獻率為72.860%，解釋了絕大部分信息。因此，提取前2個PCA代替原4個指標評價甘薯薯片品質(zhì)，達到降維的目的。

表10 甘薯薯片指標主成分分析Table 10 Principal component analysis of sweetpotato chips indexes

由表11可知，甘薯薯片含油量對PCA1（spc）具有較大的正向影響，甘薯薯片淀粉含量對PCA1（spc）具有較大的負向影響。甘薯薯片含水量對PCA2（spc）具有較大的正向影響，甘薯薯片還原糖含量對PCA2（spc）具有較大的負向影響。結合表5的相關性分析可知，還原糖和淀粉含量是影響甘薯薯片品質(zhì)的關鍵指標。

表11 甘薯薯片指標成分矩陣Table 11 Component matrix of sweetpotato chips indexes

表11的特征向量值為對應的成分載荷值除以表10中對應成分初始特征值的平方根。以表11的特征向量為系數(shù)，得到2個主成分方程式：

式中，X1代表干率（spc）；X2代表含油量（spc）；X3代表還原糖含量（spc）；X4代表淀粉含量（spc）。

結合具體數(shù)據(jù)和表12可得，PCA1（spc）和PCA（spc）得分最高為渝薯35，最低為寧紫薯10號；PCA2（spc）得分最高秦薯121828，最低為阜薯28。

表12 甘薯薯片指標的主成分得分Table 12 Principal component scores of sweetpotato chips indexes

將鮮薯的各主成分、甘薯薯片的主成分與其感官評價綜合評分做相關性比較，由表13可知，鮮薯主成分分PCA（sp）與甘薯薯片綜合評分呈極顯著負相關，相關系數(shù)為-0.467。其中，PCA1（sp）與綜合評分擬合度最高，相關系數(shù)為-0.460，呈極顯著負相關。甘薯薯片主成分PCA（spc）與其綜合評分相關性不顯著，但PCA1（spc）與甘薯薯片綜合評分存在顯著正相關，相關系數(shù)為0.275。

表13 主成分與感官評價綜合評分的擬合度Table 13 The fitting degree of principal component and sensory evaluation comprehensive score

2.5 甘薯品種薯片加工適宜性聚類分析

根據(jù)甘薯薯片理化指標主成分PCA1（spc）得分聚類分析可知（電子附圖1），當歐式距離為3，將67份甘薯材料按照薯片加工適宜性分為4個等級，薯片加工適宜性由一級向四級依次遞增。

電子附圖1 甘薯薯片理化指標主成分PCA1 （spc）得分聚類分析Electronic Fig.S1 The principal component PCA1 （spc） score cluster analysis of physical and chemical indexes of sweetpotato chips

其中，一級（薯片加工適宜性差）甘薯材料2份，分別為龍紫9號（廣西南寧）、齊寧20（山東煙臺）。

二級（薯片加工適宜性較差）甘薯材料17份，分別為齊寧20（山東濟寧）、冀紫薯3號（山東青島）、漯紫薯5號（河南漯河）、南紫薯008（廣東湛江）、漯紫薯5號（河南商丘）、湛紫薯3號（廣東廣州）、齊寧18（四川遂寧）、湛紫薯3號（廣東湛江）、龍紫9號（福建龍巖）、綿紫薯15（貴州貴陽）、齊寧18（四川南充）、生命1號（山東泰安）、寧紫薯10號（安徽合肥）、廣紫薯9號（貴州貴陽）、寧紫薯10號（江蘇徐州）、東皇薯1號（廣東廣州）、南紫薯008（廣東廣州）。

三級（較為適宜薯片加工）甘薯材料1份，為運薯657（山西運城）。

四級（最適宜薯片加工）甘薯材料47份，分別為蘇薯33（山東威海）、蘇薯33（河南漯河）、煙薯32（山東煙臺）、農(nóng)大白（山東青島）、渝薯27（山西運城）、秦薯121828（山西運城）、濟薯35（河南鄭州）、黔薯15號（廣西南寧）、濟薯35（山東濟南市）、萬薯10號（山西運城）、運薯655（山西運城）、黔薯15號（福建龍巖）、慶渝薯6號（四川綿陽）、煙薯32（山東濟寧）、運薯655（陜西寶雞）、阜薯28（安徽阜陽）、贛薯4號（四川綿陽）、濟薯33（山東濟南）、浙薯33（湖南長沙）、徐薯41（山東青島）、南薯021（四川南充）、東皇薯1號（廣東湛江）、鄂薯17（湖北武漢）、渝薯35（廣西南寧）、慶渝薯6號（重慶市）、鄂薯17（安徽合肥）、秦薯121828（陜西寶雞）、渝薯35（福建龍巖）、綿薯22（江西南昌）、威薯8號（山東威海）、浙薯33（浙江杭州）、齊寧601（湖南長沙）、萬薯10號（陜西寶雞）、阜薯28（江蘇徐州）、泰紫1號（山東泰安）、南薯021（四川遂寧）、齊寧608（山東煙臺）、贛薯4號（江西南昌）、齊寧21（重慶市）、鄭紅163（安徽阜陽）、齊寧608（山東濟寧）、齊寧21（湖北武漢）、威薯8號（河南漯河）、廣薯22（江西南昌）、商薯23（河南商丘）、齊寧601（浙江杭州）、商薯23（河南漯河）。

3 討論

薯片加工專用型甘薯品種的缺乏制約著甘薯薯片加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［22］；甘薯薯片的品質(zhì)與原料品質(zhì)息息相關。本研究將鮮薯的各主成分、甘薯薯片的主成分與甘薯薯片感官評價綜合評分做相關性比較。發(fā)現(xiàn)鮮薯主成分PCA（sp）與甘薯薯片綜合評分呈極顯著負相關，說明該主成分與甘薯薯片綜合評分擬合度較高，可相對準確地利用鮮薯理化指標測定結果來預測其油炸甘薯薯片的加工適宜性。其中，PCA1（sp）與綜合評分擬合度最高，呈極顯著相關。而PCA1（sp）主要受干率、硬度、L*、b*、總黃酮、淀粉、粗纖維含量影響，可根據(jù)上述指標選育甘薯薯片加工型甘薯。此外，本研究結果顯示，硬度、L*、b*這三個可以通過物理手段快速檢測的指標與甘薯薯片感官評價綜合評分呈極顯著相關。前人研究表明，硬度與干率、淀粉含量等指標也存在極顯著相關［23］。甘薯鮮薯理化指標主成分分析和甘薯薯片品質(zhì)與鮮薯理化品質(zhì)之間的相關性分析結果顯示，鮮薯干率、粘附性、可溶性糖、總黃酮、粗蛋白含量可以作為加工適宜型甘薯品種選育關鍵指標。此外，鮮薯的干率、彈性、總黃酮含量、L*、b*、硬度、粘附性均會顯著或極顯著影響消費者對其甘薯薯片的感官評價，鮮薯的還原糖、可溶性糖、粗蛋白含量、硬度也能間接影響消費者感官評價，這與前人研究結果相符［24］。

甘薯薯片理化指標主成分分析及其理化指標與感官評價綜合評分相關性分析結果顯示，甘薯薯片的還原糖、淀粉含量可以作為評價甘薯薯片品質(zhì)的關鍵指標，消費者對甘薯薯片的評價主要受其還原糖和淀粉含量的影響，甘薯薯片還原糖與鮮薯還原糖含量存在正相關關系，甘薯薯片淀粉作為主要干物質(zhì)成分與鮮薯硬度也存在緊密聯(lián)系，與前人研究結果一致［25］。然而，本研究經(jīng)過預加工處理使得整體含油量低于臨界值，因此并未顯示含油量這一關鍵指標與薯片感官評價存在相關性。

本研究篩選出的最佳薯片加工型甘薯品種不包含紫色甘薯。Vaitkevi?ien?等［26］研究發(fā)現(xiàn)，紫色馬鈴薯制成的薯片感官評價綜合評分與理化特性優(yōu)于其他顏色馬鈴薯薯片。但本研究結果顯示，甘薯鮮薯主成分PCA1（sp）和PCA3（sp）均受L*、b*影響，PCA1（sp）受a*影響，可能是因為不同薯肉色甘薯的最佳薯片加工方法不同［27］。為開發(fā)花青素含量較高的紫色薯片，后期可以建立按照不同薯肉色細分的薯片加工型甘薯品種評價方法。

甘薯高溫油炸時產(chǎn)生大量對人體有害的丙烯酰胺，進而對薯片品質(zhì)產(chǎn)生影響［25］，但本研究未對各品種制成薯片的丙烯酰胺含量進行檢測，后續(xù)可以展開研究。

薯片的質(zhì)構也是評價甘薯口感的重要指標，前人在木薯薯片加工品種篩選中將薯片的咀嚼性作為薯片品質(zhì)評價的重要指標［28］，但本研究僅測定鮮薯的質(zhì)構，后續(xù)需進一步測定薯片的質(zhì)構特性，對鮮薯質(zhì)構與甘薯薯片質(zhì)構進行相關性分析，提升評價標準的實用性［29］。

甘薯薯片主成分PCA（spc）與甘薯薯片綜合評分相關性不顯著，但PCA1（spc）與甘薯薯片綜合評分存在顯著正相關。該結論與前人研究不一致［30］，可能是由于加工工藝的優(yōu)化弱化了不同品種甘薯薯片間的差異。

4 結論

本研究表明，甘薯薯片理化指標主成分PCA1（spc）與薯片感官評價綜合評分擬合度呈顯著相關，對67份甘薯材料的PCA1（spc）得分進行聚類分析，將甘薯薯片加工適宜程度分為四類，其中商薯23（河南商丘、河南漯河）、齊寧601（浙江杭州）、廣薯22（貴州貴陽）、威薯8號（河南漯河）、齊寧21（湖北武漢）較為適合用于薯片加工。甘薯鮮薯的干率、粘附性、總黃酮、可溶性糖、粗蛋白含量可以作為加工適宜型甘薯品種選育關鍵指標。甘薯薯片的還原糖、淀粉含量可以作為評價甘薯薯片品質(zhì)的關鍵指標。甘薯薯片的最終品質(zhì)不僅受原料品質(zhì)和加工工藝的影響，也會受到消費者傾向的引導，從而導致分析結果存在差異。在今后的研究中，應擴大采樣范圍，使得研究結果更加完善，更具有實用價值，從而為甘薯薯片加工企業(yè)提供有效技術參考。