小麥粉面團吸水率及其理化特性的逐步回歸與通徑分析

王蕾，黃璐瑤，郭波莉*，彭曉麗，范方輝，張影全

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糧油加工綜合利用技術(shù)集成實驗室，北京 100193；3.深圳大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 食品大分子科學(xué)與加工深圳市重點實驗室，廣東 深圳 518060）

小麥粉吸水形成面團是面制品加工的基礎(chǔ)。小麥粉面團吸水率（吸水量）通常是指每100 g 水分含量為14%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的小麥粉在粉質(zhì)儀中揉合成最大稠度為500 FU 面團時所需添加水的體積[1-2]。吸水率是評價面粉質(zhì)量和預(yù)測面制品加工特性的重要品質(zhì)指標(biāo)。吸水率的高低不僅影響面制品的成品質(zhì)量，而且與生產(chǎn)成本直接相關(guān)。面粉吸水率越高，出品率越高，生產(chǎn)成本越低[3]。因此，明確小麥粉蛋白質(zhì)組成及含量、谷蛋白大聚體含量、粒徑分布、破損淀粉含量等理化性質(zhì)與面團吸水率之間的內(nèi)在聯(lián)系，尋獲影響小麥粉面團吸水率的關(guān)鍵理化指標(biāo)，可為面制品的品質(zhì)形成及調(diào)控提供理論基礎(chǔ)和方法學(xué)參考。

小麥粉與水混合過程中，水分子與蛋白、淀粉等組分之間發(fā)生復(fù)雜的相互作用[4]。面筋蛋白吸水形成三維網(wǎng)絡(luò)，淀粉顆粒吸水膨脹并鑲嵌在面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔洞內(nèi)，從而形成具備黏彈性的面團[5]。大量研究表明，小麥粉面團吸水率受面粉粒徑分布、蛋白質(zhì)含量及組成、破損淀粉含量等多種因素的影響。一般認(rèn)為，濕面筋含量越高，吸水率越高[3]。尹豪等[6]研究表明，籽粒的硬度指數(shù)與面團吸水率呈極顯著正相關(guān)，小麥粉的降落指數(shù)、濕面筋含量、蛋白質(zhì)含量與面團吸水率呈極顯著正相關(guān)，面筋指數(shù)與面團吸水率呈顯著正相關(guān)，沉淀指數(shù)、千粒重與吸水率的相關(guān)性不顯著。林江濤等[7]研究發(fā)現(xiàn)，面筋蛋白的含量影響了面粉的吸水速率。面粉中的濕面筋含量升高使面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為緊密，水分子不易滲透，水的流動性減弱，面粉的吸水速率降低。曹穎妮等[8]對各粉路系統(tǒng)面粉的吸水率進行了研究，發(fā)現(xiàn)多數(shù)情況下，濕面筋含量升高會使面粉的吸水率也增加。但面粉的吸水率還受面筋蛋白組成和質(zhì)量的影響，并且也與面粉中的破損淀粉、非淀粉多糖等成分的含量有關(guān)。Lv 等[9]認(rèn)為醇溶蛋白和麥谷蛋白的不同構(gòu)成比例和特性決定了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，是影響小麥粉吸水動力學(xué)的關(guān)鍵因素。楊釧等[10]分析認(rèn)為，面粉蛋白質(zhì)含量對面團吸水率的直接增強效應(yīng)較大，但對穩(wěn)定時間、拉伸長度的抑制效應(yīng)較大。應(yīng)欣等[11]研究表明，與醇溶蛋白等其他蛋白組分相比，僅麥谷蛋白對面團吸水率的影響極顯著且為正相關(guān)。

本研究以34 種小麥粉為試驗材料，借助粉質(zhì)儀測定小麥粉面團吸水率，并利用相關(guān)性分析、通徑分析和逐步回歸分析方法，分析小麥粉粒徑分布、灰分含量、蛋白質(zhì)含量、谷蛋白大聚體（glutenin macropolymer，GMP）含量、不同蛋白組分相對含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)、破損淀粉含量等與面團吸水率的關(guān)系；利用逐步回歸分析方法，構(gòu)建面團吸水率的預(yù)測模型，旨在深入探究小麥粉理化特性對面團吸水率的影響規(guī)律，篩選影響面團吸水率的關(guān)鍵指標(biāo)，為揭示小麥粉面團的形成以及面制品品質(zhì)的調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1）實驗室磨制小麥粉：以實驗室收集的28 份小麥籽粒為試驗原料。將小麥籽粒加入適量蒸餾水調(diào)整最終含水率為15.5%，潤麥器潤麥24 h，采用實驗?zāi)シ蹤C研磨制粉，面粉出粉率控制在70%左右，得到28 份小麥粉樣品。磨制的小麥粉用自封袋密封保存14 d 后測定相關(guān)指標(biāo)。

2）商業(yè)小麥粉：6 份市售商業(yè)面粉產(chǎn)品。

1.2 儀器與設(shè)備

BLH-1780 型潤麥器：浙江伯利恒儀器設(shè)備有限公司；MLU 202 實驗?zāi)シ蹤C： 瑞士Buhler 公司；ME4002E/02 電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Farinograph-E 型電子式粉質(zhì)儀：德國Brabender 公司；S3500 型激光粒度儀：美國MicratracMRB 公司；3-30K 高速離心機：美國Sigma 公司；DA7300 型近紅外分析儀、2200 型面筋儀、2015 型面筋含量測定用離心機：瑞典Perten 公司；DN210 杜馬斯定氮儀：北京諾德泰科儀器儀表有限公司；安捷倫1260 液相色譜儀：美國安捷倫科技有限公司；Thermo Mixer C 恒溫混勻儀：德國Eppendorf 公司；SDmatic 型破損淀粉儀：法國肖邦技術(shù)公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 面團吸水率測定

參照GB/T 14614—2019《糧油檢驗小麥粉面團流變學(xué)特性測試粉質(zhì)儀法》[1]中的方法，采用電子式粉質(zhì)儀測定。

1.3.2 面粉粒徑分布測定

參考GB/T 19077—2016《粒度分布激光衍射法》[12]中的方法，利用激光粒度儀測定。D[4，3]表示構(gòu)成樣品體積的平均粒徑；D10、D50、D90分別表示10%、50%、90%樣品通過時的最大粒徑。

1.3.3 面粉灰分含量測定

參照GB/T 24872—2010《糧油檢驗小麥粉灰分含量測定近紅外法》[13]中的方法，利用近紅外分析儀測定。

1.3.4 面粉蛋白質(zhì)含量測定

參照劉鴻飛等[14]的方法，采用杜馬斯定氮儀測定面粉蛋白質(zhì)含量。

1.3.5 谷蛋白大聚體（GMP）含量

參照Liu 等[15]的方法并稍作修改，測定面粉中GMP 含量。在2 mL 離心管中準(zhǔn)確加入50 mg 樣品和1 mL 1.5% 磷酸鹽緩沖溶液（phosphate buffered saline，PBS），渦旋振蕩至無明顯干粉或結(jié)塊，再在恒溫混勻儀（30 ℃，1 000 r/min）中混勻30 min。充分混勻后的樣品在高速離心機（11 600×g，30 ℃）離心30 min，棄去上清液，沉淀于烘箱中115 ℃烘至恒重。烘干后的沉淀樣品采用杜馬斯定氮儀測定蛋白質(zhì)含量，再根據(jù)面粉蛋白質(zhì)含量計算GMP 含量。

1.3.6 不同蛋白組分相對含量測定

參照Peng 等[16]的方法并稍作修改，測定面粉中不同蛋白組分的相對含量。準(zhǔn)確稱取20 mg 面粉樣品，加入1 mL PBS 溶液，用渦旋混勻儀振蕩混勻后，25 ℃、13 000×g 離心15 min，得上清液1。在離心后的沉淀中加入1 mL PBS，在冰浴條件下超聲處理并用渦旋混勻儀振蕩混勻，25 ℃、13 000×g 離心15 min 后，得上清液2。將上清液1 和2 分別用0.45 μm 聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride，PVDF）濾膜過濾后進行樣品洗脫。樣品的洗脫采用安捷倫1260 液相色譜儀和TSKgel G4000SWXL（7.8 mm×300 mm） 色譜柱。采用100%的PBS 溶液等度洗脫。洗脫時，紫外檢測器的檢測波長設(shè)定為214 nm，色譜柱溫度設(shè)置為30 ℃，每個樣品上樣20 μL，流動相流速0.5 mL/min。每個樣品獨立重復(fù)測試3 次。以各組分對應(yīng)的洗脫曲線的峰面積占總面積的比例表示其相對含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），計算得到大分子聚集體蛋白（large polymerized protein，LPP）相對含量、大分子單體蛋白（large monomer protein，LMP）相對含量、小分子單體蛋白（small monomer protein，SMP）相對含量、十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）不溶性蛋白大聚體（unextractable polymeric protein，UPP）相對含量和LPP/LMP。由于大分子聚集體蛋白（LPP）的主要成分為麥谷蛋白，大分子單體蛋白（LMP）的主要成分為醇溶蛋白，LPP/LMP 的值可反映麥谷蛋白與醇溶蛋白的比例。

參照GB/T 5506.2—2008 《小麥和小麥粉面筋含量第2 部分：儀器法測定濕面筋》[17]和LS/T 6102—1995《小麥粉濕面筋質(zhì)量測定方法——面筋指數(shù)法》[18]，利用面筋儀和面筋含量測定用離心機進行測定。

1.3.8 破損淀粉含量測定

參考文獻[2]，利用破損淀粉儀測定破損淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 18.0 軟件進行相關(guān)性分析、通徑分析、逐步回歸分析，采用Excel 2007 軟件進行處理數(shù)據(jù)和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥粉面團吸水率結(jié)果分析

34 份小麥粉面團吸水率基本統(tǒng)計量見表1，分布直方圖見圖1。

圖1 34 份小麥粉面團吸水率分布直方圖Fig.1 Histogram of water absorption distribution of 34 samples of wheat flour dough

表1 34 個小麥粉面團吸水率基本統(tǒng)計量Table 1 Basic statistics of water absorption of 34 samples wheat flour dough

由表1、圖1 可知，34 份小麥粉樣品的面團吸水率平均值為（65.6±3.4）%，變幅為59.3%～70.9%，中位數(shù)為65.9%，變異系數(shù)為5.13%。其中，85.3%的樣品面團吸水率在60.0%～70.0%，吸水率分布基本呈正態(tài)分布。洪宇等[19]研究發(fā)現(xiàn)，2020 年我國收獲的小麥籽粒粉質(zhì)吸水量平均水平為65.3%，其中80.3%的樣品粉質(zhì)吸水量集中在60.0%～70.0%。本研究所選取的小麥粉樣品面團吸水量的變幅與其基本一致，說明樣品具有較好的代表性。

2.2 小麥粉理化特性分析

表2 為試驗用小麥粉理化特性基本統(tǒng)計量。

表2 試驗用小麥粉理化特性基本統(tǒng)計量Table 2 Basic statistics of physicochemical properties of wheat flour

由表2 可知，34 個小麥粉的粒徑D10、D50、D90、D[4，3]的變異系數(shù)均在10%以上，其中D50的變異系數(shù)最高，達(dá)到31.58%，說明不同小麥粉樣品的粒徑分布有較大差異。面筋指數(shù)、GMP 含量、LPP、SMP、UPP、LPP/LMP的變異系數(shù)也均在10%以上，結(jié)果表明，不同小麥粉樣品的面筋蛋白含量及組成存在較大差異，樣品具有較好的代表性。

目前，大多數(shù)全科醫(yī)生培訓(xùn)基地尚未建立完善的全科醫(yī)生培訓(xùn)課程。傳統(tǒng)的醫(yī)生培訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容和課程體系雖有嚴(yán)謹(jǐn)、完整、系統(tǒng)的有點，但缺乏專業(yè)間的有機結(jié)合，并且對全科醫(yī)學(xué)培養(yǎng)導(dǎo)向定位不清。重點培養(yǎng)解決社區(qū)常見健康問題能力，社區(qū)診所的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，與患者保持持續(xù)的健康照護關(guān)系等培訓(xùn)方案有利于強化全科醫(yī)生的全科意識。全科醫(yī)學(xué)科的設(shè)立，有利于擺脫轉(zhuǎn)崗轉(zhuǎn)科式的培訓(xùn)模式，制定專為全科醫(yī)生培養(yǎng)所擬定的課程方案[9]。

2.3 小麥粉面團吸水率與其理化特性相關(guān)性分析

小麥粉面團吸水率與面粉理化特性的Pearson's相關(guān)系數(shù)如圖2 所示。

圖2 面團吸水率與小麥粉理化特性Pearson's 相關(guān)系數(shù)Fig.2 Pearson's correlation coefficient between water absorption of dough and physicochemical properties of wheat flour

由圖2 可知，小麥粉粒徑分布中D10、D[4，3]與面團吸水率分別呈顯著、極顯著正相關(guān)關(guān)系，D50與面團吸水率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明不同粒徑分布對面團吸水率影響較大。大量研究表明，面粉粒徑的減小有利于面團吸水[20-21]。隨著粒徑的減小，小麥粉的破損淀粉含量上升，灰分含量降低，面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密[22]。這些研究均說明面粉粒徑與面團吸水率相關(guān)，與本文的研究結(jié)果相一致。

濕面筋含量、破損淀粉含量與面團吸水率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，UPP 含量與面團吸水率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。尹豪等[6]、曹穎妮等[8]、許諾等[23]的研究均表明，面筋蛋白是影響面粉吸水的關(guān)鍵，濕面筋含量與面團吸水率顯著相關(guān)，與本文的研究結(jié)果相一致。

2.4 小麥粉面團吸水率及其理化特性的通徑分析

Pearson's 相關(guān)分析是多元分析的基礎(chǔ)，但僅能反映變量間的簡單相關(guān)系數(shù)，在分析某一指標(biāo)對面團吸水率的影響時，既要考慮直接影響，也要考慮間接影響[24-25]。為了進一步明確小麥粉不同理化特性對面團吸水率的相互影響，本文采用通徑分析對相關(guān)系數(shù)進行剖析[26-27]。直接通徑系數(shù)表示某一指標(biāo)對面團吸水率的直接影響，直接通徑系數(shù)的絕對值越大，說明其對面團吸水率的直接影響越大。間接通徑系數(shù)表示某一指標(biāo)對面團吸水率的間接影響。小麥粉理化特性與面團吸水率的通徑分析結(jié)果如表3 所示。

表3 小麥粉理化特性與面團吸水率（y）的通徑分析Table 3 Path analysis of physicochemical properties of wheat flour and water absorption（y）of dough

由表3 可知，直接通徑系數(shù)絕對值從大到小依次是LPP/LMP、D[4，3]、D10、濕面筋含量、灰分含量、破損淀粉含量、面筋指數(shù)、D50、蛋白質(zhì)含量、UPP、SMP；間接通徑系數(shù)總和的絕對值從大到小依次是D10、UPP、濕面筋含量、LPP/LMP、D50、灰分含量、破損淀粉含量、SMP、面筋指數(shù)、蛋白質(zhì)含量、D[4，3]。其中，LPP/LMP 對面團吸水率的直接影響最大，表現(xiàn)為正效應(yīng)，間接影響表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。D[4，3]對面團吸水率的影響主要是直接正效應(yīng)，其間接影響較小。D10對面團吸水率的直接影響為負(fù)效應(yīng)，間接影響為正效應(yīng)，其間接影響絕對值更大，故總體表現(xiàn)為正效應(yīng)。濕面筋含量、破損淀粉含量對面團吸水率既有直接影響，也有間接影響，且均為正效應(yīng)，故總體表現(xiàn)為正效應(yīng)。灰分含量、面筋指數(shù)對面團吸水率的直接影響為負(fù)效應(yīng)，間接影響為正效應(yīng)，其直接影響的絕對值更大，故總體表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。D50、UPP、SMP 對面團吸水率的直接影響和間接影響均為負(fù)效應(yīng)，故總體表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。

面粉吸水形成面團是一個復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，面團吸水率由粒徑分布、灰分含量、破損淀粉含量、蛋白質(zhì)含量及組成等理化指標(biāo)共同影響。楊釧等[10]研究表明，面粉蛋白質(zhì)理化特性指標(biāo)中對面團吸水率影響效應(yīng)最大的是谷蛋白大聚體含量，決策系數(shù)為-0.501，總體為抑制效應(yīng)，與本研究結(jié)果一致。大量研究表明，面筋蛋白組分是影響面筋質(zhì)量的關(guān)鍵，麥谷蛋白與醇溶蛋白的比例對面筋網(wǎng)絡(luò)的形成有重要影響，是影響面團質(zhì)量特性的關(guān)鍵因素[28-33]。綜上，提高小麥粉中的麥谷蛋白與醇溶蛋白的比例有助于提升面團吸水率。

2.5 小麥粉面團吸水率與其理化特性逐步回歸分析

為進一步探討小麥粉理化特性與面團吸水率的關(guān)系，構(gòu)建面團吸水率的預(yù)測模型，本研究以面團吸水率（y）為因變量，以測定的小麥粉理化特性為自變量，做逐步回歸分析。建立最優(yōu)的逐步回歸模型：y=34.076+0.705X1（濕面筋含量）+1.477X2（破損淀粉含量）-49.887X3（灰分含量）-0.101X4（D50）。逐步回歸分析結(jié)果表明，濕面筋含量、破損淀粉含量、灰分含量、D50為影響面團吸水率的主要指標(biāo)，共同決定面團吸水率89.06%的變異。

3 結(jié)論

本文研究結(jié)果表明，LPP/LMP、D[4，3]、濕面筋含量和破損淀粉含量對面團吸水率有較大的正向直接影響，灰分含量對面團吸水率有較大的負(fù)向直接影響。采用逐步回歸分析方法構(gòu)建的面團吸水率最優(yōu)回歸模型：y=34.076+0.705X1（濕面筋含量）+1.477X2（破損淀粉含量）-49.887X3（灰分含量）-0.101X4（D50），可為專用粉生產(chǎn)過程中吸水率的調(diào)控和預(yù)測提供參考。面粉中的關(guān)鍵組分對面團吸水過程的影響規(guī)律及其對面團吸水動力學(xué)的影響機制等仍需進一步探索。