小麦粉面团吸水率及其理化特性的逐步回归与通径分析

王蕾，黄璐瑶，郭波莉*，彭晓丽，范方辉，张影全

（1.西北农林科技大学 食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.中国农业科学院农产品加工研究所农业农村部粮油加工综合利用技术集成实验室，北京 100193；3.深圳大学 化学与环境工程学院 食品大分子科学与加工深圳市重点实验室，广东 深圳 518060）

小麦粉吸水形成面团是面制品加工的基础。小麦粉面团吸水率（吸水量）通常是指每100 g 水分含量为14%（质量分数）的小麦粉在粉质仪中揉合成最大稠度为500 FU 面团时所需添加水的体积[1-2]。吸水率是评价面粉质量和预测面制品加工特性的重要品质指标。吸水率的高低不仅影响面制品的成品质量，而且与生产成本直接相关。面粉吸水率越高，出品率越高，生产成本越低[3]。因此，明确小麦粉蛋白质组成及含量、谷蛋白大聚体含量、粒径分布、破损淀粉含量等理化性质与面团吸水率之间的内在联系，寻获影响小麦粉面团吸水率的关键理化指标，可为面制品的品质形成及调控提供理论基础和方法学参考。

小麦粉与水混合过程中，水分子与蛋白、淀粉等组分之间发生复杂的相互作用[4]。面筋蛋白吸水形成三维网络，淀粉颗粒吸水膨胀并镶嵌在面筋网络结构的孔洞内，从而形成具备黏弹性的面团[5]。大量研究表明，小麦粉面团吸水率受面粉粒径分布、蛋白质含量及组成、破损淀粉含量等多种因素的影响。一般认为，湿面筋含量越高，吸水率越高[3]。尹豪等[6]研究表明，籽粒的硬度指数与面团吸水率呈极显著正相关，小麦粉的降落指数、湿面筋含量、蛋白质含量与面团吸水率呈极显著正相关，面筋指数与面团吸水率呈显著正相关，沉淀指数、千粒重与吸水率的相关性不显著。林江涛等[7]研究发现，面筋蛋白的含量影响了面粉的吸水速率。面粉中的湿面筋含量升高使面筋的网络结构更为紧密，水分子不易渗透，水的流动性减弱，面粉的吸水速率降低。曹颖妮等[8]对各粉路系统面粉的吸水率进行了研究，发现多数情况下，湿面筋含量升高会使面粉的吸水率也增加。但面粉的吸水率还受面筋蛋白组成和质量的影响，并且也与面粉中的破损淀粉、非淀粉多糖等成分的含量有关。Lv 等[9]认为醇溶蛋白和麦谷蛋白的不同构成比例和特性决定了面筋网络结构的质量，是影响小麦粉吸水动力学的关键因素。杨钏等[10]分析认为，面粉蛋白质含量对面团吸水率的直接增强效应较大，但对稳定时间、拉伸长度的抑制效应较大。应欣等[11]研究表明，与醇溶蛋白等其他蛋白组分相比，仅麦谷蛋白对面团吸水率的影响极显著且为正相关。

本研究以34 种小麦粉为试验材料，借助粉质仪测定小麦粉面团吸水率，并利用相关性分析、通径分析和逐步回归分析方法，分析小麦粉粒径分布、灰分含量、蛋白质含量、谷蛋白大聚体（glutenin macropolymer，GMP）含量、不同蛋白组分相对含量、湿面筋含量、面筋指数、破损淀粉含量等与面团吸水率的关系；利用逐步回归分析方法，构建面团吸水率的预测模型，旨在深入探究小麦粉理化特性对面团吸水率的影响规律，筛选影响面团吸水率的关键指标，为揭示小麦粉面团的形成以及面制品品质的调控提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1）实验室磨制小麦粉：以实验室收集的28 份小麦籽粒为试验原料。将小麦籽粒加入适量蒸馏水调整最终含水率为15.5%，润麦器润麦24 h，采用实验磨粉机研磨制粉，面粉出粉率控制在70%左右，得到28 份小麦粉样品。磨制的小麦粉用自封袋密封保存14 d 后测定相关指标。

2）商业小麦粉：6 份市售商业面粉产品。

1.2 仪器与设备

BLH-1780 型润麦器：浙江伯利恒仪器设备有限公司；MLU 202 实验磨粉机： 瑞士Buhler 公司；ME4002E/02 电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；Farinograph-E 型电子式粉质仪：德国Brabender 公司；S3500 型激光粒度仪：美国MicratracMRB 公司；3-30K 高速离心机：美国Sigma 公司；DA7300 型近红外分析仪、2200 型面筋仪、2015 型面筋含量测定用离心机：瑞典Perten 公司；DN210 杜马斯定氮仪：北京诺德泰科仪器仪表有限公司；安捷伦1260 液相色谱仪：美国安捷伦科技有限公司；Thermo Mixer C 恒温混匀仪：德国Eppendorf 公司；SDmatic 型破损淀粉仪：法国肖邦技术公司。

1.3 试验方法

1.3.1 面团吸水率测定

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》[1]中的方法，采用电子式粉质仪测定。

1.3.2 面粉粒径分布测定

参考GB/T 19077—2016《粒度分布激光衍射法》[12]中的方法，利用激光粒度仪测定。D[4，3]表示构成样品体积的平均粒径；D10、D50、D90分别表示10%、50%、90%样品通过时的最大粒径。

1.3.3 面粉灰分含量测定

参照GB/T 24872—2010《粮油检验小麦粉灰分含量测定近红外法》[13]中的方法，利用近红外分析仪测定。

1.3.4 面粉蛋白质含量测定

参照刘鸿飞等[14]的方法，采用杜马斯定氮仪测定面粉蛋白质含量。

1.3.5 谷蛋白大聚体（GMP）含量

参照Liu 等[15]的方法并稍作修改，测定面粉中GMP 含量。在2 mL 离心管中准确加入50 mg 样品和1 mL 1.5% 磷酸盐缓冲溶液（phosphate buffered saline，PBS），涡旋振荡至无明显干粉或结块，再在恒温混匀仪（30 ℃，1 000 r/min）中混匀30 min。充分混匀后的样品在高速离心机（11 600×g，30 ℃）离心30 min，弃去上清液，沉淀于烘箱中115 ℃烘至恒重。烘干后的沉淀样品采用杜马斯定氮仪测定蛋白质含量，再根据面粉蛋白质含量计算GMP 含量。

1.3.6 不同蛋白组分相对含量测定

参照Peng 等[16]的方法并稍作修改，测定面粉中不同蛋白组分的相对含量。准确称取20 mg 面粉样品，加入1 mL PBS 溶液，用涡旋混匀仪振荡混匀后，25 ℃、13 000×g 离心15 min，得上清液1。在离心后的沉淀中加入1 mL PBS，在冰浴条件下超声处理并用涡旋混匀仪振荡混匀，25 ℃、13 000×g 离心15 min 后，得上清液2。将上清液1 和2 分别用0.45 μm 聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride，PVDF）滤膜过滤后进行样品洗脱。样品的洗脱采用安捷伦1260 液相色谱仪和TSKgel G4000SWXL（7.8 mm×300 mm） 色谱柱。采用100%的PBS 溶液等度洗脱。洗脱时，紫外检测器的检测波长设定为214 nm，色谱柱温度设置为30 ℃，每个样品上样20 μL，流动相流速0.5 mL/min。每个样品独立重复测试3 次。以各组分对应的洗脱曲线的峰面积占总面积的比例表示其相对含量（质量分数），计算得到大分子聚集体蛋白（large polymerized protein，LPP）相对含量、大分子单体蛋白（large monomer protein，LMP）相对含量、小分子单体蛋白（small monomer protein，SMP）相对含量、十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）不溶性蛋白大聚体（unextractable polymeric protein，UPP）相对含量和LPP/LMP。由于大分子聚集体蛋白（LPP）的主要成分为麦谷蛋白，大分子单体蛋白（LMP）的主要成分为醇溶蛋白，LPP/LMP 的值可反映麦谷蛋白与醇溶蛋白的比例。

参照GB/T 5506.2—2008 《小麦和小麦粉面筋含量第2 部分：仪器法测定湿面筋》[17]和LS/T 6102—1995《小麦粉湿面筋质量测定方法——面筋指数法》[18]，利用面筋仪和面筋含量测定用离心机进行测定。

1.3.8 破损淀粉含量测定

参考文献[2]，利用破损淀粉仪测定破损淀粉含量。

1.4 数据处理

利用SPSS 18.0 软件进行相关性分析、通径分析、逐步回归分析，采用Excel 2007 软件进行处理数据和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 小麦粉面团吸水率结果分析

34 份小麦粉面团吸水率基本统计量见表1，分布直方图见图1。

图1 34 份小麦粉面团吸水率分布直方图Fig.1 Histogram of water absorption distribution of 34 samples of wheat flour dough

表1 34 个小麦粉面团吸水率基本统计量Table 1 Basic statistics of water absorption of 34 samples wheat flour dough

由表1、图1 可知，34 份小麦粉样品的面团吸水率平均值为（65.6±3.4）%，变幅为59.3%～70.9%，中位数为65.9%，变异系数为5.13%。其中，85.3%的样品面团吸水率在60.0%～70.0%，吸水率分布基本呈正态分布。洪宇等[19]研究发现，2020 年我国收获的小麦籽粒粉质吸水量平均水平为65.3%，其中80.3%的样品粉质吸水量集中在60.0%～70.0%。本研究所选取的小麦粉样品面团吸水量的变幅与其基本一致，说明样品具有较好的代表性。

2.2 小麦粉理化特性分析

表2 为试验用小麦粉理化特性基本统计量。

表2 试验用小麦粉理化特性基本统计量Table 2 Basic statistics of physicochemical properties of wheat flour

由表2 可知，34 个小麦粉的粒径D10、D50、D90、D[4，3]的变异系数均在10%以上，其中D50的变异系数最高，达到31.58%，说明不同小麦粉样品的粒径分布有较大差异。面筋指数、GMP 含量、LPP、SMP、UPP、LPP/LMP的变异系数也均在10%以上，结果表明，不同小麦粉样品的面筋蛋白含量及组成存在较大差异，样品具有较好的代表性。

目前，大多数全科医生培训基地尚未建立完善的全科医生培训课程。传统的医生培训教学内容和课程体系虽有严谨、完整、系统的有点，但缺乏专业间的有机结合，并且对全科医学培养导向定位不清。重点培养解决社区常见健康问题能力，社区诊所的培训学习，与患者保持持续的健康照护关系等培训方案有利于强化全科医生的全科意识。全科医学科的设立，有利于摆脱转岗转科式的培训模式，制定专为全科医生培养所拟定的课程方案[9]。

2.3 小麦粉面团吸水率与其理化特性相关性分析

小麦粉面团吸水率与面粉理化特性的Pearson's相关系数如图2 所示。

图2 面团吸水率与小麦粉理化特性Pearson's 相关系数Fig.2 Pearson's correlation coefficient between water absorption of dough and physicochemical properties of wheat flour

由图2 可知，小麦粉粒径分布中D10、D[4，3]与面团吸水率分别呈显著、极显著正相关关系，D50与面团吸水率呈显著负相关关系，表明不同粒径分布对面团吸水率影响较大。大量研究表明，面粉粒径的减小有利于面团吸水[20-21]。随着粒径的减小，小麦粉的破损淀粉含量上升，灰分含量降低，面筋的网络结构更加致密[22]。这些研究均说明面粉粒径与面团吸水率相关，与本文的研究结果相一致。

湿面筋含量、破损淀粉含量与面团吸水率呈极显著正相关关系，UPP 含量与面团吸水率呈极显著负相关关系。尹豪等[6]、曹颖妮等[8]、许诺等[23]的研究均表明，面筋蛋白是影响面粉吸水的关键，湿面筋含量与面团吸水率显著相关，与本文的研究结果相一致。

2.4 小麦粉面团吸水率及其理化特性的通径分析

Pearson's 相关分析是多元分析的基础，但仅能反映变量间的简单相关系数，在分析某一指标对面团吸水率的影响时，既要考虑直接影响，也要考虑间接影响[24-25]。为了进一步明确小麦粉不同理化特性对面团吸水率的相互影响，本文采用通径分析对相关系数进行剖析[26-27]。直接通径系数表示某一指标对面团吸水率的直接影响，直接通径系数的绝对值越大，说明其对面团吸水率的直接影响越大。间接通径系数表示某一指标对面团吸水率的间接影响。小麦粉理化特性与面团吸水率的通径分析结果如表3 所示。

表3 小麦粉理化特性与面团吸水率（y）的通径分析Table 3 Path analysis of physicochemical properties of wheat flour and water absorption（y）of dough

由表3 可知，直接通径系数绝对值从大到小依次是LPP/LMP、D[4，3]、D10、湿面筋含量、灰分含量、破损淀粉含量、面筋指数、D50、蛋白质含量、UPP、SMP；间接通径系数总和的绝对值从大到小依次是D10、UPP、湿面筋含量、LPP/LMP、D50、灰分含量、破损淀粉含量、SMP、面筋指数、蛋白质含量、D[4，3]。其中，LPP/LMP 对面团吸水率的直接影响最大，表现为正效应，间接影响表现为负效应。D[4，3]对面团吸水率的影响主要是直接正效应，其间接影响较小。D10对面团吸水率的直接影响为负效应，间接影响为正效应，其间接影响绝对值更大，故总体表现为正效应。湿面筋含量、破损淀粉含量对面团吸水率既有直接影响，也有间接影响，且均为正效应，故总体表现为正效应。灰分含量、面筋指数对面团吸水率的直接影响为负效应，间接影响为正效应，其直接影响的绝对值更大，故总体表现为负效应。D50、UPP、SMP 对面团吸水率的直接影响和间接影响均为负效应，故总体表现为负效应。

面粉吸水形成面团是一个复杂的物理化学变化过程，面团吸水率由粒径分布、灰分含量、破损淀粉含量、蛋白质含量及组成等理化指标共同影响。杨钏等[10]研究表明，面粉蛋白质理化特性指标中对面团吸水率影响效应最大的是谷蛋白大聚体含量，决策系数为-0.501，总体为抑制效应，与本研究结果一致。大量研究表明，面筋蛋白组分是影响面筋质量的关键，麦谷蛋白与醇溶蛋白的比例对面筋网络的形成有重要影响，是影响面团质量特性的关键因素[28-33]。综上，提高小麦粉中的麦谷蛋白与醇溶蛋白的比例有助于提升面团吸水率。

2.5 小麦粉面团吸水率与其理化特性逐步回归分析

为进一步探讨小麦粉理化特性与面团吸水率的关系，构建面团吸水率的预测模型，本研究以面团吸水率（y）为因变量，以测定的小麦粉理化特性为自变量，做逐步回归分析。建立最优的逐步回归模型：y=34.076+0.705X1（湿面筋含量）+1.477X2（破损淀粉含量）-49.887X3（灰分含量）-0.101X4（D50）。逐步回归分析结果表明，湿面筋含量、破损淀粉含量、灰分含量、D50为影响面团吸水率的主要指标，共同决定面团吸水率89.06%的变异。

3 结论

本文研究结果表明，LPP/LMP、D[4，3]、湿面筋含量和破损淀粉含量对面团吸水率有较大的正向直接影响，灰分含量对面团吸水率有较大的负向直接影响。采用逐步回归分析方法构建的面团吸水率最优回归模型：y=34.076+0.705X1（湿面筋含量）+1.477X2（破损淀粉含量）-49.887X3（灰分含量）-0.101X4（D50），可为专用粉生产过程中吸水率的调控和预测提供参考。面粉中的关键组分对面团吸水过程的影响规律及其对面团吸水动力学的影响机制等仍需进一步探索。