基于主成分分析的不同小麥品種制作的韌性餅干品質(zhì)評(píng)價(jià)

劉孟宜，田博宇，王瀅穎，王超，李慧靜*

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北 保定 071000；2.今麥郎食品有限公司面粉事業(yè)部，河北 邢臺(tái) 054000）

烘焙食品的營(yíng)養(yǎng)極其豐富，并且是被廣泛食用的產(chǎn)品[1]。我國(guó)于1930年引進(jìn)機(jī)制餅干生產(chǎn)線，目前隨著消費(fèi)量的不斷增加，餅干的種類也越來(lái)越多[2]。餅干具有口味多樣和保質(zhì)期長(zhǎng)等特點(diǎn)[3-5]。然而，制作優(yōu)質(zhì)的餅干受小麥品種品質(zhì)特性的影響。小麥的品質(zhì)特性是其在市場(chǎng)上評(píng)估的關(guān)鍵要素，包括容重、千粒重、降落數(shù)值、蛋白質(zhì)含量、面筋含量、面筋指數(shù)、沉降數(shù)值以及小麥粉的流變特性等[6-9]。Ma等[10]研究了15種軟質(zhì)小麥對(duì)蘇打餅干特性的影響，結(jié)果表明在生產(chǎn)餅干時(shí)應(yīng)使用破損淀粉含量在1.9%～3.4%，蛋白質(zhì)含量在7.9%～9.7%（干基）和沉降值在20.0 mL～32.0 mL范圍內(nèi)的軟質(zhì)小麥粉。張平平等[11]研究了江蘇省優(yōu)質(zhì)軟麥品質(zhì)特性與酥性餅干的加工品質(zhì)關(guān)系，研究結(jié)果表明小麥粉蛋白質(zhì)含量與餅干直徑呈正相關(guān)，沉淀值、吸水率、穩(wěn)定時(shí)間和峰值時(shí)間與餅干直徑呈顯著負(fù)相關(guān)。張康逸等[12]研究了不同改良劑對(duì)韌性餅干品質(zhì)的影響，結(jié)果表明小麥粉的吸水率、面筋含量、面筋黏彈性小更適合制作韌性餅干。Moiraghi等[13]研究了44種軟小麥的淀粉特性（如顆粒粒徑分布和糊化特性）與餅干品質(zhì)的關(guān)系，結(jié)果表明破損淀粉含量越低，溶劑保留能力越低，糊化溫度和焓值越低，對(duì)餅干直徑的影響也就越大，所以軟麥粉的A型淀粉比例越高，其破損淀粉含量和吸水能力越低，對(duì)餅干制作越具有積極的影響。由于感官評(píng)價(jià)員具有主觀性，在評(píng)估食品品質(zhì)時(shí)更多研究者采用質(zhì)構(gòu)儀代替感官評(píng)價(jià)，并獲得與感官評(píng)價(jià)相關(guān)的參數(shù)（包括硬度、彈性、內(nèi)聚性、黏性和咀嚼性）[14-17]。目前，在國(guó)內(nèi)對(duì)餅干專用粉的研究不是很多，而且大部分是酥性餅干，對(duì)韌性餅干專用粉的研究較少，為全面評(píng)價(jià)韌性餅干專用粉的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，本研究選用河北省主產(chǎn)的15種小麥，磨粉制備韌性餅干，測(cè)定小麥粉的理化指標(biāo)和流變學(xué)特性、韌性餅干的質(zhì)構(gòu)特性，通過(guò)方差分析、相關(guān)性分析和主成分分析研究小麥粉品質(zhì)特性與韌性餅干品質(zhì)特性之間的關(guān)系，確定影響韌性餅干品質(zhì)的主要小麥粉品質(zhì)性狀，為我國(guó)韌性餅干專用粉品質(zhì)評(píng)價(jià)體系的建立提供理論依據(jù)，以便更好地促進(jìn)餅干產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

白砂糖、小蘇打、碳酸氫銨、植物油：市售。本試驗(yàn)選用的小麥品種及產(chǎn)地見(jiàn)表1。

表1 小麥品種及產(chǎn)地Table 1 Wheat varieties and producing areas

1.2 儀器與設(shè)備

Farinograph-AT粉質(zhì)儀、Extensograph-E拉伸儀、Viscograph-E黏度儀：德國(guó)Brabender公司；CP114電子天平、101-0AB電熱鼓風(fēng)干燥箱：奧豪斯儀器上海有限公司；DEGURU DKM201型多功能廚師機(jī)：廣東順德地一日用電氣科技有限公司；FN-Ⅱ型降落值測(cè)定儀、JJM54型面筋數(shù)量和質(zhì)量測(cè)定儀：杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；FKM-160型電動(dòng)壓面機(jī)：永康市富康電器有限公司；KA-30遠(yuǎn)紅外線食品烘爐：廣州市廚寶烘焙機(jī)械設(shè)備有限公司；TMS-Pro食品物性分析儀：美國(guó)FTC公司；ALMB實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)：布勒糧食檢驗(yàn)儀器無(wú)錫有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 小麥粉理化指標(biāo)測(cè)定

1.3.1.1 磨粉

使用ALMB實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)，按照其使用手冊(cè)進(jìn)行磨粉，所需潤(rùn)麥加水量（g）=小麥質(zhì)量（g）×[潤(rùn)麥水分（%）-實(shí)際水分（%）]/[100%-實(shí)際水分（%）]，室溫（20℃～30℃）條件下潤(rùn)麥24 h。

1.3.1.2 水分測(cè)定

水分測(cè)定參照GB/T 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》。

1.3.1.3 濕面筋含量、干面筋含量和面筋指數(shù)測(cè)定

濕面筋含量參照GB/T 5506.2—2008《小麥和小麥粉面筋含量?jī)x器法測(cè)定濕面筋》的方法測(cè)定。

干面筋含量參照GB/T 5506.4—2008《小麥和小麥粉面筋含量快速干燥法測(cè)定干面筋》的方法測(cè)定。

面筋指數(shù)參照LS/T 6102—1995《小麥粉濕面筋質(zhì)量測(cè)定法面筋指數(shù)法》的方法測(cè)定。

1.3.1.4 降落數(shù)值測(cè)定

降落數(shù)值測(cè)定參照GB/T 10361—2008《小麥、黑麥及其面粉，杜倫麥及其粗粒粉 降落數(shù)值的測(cè)定Hagberg-Perten法》的方法測(cè)定。

1.3.2 小麥粉流變學(xué)和糊化特性測(cè)定

粉質(zhì)特性測(cè)定參照GB/T 14614—2019《糧油檢驗(yàn)小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性測(cè)試粉質(zhì)儀法》的方法測(cè)定；拉伸特性測(cè)定參照GB/T 14615—2019《糧油檢驗(yàn)小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性測(cè)試?yán)靸x法》的方法測(cè)定；糊化特性測(cè)定參照GB/T 14490—2008《糧油檢驗(yàn)谷物及淀粉糊化特性測(cè)定粘度儀法》的方法測(cè)定。

1.3.3 韌性餅干的制作

參照田金河等[18]的方法制作韌性餅干，稍作修改。

1.3.3.1 配方

小麥粉 100 g，植物油（豆油）10 mL，白砂糖 12 g，小蘇打0.8 g，碳酸氫銨0.8 g，水32.5 mL。

1.3.3.2 操作步驟

調(diào)粉：將加水溶解后的白砂糖、小蘇打、碳酸氫銨倒入多功能廚師機(jī)中，并加入植物油（豆油）攪拌均勻。小麥粉過(guò)80目篩，倒入多功能廚師機(jī)中進(jìn)行調(diào)制。在調(diào)制時(shí)為了防止面筋的生成，可用35℃左右的水和面，調(diào)制10min左右。

壓片與成型：調(diào)制完成后需靜置10 min，然后壓片。用壓面機(jī)的輾軋反復(fù)壓多次，折疊并旋轉(zhuǎn)90°，最后壓成3.5 mm的面片，在面片上扎均勻的小孔。

擺盤：烤盤使用前要預(yù)熱，涂抹植物油，將面片均勻地?cái)[在烤盤上，不可太近，以防粘連。

烘烤：將烤盤放入烤箱中，下火170℃，上火190℃，20 min即可。

1.3.4 韌性餅干質(zhì)構(gòu)測(cè)定

將韌性餅干放在測(cè)試平臺(tái)上，選用直徑為32 mm的圓錐形探頭，質(zhì)構(gòu)參數(shù)設(shè)定如下：測(cè)試速度為60 mm/min，形變量20%，啟始力2 N，進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析，每種樣品測(cè)試3次取其平均數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（Kaiser標(biāo)準(zhǔn)化的正交旋轉(zhuǎn)法）和相關(guān)性分析（雙側(cè)檢驗(yàn)）。采用ANOVA進(jìn)行鄧肯式差異分析（p＜0.05為差異顯著）。采用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)測(cè)定與數(shù)據(jù)分析

2.1.1 理化指標(biāo)數(shù)據(jù)分析

15種小麥粉的濕面筋含量、干面筋含量、面筋指數(shù)、降落數(shù)值測(cè)定結(jié)果如圖1所示。

圖1 小麥粉理化指標(biāo)Fig.1 Physical and chemical indicators of wheat flour

由圖1可知，濕面筋含量的變幅在25.92%～31.46%，干面筋含量的變幅在8.75%～11.31%，面筋指數(shù)的變幅在49.78%～88.69%，降落數(shù)值的變幅在315 s～513 s。在15種小麥粉的理化指標(biāo)中，對(duì)于面筋指數(shù)來(lái)說(shuō)，最大的是邢麥7，最小的是衡S29，該指標(biāo)變異系數(shù)在理化指標(biāo)中最大。國(guó)標(biāo)中規(guī)定低筋粉的濕面筋含量<26%（GB/T 17320—2013《小麥品種品質(zhì)分類》）。在本研究的理化指標(biāo)中，濕面筋含量符合國(guó)標(biāo)要求的小麥品種只有衡4399，張平平等[11]研究了江蘇省15種優(yōu)質(zhì)軟麥品種品質(zhì)特性與酥性餅干品質(zhì)的關(guān)系，其結(jié)果表明濕面筋含量（28.4%～35.3%）與餅干加工品質(zhì)間沒(méi)有必然的聯(lián)系。15種小麥粉的降落數(shù)值則全部符合酥性餅干用小麥粉的標(biāo)準(zhǔn)（>150 s）。

2.1.2 流變學(xué)指標(biāo)和糊化特性分析

15種小麥粉的粉質(zhì)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，形成時(shí)間的變幅在2.11 min～3.34 min，穩(wěn)定時(shí)間的變幅在2.15min～2.97min，弱化度的變幅在88.00BU～154.50BU，粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)的變幅在36.00mm～52.50 mm。15種小麥粉的粉質(zhì)指標(biāo)中，對(duì)于穩(wěn)定時(shí)間來(lái)說(shuō)，最大的是京花11，最小的是嬰泊700，該指標(biāo)變異系數(shù)在粉質(zhì)指標(biāo)中最小，各樣品穩(wěn)定時(shí)間均在國(guó)標(biāo)規(guī)定的3 min之內(nèi)。對(duì)于弱化度來(lái)說(shuō)，最大的是京冬18，最小的是衡0628，該指標(biāo)變異系數(shù)在粉質(zhì)指標(biāo)中最大。羅勤貴[19]研究了11個(gè)弱筋小麥品種的品質(zhì)與酥性餅干品質(zhì)之間的關(guān)系，其研究結(jié)果表明在粉質(zhì)指標(biāo)中，形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和弱化度在11種弱筋小麥品種的變異系數(shù)較大，與本研究結(jié)果一致。研究認(rèn)為粉質(zhì)指標(biāo)是預(yù)測(cè)和控制酥性餅干品質(zhì)的重要指標(biāo)。

圖2 小麥粉粉質(zhì)指標(biāo)Fig.2 Wheat flour farinographic properties

拉伸指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3。

在分析拉伸數(shù)據(jù)時(shí)選擇面團(tuán)醒發(fā)45 min的數(shù)據(jù)[20]。由圖3可知，拉伸曲線面積的變幅在20.50 cm2～35.00 cm2，拉伸阻力的變幅在85.50 BU～123.50 BU，延伸度的變幅在127 mm～204 mm，最大拉伸阻力的變幅在90.50 BU～125.00 BU，拉伸比例的變幅在0.45～1.00，最大拉伸比例的變幅在0.50～1.00。15種小麥粉的拉伸指標(biāo)中，對(duì)于拉伸比例來(lái)說(shuō)，最大的是嬰泊700，最小的是石農(nóng)956，該指標(biāo)變異系數(shù)在拉伸指標(biāo)中最大。陳洪金[21]研究了酥性餅干專用粉品質(zhì)指標(biāo)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其研究結(jié)果表明制作酥性餅干專用粉的拉伸指標(biāo)中，拉伸阻力在150 BU～200 BU范圍內(nèi)，延伸度>120 mm，本研究中的拉伸阻力均<130 BU，是由于前者使用的是商業(yè)化的專用粉，其生產(chǎn)是通過(guò)配粉與后期添加劑的修飾，而本研究采用單一的小麥品種。

圖3 小麥粉拉伸指標(biāo)Fig.3 Wheat flour extension properties

糊化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，糊化溫度的變幅在59.65℃～61.55℃，峰值黏度的變幅在413.50 BU～1 482.00 BU，最終黏度的變幅在491.50 BU～2 004.50 BU，崩解值的變幅在301.50 BU～689.50 BU，回升值的變幅在288.00 BU～1 024.50 BU。在15種小麥粉的糊化指標(biāo)中，對(duì)于崩解值來(lái)說(shuō)，最大的是衡S29，最小的是京冬18，該指標(biāo)變異系數(shù)在糊化指標(biāo)中最大。除糊化溫度外其余糊化指標(biāo)的變異系數(shù)均在20%以上，且品種間存在著較大的差異，與羅勤貴[19]的研究結(jié)果一致。在糊化指標(biāo)中，除糊化溫度外，京冬18均為最小值，與降落數(shù)值的結(jié)果一致，這與京冬18的淀粉酶活性高有關(guān)。

圖4 小麥粉糊化指標(biāo)Fig.4 Wheat flour gelatinization properties

2.1.3 韌性餅干的品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)韌性餅干的品質(zhì)評(píng)價(jià)為質(zhì)構(gòu)的物性評(píng)價(jià)，其結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，脆性的變幅在8.47 N～33.13 N，硬度的變幅在24.23 N～44.20 N，回復(fù)性的變幅在0.20～0.35，內(nèi)聚性的變幅在0.05～0.15，彈性的變幅在0.12 mm～0.32 mm，咀嚼性的變幅在0.21 mJ～1.50 mJ。在15種小麥粉韌性餅干的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)中，對(duì)于咀嚼性來(lái)說(shuō)，最大的是中麥155，最小的是邢麥7，其變異系數(shù)在質(zhì)構(gòu)的指標(biāo)中最大。質(zhì)構(gòu)指標(biāo)與王超超[22]所分析發(fā)酵餅干的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)結(jié)果一致，其研究結(jié)果表明發(fā)酵餅干感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)參數(shù)之間的相關(guān)性較好，感官評(píng)價(jià)主要與質(zhì)構(gòu)的硬度、內(nèi)聚性、彈性相關(guān)。

圖5 韌性餅干質(zhì)構(gòu)結(jié)果Fig.5 Texture results of semi-hard biscuits

2.2 小麥粉特性與餅干品質(zhì)相關(guān)性分析

運(yùn)用軟件SPSS17.0對(duì)小麥粉品質(zhì)和韌性餅干品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將小麥粉的各項(xiàng)指標(biāo)與韌性餅干的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，其結(jié)果如表2所示。

表2 韌性餅干質(zhì)構(gòu)與小麥粉指標(biāo)的相關(guān)性Table 2 Correlation analysis between semi-hard biscuits quality and main indexes of wheat flour

由表2可知，小麥粉的形成時(shí)間與硬度呈正相關(guān)，與羅勤貴[19]的研究結(jié)果相似，其研究結(jié)果表明餅干硬度與評(píng)價(jià)值呈正相關(guān)，而評(píng)價(jià)值是小麥粉的形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和弱化度的綜合評(píng)價(jià)，小麥粉的形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)，弱化度也就越小，其評(píng)價(jià)值越大；弱化度與脆性、彈性、咀嚼性呈負(fù)相關(guān)，這可能由于弱化度大，面團(tuán)在攪拌過(guò)度后面筋變?nèi)醯某潭却螅沟妹鎴F(tuán)變軟發(fā)黏，這樣的面團(tuán)不易加工且小麥粉烘焙質(zhì)量不佳[23]；峰值黏度對(duì)韌性餅干品質(zhì)影響最大（0.640），與回復(fù)性呈正相關(guān)；崩解值與回復(fù)性呈正相關(guān)，與張平平等[11]的研究結(jié)果相似；最大拉伸阻力與脆性呈正相關(guān)，這可能是由于拉伸阻力越大，面筋彈性越好，制作的餅干成品也就越好[24]；面筋指數(shù)與回復(fù)性呈負(fù)相關(guān)；降落數(shù)值與脆性呈正相關(guān)。

2.3 不同小麥品種制作韌性餅干的綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 主成分分析檢驗(yàn)

采用 KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）與 Bartlett′s（Bartlett test of sphericity）檢驗(yàn)，進(jìn)行因子分析前的擬合檢驗(yàn)，分析主成分分析適宜性。其結(jié)果如表3所示。

表3 KMO 與 Bartlett′s檢驗(yàn)Table 3 KMO and Bartlett′s test

由表3可知，KMO值為0.568，證明質(zhì)構(gòu)指標(biāo)適合使用主成分分析法；Bartlett′s球型檢驗(yàn)中卡方近似值較大（91.494），對(duì)應(yīng)的 p值較?。?.000），達(dá)到顯著水平，因此此質(zhì)構(gòu)指標(biāo)適合進(jìn)行主成分分析。

2.3.2 評(píng)價(jià)模型建立

質(zhì)構(gòu)指標(biāo)主成分的方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表4。

由表4可知，第一主成分方差貢獻(xiàn)率為59.918%，第二主成分方差貢獻(xiàn)率為20.464%，2個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到80%以上。第一主成分（Z1）主要反映咀嚼性、內(nèi)聚性、彈性、脆性和回復(fù)性，第二主成分（Z2）主要反映回復(fù)性。兩個(gè)主成分互不關(guān)聯(lián)，各自具有其代表性，所以可以選用二個(gè)成分代表6個(gè)指標(biāo)對(duì)韌性餅干品質(zhì)進(jìn)行分析。

表4 質(zhì)構(gòu)指標(biāo)主成分的方差貢獻(xiàn)率Table 4 Variance contribution rate of main components of texture indicators

根據(jù)主成分得分系數(shù)矩陣，可以得到各主成分韌性餅干品質(zhì)指標(biāo)的表達(dá)式如下。

式中：X1、X2、X3、X4、X5、X6分別代表脆性、硬度、回復(fù)性、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)。

2.3.3 計(jì)算主成分得分和綜合得分

質(zhì)構(gòu)指標(biāo)主成分的成分得分見(jiàn)表5。

表5 成分得分Table 5 Ingredient score

由表5可知，第一主成分排名為嬰泊700、中麥155和河農(nóng)6119，第二主成分排名為京花11、河農(nóng)827和中麥155，綜合得分排名為中麥155、嬰泊700和京花11。根據(jù)主成分分析得出的3種得分較高小麥品種，得出適宜制作韌性餅干的指標(biāo)范圍：濕面筋含量≤31.46%，降落數(shù)值≤531 s，形成時(shí)間≤3.34 min，穩(wěn)定時(shí)間≤2.97 min，粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)范圍36.0 mm～52.5 mm；小麥粉的峰值黏度≤1 240 BU，最終黏度≤2 004.5 BU，崩解值≤386 BU，回升值≤1 024.5 BU。

3 結(jié)論

河北省主要以生產(chǎn)中強(qiáng)筋小麥為主，大部分研究的是中強(qiáng)筋小麥，對(duì)弱筋小麥研究較少，而本文選擇的15種小麥?zhǔn)呛颖笔∞r(nóng)業(yè)廳主推的節(jié)水穩(wěn)產(chǎn)小麥品種。對(duì)15種小麥粉的相關(guān)指標(biāo)對(duì)韌性餅干品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究，首先分析了韌性餅干質(zhì)構(gòu)與小麥粉指標(biāo)的相關(guān)性分析，小麥粉的峰值黏度、弱化度、形成時(shí)間、降落數(shù)值對(duì)韌性餅干品質(zhì)的影響顯著，其中峰值黏度和回復(fù)性呈正相關(guān)，弱化度與脆性、彈性、咀嚼性呈負(fù)相關(guān)，形成時(shí)間與硬度呈正相關(guān)，降落數(shù)值與脆性呈正相關(guān)。其次韌性餅干質(zhì)構(gòu)的6個(gè)指標(biāo)依據(jù)主成分分析提取了2個(gè)主成分因子，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到80.382%；根據(jù)成分得分表得出中麥155、嬰泊700和京花11為適宜制備韌性餅干的小麥品種。并得出適宜制作韌性餅干的指標(biāo)范圍：濕面筋含量≤31.46%，降落數(shù)值≤531 s，形成時(shí)間≤3.34 min，穩(wěn)定時(shí)間≤2.97 min，粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)范圍36.0 mm～52.5 mm；小麥粉的峰值黏度≤1 240 BU，最終黏度≤2 004.5 BU，崩解值≤386 BU，回升值≤1 024.5 BU。