饼干中品质检测方案(质构分析仪)

2021年5月第42卷第10期食品研究与开发基础研究 2021年5月第42卷第10期食品研究与开发基础研究45—— 一44 DOI：10.12161/j.issn.1005-6521.2021.10.007 基于主成分分析的不同小麦品种制作的韧性饼干品质评价 刘孟宜，田博宇1，王滢颖，王超”，李慧静 (1.河北农业大学食品科技学院，河北保定071000；2.今麦郎食品有限公司面粉事业部，河北邢台 054000) 摘 要：以河北省2018年产的15种小麦品种为材料，测定其理化指标，流变学和糊化指标，并制作韧性饼干，测定韧性饼干的质构特性，采用相关性和主成分分析方法分析小麦品种品质特性对韧性饼干品质的影响。结果表明：15种小麦粉的峰值黏度、弱化度、形成时间、降落数值对韧性饼干品质的影响显著；峰值黏度和回复性呈正相关，弱化度与脆性、弹性和咀嚼性呈负相关，形成时间与硬度呈正相关，降落数值与脆性呈正呈关；并选出中出155、婴泊700和京花11为最适小麦品种；得到适宜的韧性饼干工艺参数范围为：湿面筋含量≤31.46%，降落数值≤531s，形成时间≤3.34 min，稳定时间≤2.97min，粉质质量指数范围36mm~52.5mm；小麦粉的峰值黏度≤1240BU，最終黏度≤2004.5 BU，崩解值≤386BU，回升值≤1024.5 BU。 关键词：韧性饼干；小麦品种；相关性；主成分分析；品种筛选 Comprehensive Quality Evaluation of Semi-hard Biscuits of Different Wheat Varieties Based onPrincipal Components Analysis LIU Meng-yi， TIAN Bo-yu'， WANG Ying-ying'，WANG Chao， LI Hui-jing (1. College of Food Science and Technology， Hebei Agricultural University， Baoding 071000， Hebei， China；2. Flour Division of Jinmailang Food Co.， Ltd.， Xingtai 054000，Hebei， China) Abstract： Fifteen wheat varieties produced in 2018 in the Hebei Province， China were used as materials， andtheir physical， chemical， rheological， gelatinization indicators were determined. The texture characteristics ofsemi-hard biscuits made from the different wheat varieties were also measured. Additionally， correlation andprincipal component analyses were used to determine the effects of the wheat varieties on the quality of theprepared semi -hard biscuits. The maximum viscosity， degree of softening， development time， and fallingnumber of the 15 wheat flours had a greater effect on the quality of the semi-hard biscuits. The maximumviscosity and recovery were positively correlated， while the degree of softening was negatively correlated withbrittleness， elasticity， and chewiness. Moreover， the development time was positively correlated with thehardness， and the falling number was positively correlated with the brittleness. Based on the above results， thewheat varieties Zhongmai 155， Yingbo 700， and Jinghua 11 were identified as the most suitable to prepare semi-hard biscuits. Of note， the parameters suitable for semi-hard biscuits were as follows： wet gluten content ≤31.46%， falling number ≤531 s， development time ≤3.34 min， stability time ≤2.97 min， farinograph qualitynumber ranging between 36.0 mm-52.5 mm， maximum viscosity ≤1 240 BU， final viscosity ≤2 004.5 BU，breakdown ≤386 BU， and setback ≤1 024.5 BU. Key words： semi-hard biscuits； wheat varieties； processing property correlation； principal component analy-sis； variety screening ( 基 金项目：河北省二期 现 代农业产业技 术 体系小麦创新团队产后加工与食 品开 发 (H BCT2018010207) ) ( 作者简介：刘孟宜(1994一 ) ，女(汉)，硕士研究生 ， 研究方向：食品工程。 ) ( *通信作者：李慧静，女 ， 教授，博 士 ，研究方向：粮食、油脂及植物蛋白 工 程。 ) 引文格式： 刘孟宜，田博宇，王滢颖，等.基于主成分分析的不同小麦品种制作的韧性作干品质评价[J].食品研究与开发， 2021，42(10)：44-53. LIU Mengyi， TIAN Boyu， WANG Yingying， et al. Comprehensive Quality Evaluation of Semi-hard Biscuits of DifferentWheat Varieties Based on Principal Components Analysis[J].Food Research and Development， 2021， 42(10)：44-53. 烘焙食品的营养极其丰富，并且是被广泛食用的产品。我国于1930年引进机制饼干生产线，目前随着消费量的不断增加，饼干的种类也越来越多"。饼干具有口味多样和保质期长等特点-5。然而，制作优质的饼干受小麦品种品质特性的影响。小麦的品质特性是其在市场上评估的关键要素，包括容重、千粒重、降落数值、蛋白质含量、面筋含量、面筋指数、沉降数值以及小麦粉的流变特性等169。Ma等研究了15种软质小麦对苏打饼干特性的影响，结果表明在生产饼干时应使用破损淀粉含量在1.9%~3.4%，蛋白质含量在7.9%~9.7%(干基)和沉降值在20.0 mL~32.0 mL范围内的软质小麦粉。张平平等"研究了江苏省优质软麦品质特性与酥性饼干的加工品质关系，研究结果表明小麦粉蛋白质含量与饼干直径呈正相关，沉淀值、吸水率、稳定时间和峰值时间与饼干直径呈显著负相关。张康逸等2研究了不同改良剂对韧性饼干品质的影响，结果表明小麦粉的吸水率、面筋含量、面筋黏弹性小更适合制作韧性饼干。Moiraghi 等研究了44种软小麦的淀粉特性(如颗粒粒径分布和糊化特性)与饼干品质的关系，结果表明破损淀粉含量越低，溶剂保留能力越低，糊化温度和焓值越低，对饼干直径的影响也就越大，所以软麦粉的A型淀粉比例越高，其破损淀粉含量和吸水能力越低，对饼干制作越具有积极的影响。由于感官评价员具有主观性，在评估食品品质时更多研究者采用质构仪代替感官评价，并获得与感官评价相关的参数(包括硬度、弹性、内聚性、黏性和咀嚼性)14-1。目前，在国内对饼干专用粉的研究不是很多，而且大部分是酥性饼干，对韧性饼干专用粉的研究较少，为全面评价韧性饼干专用粉的品质标准，本研究选用河北省主产的15种小麦，磨粉制备韧性饼干，测定小麦粉的理化指标和流变学特性、韧性饼干的质构特性，通过方差分析、相关性分析和主成分分析研究小麦粉品质特性与韧性饼干品质特性之间的关系，确定影响韧性饼干品质的主要小麦粉品质性状，为我国韧性饼干专用粉品质评价体系的建立提供理论依据，以便更好地促进饼干产业的健康快速发展。 1 材料与方法 1.1 试验材料 白砂糖、小苏打、碳酸氢铵、植物油：市售。本试验选用的小麦品种及产地见表1。 表1小麦品种及产地 Table 1 Wheat varieties and producing areas 品种 产地 邢麦13 河北省邢台市农业科学研究院 衡6632 河北省农林科学院早作农业研究所 衡4399 河北省农林科学院早作农业研究所 京花11 河北省廊坊市廊牛街乡土楼村 衡S29 河北省农林科学院早作农业研究所 邢麦6 河北省邢台市农业科学研究院 河农6119 河北大禹种业有限公司 中麦155 河北浩海嘉农种业有限公司 邢麦7 河北省邢台市农业科学研究院 婴泊700 河北婴泊种业科技有限公司 石农956 河北大地种业有限公司 河农827 河北农业大学 中信麦99 河北众信种业科技有限公司 京冬18 河北省廊坊市廊牛街乡土楼村 衡0628 河北冀农种业有限公司 1.2仪器与设备 Farinograph-AT粉质仪、Extensograph-E拉伸仪、Viscograph-E黏度仪：德国 Brabender 公司；CP114电子天平、101-0AB电热鼓风干燥箱：奥豪斯仪器上海有限公司；DEGURUDKM201 型多功能厨师机：广东顺德地一日用电气科技有限公司；FN-Ⅱ型降落值测定仪、JJM54型面筋数量和质量测定仪：杭州汇尔仪器设备有限公公；FKM-160型电动压面机：永康市富康电器有限公司；KA-30远红外线食品烘炉：广州市厨宝烘焙机械设备有限公司；TMS-Pro食品物性分析仪：美国FTC公司；ALMB实验磨粉机：布勒粮食检验仪器无锡有限公司。 1.3 试验方法 1.3.1 小麦粉理化指标测定 1.3.1.1 磨粉 使用 ALMB实验磨粉机，按照其使用手册进行磨粉，所需润麦加水量(g)=小麦质量(g)x[润麦水分(%)-实际水分(%)]/[100%-实际水分(%)]，室温(20℃ ~30℃)条件下润麦24h。 1.3.1.2水分测定 水分测定参照 GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》。 1.3.1.3 湿面筋含量、干面筋含量和面筋指数测定 湿面筋含量参照 GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉面筋含量仪器法测定湿面筋》的方法测定。 干面筋含量参照 GB/T 5506.4—2008《小麦和小麦粉面筋含量快速干燥法测定干面筋》的方法测定。 面筋指数参照 LS/T 6102--1995《小麦粉湿面筋质量测定法面筋指数法》的方法测定。 1.3.1.4 降落数值测定 降落数值测定参照 GB/T 10361-2008《小麦、黑麦及其面粉，杜伦麦及其粗粒粉降落数值的测定Hagberg-Perten 法》的方法测定。 1.3.2小麦粉流变学和糊化特性测定 粉质特性测定参照 GB/T 14614—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试粉质仪法》的方法测定；拉伸特性测定参照 GB/T14615—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试拉伸仪法》的方法测定；糊化特性测定参照 GB/T 14490—2008《粮油检验谷物及淀粉糊化特性测定粘度仪法》的方法测定。 1.3.3 韧性饼干的制作 参照田金河等的方法制作韧性饼干，稍作修改。 1.3.3.1 配方 小麦粉 100g，植物油(豆油)10 mL，白砂糖 12 g，小苏打0.8g，碳酸氢铵 0.8 g，水32.5mL。 1.3.3.2 操作步骤 调粉：将加水溶解后的白砂糖、小苏打、碳酸氢铵倒人多功能厨师机中，并加加植物油(豆油)搅拌均匀。小麦粉过80目筛，倒人多功能厨师机中进行调制。在调制时为了防止面筋的生成，可用35℃左右的水和面，调制10min 左右。 压片与成型：调制完成后需静置 10 min， 然后压片。用压面机的辗轧反复压多次，折叠并旋转90°，最后压成 3.5 mm的面片，在面片上扎均匀的小孔。 摆盘：烤盘使用前要预热，涂抹植物油，将面片均匀地摆在烤盘上，不可太近，以防粘连。 烘烤：将烤盘放放烤箱中，下火170℃，上火190℃，20 min 即可。 1.3.4 韧性饼干质构测定 将韧性饼干放在测试平台上，选用直径为32 mm的圆锥形探头，质构参数设定如下：测试速度为60 mm/min，形变量20%，启始力2N，进行质构分析， 每种样品测试3次取其平均数。 1.4 数据处理 采用 SPSS17.0软件对数据进行主成分分析(Kaiser标准化的正交旋转法)和相关性分析(双侧检验)。采用 ANOVA 进行邓肯式差异分析(p<0.05为差异显著)。采用 Origin 9.0作图。 2 结果与分析 2.1 指标测定与数据分析 2.1.1 理化指标数据分析 15种小麦粉的湿面筋含量、干面筋含量、面筋指数、降落数值测定结果如图1所示。 不同字母表示差异显著，p<0.05。 图1小麦粉理化指标 Fig.1 Physical and chemical indicators of wheat flour 由图1可知，湿面筋含量的变幅在25.92%~31.46%，干面筋含量的变幅在8.75%~11.31%，面筋指数的变幅在 49.78%~88.69%，降落数值的变幅在315s~513s。在15种小麦粉的理化指标中，对于面筋指数来说，最大的是邢麦7，最小的是衡S29，该指标变异系数在理化指标中最大。国标中规定低筋粉的湿面筋含量<26%(GB/T 17320—2013《小麦品种品质分类》)。在本研究的理化指标中，湿面筋含量符合国标要求的小 麦品种只有衡4399，张平平等研究了江苏省15种优质软麦品种品质特性与酥性饼干品质的关系，其结果表明湿面筋含量(28.4%~35.3%)与饼干加工品质间没有必然的联系。15种小麦粉的降落数值则全部符合酥性饼干用小麦粉的标准(>150s)。 2.1.2流变学指标和糊化特性分析 15 种小麦粉的粉质指标测定结果见图2。 由图2可知，形成时间的变幅在2.11 min~3.34 min， |形成时间 不同字母表示差异显著，p<0.05。 图2小麦粉粉质指标 Fig.2 Wheat flour farinographic properties 稳定时间的变幅在2.15 min ~2.97 min，弱化度的变幅在88.00BU~154.50BU，粉质质量指数的变幅在36.00mm~52.50 mm。15种小麦粉的粉质指标中，对于稳定时间来说，最大的是京花11，最小的是婴泊700，该指标变异系数在粉质指标中最小，各样品稳定时间均在国标规定的3 min 之内。对于弱化度来说，最大的是京冬18，最小的是衡0628，该指标变异系数在粉质指标中最大。罗勤贵研究了11个弱筋小麦品种的品质与酥性饼干品质之间的关系，其研究结果表明在粉质指标中，形成时间、稳定时间和弱化度在11种弱筋小麦品种的变异系数较大，与本研究结果一致。研究认为 粉质指标是预测和控制酥性饼干品质的重要指标。 拉伸指标测定结果见图3。 在分析拉伸伸据时选择面择面发45 min 的数据。由图3可知，拉伸曲线面积的变幅在20.50cm²~35.00 cm²，拉伸阻力的变幅在85.50 BU~123.50BU，延伸度的变幅在127 mm ~204 mm，最大拉伸阻力的变幅在 90.50 BU ~125.00 BU， 拉伸比例的变幅在0.45~1.00，最大拉伸比例的变幅在0.50~1.00。15种小麦粉的拉伸指标中，对于拉伸比例来说，最大的是婴泊700，最小的是石农956，该指标变异系数在拉伸指标中最大。陈洪金研究了酥性饼干专用粉品质指标的质量 标准，其研究结果表明制作酥性饼干专用粉的拉伸指标中，拉伸阻力在150 BU~200 BU范围内，延伸度>120 mm，本研究中的拉伸阻力均<130BU，是由于前者使用的是商业化的专用粉，其生产是通过配粉与后期添加剂的修饰，而本研究采用单一的小麦品种。糊化指标测定结果见图4。 由图4可知，糊化温度的变幅在59.65℃~61.55℃，峰值黏度的变幅在413.50 BU~1 482.00 BU，最终黏度的变幅在 491.50 BU~2004.50BU， 崩解值的变幅在301.50BU~689.50 BU，回升值的变幅在288.00 BU~1024.50 BU。在15种小麦粉的糊化指标中，对于崩解值来说，最大的是衡 S29，最小的是京冬18，该指标变 异系数在糊化指标中最大。除糊化温度外其余糊化指标的变异系数均在20%以上，且品种间存在着较大的差异，与罗勤贵的研究结果一致。在糊化指标中，除糊化温度外，京冬18均为最小值，与降落数值的结果一致，这与京冬18的淀粉酶活性高有关。 31麦邢 32衡66 99衡43 11花京 29衡S 6麦邢 155中麦 7麦邢 婴泊700 6石农95 728河农 99麦信中 81冬京 衡0628 2.1.3韧性饼干的品质评价结果对韧性饼干的品质评价为质构的物性评价，其结果如图5所示。由图5可知，脆性的变幅在8.47 N~33.13 N，硬度的变幅在24.23 N~44.20N，回复性的变幅在0.20~0.35， 内聚性的变幅在0.05~0.15，弹性的变幅在0.12 mm~0.32 mm，咀嚼性的变幅在0.21 mJ~1.50 mJ。在15种小麦粉韧性饼干的质构指标中，对于咀嚼性来说，最大的是中麦155，最小的是邢麦7，其变异系数在质构的指标中最大。质构指标与王超超所分析发酵饼干的质构指标结果一致，其研究结果表明发酵饼干感官 50 40 0.2 31麦邢 -40 263衡6 993衡4 11花京 29衡S 6麦邢 5中麦15 7麦邢 81冬京 0.2 826衡0 0 评价和质构参数之间的相关性较好，感官评价主要与质构的硬度、内聚性、弹性相关。2.2小麦粉特性与饼干品质相关性分析运用软件 SPSS17.0对小麦粉品质和韧性饼干品质数据进行处理，将小麦粉的各项指标与韧性饼干的质构指标结果进行相关性分析，其结果如表2所示。 表2韧性饼干质构与小麦粉指标的相关性 Table 22Correlation analysis between semi-hard biscuits qualityand main indexes of wheat flour 指标 脆性 硬度 回复性 弹性 咀嚼性内聚性 形成时间 0.152 0.562° -0.455 -0.086 -0.093-0.228 弱化度 -0.597°-0.295 -0.215-0.538*-0.615°-0.511 峰值黏度 0.107 0.257 0.640° 0.097 0.137 0.240 崩解值 -0.359 0.115 0.521° 0.060 0.038 0.161 最大拉伸阻力0.524 0.182 -0.125 0.222 0.327 0.177 湿面筋含量 0.168 0.305 -0.208 -0.004 -0.007 -0.038 干面筋含量 0.169 0.438 -0.249 -0.176-0.109 -0.137 面筋指数 0.016 0.355 -0.524°-0.238 -0.175-0.303 降落数值 0.565° 0.141 0.109 0.232 0.248 0.170 注：*表示在0.05水平上显著相关。 由表2可知，小麦粉的形成时间与硬度呈正相关，与罗勤贵凹的研究结果相似，其研究结果表明饼干硬度与评价值呈正相关，而评价值是小麦粉的形成时间、稳定时间和弱化度的综合评价，小麦粉的形成时间和稳定时间越长，弱化度也就越小，其评价值越大；弱化度与脆性、弹性、咀嚼性呈负相关，这可能由于弱化度大，面团在搅拌过度后面筋变弱的程度大，使得面团变软发黏，这样的面团不易加工且小麦粉烘焙质量不佳佳；峰值黏度对韧性饼干品质影响最大(0.640)，与回复性呈正相关；崩解值与回复性呈正相关，与张平平等四的研究结果相似；最大拉伸阻力与脆性呈正相关，这可能是由于拉伸阻力越大，面筋弹性越好，制作的饼干成品也就越好；面筋指数与回复性呈负相关；降落数值与脆性呈正相关。 2.3不同小麦品种制作韧性饼干的综合评价 2.3.1主成分分析检验 采用KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)与 Bartlett's (Bartletttest of sphericity)检验，进行因子分析前的拟合检验，分析主成分分析适宜性。其结果如表3所示。 表3 KMO与Bartlett's 检验 Table 3 KMOand Bartlett's test KMO检验 Bartlett's 检验 卡方近似值 自由度(df) p值 0.568 91.494 15 0.000 由表3可知，KMO值为 0.568，证明质构指标适合使用主成分分析法；Bartlett’s 球型检验中卡方近似值较大(91.494)，对应的p值较小(0.000)，达到显著水平，因此此质构指标适合进行主成分分析。 2.3.2评价模型建立 质构指标主成分的方差贡献率见表4。 由表4可知，第一主成分方差贡献率为 59.918%， 表4 质构指标主成分的方差贡献率 Table 4 Variance contribution rate of main components of textureindicators 主成分 特征值(入) 方差贡献率/% 3.595 59.918 二 1.228 20.464 第二主成分方差贡献率为 20.464%，2个主成分累计方差贡献率达到80%以上。第一主成分(Z)主要反映咀嚼性、内聚性、弹性、脆性和回复性，第二主成分(Z)主要反映回复性。两个主成分互不关联，各自具有其代表性，所以可以选用二个成分代表6个指标对韧性饼干品质进行分析。 根据主成分得分系数矩阵，可以得到各主成分性饼干品质指标的表达式如下。 式中：X1、X2X、X4、X5、X6分别代表脆性、硬度、回复性、内聚性、弹性、咀嚼性标准化后数据。 2.3.3计算主成分得分和综合得分 质构指标主成分的成分得分见表5。 表5成分得分 Table 5 Ingredient score 品种 第一主成分 第二主成分 总得分 排名 得分 排名 得分 排名 邢麦 13 -1.830 12 0.479 6 -0.609 13 衡6632 -1.361 11 0.495 5 -0.421 11 衡4399 0.098 8 -0.658 11 -0.113 9 京花11 0.793 6 1.992 1 0.770 3 衡S29 1.423 4 -2.211 15 0.051 8 邢麦6 -0.171 10 -1.048 13 -0.308 10 河农6119 1.847 3 -0.648 10 0.577 4 中麦155 2.669 2 0.983 3 1.275 1 邢麦7 -2.953 14 0.109 9 -1.136 14 婴泊700 2.812 1 0.264 7 1.166 2 石农956 1.135 5 -0.821 12 0.258 6 河农827 -2.025 13 1.258 2 -0.507 12 中信麦99 0.611 7 0.889 4 0.445 5 京冬18 -3.084 15 -1.324 14 -1.516 15 衡0628 0.034 9 0.242 8 0.069 7 由表5可知，第一主成分排名为婴泊700、中麦155和河农6119，第二主成分排名为京花1.1、河农827和中麦155，综合得分排非为中麦155、婴泊700和京花11。根据主成分分析得出的3种得分较高小麦品 种，得出适宜制作韧性饼干的指标范围：湿面筋含量≤31.46%，降落数值≤531s，形成时间≤3.34 min，稳定时间≤2.97 min， 粉质质量指数范围36.0 mm~52.5 mm；小麦粉的峰值黏度≤1240 BU，最终黏度≤2 004.5 BU，崩解值≤386BU，回升值≤1024.5 BU， 3 结论 河北省主要以生产中强筋小麦为主，大部分研究的是中强筋小麦，对弱筋小麦研究较少，而本文选择的15种小麦是河北省农业厅主推的节水稳产小麦品种。对15种小麦粉的相关指标对韧性饼干品质的影响进行了研究，首先分析了韧性饼干质构与小麦粉指标的相关性分析，小麦粉的峰值黏度、弱化度、形成时间、降落数值对韧性饼干品质的影响显著，其中峰值黏度和回复性呈正相关，弱化度与脆性、弹性、咀嚼性呈负相关，形成时间与硬度呈正相关，降落数值与脆性呈正相关。其次韧性饼干质构的6个指标依据主成分分析提取了2个主成分因子，其累计方差贡献率达到80.382%；根据成分得分表得出中麦155、婴泊700和京花11为适宜制备韧性饼干的小麦品种。并得出适宜制作韧性饼干的指标范围：湿面筋含量≤31.46%，降落数值≤531s，形成时间≤3.34 min，稳定时间≤2.97 min，粉质质量指数范围 36.0mm~52.5 mm；小麦粉的峰值黏度≤1240BU，最终黏度≤2004.5BU，崩解值≤386BU，回升值≤1024.5 BU. 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