灰色關聯分析法在不同小麥品種餅干品質評價中的應用

楊 濤，周 琴，姜 東，王 笑，蔡 劍，黃 梅，戴廷波，曹衛星

(南京農業大學，農業部小麥區域技術創新中心，江蘇南京 210095)

餅干作為消費者最喜愛的休閑食品之一，其產量在近二十年以23.22%的速率迅速增加[1]。而小麥粉作為制作餅干的主要原料，其不同理化性狀對餅干的品質具有很大影響。

一般認為，蛋白質含量和面團吸水率低、面團形成時間短的弱筋面粉適合制作優質餅干。當前，我國弱筋小麥的產量與品質難以協同提升，造成其難以全面達到國標要求。系統分析和評價面粉理化性狀與餅干品質關系，建立餅干品質評價的標準對弱筋小麥的開發利用有重要意義。

當前對餅干的評價方法大多都是基于酥性餅干用小麥粉商業標準(LS/T 3206-1993)，但此標準年代久遠，受當時研究水平的限制，餅干感官評價方法可操作性差，受評價人員主觀因素影響大，評價指標以及其權重設置不太合理，且缺少對餅干色澤的評價，導致最終的評價結果重復性和可靠性低。有研究者根據自己研究的需要對餅干的評價方法進行了一定的改進。如鉏曉艷等[2]基于模糊數學法，參考餅干商業標準中不同感官評價指標的權重，用精確的數學手段對感官評價體系中存在的大量模糊概念和模糊指標進行描述、建模，建立了餅干感官綜合評分體系；姜 松等[3]主要采用質構指標建立了一種餅干脆性評價的方法；郭意明等[4]主要以餅干硬度作為質構的關鍵指標評價餅干品質；Singh[5]用餅干硬度和脆性兩個指標評價餅干品質。李明娟[6]、Parsaei[7]、San[8]等結合質構特性和感官特性(色澤、外觀、氣味、口感)分別對餅干進行綜合評價。以上方法或較為單一或缺乏系統客觀性，導致評價結果可比性和重復性較差。

灰色關聯度分析是一種根據因素之間發展趨勢的相似或相異程度(灰色關聯度)來決定因素主次及其關聯程度的評價方法，在作物新品種的評價以及篩選上取得了很好的效果[9-11]。本研究擬選用一個商用餅干專用粉和8個不同蛋白質含量的小麥品種為材料，通過分析不同材料餅干的品質，基于灰色關聯分析法對餅干品質進行綜合評價，建立一種新的客觀系統的餅干評價方法，以期為弱筋小麥及其烘焙品質的評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

本試驗所用材料為江蘇省推廣面積相對較大、蛋白質含量有明顯梯度的8個小麥品種[淮麥33(HM33)、寧麥13(NM13)、揚富麥101(YFM101)、淮麥29(HM29)、蘇麥188(SM188)、淮麥35(HM35)、揚麥13(YM13)、農麥126(NM126)]和一個商用弱筋小麥面粉(ZL，由中糧集團廈門公司提供)。其中，8個小麥品種通過潤麥將籽粒水分調節到14%，用涿州ZS70-II型糧油磨粉機進行磨粉，出粉率為65%左右，面粉過100目篩，密封保存備用。

1.2 方 法

1.2.1 面粉常規指標測定

蛋白質含量測定采用凱氏定氮法(N×5.7)。參照GB/T 5506.1-2008方法測定面粉的濕面筋含量和面筋指數。參照GB/T 14614-2006方法，取10 g面粉用Brabender Farinograph E型粉質儀(Duisburg,德國)測定面團吸水量、形成時間和穩定時間。

1.2.2 餅干制作

參照酥性餅干用小麥粉商業標準(LS/T 3206-1993)進行餅干的制作。稱取100 g面粉和4.6 g奶粉，混勻放入和面機中，按照面粉吸水率，添加相應的水于28.5 g白砂糖中并加熱溶解，待冷卻后加入4.6 g飴糖、2 g淡奶油、15 g起酥油和15 g全蛋液，混勻后加入膨松劑(0.07 g小蘇打、0.3 g碳酸氫鈉、0.3 g食鹽)，全部倒入揉面機中，經過和面(2～3 min)、靜置(6 min)、壓花(2.5 mm)、烘烤(185 ℃、10 min)等工序制作餅干。所用烤箱為MB-622型電烤爐(江蘇新麥機械有限公司)，烘焙之后的餅干自然冷卻至室溫，用于后續指標測定和分析。

1.2.3 餅干物理指標的測定

在餅干烘烤出爐后冷卻至室溫，并在2 h之內測定餅干的重量、直徑、厚度和色澤。重復3次。以直徑和厚度的比值作為餅干的延展因子[12]。餅干色澤使用CS-10型色差計(杭州彩普科技有限公司)在暗室環境下測定完整餅干的L*(0，黑色；100，白色)，a*(-128，綠色；+128紅色)，b*(-128，藍色；+128，黃色)。參考Takeungwongtrakul[13]的方法，計算餅干的色差值(△E*)和色彩飽和度(△C*)。

(1)

(2)

式中，△L*、△a*、△b*表示小麥面粉制成餅干的色澤與中糧商用面粉制成餅干的色澤之差。

1.2.4 餅干質構指標的測定

利用TA-XT plus 型物性分析儀(Stable Micro Systems Company，英國)測定餅干的質構指標。使用P/5探頭對餅干進行三點彎曲試驗，測前速度為2.0 mm·s-1，測試速度為1.0 mm·s-1，測后速度為2.0 mm·s-1，觸發力為5 g，測定餅干的硬度、脆性和咀嚼性，其中硬度是指探頭接觸餅干開始到達到最大壓力的數值；脆性是指探頭接觸餅干開始到達到最大壓力(餅干最大硬度)時的距離，脆性的數值越大，表示餅干脆度越低；咀嚼性是硬度和脆性的綜合函數。

1.2.5 感官評價

餅干感官評價參照Patricia[14]的方法略作修改。采用線段打分的方法，每個指標共有10檔，以中糧商用面粉制作的餅干為對照，為防止出現試驗樣品的評分高于對照樣品，將對照樣品各項指標定為第九檔。各試驗樣品分別與對照樣品的各項指標進行比較，在相應的線段位置進行打分。餅干評價以花紋指標為例(圖1)。打分內容分別為花紋(10分)、色澤(10分)、形態(15分)、粘牙度(15分)、酥松度(20分)。

圖1 餅干花紋評價方法

1.2.6 綜合評價

從餅干感官特性、質構、色澤、延展性4個方面，選取餅干重量、直徑、厚度、延展性、硬度、脆性、咀嚼性、L*、△E*和感官評價共10個指標進行綜合評價，采用變異系數權重法對10個指標的權重關系進行分配[15]，參考崔 杰等[16]和李慧等[17]的方法，通過灰色關聯分析計算各個指標的關聯系數，將加權關聯結果作為餅干綜合評價結果。

(1)因子權重賦予：為確定各指標在整個品質指標體系中所占的權重，采用變異系數權重法對各因子的權重進行賦予，因子的變異系數越大，所被賦予的權重越大，本試驗所賦予的權重按照公式(3)、(4)進行計算。

(3)

(4)

(2)灰色關聯分析：將所選取的評價餅干品質的指標作為一個灰色系統，每一個指標就是灰色系統中的一個因素。通過數據無量綱、計算參考序列和比較序列之間的絕對差值，通過灰色關聯系數計算加權關聯度，對餅干進行綜合評價。

為保障各個指標處于同一個比較級別，按照王 會等[18]的方法對各指標的數值進行無量綱化，具體見公式(5)。

(5)

選取中糧商用面粉所制作的餅干作為參照，將其各項所構成的數列作為參考序列，計算參考序列和對照序列的絕對差值。根據公式(5)計算的無量綱化結果，選取中糧商用面粉的各項指標作為參考序列進行處理，按照公式(6)計算參考序列并比較序列各個對應指標之間的絕對差值。

△Yk=∣Yik-Y0k∣

(6)

式中，Y0k為參考序列中糧商用面粉第k個指標無量綱值；Yik為其他比較序列各個小麥品種第k個指標無量綱值；△Yk為兩個序列第k個指標序列的絕對差值。

按照公式(7)、(8)計算關聯系數和關聯度。

(7)

(8)

式中，ξk為各項指標的灰色關聯系數，ρ為分辨系數，范圍∈[0,1],通常取值0.5；△Ykmin和為△Ykmax分別為一級最小差值和一級最大差值，即找到絕對差值中的最小值與最大值。Xk為各品種的加權關聯度。

1.3 數據處理

采用Excel 2016處理數據，用SPSS 21.0進行方差分析、相關性分析，用Origin 8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同小麥品種面粉的品質性狀

從表1可以看出，蛋白質含量和濕面筋含量變化趨勢比較一致，總體表現為蛋白質含量高的面粉，濕面筋含量、面筋指數較高。從粉質參數的變化看來，部分品種面團吸水量隨著蛋白含量遞增呈增加的趨勢，但揚麥13和農麥126雖蛋白質含量較高，但面粉的吸水率較低。面團形成時間長的面粉，面團穩定時間也長，但和蛋白質含量、濕面筋含量相關性不明顯，如HM35的面團形成時間和穩定時間顯著高于其他品種，但其蛋白質含量和濕面筋含量不是最高。

表1 不同品種小麥面粉和面團性狀

2.2 不同小麥品種餅干的品質分析

2.2.1 餅干的外觀、質構特性及感官評分分析

餅干的重量隨著小麥蛋白質含量的增加呈現增加的趨勢，在7.43～15.58 g間(表2)，不同品種面粉所制作餅干重量之間的差異顯著，其中，以商用弱筋粉制作的餅干重量最低，農麥126的重量最大。餅干直徑為42.70～42.94 mm，總體隨蛋白含量增加而減少。餅干的厚度為4.52～ 7.42 mm，隨著面粉蛋白質含量的增加基本呈現增加的趨勢。餅干的延展因子隨著面粉蛋白質含量的增加呈現下降的趨勢。

不同小麥面粉制作的餅干硬度變化范圍為937.4～2 256.4 g，變化幅度達140.77%，且隨著面粉蛋白質含量的增加總體呈現上升趨勢，以蘇麥188面粉制作的餅干硬度最大。餅干的脆性和咀嚼性表現與硬度的變化趨勢相同，測定值整體隨著小麥面粉蛋白質含量增加呈現增加趨勢。

餅干的色澤整體上隨著面粉蛋白質含量增加呈先變黑后變白的趨勢(圖2)。其中，揚富麥101的白度(L*)最低，農麥126的L*最高。餅干的a*和b*呈現和L*相反的變化趨勢。從表3可以看出，色差值(ΔE*)的整體變化呈現“V”字形變化，同樣地，色彩飽和度差值(ΔC*)呈現和色差值(ΔE*)相同的變化趨勢，即餅干的色彩飽和度越加明顯，餅干泛白程度更加明顯。

圖2 不同小麥品種面粉制作的餅干

餅干的感官評分整體隨著面粉蛋白質含量的增加呈先上升后下降的趨勢，其中揚富麥101總分較高(表2)。

表2 不同小麥面粉制作餅干的物理參數及感官評分

感官評價的餅干色澤評分與色差儀測定的L*之間呈極顯著正相關(R2=0.824 3)(圖3A)；餅干的硬度感官評分與質構儀測定的結果也呈現極顯著正相關(R2=0.843 6)(圖3B)。這說明餅干感官評價的結果和儀器測定的結果趨勢基本 一致。

圖3 餅干感官評分與儀器測量數據之間的相關性

2.2.2 小麥面粉特性與餅干品質相關性分析

從表3可以看出，面粉蛋白質含量、面粉濕面筋含量和面筋指數與餅干的重量、厚度、硬度、脆性、咀嚼性和L*呈顯著正相關關系與餅干的延展性、a*、b*及感官評分呈顯著負相關，但與餅干直徑相關性不顯著。面粉吸水率、面團形成時間和穩定時間與餅干各項被測指標之間的相關性均不顯著。

表3 不同小麥面粉與餅干間的相關性分析

2.3 小麥對餅干品質影響的綜合評價

2.3.1 餅干各項品質指標權重分析

如表4所示，不同指標的變異系數有所不同，咀嚼性、感官評價及硬度的變異系數較高，而直徑和L*的變異系數較低，基于變異系數權重法確定十個品質指標的權重，餅干重量、直徑、厚度、延展性、硬度、脆性、咀嚼性、L*、△E*和感官評價的權重分別為0.103、0.001、0.084、0.100、0.128、0.121、0.180、0.028、0.122、0.139。餅干重量、延展性、硬度、脆性、咀嚼性、△E*和感官評價等指標與面粉性狀的相關性較大，因此在反映不同小麥品種餅干品質時的離散程度較大，變異系數較高，在所有品質指標中所占權重較大，能客觀、全面反映不同品種小麥對餅干品質的影響。

表4 餅干各項品質指標權重分析

2.3.2 餅干各項指標的無量綱化處理

根據表5中無量綱化的結果，選取商用面粉為“理想型”，將其各項指標作為參考序列進行處理，計算出參考序列和比較序列各個對應點之間的絕對差值。結果見表6，其中一級最大和最小差值分別為1.385 8和0.000 0。

表5 餅干各項指標數據無量綱化結果

表6 參考序列與比較序列之間的絕對差值

2.3.3 灰色關聯分析

依據絕對差值結果(表6)計算灰色關聯系數 和加權關聯度，結果見表7。按照灰色關聯分析的原則，關聯度大的序列與參考系列最為接近，即關聯度大的小麥品種更加接近“理想型”。從表7看來，加權關聯度由大到小的排序為淮麥33>寧麥13>揚富麥101>淮麥29>蘇麥18>淮麥35>揚麥13>農麥126，其中，淮麥33的加權關聯度最大(0.843)，與商用弱筋粉最為接近，其次是寧麥13(0.805)，而農麥126的加權關聯度最低(0.476)，與商用弱筋粉相差最大。依據感官評價結果由大到小的排序為揚富麥101>寧麥13>淮麥33>淮麥29>蘇麥18>揚麥13>淮麥35>農麥126，通過加權關聯度評價結果和依據感官評分排序結果的相關性計算，發現排序秩次的Spearman秩相關系數為0.881，表明依據加權關聯度對不同品種小麥的排序和依據感官評分的排序接近一致。

表7 參考序列與比較序列的灰色關聯系數(ξk)

3 討 論

3.1 小麥品質對餅干品質的影響

餅干品質很大程度上受到小麥面粉品質的影響。本研究結果顯示，餅干重量、厚度隨面粉蛋白質含量增加而增加，而延展性卻表現出相反的變化趨勢，直徑整體呈變小的趨勢，但是品種間差異不大，這與Pareyt[19]和Mamat[20]等的研究結果類似，這是由于面粉中蛋白質結合水后形成面筋網絡結構，賦予面團粘著性和內聚性[19-21]，不利于餅干的延展，造成餅干延展因子下降。面團中面筋蛋白網絡在烘焙過程中形成交聯網絡結構[22]，導致餅干的硬度和咀嚼性增加，脆度下降。餅干的白度L*隨著面粉蛋白質含量的增加呈先下降再升高的“V”字形變化趨勢，餅干的L*先下降是因為餅干烘焙過程中面團蛋白質含量增高促進美拉德反應，導致餅干色澤變黑[23]，隨后上升是因為餅干蛋白含量過高，面團吸水量隨之增加，造成餅干在烘焙過程中的水分相對蒸散量較少，對美拉德反應和焦糖化反應的進程造成一定的限制[24]。

3.2 小麥對餅干品質影響的綜合評價分析

當前餅干的評價方法主要以酥性餅干用小麥粉LS/T 3206-1993為主，其以感官評價為主，受評價人個人喜好影響較大，評價結果重復性和可靠性不高。同時該方法不同樣品間分值差距小，無法準確反映不同原料間品質差異。本研究通過變異系數權重法和灰色關聯分析法將餅干感官評價和儀器評測結合在一起，對餅干進行綜合全面的評價。儀器評測能夠克服感官評價結果的主觀性，而儀器評測也需要感官評價結果進行驗證，否則易偏離人的口感。研究結果顯示，感官評價中的色澤和酥松度與儀器測定的L*和質構中的硬度均呈極顯著正相關，因此感官評價和儀器分析相結合的評價體系能夠更加全面的反映餅干的品質。參照Stefanowicz[25]的線段打分方法，使不同小麥面粉的品質差異充分體現出來(表2)。除了感官評價，本研究還選取餅干外觀指標(重量、直徑、厚度、延展性、L*、a*、b*、ΔE*、ΔC*)、質構指標(硬度、脆性、咀嚼性)對餅干品質進行評價。

在利用加權關聯度對餅干品質進行綜合評價時，權重的分配非常關鍵，而在前人的研究中，對于權重的分配都是基于主觀經驗確定。而任廣躍等[26]對懷山藥干燥全粉品質的評價中利用變異系數權重法獲取5種懷山藥全粉制品的綜合評分，確定了最佳的干燥方式。米曉蘭[27]通過變異系數權重法對祁菊不同采收期有效成分含量研究，確定了祁菊花最佳采收期。由此可以看出，變異系數權重法是一種客觀的賦權方法。本研究基于變異系數權重法確定各項指標在綜合評價中的權重，發現重量、延展性、硬度、脆性、咀嚼性、△E*和感官評價等指標所占的權重較大。灰色關聯分析方法通過尋求系統中各因子之間的數值關系，提供了一種度量兩個因子之間距離的方法，反映兩個因子的形態和走勢是否相近，這一方法在對不同產地蘋果品質的綜合評價及篩選[28]、不同干燥方式對蕪菁脆片品質影響[29]等方面也都得到了很好的應用。本研究基于灰色關聯分析方法對餅干的儀器評測指標和感官評價結果進行綜合分析，發現加權關聯度排序和感官評分結果排序秩次的秩相關系數達到極顯著水平。說明本研究中的灰色關聯分析方法不僅體現出可靠的統計學基礎，而且還充分利用餅干的各項品質指標以及感官評價結果，通過構造“理想型”，既體現出對小麥品種優選的要求，又實現對餅干品質的更加全面和合理的評價。

4 結 論

不同小麥品種制作餅干的外觀特性、質構特性和感官特性存在較大差異。餅干重量、延展性、硬度、脆性、咀嚼性、△E*和感官評價指標在綜合評價中的權重較高，灰色關聯分析法可用于餅干的綜合評價，簡單易行且結論明確。