不同省份小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性的分析

陶海騰 齊琳娟 王步軍

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100081)

不同省份小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性的分析

陶海騰 齊琳娟 王步軍

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100081)

采用主成分和因子分析的方法對(duì)不同省份小麥粉的面團(tuán)流變學(xué)特性進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，分析結(jié)果表明面團(tuán)流變學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)性都比較大，90%的數(shù)據(jù)絕對(duì)值大于0.30，適宜用主成分分析法來(lái)研究變量之間的關(guān)系，采用因子分析進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)分析各成分的特征值和方差貢獻(xiàn)率，前兩個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)97.487%，第1、2主成分即能充分反映面團(tuán)流變學(xué)的綜合信息，從而體現(xiàn)出不同省份小麥粉的加工品質(zhì)優(yōu)劣，根據(jù)兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率得出的主成分綜合表達(dá)式計(jì)算得分，排序依次為河北、山西、河南、陜西、安徽、山東、江蘇。

小麥 面團(tuán)流變學(xué) 主成分 因子分析

小麥粉在加水揉混過(guò)程中，蛋白吸水膨脹，分子間相互連接，形成一個(gè)連續(xù)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而賦予面團(tuán)黏彈性，同時(shí)具有一定的流動(dòng)性，總稱為面團(tuán)流變學(xué)特性，是評(píng)價(jià)面粉加工品質(zhì)的重要指標(biāo)［1－3］。面團(tuán)的流學(xué)變特性不僅決定了加工過(guò)程中面團(tuán)的操作性能，而且對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要影響［4－5］。通過(guò)對(duì)面團(tuán)流變特性的分析可以綜合了解小麥粉品質(zhì)，對(duì)指導(dǎo)小麥粉的品質(zhì)改良、不同質(zhì)量小麥粉的用途、制定各種專用粉標(biāo)準(zhǔn)、保證小麥粉質(zhì)量的穩(wěn)定和指導(dǎo)食品加工等，都有十分重要的意義。

目前，測(cè)定面團(tuán)流變學(xué)特性主要是通過(guò)粉質(zhì)儀、拉伸儀和面筋儀等測(cè)定相關(guān)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間、拉伸面積、延伸性和拉伸阻力等［6－10］。本試驗(yàn)通過(guò)主成分分析法和因子分析法綜合評(píng)價(jià)各省份小麥粉的面團(tuán)流變學(xué)特性，為改善小麥的品質(zhì)以及后續(xù)加工的提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

2009年在我國(guó)河北、河南、山東、江蘇、安徽、山西和陜西7個(gè)省征集的新收獲冬小麥，每個(gè)省抽60份樣品，取樣區(qū)域在省內(nèi)均勻分布，品種包括當(dāng)?shù)刂饕贩N(表1)。

表1 不同省份小麥樣品的品種分布

1.2 試驗(yàn)儀器

202小麥實(shí)驗(yàn)?zāi)?瑞士布勒公司;Farinograph－E電子型粉質(zhì)儀、Extensograph－E電子型拉伸儀:德國(guó)布拉本德公司;GM 2200面筋儀:瑞士Perten公司。

1.3 方法

1.3.1 面團(tuán)流變學(xué)特性的測(cè)定

粉質(zhì)參數(shù)參照GB/T 14614—2006測(cè)定，拉伸參數(shù)參照GB/T 14615—2006測(cè)定，面筋含量參照GB/T 5506.2—2008 測(cè)定。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

面團(tuán)流變學(xué)特性的綜合評(píng)價(jià)采用主成分分析法和因子分析法，通過(guò)SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同省份小麥面團(tuán)流變學(xué)特性

從表2可以看出，江蘇小麥粉的吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、延展性和濕面筋含量最低，山東小麥粉的拉伸面積和面筋指數(shù)最低，河南小麥粉的拉伸阻力和拉伸比例最低。安徽小麥粉的拉伸阻力和江蘇的面筋指數(shù)都很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)。山西和陜西的小麥粉的面團(tuán)流變學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)相差不大。這些差異一方面是不同的品種特性造成的，另一方面是不同省份的地域環(huán)境造成的。但是單個(gè)指標(biāo)的差異，體現(xiàn)不出面團(tuán)流變學(xué)特性的綜合評(píng)價(jià)，需要進(jìn)一步的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。

表2 不同省份小麥粉的面團(tuán)流變學(xué)特性(平均值)

2.2 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為方便進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，對(duì)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，即對(duì)同一變量減去均值再除以標(biāo)準(zhǔn)差，以消除原始數(shù)據(jù)間量綱不同的影響，使標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)具有可比性，每一變量的平均值為0，方差為1。標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，X1為吸水率，X2為形成時(shí)間，X3為穩(wěn)定時(shí)間，X4為拉伸面積，X5為拉伸阻力，X6為延伸性，X7為拉伸比例，X8為濕面筋，X9為面筋指數(shù)。

表3 不同省份小麥粉面團(tuán)流變學(xué)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

2.3 相關(guān)性分析

用SPSS軟件處理標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)可得9個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)矩陣(表4)，吸水率與拉伸阻力、延伸性、拉伸比例、濕面筋、面筋指數(shù)的相關(guān)性很大，與拉伸面積的相關(guān)性較小;形成時(shí)間與穩(wěn)定時(shí)間、延展性、拉伸比例相關(guān)性很大;穩(wěn)定時(shí)間與拉伸面積、延伸性的相關(guān)性很大;拉伸面積與拉伸阻力、拉伸比例、濕面筋、面筋指數(shù)的相關(guān)性較小;拉伸阻力與面筋指數(shù)的相關(guān)性很大;濕面筋與面筋指數(shù)相關(guān)性很大?？偟臄?shù)據(jù)來(lái)看，90%的數(shù)據(jù)絕對(duì)值大于0.30，各變量?jī)蓛芍g有較大的相關(guān)系數(shù)，因而適宜用主成分分析法來(lái)研究變量之間的關(guān)系［11］。

表4 相關(guān)系數(shù)矩陣

2.4 主成分的確定

各成分的特征值和方差貢獻(xiàn)率的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 各成分特征值和方差貢獻(xiàn)率

第1、2主成分的相關(guān)矩陣特征值分別為7.22、1.533，其貢獻(xiàn)率分別為 0.802 27、0.172 6，前兩個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)97.487%，故取前兩個(gè)主成分即能充分反映原始信息。

2.5 初始因子載荷矩陣

因子載荷量表示主成分與對(duì)應(yīng)變量的相關(guān)系數(shù)。由輸出的因子模型(表6)可以看出，除拉伸面積外，其他指標(biāo)與第1主成分均存在很強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)都大于0.85，拉伸面積在第2主成分的因子載荷量為0.8174，具有很強(qiáng)的相關(guān)性，而其他指標(biāo)的相關(guān)性都較弱，由最終公共因子方差估計(jì)(表7)表明，所有變量可較好地被第1、2主成分所解釋。

表6 主成分的初始因子載荷矩陣

表7 主成分的公因子方差

2.6 計(jì)算特征向量

前兩個(gè)主成分已反映全部信息的97.487%，因此只計(jì)算出第1、2主成分的特征向量(表8)。

根據(jù)表8中的特征向量，可以寫(xiě)出主成分1(F1)、主成分2(F2)與各個(gè)變量的線性組合的表達(dá)式:

F1=0.355X1+0.349X2+0.317X3+0.350X4－0.324X5+0.208X6－0.345X7+0.361X8－0.363X9

F2= －0.218X1+0.266X2+0.409X3－0.203X4+0.343X5+0.660X6+0.281X7+0.139X8+0.148X9

以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重計(jì)算主成分綜合模型，即可得到主成分綜合表達(dá)式:

F=0.254X1+0.334X2+0.333X3+0.253X4－0.207X5+0.287X6－0.235X7+0.322X8－0.273X9

表8 主成分的特征向量

2.7 主成分值、綜合主成分值及排序

根據(jù)第1、2主成分和主成分綜合表達(dá)式，可以計(jì)算出不同省份小麥粉在面團(tuán)流變學(xué)特性方面的主成分值、綜合主成分值及排序(表9)，可以看出，第1主成分值排名依次為河北、河南、山西、陜西、安徽、山東、江蘇，第2主成分值排名依次為安徽、河北、陜西、江蘇、山西、河南、山東，綜合得分排序依次為河北、山西、河南、陜西、安徽、山東、江蘇，河北小麥的綜合得分最高，江蘇小麥的綜合得分最低，在一定程度上體現(xiàn)了加工品質(zhì)的優(yōu)劣。

表9 不同省份小麥的主成分值、綜合主成分值及排序

3 討論

面團(tuán)是由水、酵母、鹽和其他成分組成的復(fù)雜混合物，是小麥由小麥粉向食品轉(zhuǎn)化的一種基本過(guò)渡形態(tài)，它屬于一類介于固態(tài)食品與液態(tài)食品之間的既有彈性又有黏性的黏彈性流變體［12－13］。各種面制品的質(zhì)構(gòu)在很大程度上是構(gòu)成氣孔壁材料的流變學(xué)性質(zhì)的函數(shù)，氣孔大小、分布均勻度與松軟度及可口性都有關(guān)系。只有加工過(guò)程控制好面團(tuán)特性，才能生產(chǎn)出能滿足特殊要求的面包、饅頭、面條、餅干等面制品［14－18］。因此，面團(tuán)流變學(xué)特性是判斷小麥粉品質(zhì)和加工用途的主要指標(biāo)。

面團(tuán)流變學(xué)特性指標(biāo)眾多，單單分析某個(gè)指標(biāo)的差異，不能體現(xiàn)出面團(tuán)流變學(xué)特性的總體水平，因此需要一定的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行綜合分析。本試驗(yàn)主要通過(guò)主成分分析和因子分析方法，綜合評(píng)價(jià)小麥粉的面團(tuán)流變學(xué)特性。主成分分析也稱主分量分析，使用較少的變量去解釋原來(lái)資料中的大部分變異，將許多相關(guān)性很高的變量轉(zhuǎn)化成彼此相互獨(dú)立或不相關(guān)的變量。通常是選出比原始變量個(gè)數(shù)少，能解釋大部分資料中的變異的幾個(gè)新變量，即主成分，并用以解釋資料的綜合性指標(biāo)。因子分析法是用少數(shù)幾個(gè)因子去描述許多指標(biāo)或因素之間的聯(lián)系，即將相關(guān)比較密切的幾個(gè)變量歸在同一類中，每一類變量就成為一個(gè)因子，以較少的幾個(gè)因子反映原材料的大部分信息［19］。

山東小麥粉的面團(tuán)流變學(xué)特性綜合評(píng)價(jià)不高，低于安徽，排名很靠后，這可能與當(dāng)年的自然災(zāi)害有關(guān)。2008年11月至2009年5月，我國(guó)北方地區(qū)遭受了兩場(chǎng)較為嚴(yán)重的氣候?yàn)?zāi)害［20－21］，在很大程度地影響了小麥的正常生長(zhǎng)，進(jìn)而造成了小麥粉品質(zhì)一定程度的下滑。

面團(tuán)流變學(xué)特性雖然是品質(zhì)的重要指標(biāo)，但并不是品質(zhì)判定的唯一標(biāo)準(zhǔn)。小麥品質(zhì)是一個(gè)綜合概念，是形態(tài)品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)的有機(jī)結(jié)合。小麥品質(zhì)是小麥對(duì)某種特定用途、加工產(chǎn)品的適合度和滿意度的綜合而相對(duì)的概念，與小麥粉的使用目的和用途密切相關(guān)，以最終加工用途評(píng)價(jià)小麥粉及其相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)，是小麥品質(zhì)評(píng)價(jià)的原則［22］。除了面團(tuán)流變學(xué)特性指標(biāo)測(cè)定外，還進(jìn)行烘焙、蒸煮等加工工藝處理，結(jié)合物理特性、化學(xué)特性及食品品質(zhì)等諸多因素，才能準(zhǔn)確客觀的評(píng)價(jià)小麥粉品質(zhì)。

志謝:中央財(cái)政優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品新品種推廣(良種推廣補(bǔ)貼)項(xiàng)目資助。

［1］游玉明，陳井旺.面團(tuán)流變學(xué)特性研究進(jìn)展［J］.面粉通訊，2008，3:46 －48

［2］李寧波，王曉曦，于磊，等.面團(tuán)流變學(xué)特性及其在食品加工中的應(yīng)用［J］.食品科技，2008，8:35－38

［3］呂軍倉(cāng).面團(tuán)流變學(xué)及其在面制品中的應(yīng)用［J］.糧油加工與食品機(jī)械，2006，2:66 －68

［4］王光瑞，周桂英，王瑞.焙烤品質(zhì)與面團(tuán)形成和穩(wěn)定時(shí)間相關(guān)分析［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，1997，12(3):1 －6

［5］Chung O，Ohm J B.Prediction of baking characteristics of hard winter wheat flours using computer－analyzed mixogragh parameters［J］.Cereal Chemistry，2001，78(4):493 －497

［6］劉艷玲，田紀(jì)春，韓祥銘.面團(tuán)流變學(xué)特性分析方法比較及與烘烤品質(zhì)的通徑分析［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38(1):45－51

［7］Hibberd G E，Parker N S.Measurement of fundamental rheological properties of wheat flour doughs［J］.Cereal Chemistry，1975，52:1 －23

［8］蔚然.面團(tuán)流變學(xué)特性品質(zhì)分析方法比較與研究［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，1998，13(3):10 －12

［9］Suchy J，Lukow O M，Ingelin M E.Dough microextensibility Method using a 2 － g mixograph and a texture analyzer［J］.Cereal Chemistry，2000，77(1):39 －43

［10］王鳳成，張瑋，陳萬(wàn)義.揉混儀及其在小麥粉品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.糧食與飼料工業(yè)，2004，12，10 －12

［11］朱國(guó)萍，曹文紅，章超樺，等.蝦類微量元素含量的主成分分析［J］.廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30(1):72 －75

［12］闞建全，陳宗道，徐亦項(xiàng)，等.面團(tuán)流變學(xué)特性研究［J］.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，19(4):363－366

［13］Naeem H A，Darvey N L，Gras P，et al.Mixing properties，baking potential and functionality changes in storage proteins during dough development of Triticale wheat flour blends［J］.Cereal Chemistry，2002，79(3):332 －339

［14］Autio K，F(xiàn)lander L.Bread quality relationship with rheological measurements of wheat flour dough［J］.Cereal Chemistry，2001，78(6):654 －657

［15］李興林，馬傳喜，衛(wèi)增泉.面包質(zhì)地品質(zhì)性狀的研究II面包小麥烘烤品質(zhì)的逐步回歸分析［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2000，15(5):33 －36

［16］張春慶，李晴祺.影響普通小麥加工饅頭質(zhì)量的主要品質(zhì)性狀的研究［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1993，26(2):39－46

［17］李韜，徐辰武，胡治球，等.小麥重要品質(zhì)性狀的遺傳分析和面條專用型小麥的篩選［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2002，22(3):11－16

［18］Nicolas Y，Smit R J M，Aalst H，et al.Effect of storage time and temperature on rheological and microstructural properties of gluten［J］.Cereal Chemistry，2003，80(4):371 －377

［19］唐功爽.基于 SPSS的主成分分析與因子分析的辨析［J］.統(tǒng)計(jì)教育，2007，02:12 －14

［20］徐麗娜.旱澇監(jiān)測(cè)公報(bào)［EB/OL］.北京:中國(guó)氣象報(bào)社，2009［2009 －02 －23］.http://www.cma.gov.cn/ztbd/khfwzt/khhljcgb/200902/t20090203_26140.html

［21］徐文彬.華北南部黃淮北部將有較強(qiáng)降水 冷空氣將影響北方地區(qū)［EB/OL］.北京:中國(guó)氣象報(bào)社，2009［2009－05 － 09］.http://www.cma.gov.cn/qxxw/tqxw/200905/t20090509_33369.html

［22］劉鐘棟.面粉品質(zhì)與面制品品質(zhì)的關(guān)系［M］北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2004:60－63.

Analysis of Wheat Dough Rheological Property in Different Regions

Tao Haiteng Qi Linjuan Wang Bujun
(Institute of Crop Science，Chinese Academy of Agriculture Science，Cereal Product Quality Supervision and Inspection Center，Ministry of Agriculture，Beijing 100081)

Principal component and factor analysis methods were used to evaluate wheat dough rheological properties in different regions，and the results displayed that the correlation among dough rheological indicators was relatively great，the absolute values of 90%data were greater than 0.30.So，the data were suitable to use the principal component analysis to study the relationship among indicators.Through analysis of principal component and factor，comprehensive evaluations for wheat of different regions were accomplished.By calculating eigenvalue and variance of each component，cumulative contribution rate for the first and second principal components reached 97.487%and two principal components could represent comprehensive information of dough rheology.Based on scores calculated by a comprehensive model for the two principal components，the sequence from high to low for dough rheology was as follows:Hebei＞Shanxi＞Henan＞Shaanxi＞Anhui＞Shandong＞Jiangsu.

wheat，dough rheological property，principal component，factor analysis

TS211.2

A

1003－0174(2011)11－0005－05

2011－02－24

陶海騰，男，1979年出生，博士，谷物品質(zhì)分析與檢測(cè)

王步軍，男，1960年出生，研究員，博士生導(dǎo)師，谷物品質(zhì)分析與檢測(cè)