閆博文，管璐靜，趙建新，* ，范大明，楊化宇，蔡一芥，馬申嫣，連惠章，張 灝

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122;2.無(wú)錫華順民生食品有限公司，江蘇無(wú)錫214218;3.蘇州旅游與財(cái)經(jīng)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇蘇州215104)

饅頭作為一種中國(guó)傳統(tǒng)主食，深受我國(guó)老百姓的喜愛(ài)。然而，由于不同地域?qū)︷z頭品質(zhì)要求的差異，通常可將饅頭分為北方饅頭、南方饅頭和廣式饅頭，三者的質(zhì)地、配方及加工方法等均存在著一定的差異［1］。在質(zhì)地方面，北方饅頭主要表現(xiàn)為質(zhì)地均勻、咬勁強(qiáng)且爽口不粘牙;而南方饅頭傾向于結(jié)構(gòu)松軟、咬勁一般，且富有彈性［2］;廣式饅頭則與南方饅頭較為相似，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)松軟，口感細(xì)膩，并通常伴有一定的甜味［3］。在配方上，北方饅頭主要以面粉、水以及酵母為主，而南方饅頭與廣式饅頭則在其基礎(chǔ)上，加有糖、起酥油以及泡打粉等輔料，用于改善其質(zhì)構(gòu)特征。而針對(duì)加工方法，北方饅頭多采用間接面團(tuán)法加工制作產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)在于加工方式包含兩個(gè)醒發(fā)過(guò)程，面團(tuán)需二次醒發(fā)前再次加入生粉，揉制成型。而這種方法不適用于南方饅頭和廣式饅頭的加工，其主要原因在于采用間接面團(tuán)法制得產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)較硬，與南方饅頭和廣式饅頭的松軟結(jié)構(gòu)相悖，因此多采用直接面團(tuán)法加工制作［4］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，市售約40%的小麥被用于制作饅頭，尤其是北方饅頭［5］，此外，調(diào)查還發(fā)現(xiàn)饅頭在我國(guó)北方百姓膳食結(jié)構(gòu)組成中約占到三分之二［6］。因此，上述事實(shí)反映出北方饅頭在我國(guó)占據(jù)著重要的主導(dǎo)地位。

關(guān)于饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建方面的研究，早在20 世紀(jì) 90 年代便有學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究［7－8］。Huang等［9］基于相關(guān)性分析研究發(fā)現(xiàn)色度儀參數(shù)可較好地反映饅頭的色澤屬性。何勝美等［10］利用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像分析提取饅頭結(jié)構(gòu)的氣孔特征，以評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)視覺(jué)分析在饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)中的作用。結(jié)果表明饅頭氣孔圖像特征的評(píng)價(jià)與感官評(píng)價(jià)具有較高的一致性，因此計(jì)算機(jī)圖像分析能夠較好地反映饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)劣。孫輝等［11］研究小麥粉饅頭品嘗評(píng)分與物性測(cè)試儀質(zhì)構(gòu)指標(biāo)之間的關(guān)系，探討質(zhì)構(gòu)測(cè)試在評(píng)價(jià)小麥粉饅頭加工品質(zhì)中的應(yīng)用。結(jié)果表明，質(zhì)構(gòu)測(cè)試能夠使品嘗指標(biāo)量化，便于數(shù)據(jù)處理和分析。然而，基于北方饅頭客觀物性量化指標(biāo)而建立的綜合性品質(zhì)評(píng)價(jià)體系的相關(guān)報(bào)道較少。目前，中國(guó)常用饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)通常由3～5人組成的專(zhuān)家小組對(duì)饅頭品質(zhì)進(jìn)行感官評(píng)定［12－13］。感官評(píng)定前期，專(zhuān)家小組需通過(guò)專(zhuān)門(mén)的感官培訓(xùn)，耗時(shí)長(zhǎng)，成本投入較大。因此，探索一種簡(jiǎn)單易行、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、且重復(fù)性好的品質(zhì)評(píng)價(jià)方法，已成為我國(guó)北方饅頭研究領(lǐng)域中亟待解決的問(wèn)題之一。

為此，本文以17種市售北方饅頭為研究對(duì)象，基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法研究其物性指標(biāo)和感官評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相互關(guān)系，篩選出客觀評(píng)價(jià)北方饅頭品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)而基于主成分分析建立了北方饅頭的品質(zhì)評(píng)價(jià)體系。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試饅頭樣品 山東省濟(jì)南市購(gòu)買(mǎi)饅頭樣品6種，河南省鄭州市購(gòu)買(mǎi)饅頭樣品6種，河南省濮陽(yáng)市購(gòu)買(mǎi)饅頭樣品5種。供試樣品均來(lái)自于當(dāng)?shù)鼐哂辛己孟M(fèi)客戶群體的商家，具備北方饅頭的基本特征，共計(jì)17種，編號(hào)為1～17。驗(yàn)證饅頭樣品:在山東省青島市購(gòu)買(mǎi)饅頭樣品5種;在河南省洛陽(yáng)市購(gòu)買(mǎi)饅頭樣品5種。驗(yàn)證樣品均來(lái)自于當(dāng)?shù)鼐哂辛己孟M(fèi)客戶群體的商家，均具備北方饅頭的基本特征，共計(jì)10 種，編號(hào)為 A～J。

SM－302N型切片機(jī) 無(wú)錫新麥機(jī)械有限公司;TA－XTPlus物性分析儀 英國(guó)Stable Micro System公司;高精度分光測(cè)色儀 美國(guó)Hunterlab公司;蒸箱博西家用電器(中國(guó))有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 北方饅頭的復(fù)熱處理 為了保證饅頭物性品質(zhì)的一致性，對(duì)市售采購(gòu)得到的饅頭進(jìn)行復(fù)熱處理，即汽蒸復(fù)熱15 min，室溫冷卻30 min，待其冷卻自然后進(jìn)行理化性質(zhì)檢測(cè)和感官評(píng)價(jià)分析。

1.2.2 北方饅頭感官評(píng)價(jià) 由于加工方法與配方的不同而導(dǎo)致北方饅頭與南方饅頭在質(zhì)地和風(fēng)味均存在著顯著的差異，而風(fēng)味因其成分復(fù)雜，且不同物質(zhì)之間存在著協(xié)同效應(yīng)，定性較為困難［9］。因此本文在制定北方饅頭的感官評(píng)價(jià)方法中忽略了其風(fēng)味屬性的構(gòu)成，主要針對(duì)北方饅頭質(zhì)地特性進(jìn)行比較分析。本文所采用的饅頭感官評(píng)價(jià)方法參照GB/T 17320－2013［13］和澳大利亞面包研究所(BRI)中國(guó)北方饅頭評(píng)價(jià)方法［14］，并做適當(dāng)修改，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 北方饅頭感官品質(zhì)指標(biāo)評(píng)分表Table 1 Scoring system of sensory quality items of Chinese northern steamed bread

感官評(píng)價(jià)小組由10名以前從事過(guò)饅頭感官評(píng)定的專(zhuān)業(yè)食品感官人員組成(其中男性5名、女性5名)，感官評(píng)定前期，所有成員需接受為期3 d的關(guān)于饅頭的感官術(shù)語(yǔ)的培訓(xùn)，以便了解并接觸饅頭評(píng)價(jià)指標(biāo)和具體評(píng)價(jià)流程［15］。

1.2.3 北方饅頭比容的測(cè)定 北方饅頭比容的測(cè)定采用菜籽置換法［16］。

1.2.4 北方饅頭徑高比的測(cè)定 用游標(biāo)卡尺測(cè)量饅頭的高度和饅頭底部的直徑，徑高比=饅頭直徑/饅頭高度，每批次樣品重復(fù)三次取平均值［17］。

1.2.5 色度測(cè)定 饅頭色度測(cè)定使用高精度分光測(cè)色儀。L值表示黑－白(亮)度，值越大則越白(亮)［18］。饅頭色澤:取蒸制好冷卻1 h后的饅頭，取饅頭皮，直接放置在高精度分光測(cè)色儀上進(jìn)行測(cè)量，每批樣品測(cè)量3次求其平均值。

1.2.6 TPA測(cè)試 取同批的三個(gè)饅頭，切成長(zhǎng)、寬均為35 mm、厚度為25 mm的均勻長(zhǎng)方體。采用TAXT2i型物性分析儀，P/35壓盤(pán)式探頭。測(cè)試參數(shù)設(shè)定為:壓縮率為40%，測(cè)前速度1 mm/s，測(cè)試速度1.7 mm/s，測(cè)后速度10 mm/s，測(cè)應(yīng)量:strain。每個(gè)樣品重復(fù)三次取平均值［19］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS Statistics 17.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素 ANOVA分析、相關(guān)性分析及主成分分析(Principle Component Analysis，PCA);利用 Xlstat軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析及偏最小二乘法分析;所有數(shù)據(jù)結(jié)果均來(lái)自于三次獨(dú)立試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 北方饅頭基礎(chǔ)物性指標(biāo)的確立

為了確定北方饅頭物性指標(biāo)間的關(guān)系以便縮減物性指標(biāo)的數(shù)量，本文對(duì)北方饅頭包括硬度、咀嚼度、膠著性、彈性、黏聚性、回復(fù)性、比容、徑高比和色差L值在內(nèi)的9個(gè)物性指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)聚類(lèi)分析，結(jié)果如圖1所示。其中同聚為一類(lèi)的物性指標(biāo)之間具有密切的相關(guān)性，可選用1個(gè)因素代表同一類(lèi)中的其余因素;單為一類(lèi)的品質(zhì)因素則具有相對(duì)獨(dú)立性［20］。

圖1 北方饅頭物性指標(biāo)的聚類(lèi)分析譜系圖Fig.1 Cluster dendrogram of physical items of Chinese northern steamed bread

如圖1所示，在相似系數(shù)為0.40時(shí)，比容、徑高比與彈性歸為一類(lèi)，硬度、咀嚼度、膠著性與L歸為一類(lèi)，其它屬性各為一類(lèi);而在相似系數(shù)為0.90時(shí)，硬度、咀嚼度與膠著性可歸為一類(lèi)，其它屬性則各為一類(lèi)。為使同類(lèi)物性指標(biāo)間具有更好的可替代性，故本文選擇高相似系數(shù)0.90，即將硬度、咀嚼度與膠著性歸為一類(lèi)，屬性間可相互替代，而其他屬性則各成一類(lèi)。上述結(jié)論與部分研究報(bào)道具有相似的結(jié)論，崔麗琴等［21］研究發(fā)現(xiàn)隨著豆渣粉添加量的增加，饅頭的硬度、咀嚼性及膠著性呈顯著增加趨勢(shì);馮世德等［22］研究發(fā)現(xiàn)隨著玉米粉的添加，饅頭的硬度、膠著性及咀嚼性均增加。何承云等［23］研究發(fā)現(xiàn)添加一定量的黃原膠，饅頭的硬度、膠著性和咀嚼性均減小。為了進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文對(duì)北方饅頭物性指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果如圖2所示(不相關(guān)及相關(guān)不顯著的特征未列出)。由圖2可知，北方饅頭硬度、咀嚼性與膠著性三者之間呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，即硬度、咀嚼度與膠著性間可相互替代。此外，研究報(bào)道表明，硬度是發(fā)酵面食品品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要的指標(biāo)之一［14，16，19，24］，因此，本文選用硬度代替咀嚼度與膠著性屬性開(kāi)展后續(xù)的研究工作。

圖2 北方饅頭物性指標(biāo)的相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis of physical items of Chinese northern steamed bread

2.2 北方饅頭基礎(chǔ)物性指標(biāo)與感官品質(zhì)評(píng)價(jià)關(guān)系的建立

為了進(jìn)一步研究物性指標(biāo)與感官品質(zhì)評(píng)價(jià)間的相互關(guān)系，本文將篩選得到的北方饅頭基礎(chǔ)物性指標(biāo)與感官品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了偏最小二乘法的(Partial Least Squares Regression，PLS)分析，結(jié)果如圖 3所示。在PLS分析中，兩個(gè)變量之間的距離說(shuō)明兩者之間的相關(guān)性:距離越接近，正相關(guān)性越強(qiáng);相反，兩者在距離圓心相反的位置，則負(fù)相關(guān)性越強(qiáng)［25］。由圖3所示，指標(biāo)主要分為三類(lèi)，第一類(lèi)為物性指標(biāo)硬度、L值與感官指標(biāo)外觀形狀、凝聚性、表面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面色澤;第二類(lèi)為物性指標(biāo)比容、徑高比、彈性與感官指標(biāo)比容得分、彈性得分、粘性、總分;由于物性徑高比測(cè)定指標(biāo)與饅頭感官品質(zhì)呈反比，即物性測(cè)定徑高比值越大，則感官指標(biāo)徑高比分值越低。通過(guò)圖3可以得出，物性指標(biāo)徑高比與感官指標(biāo)徑高比得分在距離圓心相反的位置，兩指標(biāo)呈顯著的負(fù)相關(guān)性。其中在物性指標(biāo)徑高比的測(cè)定中，故可將徑高比與徑高比得分歸為第三類(lèi)。

圖3 北方饅頭物性指標(biāo)與感官品質(zhì)的PLS圖Fig.3 PLScorrelation plot of注:X:感官品質(zhì)，Y:物性指標(biāo)。

為了更直觀的表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)北方饅頭物性指標(biāo)與感官品質(zhì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示，L值與表面色澤、表面結(jié)構(gòu)呈極顯著正相關(guān)，硬度、L值與外觀形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、凝聚性呈極顯著正相關(guān)。因此，物性指標(biāo)硬度、L值與感官指標(biāo)外觀形狀、凝聚性、表面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面色澤可歸為一類(lèi)，可以選用硬度、L值代替外觀形狀、凝聚性、表面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面色澤。此外，比容和比容得分、粘性呈極顯著正相關(guān)性(p＜0.01)，彈性、比容與比容得分呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，彈性與彈性得分呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，故物性指標(biāo)比容、彈性與感官指標(biāo)比容得分、彈性得分、粘性、總分可歸為一類(lèi)，可選用比容、彈性代替比容得分、彈性得分、粘性和總分。由于徑高比與徑高比得分呈極顯著負(fù)相關(guān)性(p＜0.01)，因此，本文將兩者作為第三類(lèi)指標(biāo)，并選用徑高比代替徑高比得分。

表2 北方饅頭物性指標(biāo)與感官品質(zhì)間的相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation analysis of Chinese northern steamed bread sensory quality and physical items

綜上所述，物性指標(biāo)和感官品質(zhì)評(píng)價(jià)間存在一定的相關(guān)性，故可選用物性指標(biāo)硬度、彈性、比容、徑高比和L值作為饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵性物性指標(biāo)。此外，基于樣品的屬性特征，此品質(zhì)評(píng)價(jià)體系中關(guān)鍵性物性指標(biāo)應(yīng)具有適當(dāng)范圍加以限定，即硬度在684.5～2307.2 g，彈性在 0.90～0.97，比容在 2.24～2.62 mL/g，徑高比在1.32～1.63，L 值在73.5～90.1。

2.3 基于主成分分析的北方饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)體系的建立

主成分分析法是將原來(lái)的指標(biāo)壓縮，重新組成一組新的互相無(wú)關(guān)的幾個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)代替原來(lái)指標(biāo)，利用幾個(gè)較少的綜合指標(biāo)反映原來(lái)指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)方法［26］。為了建立北方饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)體系，本實(shí)驗(yàn)對(duì)北方饅頭的硬度、彈性、比容、徑高比、L值5個(gè)關(guān)鍵性物性指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行了主成分分析，以特征值大于1為標(biāo)準(zhǔn)，選擇前兩個(gè)分量，其主成分特征值及累計(jì)百分比見(jiàn)表3，結(jié)果可知，第1主成分的貢獻(xiàn)率為43.014%，第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為31.047%，二者累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為74.061%，包含了絕大多數(shù)信息，能反映北方饅頭的整體信息，因而可以選前兩個(gè)主成分進(jìn)行分析。

表3 北方饅頭評(píng)價(jià)指標(biāo)前2個(gè)主成分的特征值與累計(jì)百分比Table 3 Eigenvalues and cumulative percentage of first three principal components

各評(píng)價(jià)指標(biāo)在主成分上的分布如表4所示。根據(jù)表4中北方饅頭評(píng)價(jià)指標(biāo)主成分特征向量表的數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)主成分的表達(dá)式，結(jié)果如公式(1)、式(2)所示。

表4 北方饅頭評(píng)價(jià)指標(biāo)主成分特征向量表Table 4 Eigenvalues for principal components for all the parameters of Chinese northern steamed bread

以表3初始結(jié)果方差百分比，即每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取的主成分特征值之和的比例為權(quán)重，得主成分綜合得分公式Z=0.43014Z1+0.31047Z2=0.115X1+0.452X2+0.391X3+0.421X4+0.017X5，此公式顯示在合適的范圍內(nèi)，硬度、彈性、比容、徑高比和L值越高越好。

為使主成分綜合得分在一百以?xún)?nèi)，令主成分綜合得分Y=(Z－Zmin) ×100/(Zmax－Zmin)，計(jì)算各樣品的主成分綜合得分。

為了檢驗(yàn)基于主成分分析評(píng)價(jià)北方饅頭品質(zhì)的可行性，本文對(duì)比了各樣品的感官評(píng)分、主成分綜合得分及排名，結(jié)果如表5所示。表5結(jié)果顯示除了11號(hào)、13號(hào)、16號(hào)有較大的浮動(dòng)，其它樣品的主成分綜合得分排名與感官評(píng)分排名基本一致，這顯示基于主成分分析物性指標(biāo)評(píng)價(jià)北方饅頭具有一定的可行性。

表5 北方饅頭感官評(píng)分與主成分綜合得分及排名Table 5 Ranking of Northern steamed bread sensory score and principal component comprehensive score

2.4 北方饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)體系的驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證基于主成分分析評(píng)價(jià)北方饅頭品質(zhì)的可行性，本文選擇了10種北方饅頭樣品，標(biāo)記為A至J對(duì)比了其主成分綜合得分排名與感官評(píng)分排名，驗(yàn)證結(jié)果如表6北方饅頭主成分綜合得分與感官評(píng)分及排名所示。表6結(jié)果顯示除了C、G、J有略微的浮動(dòng)外，其它樣品的主成分綜合得分排名與感官評(píng)分排名基本一致，因此基于主成分分析物性指標(biāo)評(píng)價(jià)北方饅頭具有可行性。

表6 北方饅頭主成分綜合得分與感官評(píng)分及排名Table 6 Ranking of Northern steamed bread sensory score and principal component comprehensive score

因此本文利用主成分分析法，將復(fù)雜的信息簡(jiǎn)單化，提供了一種儀器化評(píng)價(jià)北方饅頭品質(zhì)的方法。該方法可操作性強(qiáng)，重復(fù)性好，便于客觀評(píng)價(jià)北方饅頭品質(zhì)。

3 結(jié)論

以17種市售北方饅頭為材料，采用系統(tǒng)聚類(lèi)分析北方饅頭包括硬度、咀嚼度、膠著性、彈性、黏聚性、回復(fù)性、比容、徑高比和色差L值在內(nèi)的9個(gè)物性指標(biāo)，結(jié)果顯示在相似系數(shù)為0.90時(shí)，硬度、咀嚼度與膠著性歸為一類(lèi)，屬性間可相互替代，其它屬性則各為一類(lèi)。并且，本文對(duì)北方饅頭物性指標(biāo)的相關(guān)性分析證明北方饅頭硬度、咀嚼性與膠著性三者之間呈極顯著正相關(guān)。因此，本文選用硬度代替咀嚼度與膠著性屬性開(kāi)展后續(xù)的研究工作。

基于北方饅頭感官品質(zhì)數(shù)據(jù)與北方饅頭基礎(chǔ)物性指標(biāo)的PLS分析與相關(guān)性分析，北方饅頭物性指標(biāo)和感官品質(zhì)評(píng)價(jià)間存在一定的相關(guān)性，故可選用物性指標(biāo)硬度、彈性、比容、徑高比和L值作為饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵性物性指標(biāo)。此外，基于樣品的屬性特征，此品質(zhì)評(píng)價(jià)體系中關(guān)鍵性物性指標(biāo)應(yīng)具有一定范圍，即硬度在684.5～2307.2 g，彈性在0.90～0.97，比容在 2.24～2.62 mL/g，徑高比在 1.32～1.63，L 值在73.5～90.1。

基于主成分分析北方饅頭的關(guān)鍵性物性指標(biāo)，得到主成分綜合得分公式Z=0.115X1+0.452X2+0.391X3+0.421X4+0.017X5(X1:硬度;X2:彈性;X3:比容;X4:徑高比;X5:L)，顯示在合適的范圍內(nèi)，硬度、彈性、比容、徑高比和L值越高越好。同時(shí)為使主成分綜合得分在一百以?xún)?nèi)，令主成分綜合得分Y=(Z－Zmin)×100/(Zmax－Zmin)。并且，本文對(duì)比了10種北方饅頭主成分綜合得分排名與感官評(píng)分排名進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示主成分綜合得分排名與感官評(píng)分排名基本一致，證明了基于主成分分析物性指標(biāo)評(píng)價(jià)北方饅頭具有良好的可行性。