使用面筋峰值仪快速评价小麦品质的研究

宋亚博，宋 斌，麻 琦，赵仁勇

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

使用面筋峰值仪快速评价小麦品质的研究

宋亚博，宋 斌，麻 琦，赵仁勇*

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

面筋峰值仪（GlutoPeak）是一种基于高剪切力原理、快速测定面筋强度、反映面筋黏聚特性的仪器。利用面筋峰值仪测定了50份小麦样品籽粒全粉（简称全麦粉）的面筋聚合特性，并与相应的小麦粉样品经粉质仪、拉伸仪测定的面团流变学特性对比。结果表明，全麦粉样品面筋的黏聚特性与相应的小麦粉样品面团的流变学特性之间呈显著或极显著相关关系，验证了使用面筋峰值仪快速评价小麦品质的可行性。多元线性回归分析结果表明，利用全麦粉样品的面筋峰值仪参数如PMT、AM、PM以及A3值等指标可以快速预测相应小麦粉样品的面团流变学特性，如形成时间、稳定时间、弱化度、评价计值、粉质质量指数等揉混特性参数或拉伸面积、最大拉伸阻力等延展特性参数，建立的数学模型具有较高的决定系数（R2）。

全麦粉；面筋峰值仪；面团；流变学特性

0 引言

小麦品质是由多因素构成的综合概念，主要可分为加工品质和食用品质。目前，大多利用小麦粉来分析小麦的品质。小麦粉品质指标主要包括物理特性指标、化学特性指标和流变学特性指标以及通过蒸煮试验、烘焙试验评价其食用品质等[1-2]。这些指标能在不同程度上反映小麦品质的优劣，不同的流变学测定方法，如粉质仪和拉伸仪已经被很好地用于评价面筋的特性。依据现行的国家或国际标准，无论进行粉质仪还是拉伸仪试验，都首先需要对小麦样品进行水分调节、试验制粉以及对小麦粉样品进行后熟稳定化处理，这难免导致测定周期延长，无法实现收购过程中优质专用小麦的快速检测和评判[3]。因此，如果能找到一种快速、简单且能够有效反映小麦粉品质的检测方法，同时，能够大幅缩短试验周期，提高各个试验阶段的效率，并且得到可信的试验结果，将具有非常广阔的应用前景。

面筋峰值仪（GlutoPeak）是德国布拉本德公司研发的一种用于快速测定面筋强度，反映面筋质量特性的仪器，其原理是基于高剪切力的作用，使面筋的网络结构快速形成后被破坏，其特点是试验时间不超过 10 min，样品用量少（＜10 g），可快速了解小麦粉面筋特性。Chandi等[4]利用响应面的方法优化得到了面筋峰值仪测定全麦粉、软质和硬质小麦粉的面筋聚合特性的最优测试条件，推动了面筋峰值仪在实际工作中的应用。Marti等[5]应用面筋峰值仪测定了120个小麦粉样品，结果显示面筋峰值仪的参数与粉质仪、拉伸仪和吹泡示功仪的测试参数有极显著相关性，表明面筋峰值仪可以作为一种可靠、快速的手段用于评价小麦粉的质量。Brunnbauer等[6]的研究指出，到达最大扭矩的时间（PMT）与面团形成时间，最大扭矩值（MT）与蛋白含量、面包体积、最大拉伸阻力和延伸性等具有较好的相关性，相关系数在0.664～0.956之间。醇溶蛋白与谷蛋白的比例影响面筋峰值仪的PMT值，不同的小麦品种其谷蛋白的含量影响BEM值，可以利用面筋峰值仪对小麦粉的面筋特性进行快速、准确的评价[7]。Chandi等[8]在小麦粉中加入不同比例的小米粉或卡姆麦粉，结果显示面筋峰值仪的PMT和MT值与卡姆麦粉的添加比例和饼干膨胀特性极显著正相关，与小米粉的添加比例极显著负相关，PMT和BEM值随着小麦粉中蛋白质含量的增加而增加。

本研究通过测定全麦粉的理化特性和面筋峰值仪参数，分析全麦粉的理化指标及面筋峰值仪参数与试验制粉后小麦粉的理化特性、面团的流变学特性之间的相关关系，探讨基于全麦粉的面筋聚合特性快速评价小麦品质的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦样品50个，由河南省农业科学院小麦所提供。

无水碳酸钠为基准级试剂，氯化钠、浓硫酸、硼酸、氢氧化钠、硫酸铜、氯化钾、甲基红、溴甲酚绿、乙酸镁、乙醇、无水氯化钙等均为分析纯试剂。

1.2 仪器与设备

AB204-S分析天平、PL1502-S电子天平：瑞士Mettler Toledo公司；101A-2电热鼓风干燥箱：上海实验仪器厂有限公司；SX2-5-12马弗炉：天津市中环实验电炉有限公司；JYDB100×40小麦硬度指数测定仪、LRMM8040-3-D实验磨粉机和LFS-30实验粉筛：无锡锡粮机械制造有限公司；AM5100水分测定仪、3100锤式旋风磨和2200自动面筋洗涤系统：瑞典Perten公司；8400凯氏定氮仪：瑞典FOSS TECATOR公司；面筋峰值仪（Gluto－Peak）、 粉质仪 （Farinograph） 和拉伸仪（Extenograph）：德国 Brabender公司。

1.3 方法

1.3.1 制备全麦粉

采用锤式旋风磨粉碎人工清理后的小麦样品。全麦粉样品全通0.8 mm圆孔筛板，混合均匀后低温（4～6℃）条件下储存备用。

1.3.2 制备小麦粉

采用实验磨粉机，参考AACC 26—21方法[9]制备小麦粉样品。

1.3.3 小麦、全麦粉及小麦粉品质指标的测定

水分含量的测定参照 GB/T 21305—2007方法；小麦硬度指数的测定参照GB/T 21304—2007方法；全麦粉灰分含量的测定参照GB/T 5505—2008方法；小麦粉粗蛋白质含量的测定参照GB/T 5511—2008方法；小麦粉湿面筋含量和面筋指数的测定参照AACC Method 38—12A方法；小麦粉面团揉混特性的测定参照GB/T 14614—2006方法；小麦粉面团延展特性的测定参照GB/T 14615—2006方法；全麦粉及小麦粉面筋黏聚特性的测定参照Chandi等[4]的方法，测试条件为：小麦粉 8.5 g；0.5 mol/L的 CaCl2溶液 9.5 g； 转速1 900 r/min；温度34℃；运行时间10 min，可以根据实际情况适当缩短。

面筋峰值仪扭矩曲线如图1所示，所测定的各项指标及含义[10-11]见表1。

图1 面筋峰值仪扭矩曲线Fig.1 GlutoPeak graph

表1 面筋峰值仪所测定的各项指标及含义Table 1 Indices characterized by GlutoPeak

1.4 数据处理

所有数据均为两次平行试验结果的平均值，如无特别说明，测定结果均以干基计。用SAS 9.1软件进行方差和线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 小麦样品的理化特性

测定了50个小麦样品的硬度指数、全麦粉的水分和灰分。小麦硬度指数的平均值为64%，变幅47%～71%。全麦粉水分含量的平均值为11.1%，变幅9.8%～12.2%。灰分含量的平均值为1.74%，变幅1.44%～2.01%。

2.2 全麦粉样品面筋的聚合特性

使用面筋峰值仪测定50个全麦粉样品面筋的聚合特性。全麦粉PMT的平均值为52.7 s，变幅为25.0～82.5 s。全麦粉BEM的平均值为42.5 B.U.，变幅为 29.5～54.5 B.U.。全麦粉AM的平均值为16.9 B.U.，变幅为 6.5～29.5 B.U.。全麦粉 PM 的平均值为 28.9 B.U.，变幅为 19～42 B.U.。全麦粉 A3的平均值为328.7，变幅为23.5～638.0。全麦粉A4的平均值为485.1，变幅为318.5～707.0。全麦粉A5的平均值为557.9，变幅为375.0～702.5。

2.3 小麦粉样品的理化特性及面团的流变学特性

如表2所示，对50个小麦粉样品的理化特性及面团的流变学特性进行统计分析发现，湿面筋含量、面筋指数、面团揉混特性以及延展特性等表征小麦粉内在质量的参数具有较大的变异系数，说明小麦样品间存在很大的品质差异性。从小麦品质的角度看，分析测试的样品具有很好的代表性。

表2 小麦粉样品的理化特性及面团的流变学特性Table 2 Physicochemical properties of wheat flour and rheological properties of the dough

2.4 小麦粉样品面筋的聚合特性

用面筋峰值仪测定了50个小麦粉样品面筋的聚合特性。小麦粉PMT的平均值为67.4 s，变幅为23.0～188.0 s。小麦粉BEM 的平均值为 44.2 B.U.，变幅为 30.5～59.0 B.U.。小麦粉AM的平均值为27.0 B.U.，变幅为 7.5～49.0 B.U.。小麦粉 PM 值的平均值为 36.5 B.U.，变幅为 21.0～50.0 B.U.。小麦粉A3的平均值为918.5，变幅为49.4～2 310.1。小麦粉A4的平均值为773.1，变幅为31.2～2 310.1。小麦粉 A5的平均值为 1 271.1，变幅为 733.1～1 782.7。

2.5 全麦粉样品面筋的聚合特性与小麦粉样品的品质特性之间的相关性分析

在相关性分析的基础上，筛选出与小麦粉粉质仪、拉伸仪及面筋峰值仪各项指标高度相关的全麦粉面筋峰值仪参数，采用逐步回归的方法建立小麦粉品质参数的预测模型。

2.5.1 全麦粉样品面筋的聚合特性与小麦粉样品的理化特性之间的相关性

全麦粉样品的面筋峰值仪参数与小麦粉样品的粗蛋白含量、湿面筋含量及面筋指数的相关性分析结果见表3。除PMT值外，全麦粉样品的其他参数均与小麦粉粗蛋白含量呈极显著相关，相关系数为0.364～0.746。除AM值外，全麦粉样品的其他参数均与小麦粉湿面筋含量呈显著或极显著相关，相关系数为0.283～0.541。除BEM值外，全麦粉样品的其他参数均与小麦粉面筋指数呈极显著相关，相关系数为 0.326～0.878。

表3 全麦粉样品的面筋峰值仪参数与小麦粉样品的理化指标之间的相关性Table 3 Correlation coefficients among GlutoPeak parameters of whole wheat meal samples and physicochemical parameters of flour samples

2.5.2 全麦粉样品面筋的聚合特性与小麦粉样品面团的流变学特性之间的相关性

如表4、表5所示，全麦粉样品的PMT、AM、PM和A3值与小麦粉样品的形成时间、稳定时间、评价计值、粉质质量指数以及拉伸面积、最大拉伸阻力等参数都呈极显著相关关系，相关系数为0.506～0.928，而与弱化度极显著负相关，相关系数为-0.703、-0.638、-0.510 和-0.740。从相关性分析结果可以看出，全麦粉PMT、AM、PM以及A3值与小麦粉粉质、拉伸参数的相关性较好，可以作为基础参数建立小麦粉面团的流变学特性，如粉质仪、拉伸仪参数的预测模型。

表4 全麦粉样品的面筋峰值仪参数与小麦粉样品的粉质仪参数之间的相关性Table 4 Correlation coefficients among GlutoPeak parameters of whole wheat meal samples and Farinograph parameters of flour samples

表5 全麦粉样品的面筋峰值仪参数与小麦粉样品的拉伸仪参数之间的相关性Table 5 Correlation coefficients among GlutoPeak parameters of whole wheat meal samples and Extensograph parameters of flour samples

2.6 全麦粉样品的面筋峰值仪参数与小麦粉样品其粉质仪、拉伸仪参数的回归分析

如表6所示，在逐步线性回归分析的基础上，建立了通过全麦粉的面筋峰值仪参数预测小麦粉的粉质仪、拉伸仪参数的模型。

全麦粉面筋峰值仪PMT和A3这两个参数对小麦粉评价计值的影响显著，它们可以解释其变异的77.6%，其中，全麦粉A3值就可以解释变异的76%。全麦粉面筋峰值仪A3、A4和AM这3个参数对小麦粉拉伸面积的影响显著，它们可以解释其变异的91.5%，其中，全麦粉A3值就可以解释变异的84.2%。全麦粉面筋峰值仪参数A3值与小麦粉最大拉伸阻力显著相关，可以解释其变异的86.1%。可见，全麦粉面筋峰值仪的A3值是预测小麦粉其面团揉混和延展特性的重要指标。

表6 用全麦粉面筋峰值仪参数预测小麦粉粉质仪、拉伸仪参数的数学模型Table 6 Mathematical models for predicting Farinograph and Extensograph parameters of flour from GlutoPeak parameters of whole wheat meal

3 结论

50份全麦粉样品的 PMT、AM、PM以及A3值与相应的小麦粉样品其粉质仪、拉伸仪参数呈显著或极显著相关关系，可以通过直接测定全麦粉样品面筋的聚合特性，根据已建立的数学模型来预测小麦粉样品面团的流变学特性，如形成时间、稳定时间、弱化度、评价计值等粉质仪参数以及拉伸面积和最大抗伸阻力等拉伸仪参数，而且预测模型的决定系数（R2）较高。与粉质仪、拉伸仪等测定小麦品质的传统方法相比，利用面筋峰值仪直接分析全麦粉样品的方法不需要对小麦样品进行水分调节、试验制粉以及对小麦粉样品进行后熟稳定化处理，在检测周期、样品用量以及试验结果等方面具有一定的优势，适合于小麦品质的快速检测。

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RAPID DETERMINATION OF WHEAT QUALITY USING GLUTOPEAK

SONG Yabo，SONG Bin，MA Qi，ZHAO Renyong
（School of Food Science and Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou450001，China）

GlutoPeak is a shear-based device for rapid testing gluten strength and its aggregation behavior. The gluten aggregation properties of 50 whole wheat meal samples were investigated by GlutoPeak，in comparison with the dough rheological properties of their corresponding flour samples characterized by Farinograph and Extensograph. Analysis results showed that there were significant correlations between gluten aggregation properties of whole wheat meal samples and dough rheological properties of flour samples，suggesting that GlutoPeak could be used to rapidly evaluate wheat quality. The use of multivariate statistics demonstrated that such GlutoPeak parameters asPMT，AM，PM，andA3 of whole wheat meal samples could predict the dough rheological properties of flour samples rapidly，including mixing properties characterized by Farinograph and extension properties by Extensograph. Mathematical models for predicting Farinograph，and Extensograph parameters of flour from GlutoPeak parameters of whole wheat meal had high coefficient of determination （R2）.

whole wheat meal；glutopeak；dough；rheological properties

TS 201.1 文献标志码：B

1673-2383(2017)05-0045-05

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20171030.0936.018.html

网络出版时间：2017-10-30 9:36:36

2017-03-03

国家自然科学基金项目（31171653）；公益性行业（农业）科研专项（201303070-01）；农业部小麦产业技术体系建设专项（CARS-03）

宋亚博（1991—），女，河南郑州人，硕士研究生，专业方向为粮食资源利用与转化。

*通信作者