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美国软麦籽粒品质变化趋势及对我国弱筋小麦标准达标度分析

2022-10-31刘丰蒋佳丽周琴蔡剑王笑黄梅仲迎鑫戴廷波曹卫星姜东

中国农业科学 2022年19期
关键词:面筋籽粒饼干

刘丰,蒋佳丽,周琴,蔡剑,王笑,黄梅,仲迎鑫,戴廷波,曹卫星,姜东

美国软麦籽粒品质变化趋势及对我国弱筋小麦标准达标度分析

刘丰,蒋佳丽,周琴,蔡剑,王笑,黄梅,仲迎鑫,戴廷波,曹卫星,姜东

南京农业大学/农业农村部小麦区域技术创新中心,南京 210095

【目的】我国饼干消费量逐年增加,但制作饼干的原料软麦长期供应短缺,美国软麦品质稳定、加工性能优良,受到我国加工企业的欢迎,研究美国软红冬和软白麦籽粒品质多年变化特点及品质指标间相互关系,可为我国弱筋小麦籽粒品质研究提供参考。【方法】本文汇总了美国小麦协会1999—2019年间发布的软白麦和软红冬小麦品质相关性状数据,通过相关性分析、聚类分析方法探讨了软麦籽粒、面粉、面团及烘焙品质特点及品质性状间相互关系,并分析了美国软麦品质对我国现有弱筋小麦标准的适合度。【结果】从籽粒品质看,软红冬麦籽粒蛋白质含量(GPC,%)、硬度(H)、容重(TW,g·L-1)和千粒重(TKW,g)均低于软白麦;指标年度间的变异系数表现为H>TKW>GPC>TW。从面粉品质看,两类软麦的湿面筋含量(WG,%)均在22%左右;4种溶剂保持力(SRC,%)中,软红冬麦的值高于或接近软白麦;软红冬麦的WG、沉降值以及4种SRC的变异系数均小于软白麦。从面团品质看,软红冬麦的面团形成时间、稳定时间(ST,min)、吹泡P值、L值、W值、拉伸参数均低于软白麦,两者吸水率(WA,%)均为52%左右。粉质参数、吹泡性能和拉伸参数变异系数均表现为软红冬麦小于软白麦。从我国弱筋小麦标准来看,软红冬麦的GPC、WG和ST对GB 17320-2013下的达标率为100%、100%和57.1%;软白麦达标率分别为90.5%、95.2%和38.1%。两类软麦的GPC、WG和ST对GB 17893-1999下的达标率均小于70%,达标率高低表现为GPC>WG>ST。软白麦各项品质指标的相关性分析表明,TKW与GPC、WG和蔗糖SRC呈显著负相关,H仅与WG呈显著负相关,GPC与WG、蔗糖和乳酸SRC呈显著正相关;蔗糖SRC与吹泡仪W显著正相关,乳酸SRC与延展度显著正相关;饼干直径与GPC、吹泡仪W和蔗糖SRC呈显著负相关,与TW呈显著正相关,炉涨率仅与蔗糖SRC显著负相关。软红冬麦的相关性分析表明,面粉蛋白质含量仅与WG和ST显著正相关;饼干直径仅与TW和吹泡仪W呈显著负相关。【结论】软红冬麦较软白麦籽粒质地更软,粒重更小,面团强度更弱;品质指标中TW、出粉率(FER,%)和WA年度间相对稳定。软红冬麦对中国弱筋小麦标准的达标度更高,中国弱筋小麦标准对GPC、WG和ST要求过于严格。软白麦品质指标间相关性较软红冬麦显著,两类软麦中GPC、蔗糖SRC和吹泡仪W与其他品质指标相关性显著,可用于弱筋小麦品质评价。软麦年度间GPC、WG、沉降值和吹泡仪L具有相似性,可归为一类。

软白麦;软红冬小麦;品质性状;相关性分析

0 引言

【研究意义】饼干易于携带、种类丰富,深受消费者喜爱,近年来,我国饼干行业一直保持快速发展的势头。中国产业信息网的数据显示:2020年中国饼干行业产量接近1100万吨,年均增长率为11.04%。弱筋小麦作为制作饼干的原料具有籽粒质地柔软、籽粒蛋白质含量低、面筋强度弱的特点[1]。GB 17320-2013规定[2],弱筋小麦籽粒蛋白质含量<12.5%,湿面筋含量<26%,Zeleny沉降值<30,籽粒硬度<50,2005—2016年间全国弱筋小麦达标比例仅为0.4%[3]。国外也称弱筋小麦为软麦,我国弱筋小麦单产和总产高,但籽粒蛋白质含量偏高,筋力较强,面团延展性较差,导致饼干硬度高,酥脆度下降,品质性状不佳[4],每年需要从国外大量进口优质软麦。美国是世界上重要的小麦产区和出口国,籽粒具有良好的加工性能和稳定的品质,是我国进口小麦的重要来源。因此,明确美国优质软麦籽粒品质变化情况,比较软麦对我国弱筋小麦标准的符合程度,对提高我国弱筋小麦加工品质,建立合理的弱筋小麦品质评价体系具有重要意义。【前人研究进展】美国软白麦年产量600—700万吨,约占软麦产量的一半左右,其蛋白质含量低、面筋强度弱,延展性好,是加工蛋糕、酥皮点心及其他糕饼产品的优良原料[5]。美国软红冬麦年产量700—800万吨,高峰期超过1 000万吨,广泛适用于加工各类糕饼产品,包括曲奇、苏打饼干和蛋糕等。小麦品质主要包括籽粒、面粉、面团和烘焙品质[6]。容重、籽粒硬度、粒重等通常反映籽粒的物理特性,面筋含量、降落值、沉降值、溶剂保持力等反映了面粉的理化特性,粉质参数、拉伸性能、吹泡特性等反映了面团的加工性能。籽粒、面粉和面团是小麦产品形成的三阶段,面粉对面团品质指标的决定系数为0.62—0.87,较籽粒品质对面团品质影响更大[7]。烘焙品质直接反映小麦对加工某类食品的适合度,是决定品质的最重要因素,受籽粒、面粉及面团品质影响,相互关系复杂[8]。一般认为,饼干直径越大,厚度越小,饼干品质越好[9]。制作优质饼干的小麦籽粒质地更软、出粉率更高,灰分、破损淀粉含量和吸水率更低、面筋强度更弱[10]。多项研究表明,蛋白质含量与饼干品质显著相关。Ma等[11]通过逐步多元回归发现,面粉蛋白质可解释饼干厚度和体积65%的总变异,SDS沉降值和出粉率可预测饼干形状83%的变异。张平平等[12]通过多元回归分析发现,水溶剂保持力可解释饼干直径73.76%的变异,与籽粒蛋白共同可解释饼干直径83.90%的变异。Moiraghi[13]基于多元线性回归和反向变量消去法发现,蛋白质与饼干品质相关性显著,但不是决定饼干延展因子(直径与厚度之比)的主要因素。【本研究切入点】目前关于弱筋小麦品质的研究主要是在人为控制条件下的大田试验[14-16],试验年份和区域具有一定局限性,测定的品质指标不够全面,数据重复量小,难以客观评价弱筋小麦品质变化情况。另一方面,对美国软麦品质性状的年度间变异和相关性分析很少,比较美国和我国弱筋小麦标准符合情况的研究也很少。【拟解决的关键问题】本研究以美国小麦协会发布的1999—2019年软白麦和软红冬麦各品质指标数据为资料,分析20年来美国软麦品质性状年度间的变化情况及其对中国弱筋小麦标准的符合程度,并探讨籽粒、面粉、面团品质特性和最终食品品质关系,以期为我国软质小麦品质育种、栽培研究及标准制定提供参考。

1 材料与方法

1.1 资料来源

美国小麦协会每年会发布作物质量报告,总结六类小麦(硬红冬麦、硬红春麦、硬白麦、杜伦麦、软白麦、软红冬麦)的品质概况,为消费者购买决策提供参考。本研究采用了美国1999—2019年共20年软白麦和软红冬麦籽粒性状及加工品质的数据,数据均来源于美国小麦协会网站的小麦质量报告,网址为https://www.uswheat.org/。

1.2 小麦籽粒品质性状测定

软白麦籽粒样品来自于美国爱达荷、俄勒冈、华盛顿3个州,软红冬麦主要来自伊利诺伊、密苏里、北卡罗来纳、俄亥俄等州,由州立及私立的谷物检验室和商业小麦经营机构采集,联邦谷物检验局(FGIS)检验小麦籽粒等级和蛋白含量,美国小麦市场中心(WMC)对小麦籽粒和面粉的品质进行检测和分析。

容重测定采用AACC 55-10.01方法,单位为g·L-1;籽粒蛋白质含量采用AACC 39-25.01方法(近红外光谱分析法);籽粒硬度采用AACC 54-31.01方法,使用Perten公司的SKCS 4100 单颗粒谷物特性分析仪;沉降值采用AACC 56-61.02方法;千粒重以3份百粒样品的平均重量来计算,以14%湿基表示;降落数值采用AACC 56-81.03方法。

1.3 面粉理化性状测定

出粉率采用 AACC 26-10.02 方法对样品进行清理和润麦,采用AACC 26-31.01方法用布勒实验磨进行制粉。

面粉蛋白质含量采用AACC 46-30.01方法(杜马斯燃烧定氮法);湿面筋和面筋指数采用AACC 38-12.02方法(加水量由4.8 ml减至4.2 ml);面粉降落数值采用AACC 56-81.03方法;黏焙力仪采用AACC22-10.01改进方法,使用65 g面粉(14%湿基)和450 ml蒸馏水,并用搅拌针搅拌;破损淀粉采用AACC 76-33.01(SDmatic 破损淀粉测定仪方法);溶剂保持力(SRC)采用AACC56-11.02方法。

1.4 面团性能测定

粉质仪参数采用AACC 54-21.02方法(恒量面粉方法),用50 g的揉面钵,吸水率按14%湿基计算;吹泡仪采用AACC 54-30.02方法,采用Alveolab测定仪,恒量加水法检测;拉伸仪参数采用AACC 54-10.01改进方法,静置45和135 min后进行拉伸。

1.5 食品制作及品质性状测定

曲奇饼干直径的测定采用 AACC 10-52.02方法。

1.6 中国弱筋小麦标准

GB/T17893-1999《优质弱筋小麦》和GBT 17320-2013《小麦品种品质分类》的对比见表1。

1.7 数据处理

使用Microsoft Excel对1999—2019年品质数据进行整理,并利用Originpro 2021、R 4.1.2 进行作图。

2 结果

2.1 软麦的品质性状及变异情况

2.1.1 籽粒品质性状 表2列出了1999—2019年美国软白麦和软红冬麦的籽粒品质指标,不同籽粒品质性状年度间变异不同,软麦整体变异系数从大到小依次为硬度>千粒重>籽粒蛋白>容重。软白麦硬度的平均值为32.2,软红冬麦为21.3,软白麦硬度大于软红冬麦,两者的变异系数分别为11.80%和19.76%,年际间变动最大。容重是密度的度量,软白麦容重的平均值为794.9 g·L-1,变异系数最小仅为1.32%;软红冬麦容重的平均值为772.3 g·L-1,变异系数为1.5%,年际间变动最小。软白麦籽粒蛋白质和千粒重平均值分别为11.58%、32.52 g,均大于软红冬麦;软白麦籽粒蛋白质最高的年份达到12.7%,变异系数为5.70%,软红冬麦变异系数为3.39%;软白麦和软红冬麦千粒重的变异系数相近,分别为5.85%和4.14%;籽粒蛋白质含量和千粒重,年际间稳定。软白麦和软红冬麦籽粒直径平均值分别为2.65 mm和2.41 mm,变异系数分别为5.20%和9.78%。除蛋白质含量和千粒重外,软白麦的变异系数均小于软红冬麦,硬度和直径变异系数差异最大。

2.1.2 面粉品质、面团特性和加工制品性状 表2中列出了1999—2019年美国软白麦和软红冬小麦的面粉品质、面团特性和加工制品指标。面粉品质中湿面筋是衡量面粉品质的重要指标,软白麦和软红冬麦多年的面筋含量平均值接近,分别为22.61%和22.09%,和我国一等弱筋小麦标准比较接近;软白麦和软红冬麦面粉蛋白质含量的平均值分别10.21%和9.68%,分别比籽粒蛋白质绝对含量低1.37%和1.17%。沉降值反映小麦的筋力强弱,软红冬麦沉降值为12.85 cc,小于软白麦。其余面粉指标中,仅黏度、破损淀粉、水、蔗糖和乳酸溶剂保持力表现为软白麦小于软红冬麦。降落数值反映α-淀粉酶活性,降落值越高,将淀粉分解成糖的能力越弱,面团变黏,其主要与需发酵制品和发芽小麦品质有关,两类软麦平均值大于300 s,达到我国对优质弱筋小麦的要求。从指标稳定性看,破损淀粉、沉降值和黏度变异系数较大,均在10%以上;溶剂保持力、面粉蛋白质含量和降落数值的变异系数介于4.64%—8.71%之间;出粉率变异系数最小,是最稳定的指标。破损淀粉反映磨粉过程中淀粉颗粒受机械损伤的程度,黏度反映面粉中淀粉糊化特性,软白麦破损淀粉和软红冬麦黏度的变异系数最大,分别为18.96%和24.16%。软红冬麦湿面筋含量和4种溶剂保持力的变异系数均小于软白麦,变幅为4.70%—6.26%,整体年度间较稳定。两类软麦溶剂保持力的变异系数大小表现为蔗糖SRC>乳酸SRC>碳酸钠SRC>水SRC。

面团特性中,软白麦面团稳定时间平均值为3.31 min,软红冬麦为2.74 min,吸水率均在52%左右,吹泡仪和拉伸仪测定参数均表现为软白麦大于软红冬麦,软红冬麦面团筋力更弱一些;软红冬麦粉质参数、吹泡仪参数和拉伸仪参数的变异系数均小于软白麦,面团稳定时间和拉伸阻力变异系数较大,分别为17.46%、15.52%,但吸水率年度间变化较稳定,变异系数仅为1.10%。吹泡仪测定面团面筋强度和延展性:P反映面团拉伸阻力;L反映面团延展性;W反映面团强度。软麦吹泡仪的几个指标变异系数从大到小依次为L>W>P,变异系数介于8.51%—16.58%,拉伸仪测定面团拉伸中的变化,与吹泡仪类似。软红冬麦延展度的变异系数为5.86%,处于较低水平,而在软白麦中变化较大,变异系数为11.41%。

烘焙品质中,软白麦曲奇饼干直径平均值为8.50 cm,变异系数为3.92%,炉涨率平均值为9.46,变异系数为10.93%;软红冬麦曲奇饼干直径平均值为7.90 cm,变异系数为7.96%,炉涨率平均值为9.38,变异系数为4.36%;软白麦的饼干直径大于软红冬麦,变异系数更小;两种软麦的炉涨率相近,但软红冬麦的变异系数更小。

2.2 美国软麦达标中国弱筋小麦标准的评价

中国现行有效的弱筋小麦标准有两个,分别是GB 17893-1999和GB 17320-2013,两者共同的指标有3个,分别是籽粒蛋白质含量、面筋含量和面团稳定时间(表1)。GB 17893-1999和GB 17320-2013对弱筋小麦籽粒蛋白质含量的要求分别为≤11.5%和<12.5%,美国软白麦平均值是11.58%(表2),1999—2019年间对两个标准的达标率分别是42.9%和90.5%(图1),软红冬麦平均值10.85%,达标率分别是66.7%和100%。我国弱筋小麦湿面筋含量的标准分别是≤22.0%和<26.0%,美国软白麦平均值是22.61%,对两个标准的达标率分别是38.1%和95.2%,软红冬麦平均值22.09%,达标率分别是47.6%和100%;面团稳定时间≤2.5 min和<3.0 min,美国软白麦平均值是3.31 min,对两个标准的达标率分别是9.5%和38.1%,软红冬麦平均值2.74 min,达标率分别是23.8%和57.1%。

表1 中国弱筋小麦标准对比

籽粒方面GB 17893-1999还有6个指标,分别是容重、水分、不完善粒、杂质、色泽气味和降落值,根据GB 17893-1999:降落值要求≥300 s,容重≥750 g·L-1。美国软白麦容重和降落数值都达到了该标准,达标率100%(图1);2013、2015以及2019年软红冬麦的降落值不达标。GB 17320-2013还对籽粒硬度做出了<50的要求,两种软麦达标率均为100%。面粉品质方面,根据GB 17320-2013,沉降值要求<30 ml,吸水量<56 ml·(100 g)-1,两类软麦都达到了要求。

2.3 品质指标间相关性分析

2.3.1 籽粒和面粉品质指标间的相关性分析 软白麦容重与籽粒蛋白质含量、黏度和SSRC呈显著负相关(图2-A),与千粒重呈极显著正相关,相关系数为0.73;籽粒蛋白含量与黏度、沉降值、SSRC和LASRC呈显著正相关,其中与SSRC的相关性最高,相关系数为0.74,与千粒重呈显著负相关;千粒重与黏度、湿面筋含量和SSRC呈显著负相关;硬度仅与湿面筋含量显著负相关;粒重、粒径均与面筋指数显著正相关,粒重与面粉蛋白质含量和SSRC呈显著负相关;粒径与面粉蛋白质含量呈显著负相关,降落数值与面筋指数呈显著负相关,相关系数为-0.59。整体来看,容重、千粒重、粒重和粒径与黏度和蔗糖溶剂保持力呈负相关,而硬度、蛋白质含量和降落数值与黏度和蔗糖溶剂保持力呈正相关。

软红冬麦容重与降落数值和千粒重呈显著正相关(图2-B),相关系数分别为0.73和0.57;籽粒蛋白含量与湿面筋含量显著正相关,相关系数为0.68;硬度与湿面筋含量呈负相关,但相关性不显著。粒径与降落数值和黏度显著负相关,相关系数为-0.53,降落数值与黏度显著正相关,相关系数高达0.82。

2.3.2 面粉和面团品质指标间的相关性分析 软白麦沉降值与吹泡仪L呈显著正相关,相关系数为0.56(图3-A);出粉率与稳定时间和拉伸阻力呈极显著负相关;面粉蛋白质含量与SSRC、LASRC、吸水率和延展度呈显著正相关,与延展度相关性最强,相关系数为0.68;面筋指数与破损淀粉、SSRC和吸水率显著负相关;破损淀粉与WSRC、SSRC、SCSRC、吹泡仪P和W呈显著正相关;溶剂保持力中,WSRC与吸水率显著正相关,SSRC与吹泡仪W呈显著正相关,LASRC与延展度显著正相关,相关系数均大于0.6,SCSRC无显著相关性。整体来看,破损淀粉和4种溶剂保持力与吸水率和吹泡仪W呈负相关,面粉蛋白质和湿面筋含量均与蔗糖溶剂保持力呈显著正相关,与面筋指数呈显著负相关。

软红冬麦沉降值与稳定时间呈显著正相关,相关性系数为0.66(图3-B);降落数值与黏度呈显著正相关,相关系数高达0.95;蛋白质含量与稳定时间呈显著正相关,相关系数为0.57;面筋指数与吹泡仪P/L值呈极显著负相关,相关系数为-0.7,与湿面筋含量无显著相关性。

表2 1999—2019年软麦品质性状变异情况

TW:容重;GPC:籽粒蛋白质含量;TKW:千粒重;H:硬度;D:直径;GFN:籽粒降落数值;SV:沉降值;FFN:面粉降落数值;FER:出粉率;FPC:面粉蛋白质含量;WG:湿面筋含量;VT:黏度;DS:破损淀粉;WSRC:水溶剂保持力;SSRC:蔗糖溶剂保持力;LASRC:乳酸溶剂保持力;SCRC:碳酸钠溶剂保持力;DT:形成时间;ST:稳定时间;WA:吸水率;P:吹泡仪P值;L:吹泡仪L值;W:吹泡仪W值;R:拉伸阻力;ET:延展度;SA:拉伸面积;CD:饼干直径;CF:炉涨率。溶剂保持力缺少1999—2001年的数据;面团形成时间缺少1999—2012年的数据。软白麦破损淀粉缺少1999年的数据;稳定时间缺少1999—2003年的数据;拉伸阻力缺2000年的数据;炉涨率缺少1999—2006年的数据。软红冬麦破损淀粉缺少1999—2003年的数据;稳定时间缺少2002—2003年的数据;拉伸阻力、延展度和面积缺1999—2014年的数据;饼干直径缺少2003年数据;炉涨率缺少1999—2014年的数据

TW: Test weight; GPC: Grain protein content; TKW: Thousand kernels weight; H: Hardness; D: Diameter; GFN: Grain falling number; SV: Sedimentation value; FFN: Flour falling number; FER: Flour extraction rate; FPC: Flour protein content; WG: Wet gluten content; VT: Viscosity; DS: Damaged starch; WSRC: Water solvent retention capacity; SSRC: Sucrose solvent retention capacity; LASRC: Lactic acid solvent retention capacity; SCRC: Sodium carbonate solvent retention capacity; DT: Development time; ST: Stability time; WA: Water absorption; P: P value; L: L value; W: W value; R: Resistance; ET: Extension; SA: Stretch area; CD: Cookie diameter; CF: Cookie factor. There is a lack of data on SRC in 1999-2001 and DT in 1999-2012. SW lacks the data of DS in 1999, ST in 1999-2003, R in 2000, CF in 1999-2006. SRW lacks the data of DS in 1999-2003, ST in 2002-2003, R, ET and SA in 1999-2014, CD in 2003 and CF in 1999-2014

红线:GB 17893-1999 标准;蓝线:GB 17320-2013标准 Red line: GB 17893-1999 standard; blue line: GB 17320-2013 standard

2.3.3 饼干和各指标间的相关性分析 软白麦制作的曲奇饼干直径仅与容重呈显著正相关(图4-A),与籽粒蛋白质含量、破损淀粉、蔗糖SRC、吸水率和吹泡仪W呈显著负相关,相关系数绝对值大于0.7的指标有2个,分别是蔗糖SRC和破损淀粉,且蔗糖SRC与饼干直径的相关性更强;炉涨率仅与破损淀粉和蔗糖SRC呈显著负相关,相关系数绝对值约在0.6左右。破损淀粉和蔗糖溶剂保持力均与软白麦饼干品质呈显著负相关,可用于预测软白麦饼干品质。软红冬麦曲奇饼干直径仅与容重和吹泡仪W呈显著负相关,相关系数绝对值约在0.6左右(图4-B)。

2.4 品质指标间聚类分析

对各品质指标进行标准化,以complete法进行双向层次聚类得到热图(图5),由图可知,从软麦品质指标分类来看,大致可分为3类,归为同一类的品质指标在20年间具有相似性。软白麦中籽粒重量特性和饼干直径处于一类(图5-A);硬度、吹泡仪P和W处于一类;蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值反映面团强度的指标,黏度和反映面团延展特性的指标处于一类。软红冬麦中籽粒重量特性、吹泡仪P和黏度处于一类;吸水率和出粉率反映面粉吸水特性的指标处于一类(图5-B);蛋白质、湿面筋、沉降值反映面团强度的指标和反映面团延展特性的吹泡仪L处于一类。因此,年度间蛋白质、湿面筋、沉降值和吹泡仪L具有相似性。从年度来看,大致可分为2类,归为同一类的年份品质指标具有相似性:软白麦中1999、2002—2009、2014—2015年处于一类,2000—2001、2010—2013、2016—2019年处于一类(图5);软红冬麦中2001—2002、2007、2011—2012年处于一类,1999—2000、2003—2006、2008—2010、2013—2019年处于一类(图5)。因此,软白麦和软红冬麦在2016—2019年期间品质指标具有相似性。

TW:容重;GPC:籽粒蛋白质含量;TKW:千粒重;H:硬度;KW:粒重;D:直径;GFN:籽粒降落数值;SV:沉降值;FFN:面粉降落数值;FER:出粉率;FPC:面粉蛋白质含量;WG:湿面筋含量;GI:面筋指数;DS:破损淀粉;WSRC:水溶剂保持力;SSRC:蔗糖溶剂保持力;LASRC:乳酸溶剂保持力;SCRC:碳酸钠溶剂保持力。溶剂保持力缺少1999—2001年的数据。软白麦破损淀粉缺少1999年的数据;软红冬麦破损淀粉缺少1999—2003年的数据。*,**,***分别表示差异在 0.05、0.01、0.001显著,软白麦(图A)、软红冬麦(图B)均包括2004—2019年数据。下同

ST:稳定时间;WA:吸水率;P:吹泡仪P值;L:吹泡仪L值;W:吹泡仪W值;P/L:吹泡仪P与L之比。软白麦稳定时间缺少1999—2003年的数据;软红冬麦稳定时间缺少2002—2003年的数据。软白麦(图A)、软红冬麦(图B)均包括2006—2019年数据。下同

ST: Stability time; WA: Water absorption; P: P value; L: L value; W: W value; P/L: P value/L value. SW lacks the data of ST in 1999-2003. SRW lacks the data of ST in 2002-2003. SW (A) and SRW (B) include data 2006-2019. The same as below

图3 面粉和面团品质指标间的相关性分析

Fig. 3 Correlation analysis between flour and dough quality indexes

R:拉伸阻力;ET:延展度;SA:拉伸面积;CD:饼干直径;CF:炉涨率。软白麦缺少2000年拉伸阻力的数据,1999—2006年的炉涨率数据。软红冬麦缺少1999—2014年的拉伸阻力、延展度和面积数据;2003年的饼干直径数据;1999—2014年的炉涨率数据。软白麦(图A)包括2007—2019年数据,软红冬麦(图B)包括2004—2019年数据。下同

R: Resistance; ET: Extension; SA: Stretch area; CD: Cookie diameter; CF: Cookie factor. SW lacks the data of R in 2000, CF in 1999-2006. SRW lacks the data of R, ET and SA in 1999-2014, CD in 2003 and CF in 1999-2014. SW (A) includes data 2007-2019, and SRW (B) includes data 2004-2019. The same as below

图4 部分样品与饼干指标的相关性分析

Fig. 4 Correlation analysis between some samples and cookie indexes

取1999-2019年的品质指标分析,软白麦(图A)和软红冬麦(图B)

3 讨论

3.1 美国软红冬和软白麦品质稳定性及比较

软麦蛋白质含量低、筋力弱,吸水率低,适宜制作饼干、糕点等酥脆松软食品[18],是我国优质专用小麦中缺口比例较大的一类[6],美国软麦是我国进口小麦的重要来源之一。本文分析了近20 年来美国软红冬和软白麦的品质数据发现(表2),软红冬麦的容重、硬度、籽粒蛋白质含量和稳定时间年均值均小于软白麦,吸水率、湿面筋含量、碳酸钠溶剂保持力和饼干炉涨率年均值相近,曲奇饼干直径、破损淀粉、黏度以及除碳酸钠溶剂保持力外的3种溶剂保持力表现为软白麦小于软红冬麦。两类软麦溶剂保持力的大小依次为:乳酸SRC>蔗糖SRC>碳酸钠SRC>水SRC。面团品质中软红冬麦的吹泡仪和拉伸仪测定参数均小于软白麦,说明软红冬麦面团强度更弱。品质年度间稳定性方面,两类软麦的容重、出粉率和吸水率年度间变异系数较小(<5%),表现为容重<出粉率<吸水率。许多研究对不同年度、地区的中国小麦品质进行分析也得出一致的结论[19-22],说明上述3个指标可以作为衡量小麦品质稳定性的指标。不同软麦间品质稳定性也存在差异,软红冬麦的蛋白质含量、湿面筋含量、水溶剂保持力和饼干延展因子的变异系数也小于5%,说明软红冬麦籽粒品质稳定性要强于软白麦。

3.2 美国软麦品质对标中国弱筋标准的分析

制定合理的软麦标准是提高产品质量的重要手段。不同国家软麦标准不同,优质麦出口量大的澳大利亚,质量定级的标准包括容重、千粒重、硬度、降落数值、出粉率、灰分和籽粒蛋白质含量及杂质率,对软麦的要求是籽粒蛋白质含量在9.5%以下[23]。美国小麦品质数据可以分为定等数据和非定等数据,用于确定小麦种类和等级,非定等数据包括水分、蛋白质含量、沉降值和硬度等;定等数据包括容重、缺陷粒和杂物。我国关于弱筋小麦有2个标准,2个标准都对籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间等提出了要求,GB 17320-2013对蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间的要求较GB 17893-1999 更宽松。本文中两类软麦籽粒蛋白和湿面筋含量的变化范围分别为10.5%—12.7%、12.8%—28.7%,基本能达到GB 17320- 2013的要求,且软红冬麦更符合我国弱筋小麦要求;GB 17893-1999下两类软麦的达标率均表现为蛋白质含量>湿面筋含量>稳定时间,稳定时间达标率最低(图1)。张平平等[12]选用淮南麦区15份软麦,分析其在GB 17893-1999和GB 17320-2013标准下各品质指标的达标情况,结果与本文类似,所有样品的蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间均未达标,部分样品沉降值未达标;MA等[6]分析了2006—2018年间,211份中国冬小麦在GB 17320-2013 标准下各品质指标的达标情况,发现弱筋小麦硬度达标率最低为9%,其次是湿面筋含量和籽粒蛋白质含量,达标率分别为10%和13%,稳定时间达标率为31%。以上都说明,与优质的美国软麦相比,我国弱筋小麦品质仍有待提高,GB 17893-1999标准对籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间要求过于严格,而GB 17320-2013过于宽松,需将两个标准结合起来,同时兼顾弱筋小麦目标产品加工等因素,进行合理制定。

3.3 软麦品质指标相互关系分析

蛋白质是籽粒主要成分之一,许多研究表明蛋白质含量是决定弱筋小麦的重要性状[8,16,24-25]。有研究表明在不同栽培措施管理条件下,小麦籽粒蛋白质含量与产量之间呈显著负相关[26-27]。本文中软白麦也呈现类似的结果,籽粒蛋白质含量与反映产量性状的千粒重呈显著负相关(图2),说明小麦产量与品质之间存在矛盾,产量的提高会对籽粒蛋白质含量产生稀释效应。软白麦中籽粒蛋白质含量与饼干直径也呈显著负相关,说明籽粒蛋白质对饼干烘焙品质起着重要作用[28]。有研究表明,蛋白质在饼干烘焙中发生了聚合现象,起到定形的作用,需要维持在合适的范围内[29],且蛋白质分子的聚合度越高,更有利于面筋结构形成,面团持气性增加导致气孔变多,饼干四周易产生断痕,饼干厚度增加,直径下降[11]。蛋白质的功能特性影响了饼干直径。此外,蛋白质亚基缺失的遗传特性也可能会影响饼干品质[30]。分析软麦籽粒品质发现,蛋白质含量低、面团强度弱,推测其更适合制作饼干,籽粒蛋白质含量可作为预测小麦品质的重要指标。此外,两种软麦的容重与饼干品质均显著有关,可能是由于容重与籽粒蛋白质含量间的显著相关性导致的。

SRC衡量面粉在搅拌过程中吸收水的能力和在烘焙过程中释放水的能力,SRC值越低,吸水能力越弱,是预测饼干品质便捷、快速的方法,许多研究都表明溶剂保持力与饼干品质呈显著负相关[24, 31-35],部分研究认为籽粒蛋白质含量与溶剂保持力间显著正相关[25,36]。从本文品质指标间相关性看(图2),软白麦中籽粒蛋白质含量与蔗糖和乳酸溶剂保持力呈显著正相关,蔗糖保持力与饼干直径和炉涨率呈显著负相关,软红冬麦中相关性不显著。两种软麦的饼干品质均与容重和吹泡仪W显著相关,吹泡仪的W值表示面团面筋蛋白网络结构的坚韧性,两类软麦的饼干直径都与吹泡仪W呈极显著负相关,而与粉质仪和拉伸仪测定参数无显著相关性,Zheng等[37]认为筋力弱、面筋孔径薄且规律的面团,饼干品质更好,说明面团品质与烘焙品质紧密相关。张岐军[33]的研究也表明与粉质仪和拉伸仪相比,吹泡仪能更好地解释饼干品质的变异。以上表明吹泡仪和溶剂保持力可用于预测软麦饼干品质。

4 结论

两种软麦的品质有明显差异,软红冬麦籽粒蛋白质含量较软白麦低,籽粒质地更软,容重和粒重更小;面团稳定时间低、拉伸性能、吹泡参数均低、面团强度更弱。从指标稳定性看,容重、出粉率和吸水率年度间稳定。

以中国弱筋小麦标准评价美国软麦发现,GB 17320-2013较为宽松,籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间年达标率明显高于GB 17893-1999,两种软麦稳定时间达标率最低。中国弱筋小麦标准需要对蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间做出调整,尤其是稳定时间。

软白麦籽粒品质指标间的相关性较软红冬麦显著,软白麦中籽粒蛋白质含量与千粒重、容重和饼干直径呈显著负相关,与蔗糖和乳酸溶剂保持力呈显著正相关,蔗糖保持力与饼干直径和炉涨率呈显著负相关。两类软麦吹泡仪W与饼干直径均呈显著负相关。籽粒蛋白质含量、蔗糖溶剂保持力以及吹泡仪W相关性显著,可用于弱筋小麦品质评价。软麦年度间籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和吹泡仪L具有相似性,可归为一类。

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Analysis of American soft Wheat Grain Quality and Its Suitability Evaluation According to Chinese Weak Gluten Wheat Standard

LIU Feng, JIANG JiaLi, ZHOU Qin, CAI Jian, WANG Xiao, HUANG Mei, ZHONG YingXin, DAI TingBo, CAO WeiXing, JIANG Dong

Nanjing Agricultural University/National Technique Innovation Center for Regional Wheat Production, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Nanjing 210095

【Objective】The consumption of biscuits in China is increasing yearly, but soft wheat, the material for making biscuits, has been in shortage for a long time. American soft wheat is of stable quality and excellent processing performance, and is welcomed by Chinese processing enterprises. This study on the interannual dynamic change of grain quality and the relationship between quality indexes of American soft red winter and soft white wheat in multiple years could provide the reference for Chinese weak gluten wheat production.【Method】Based on the quality data of soft wheat published by American Wheat Association from 1999 to 2019, the correlation analysis and cluster analysis were used to analyze the relationship among wheat grain, flour, dough and baking quality, and the fitness of American soft wheat quality to the existing weak gluten wheat standard in China was also analyzed.【Result】For grain quality, the mean value of grain protein content (GPC, %), hardness (H), test weight (TW, g·L-1) and 1000-grain weight (TKW, g) of soft red winter wheat was lower than that of soft white wheat. The annual variation of quality indexes showed: H>TKW>GPC>TW. For flour quality, the wet gluten content (WG, %) of two kinds of soft wheat were about 22%. Four kinds of solvent retention capacity (SRC, %) of soft red winter wheat were higher than or similar to soft white wheat, while the WG, sedimentation value and four kinds SRC of soft red winter wheat had lower variation coefficients. For dough quality, the development time, stability time (ST, min), alveograph P, L, W value and extensograph parameters of soft red winter wheat were lower than those of soft white wheat, and their water absorption (WA, %) was about 52%. The variation coefficients of farinograph, alveograph and extensograph parameters of soft red winter wheat were lower. According to Chinese weak gluten wheat standard GB 17320-2013, the reaching rate of GPC, WG and ST in soft red winter wheat were 100%, 100% and 57.1%, respectively. The reaching rates of GPC, WG and ST in soft white wheat were 90.5%, 95.2% and 38.1%, respectively. Under GB 17893-1999, GPC, WG and ST of two kinds of soft wheat were as follows: GPC<WG<ST, and the reaching rate was less than 70%. Correlation analysis of soft white wheat showed that there was a significantly negative correlation between TKW and GPC, WG, sucrose SRC, H and WG, while a significant positive correlation was found between GPC and WG, sucrose, lactic acid SRC, sucrose SRC and alveograph W, lactic acid SRC and extensibility. Biscuits diameter was negatively correlated with GPC, W and sucrose SRC, and positively correlated with TW, Biscuits spread ratio was negatively correlated with sucrose SRC. Correlation analysis of soft red winter wheat showed that the protein content of flour was positively correlated with WG and ST, and biscuits diameter was negatively correlated with TW and W.【Conclusion】Soft red winter wheat had softer grain texture, smaller grain weight and weaker dough strength. The TW, flour extraction rate (FER, %) and WA were stable in different years. Soft red winter wheat fit the requirements of Chinese weak gluten wheat standard better, with higher reaching rate. The Chinese weak gluten wheat standard was too strict on GPC, WG and ST. The correlation among quality indexes of soft white wheat was more significant than soft red winter wheat. The GPC, sucrose SRC and alveograph W were significantly correlated with other quality indexes, which could be used to evaluate the quality of weak gluten wheat. The GPC, WG, sedimentation value and alveograph L of soft wheat were similar, which could be classified into same category.

soft white wheat; soft red winter wheat; quality characteristics; correlation analysis

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.19.004

2021-12-07;

2022-01-11

国家自然科学基金(32030076,32172116,31901458,U1803235)、农业产业体系(CARS-03)、现代作物生产省部共建协同创新中心(CIC-MCP)

刘丰,E-mail:2020101036@njau.edu.cn。通信作者周琴,E-mail:qinzhou@njau.edu.cn。通信作者姜东,E-mail:jiangd@njau.edu.cn

(责任编辑 杨鑫浩)

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