黑米馒头的制备及其力学特性主成分分析

汪 姣何新益杜先锋程莉莉

（1.安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽 合肥 230036；2.天津农学院食品科学系，天津 300384）

黑米馒头的制备及其力学特性主成分分析

汪 姣1，2何新益2杜先锋1程莉莉1，2

（1.安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽 合肥 230036；2.天津农学院食品科学系，天津 300384）

采用主成分分析的方法，以馒头的力学指标为依据，结合感官评定对黑米馒头的食用品质进行评价。从样本相关矩阵出发，对黑米馒头的主要力学指标进行分析，由累积贡献率达到79.45%以上，确定反映馒头食用品质的2个主成分，并获得各品种的综合评分。感官评定得出黑米超微粉添加量为20%时感官得分较高，与主成分分析结果基本一致，表明应用主成分分析的方法、利用馒头的力学指标评定黑米馒头的食用品质具有可行性。

黑米馒头；主成分分析；感官评定；力学特性

黑米富含蛋白质、脂肪、维生素B1、B2等［1］，且赖氨酸、精氨酸等含量丰富，与小麦粉搭配蒸制馒头，可以弥补小麦馒头中赖氨酸等含量不足的缺陷，从而起到氨基酸互补的功效。但普通杂粮粉粉碎度较低，制成馒头后口感粗糙、表面不均匀，且不易被人体吸收，其营养保健功能难以发挥，因而部分学者［2］采用膨化和微细化处理杂粮的方法以提高杂粮粉的品质。挤压膨化技术是将物料预糊化，膨化后的谷物中部分淀粉转化为糊精和麦芽糖，蛋白质发生不可逆和部分降解，使得人体对之有较高的消化吸收率［3］。超微粉碎技术是20世纪70年代以后诞生的新技术，经超微粉碎后的食品，细胞壁破壁后，细胞内的有效成分的释放速度及释放量会大幅提高，更容易被人体吸收。且由于物料为超细粒子，可溶性成分在胃液的作用下溶解，进而通过肠壁被吸收，其不溶性成分易附着在肠壁上，排出体外所需时间较长，提高了有效成分的吸收率［4］。

目前对馒头品质的评价大多采用感官评价方法，该方法费时费力且存在一定的随意性和不规范性，不能满足工业化生产的需求。主成分分析就是研究如何用少数几个综合指标或因素来代表众多指标或因素，综合后的新指标称为原来指标的主成分，彼此相互独立，又能综合反映原来多个指标的大部分信息［5］。主成分分析在稻米、豆腐乳等食品的品质分析中已有报道［6－8］，而在馒头的品质评价鲜见报道。本试验旨在采用物性分析仪测定馒头的力学指标，通过主成分分析，结合感官评价，建立对馒头品质的科学评价体系。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

小麦粉：利达家庭粉，天津利金粮油股份有限公司；

高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；

黑米：天津侯台农贸市场；

恒温恒湿培养箱：LRH－150－S型，广东省医疗器械厂；

电子天平：JT1201N型，上海精天电子仪器有限公司；

高速粉碎机：CTF2000型，天津市中药机械厂；

挤压膨化机：GPS－Ⅱ型，济南高新开发区赛信机械有限公司；

实验室超微粉碎机：ZNC－300型，北京兴时利和科技发展有限公司；

物性分析仪：TA.XT plus，英国Stable Micro System公司。

1.2 方法

1.2.1 杂粮粉的制备 将黑米用粉碎机进行粉碎（达60目）（以下称为黑米原粉），用保鲜袋密封保存。

（1）黑米挤压粉：将黑米原粉加入挤压膨化机，经挤压膨化成型后，用粉碎机制成挤压粉（以下称为黑米挤压粉），用保鲜袋密封保存。

（2）黑米超微粉：将原粉加入超微粉碎机，进料量控制在10 g／min，使黑米粉充分粉碎（以下称为黑米超微粉）；加工过程中采用冷水进行冷却，以避免加工过程中高温破坏杂粮粉中营养成分。

1.2.2 黑米馒头的制作方法 参照馒头专用粉产品标准SB／T 10139——93［9］附录 A中提出的馒头制作方法稍加改进。按照面粉的5%，10%，20%，30%，40%5个不同配比，分别添加黑米粉、挤压粉和黑米超微粉，采用一次发酵法完成。

具体工艺流程如下：称取面粉、黑米粉和酵母（总粉量的1%），混合均匀后加适量水和面，至面团不沾手、表面光滑且有弹性为止；将和好的面团置于35℃左右、相对湿度70%～80%的醒发室中发酵2 h；取发酵后的面团再揉3 min，然后分割成大小均匀、形状相同的方形馒头坯；将成型后的面团室温放置15 min进行醒发；醒发后的馒头坯放入已煮沸并垫有纱布的铝蒸锅屉上蒸20 min（冒气起计时），后取出，盖上干纱布冷却40～60 min，入袋封装。

以不添加黑米的白馒头作对照。

1.2.3 馒头的感官评价

（1）比容：参照 GB／T 21118——2007附录 A小麦粉馒头比容测定［10］；

（2）感官评定：由学习过感官评定的本科生和硕士研究生组成的品尝小组进行评分，参照SB／T 10139——93［9］附录B规定的的评价方法，比容、外观形状、色泽、结构、弹韧性、粘牙性和气味满分分别为20，15，10，15，20，15和5分，并依据本试验具体情况将比容设定为2.3 m L／g为满分。

1.2.4 质构剖面分析（TPA试验） 取不同配比杂粮馒头各6个，在室温条件下自然冷却1 h，水平切取厚度为25 mm的均匀馒头片。采用物性分析仪对样品进行质构测定，测试前速率：1.00 mm／s，测中速率：0.80 mm／s，测试后速率：0.80 mm／s，压缩距离6 mm，两次压缩间隔时间3.00 s。触力5 g，探头类型：P35，数据收集率：200次／s。共测定馒头的硬度、黏性、弹性、粘聚性、胶着性、咀嚼性及回复性7个力学特性指标，将测量得到的6组质构数据取平均值作为试验结果［11－12］。

由SPSS 13.0数据处理系统与Excel 2003软件进行统计分析与数据处理。

2 结果与讨论

2.1 黑米粉预处理方法对馒头感观品质的影响

试验得黑米馒头的感官得分见表1。由表1可知，黑米原粉与挤压粉添加量为10%、超微粉添加量为20%时感官得分较高；其中超微粉添加量为20%时感官得分最高。挤压膨化是一种预熟化的过程，由于本试验采用的是单螺杆挤压膨化机，螺杆短、转速高，物料在机筒内停留时间较短，物料不能达到熔融状态［13］，膨化不充分，经过挤压膨化的黑米粉，粉体表面会产生一种胶质体，对水分的隔绝能力会大大增加。粉体表面胶质化隔绝了水分进入粉体内部，制成馒头后，表皮粗糙，易有硬块，色泽易发暗，气孔较大，口感较差，总体感官评分较低。

表1 预处理方式及添加量对黑米馒头的感官的影响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 各力学指标值及相关分析 经试验得出黑米馒头各力学指标的值，由于各测定指标具有不同的量纲，为了消除由此可能带来的不合理影响，在进行主成分分析之前先对数据作标准化处理。按参考文献［5］将测定数据进行标准化处理，结果见表2。

2.2.2 主成分筛选及其贡献率 采用SPSS 13.0软件将黑米馒头力学指标进行皮尔逊积矩相关系数计算［14］，各指标之间都有不同程度的相关性，因而这些指标在一定程度上反映的信息有所重叠。采用SPSS 13.0软件对表2数据进行主成分分析，结果见表3。表3描述了主成分分析初始值对原有变量总体描述情况。由表3可知，第一主成分（Z1）的方差贡献率为50.198%；第二主成分（Z2）的方差贡献率为29.248%，二者累积方差贡献率为79.447%，包含了样品中绝大多数信息，能反映黑米馒头样品的整体信息，因而可以选前两个主成分进行分析。

表2 各力学指标值标准化处理Table 2 Standardized of the mechanical indexes

表3 相关矩阵的特征值与贡献率Table 3 Total variance explained

2.2.3 黑米馒头主成分得分 经软件处理第一和第二主成分载荷，构建主成分与黑米馒头各品质指标之间的线性关系式，各线性关系式如式（1）：

利用式（1）得黑米馒头Z1、Z2值；以2个主成分Z1、Z2与其方差贡献率构建出馒头品质的综合评价模型Z，Z是主成分Z1、Z2的线性组合，即：Z＝0.63Z1＋0.37Z2。利用该数学模型得黑米馒头的主成分得分（Z值）见表4。

表4 黑米馒头的主成分得分Table 4 The principal component scores of Black rice steamed bread

由表4可知，黑米超微粉馒头Z值普遍较高，其中超微粉添加量为20%时Z值最高，与感官评价结论基本一致。由于在TPA测定中，不涉及色泽和气味的化学感受，故感官评价与主成分分析结果稍有差异。

3 结论

（1）黑米超微粉馒头感官得分及Z值普遍较高；其中添加量为20%时品质最好。

（2）应用主成分分析法对黑米馒头进行了研究，确定了反映馒头食用品质的2个主成分因子，2个主成分的累积贡献率达到79.447%以上，即代表了全部信息的79.447%。

（3）主成分分析结果与感官评定结果基本一致，表明通过测定馒头力学指标，利用主成分分析的方法评定黑米馒头的食用品质具有可行性。

1 柯贤琦.黑米儿童饼干的研制［J］.食品与机械，1993（3）：88～89.

2 王思明，赵丽芹，张曦.荞麦面膨化食品配方优化的研究［J］.食品与机械，2010，26（3）：138～140，166.

3 刘宜锋.谷物食品挤压膨化过程中影响膨化度因素的探讨［J］.福建轻纺，2000（7）：6～8.

4 周家春.食品工艺学［M］.北京：化学工业出版社，2008：216.

5 张力.SPSS在生物统计中的应用［M］.厦门：厦门大学出版社，2008：171.

6 李梦琴，张剑，崔惠霞，等.主成分分析法在面条品质研究中的应用［J］.河南农业大学学报，2008，42（1）：95～99.

7 张洪霞，马小愚.稻米食用品质的力学指标主成分分析［J］.农业机械学报，2008，39（7）90～94.

8 杨坚，童华荣，贾利蓉，等.豆腐乳感官和理化品质的主成分分析［J］.农业工程学报，2002，18（2）：131～135.

9 中华人民共和国商业部.SB／T 10139——93馒头专用小麦粉［S］.北京：中华人民共和国商业部，1993.

10 国家粮食局.GB／T 21118——2007小麦粉馒头［S］.北京：中华人民共和国质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员，2007.

11 鲍宇茹，李辉.低温α－淀粉酶对馒头储存特性影响研究［J］.粮油加工，2007（12）：91～93.

12 王海鸥，姜松.测试条件对苹果TPA质地参数的影响［J］.食品与机械，2004，20（1）：13～14，27.

13 郝彦玲，张守文.黑米、薏米、荞麦混合挤压膨化工艺及机理的研究.［J］中国食品学报，2004，4（4）：22～27.

14 杨泽敏，王维金，周竹青.5个早籼品种不同播种期米质性状的主成分分析［J］.生物数学学报，2003，18（4）：491～496.

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

天津市科技计划项目（编号：10ZHXHC08800）

汪姣（1988－），女，安徽农业大学在读硕士研究生。E－mail：augustlemon＠163.com

何新益

2011－02－15