黑米饅頭的制備及其力學(xué)特性主成分分析

汪 姣何新益杜先鋒程莉莉

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，安徽 合肥 230036；2.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，天津 300384）

黑米饅頭的制備及其力學(xué)特性主成分分析

汪 姣1，2何新益2杜先鋒1程莉莉1，2

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，安徽 合肥 230036；2.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，天津 300384）

采用主成分分析的方法，以饅頭的力學(xué)指標(biāo)為依據(jù)，結(jié)合感官評(píng)定對(duì)黑米饅頭的食用品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。從樣本相關(guān)矩陣出發(fā)，對(duì)黑米饅頭的主要力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析，由累積貢獻(xiàn)率達(dá)到79.45%以上，確定反映饅頭食用品質(zhì)的2個(gè)主成分，并獲得各品種的綜合評(píng)分。感官評(píng)定得出黑米超微粉添加量為20%時(shí)感官得分較高，與主成分分析結(jié)果基本一致，表明應(yīng)用主成分分析的方法、利用饅頭的力學(xué)指標(biāo)評(píng)定黑米饅頭的食用品質(zhì)具有可行性。

黑米饅頭；主成分分析；感官評(píng)定；力學(xué)特性

黑米富含蛋白質(zhì)、脂肪、維生素B1、B2等［1］，且賴(lài)氨酸、精氨酸等含量豐富，與小麥粉搭配蒸制饅頭，可以彌補(bǔ)小麥饅頭中賴(lài)氨酸等含量不足的缺陷，從而起到氨基酸互補(bǔ)的功效。但普通雜糧粉粉碎度較低，制成饅頭后口感粗糙、表面不均勻，且不易被人體吸收，其營(yíng)養(yǎng)保健功能難以發(fā)揮，因而部分學(xué)者［2］采用膨化和微細(xì)化處理雜糧的方法以提高雜糧粉的品質(zhì)。擠壓膨化技術(shù)是將物料預(yù)糊化，膨化后的谷物中部分淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和麥芽糖，蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆和部分降解，使得人體對(duì)之有較高的消化吸收率［3］。超微粉碎技術(shù)是20世紀(jì)70年代以后誕生的新技術(shù)，經(jīng)超微粉碎后的食品，細(xì)胞壁破壁后，細(xì)胞內(nèi)的有效成分的釋放速度及釋放量會(huì)大幅提高，更容易被人體吸收。且由于物料為超細(xì)粒子，可溶性成分在胃液的作用下溶解，進(jìn)而通過(guò)腸壁被吸收，其不溶性成分易附著在腸壁上，排出體外所需時(shí)間較長(zhǎng)，提高了有效成分的吸收率［4］。

目前對(duì)饅頭品質(zhì)的評(píng)價(jià)大多采用感官評(píng)價(jià)方法，該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且存在一定的隨意性和不規(guī)范性，不能滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。主成分分析就是研究如何用少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)或因素來(lái)代表眾多指標(biāo)或因素，綜合后的新指標(biāo)稱(chēng)為原來(lái)指標(biāo)的主成分，彼此相互獨(dú)立，又能綜合反映原來(lái)多個(gè)指標(biāo)的大部分信息［5］。主成分分析在稻米、豆腐乳等食品的品質(zhì)分析中已有報(bào)道［6－8］，而在饅頭的品質(zhì)評(píng)價(jià)鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)旨在采用物性分析儀測(cè)定饅頭的力學(xué)指標(biāo)，通過(guò)主成分分析，結(jié)合感官評(píng)價(jià)，建立對(duì)饅頭品質(zhì)的科學(xué)評(píng)價(jià)體系。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

小麥粉：利達(dá)家庭粉，天津利金糧油股份有限公司；

高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；

黑米：天津侯臺(tái)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；

恒溫恒濕培養(yǎng)箱：LRH－150－S型，廣東省醫(yī)療器械廠(chǎng)；

電子天平：JT1201N型，上海精天電子儀器有限公司；

高速粉碎機(jī)：CTF2000型，天津市中藥機(jī)械廠(chǎng)；

擠壓膨化機(jī)：GPS－Ⅱ型，濟(jì)南高新開(kāi)發(fā)區(qū)賽信機(jī)械有限公司；

實(shí)驗(yàn)室超微粉碎機(jī)：ZNC－300型，北京興時(shí)利和科技發(fā)展有限公司；

物性分析儀：TA.XT plus，英國(guó)Stable Micro System公司。

1.2 方法

1.2.1 雜糧粉的制備 將黑米用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎（達(dá)60目）（以下稱(chēng)為黑米原粉），用保鮮袋密封保存。

（1）黑米擠壓粉：將黑米原粉加入擠壓膨化機(jī)，經(jīng)擠壓膨化成型后，用粉碎機(jī)制成擠壓粉（以下稱(chēng)為黑米擠壓粉），用保鮮袋密封保存。

（2）黑米超微粉：將原粉加入超微粉碎機(jī)，進(jìn)料量控制在10 g／min，使黑米粉充分粉碎（以下稱(chēng)為黑米超微粉）；加工過(guò)程中采用冷水進(jìn)行冷卻，以避免加工過(guò)程中高溫破壞雜糧粉中營(yíng)養(yǎng)成分。

1.2.2 黑米饅頭的制作方法 參照饅頭專(zhuān)用粉產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)SB／T 10139——93［9］附錄 A中提出的饅頭制作方法稍加改進(jìn)。按照面粉的5%，10%，20%，30%，40%5個(gè)不同配比，分別添加黑米粉、擠壓粉和黑米超微粉，采用一次發(fā)酵法完成。

具體工藝流程如下：稱(chēng)取面粉、黑米粉和酵母（總粉量的1%），混合均勻后加適量水和面，至面團(tuán)不沾手、表面光滑且有彈性為止；將和好的面團(tuán)置于35℃左右、相對(duì)濕度70%～80%的醒發(fā)室中發(fā)酵2 h；取發(fā)酵后的面團(tuán)再揉3 min，然后分割成大小均勻、形狀相同的方形饅頭坯；將成型后的面團(tuán)室溫放置15 min進(jìn)行醒發(fā)；醒發(fā)后的饅頭坯放入已煮沸并墊有紗布的鋁蒸鍋屜上蒸20 min（冒氣起計(jì)時(shí)），后取出，蓋上干紗布冷卻40～60 min，入袋封裝。

以不添加黑米的白饅頭作對(duì)照。

1.2.3 饅頭的感官評(píng)價(jià)

（1）比容：參照 GB／T 21118——2007附錄 A小麥粉饅頭比容測(cè)定［10］；

（2）感官評(píng)定：由學(xué)習(xí)過(guò)感官評(píng)定的本科生和碩士研究生組成的品嘗小組進(jìn)行評(píng)分，參照SB／T 10139——93［9］附錄B規(guī)定的的評(píng)價(jià)方法，比容、外觀形狀、色澤、結(jié)構(gòu)、彈韌性、粘牙性和氣味滿(mǎn)分分別為20，15，10，15，20，15和5分，并依據(jù)本試驗(yàn)具體情況將比容設(shè)定為2.3 m L／g為滿(mǎn)分。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)剖面分析（TPA試驗(yàn)） 取不同配比雜糧饅頭各6個(gè)，在室溫條件下自然冷卻1 h，水平切取厚度為25 mm的均勻饅頭片。采用物性分析儀對(duì)樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定，測(cè)試前速率：1.00 mm／s，測(cè)中速率：0.80 mm／s，測(cè)試后速率：0.80 mm／s，壓縮距離6 mm，兩次壓縮間隔時(shí)間3.00 s。觸力5 g，探頭類(lèi)型：P35，數(shù)據(jù)收集率：200次／s。共測(cè)定饅頭的硬度、黏性、彈性、粘聚性、膠著性、咀嚼性及回復(fù)性7個(gè)力學(xué)特性指標(biāo)，將測(cè)量得到的6組質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果［11－12］。

由SPSS 13.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與Excel 2003軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 黑米粉預(yù)處理方法對(duì)饅頭感觀品質(zhì)的影響

試驗(yàn)得黑米饅頭的感官得分見(jiàn)表1。由表1可知，黑米原粉與擠壓粉添加量為10%、超微粉添加量為20%時(shí)感官得分較高；其中超微粉添加量為20%時(shí)感官得分最高。擠壓膨化是一種預(yù)熟化的過(guò)程，由于本試驗(yàn)采用的是單螺桿擠壓膨化機(jī)，螺桿短、轉(zhuǎn)速高，物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間較短，物料不能達(dá)到熔融狀態(tài)［13］，膨化不充分，經(jīng)過(guò)擠壓膨化的黑米粉，粉體表面會(huì)產(chǎn)生一種膠質(zhì)體，對(duì)水分的隔絕能力會(huì)大大增加。粉體表面膠質(zhì)化隔絕了水分進(jìn)入粉體內(nèi)部，制成饅頭后，表皮粗糙，易有硬塊，色澤易發(fā)暗，氣孔較大，口感較差，總體感官評(píng)分較低。

表1 預(yù)處理方式及添加量對(duì)黑米饅頭的感官的影響Table 1 Effects of pretreatment and proportions on the sensory evaluation of black rice steamed bread

2.2 主成分分析

2.2.1 各力學(xué)指標(biāo)值及相關(guān)分析 經(jīng)試驗(yàn)得出黑米饅頭各力學(xué)指標(biāo)的值，由于各測(cè)定指標(biāo)具有不同的量綱，為了消除由此可能帶來(lái)的不合理影響，在進(jìn)行主成分分析之前先對(duì)數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)化處理。按參考文獻(xiàn)［5］將測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2.2 主成分篩選及其貢獻(xiàn)率 采用SPSS 13.0軟件將黑米饅頭力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)計(jì)算［14］，各指標(biāo)之間都有不同程度的相關(guān)性，因而這些指標(biāo)在一定程度上反映的信息有所重疊。采用SPSS 13.0軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見(jiàn)表3。表3描述了主成分分析初始值對(duì)原有變量總體描述情況。由表3可知，第一主成分（Z1）的方差貢獻(xiàn)率為50.198%；第二主成分（Z2）的方差貢獻(xiàn)率為29.248%，二者累積方差貢獻(xiàn)率為79.447%，包含了樣品中絕大多數(shù)信息，能反映黑米饅頭樣品的整體信息，因而可以選前兩個(gè)主成分進(jìn)行分析。

表2 各力學(xué)指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化處理Table 2 Standardized of the mechanical indexes

表3 相關(guān)矩陣的特征值與貢獻(xiàn)率Table 3 Total variance explained

2.2.3 黑米饅頭主成分得分 經(jīng)軟件處理第一和第二主成分載荷，構(gòu)建主成分與黑米饅頭各品質(zhì)指標(biāo)之間的線(xiàn)性關(guān)系式，各線(xiàn)性關(guān)系式如式（1）：

利用式（1）得黑米饅頭Z1、Z2值；以2個(gè)主成分Z1、Z2與其方差貢獻(xiàn)率構(gòu)建出饅頭品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)模型Z，Z是主成分Z1、Z2的線(xiàn)性組合，即：Z＝0.63Z1＋0.37Z2。利用該數(shù)學(xué)模型得黑米饅頭的主成分得分（Z值）見(jiàn)表4。

表4 黑米饅頭的主成分得分Table 4 The principal component scores of Black rice steamed bread

由表4可知，黑米超微粉饅頭Z值普遍較高，其中超微粉添加量為20%時(shí)Z值最高，與感官評(píng)價(jià)結(jié)論基本一致。由于在TPA測(cè)定中，不涉及色澤和氣味的化學(xué)感受，故感官評(píng)價(jià)與主成分分析結(jié)果稍有差異。

3 結(jié)論

（1）黑米超微粉饅頭感官得分及Z值普遍較高；其中添加量為20%時(shí)品質(zhì)最好。

（2）應(yīng)用主成分分析法對(duì)黑米饅頭進(jìn)行了研究，確定了反映饅頭食用品質(zhì)的2個(gè)主成分因子，2個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到79.447%以上，即代表了全部信息的79.447%。

（3）主成分分析結(jié)果與感官評(píng)定結(jié)果基本一致，表明通過(guò)測(cè)定饅頭力學(xué)指標(biāo)，利用主成分分析的方法評(píng)定黑米饅頭的食用品質(zhì)具有可行性。

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Preparation and principal component analysis of mechanical properties of black rice steamed bread

WANG Jiao1，2HE Xin－yi2DU Xiang－feng1CHENG Li－li1，2

（1.College of Tea＆Food Science and Technology，Anhui Agricultural University，Hefei，Anhui230036，China；2.Department of Food Science，Tianjin Agricultural University，Tianjin300384，China）

Based on mechanical indexes of steamed bread and sensory evaluation，the taste quality of black rice steamed bread was evaluated by principal component analysis method in this study.The main mechanical indexes of ten kinds of steamed bread were determined from the specimen correlation matrix.According to more than 79.45%of the cumulative variance proportion，two principal components were established for reflecting the taste quality of steamed bread and overall merits of these steamed breads were obtained.It was discovered that black rice steamed bread had the best property by the sensory evaluation when the proportions were 20%.The above results were in accordance with those from principal component analysis，which indicated that the method of principal component analysis and mechanical indexes was a practical way to access the taste quality of colorful steamed bread.

black rice steamed bread；principal component analysis；sensory evaluation；mechanical properties

10.3969／j.issn.1003－5788.2011.03.006

天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：10ZHXHC08800）

汪姣（1988－），女，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生。E－mail：augustlemon＠163.com

何新益

2011－02－15