张桂英1， 张喜文1，申瑞玲2，李 萍1，杜文娟1，姜龙波1
(1.山西省农业科学院谷子研究所, 山西 长治 046011；2. 郑州轻工业学院，河南 郑州 450000)
摘 要：采用主成分和因子分析方法对山西小米-小麦混合粉的粉质特性和拉伸特性进行分析和评价。结果表明，面团流变学各指标间相关性显著，主成分和因子分析适合于对小米-小麦混合粉粉质特性和拉伸特性进行综合评价。通过分析各成分的特征值和方差贡献率，前2个主成分的累计贡献率已达91.18%，并且总方差73.99%的贡献来自于因子1，所对应的形成时间、稳定时间、弱化度、吸水率是小米-小麦混合粉流变学特性的特征指标。第1、2主成分反映了面团流变学的综合信息，从而体现出山西不同小米品种加工品质优劣，根据主成分的综合得分，长农35和长生07流变学特性好，长农40、112和113流变学特性较差。
关键词：小米；小麦；面团流变学；主成分；因子分析
谷子又名粟，是我国古老的栽培作物之一[1]。我国谷子的分布面积较广，主产区为华北、西北、东北地区[2]。其中山西省由于复杂多样的地形和气候，造就了山西不仅是谷子的主产区，也是拥有沁州黄等多个知名谷子品种的优质产区。谷子脱壳后称为小米，小米富含碳水化合物、蛋白质、脂肪三大营养素和多种维生素、矿物质等微量营养物质，脂肪含量高于大米和小麦，且各种营养成分易被人体吸收[3-6]。
面团流变学特性不仅决定了加工过程中面团操作性能，而且对产品的品质有重要影响，是评价小麦粉加工品质的重要指标[7-11]。小米粉不含面筋蛋白，无法形成面团网状结构[12-13]，不能形成具有粘弹性的面团，可塑性极差。将小米粉添加到小麦粉后，从小米-小麦混合粉的角度，研究山西不同品种的小米粉加工特性,对小米的深加工具有重要意义。目前国内外对小米的研究主要集中在品种选育，淀粉特性，挤压膨化等方面，对小米加工品质研究报道较少。本研究是以山西小米品种，按0%～35%的比例添加到小麦粉中，利用主成分和因子分析对小米-小麦混合粉流变学特性进行分析，筛选出特定的品种，确定最佳的添加比例，旨在为小米的深加工提供理论依据。
长农35、青谷、长生07、长农40、112、113谷子品种：由山西农科院谷子研究所提供，其中112、113为糯性品种；大同29：由山西农科院高寒区作物研究所提供；晋谷51：由山西农科院作物科学研究所提供；晋谷21：由山西农科院经济作物研究所提供。小麦粉(特一粉)：郑州中粮粮油工业有限公司。
MF-304磨粉机：广州市雷迈机械设备有限公司；Farinograph-AT粉质仪、Extensograph-E拉伸仪、Brabender微型黏度糊化仪：德国Brabender公司。
1.3.1 小米粉制备流程
小米→除杂→干燥→磨粉→过筛(100目)→小米粉。
1.3.2 配粉
将小米粉与小麦粉按质量比进行梯度配粉，小米粉所占比例分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%。配粉后充分混匀并过80目筛进行测定。
1.3.3 流变学特性测定
粉质特性参数采用德国布拉本德粉质仪，参照ICC，No.115和GB/T 14614—2006方法进行测定；拉伸特性参数采用德国布拉本德拉伸仪，参照ICC标准，No.114和GB/T 14615—2006方法进行测定。
1.3.4 数据处理
每次实验均重复3次，采用SPSS18.0统计分析软件，对小米-小麦混合粉流变学特性的进行主成分分析和因子分析。
将9个品种小米粉以不同比例分别添加到小麦粉中，粉质和拉伸特性参数测定结果见表1，从表1可以看出，吸水率变异系数为3.7 %，比较小，其他8项指标的变异系数均较大，特别是形成时间、稳定时间和拉伸曲线面积的变异系数更大，说明不同品种不同添加比例的混合粉品质指标差异较大。
表1小米-小麦混粉粉质和拉伸特性参数测定结果
因子分析是用少量的因子来解释原有变量之间的相关性，要求原有变量之间存在显著的相关性，从中能综合反映某些变量共同特征的少数公共因子[14]。本研究采用统计软件SPSS18.0的因子分析法对原始数据进行预处理，将原有9个变量进行标准化处理，得出各变量之间的相关系数见表2，结果表明99%的相关系数大于0.3, 9个原始变量存在信息上的重叠，其相关性比较强，因此可以用适当的因子模型解释变量之间的关系[15]。
表2各指标间的相关系数
注：* 在0.05水平上显著相关； ** 在 0.01水平上显著相关。
2.2.1 混合粉流变学特性的主成分分析
通过表2的各指标间的相关系数，用主成分分析法计算该相关矩阵的特征值和特征向量得到特征值和方差贡献率的分析结果见表3，前2个主成分的累计方差贡献率达到91.18%，说明前2个主成分所包含的信息量可以反映出9个变量的大部分信息，因此可将吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度、质量指数、拉伸曲线面积、拉伸阻力、延伸度和最大拉伸阻力压缩成2个主成分。
表3因子分析初始解对原有变量总体分析
2.2.2 混合粉流变学特性的影响因子数及分析
用主成分提取公共因子，总方差91.18%的贡献率来自前2个因子。用方差极大法进行因子旋转，得到旋转因子载荷矩阵见表4。从表4可看出，第1个因子与形成时间、稳定时间、弱化度呈高度正相关，与吸水率呈高度负相关；第2个因子与质量指数、拉伸曲线面积、拉伸阻力、延伸度、最大拉伸阻力呈高度正相关；总方差73.99%的贡献是来自于因子1，因此所对应的形成时间、稳定时间、弱化度、吸水率是小米-小麦混合粉流变学特性的特征指标。
表4方差极大法对因子载荷矩阵旋转后的结果
计算各品种的主因子得分，根据前2个主因子的贡献率和因子得分fi , 可建立小米-小麦混合粉流变学特性综合评价数学模型：f=(73.986×f1+17.196×f2) / 91.182
利用该模型计算小米-小麦混合粉面团流变学特性的综合得分，根据小米-小麦混合粉流变学特性的综合得分进行排序，结果如表5所示， 随着小米粉添加比例的增加，小米-小麦混合粉的流变学特性综合得分逐渐降低。根据综合主成分值及排名，当小米粉的添加量为0%～15%时，在山西9个小米品种中，大同29、长农35和长生07排在前三，面团品质最差为长农40、112和113，当小米粉的添加量为20%～35%时，综合主成分值为负值，表明小米-小麦混合粉面团的流变学特性显著下降；长生07、晋谷21和长农35的综合主成分值较高，大同29、长农40和112与小麦的混合粉面团品质最差。随着小米粉添加量的增加，与其他品种比较，长农35和长生07与小麦粉混合粉面团品质逐步下降，大同29和晋谷21与小麦粉的面团品质大幅下降，因此，长农35和长生07是加工面制品理想的品种。
表5小米-小米混合粉流变学特性的各主因子得分综合得分与排序
续表5
面团的流变学特性包括面团的弹性、韧性、延伸性和塑性等，与面包、馒头、面条、饼干等面制品的品质有显著的相关性，是衡量面制品品质和加工用途的主要指标[16-21]。小米不含面筋蛋白，不能形成蛋白质网络结构，面团流变学特性较差，少量的小米粉添加到小麦粉中对原有的小麦粉面团流变学特性没有显著影响，随着小米粉添加量的增加，小米-小麦混合粉面团流变性特性逐渐降低，与田晓红[12]等研究结果一致，当小米粉添加量超过15%时，小米-小麦混合粉面团流变学特性综合主成分值为负值，其面团品质显著降低，原因是随着添加量的增加，面筋蛋白被不断稀释和破坏，使得面团搅拌能力变弱，面粉品质变差。在山西9个小米品种中，长农35和长生07综合评分高，流变学特性稳定，112和113综合评分低，大同29和晋谷21流变学特性变化大，可能与品种本身有关。112和113是糯性品种，其流变学特性差，还可能受地域、气候、温度、湿度等因素的影响，有待于进一步的研究。本研究根据产品的需求特性，对选择合适的品种和添加量有一定的参考意义和数据支撑。
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ZHANG Gui-ying1，ZHANG Xi-wen1，SHEN Rui-ling2，LI Ping1，DU Wen-juan1，JIANG Long-bo1
(1.Millet Research Institute, Shanxi Academy of Agricultural Science, Changzhi Shanxi 046011；2.Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou Henan 450000)
Abstract：The farinograph characteristics and stretchability of the mixed flour of millet and wheat produced in Shanxi province were analyzed and evaluated by principal component and factor analysis methods. The results displayed that the correlation among dough rheological indicators was significant, and the methods were suitable to evaluate the characteristics.By calculating eigenvalue and variance contribution of each component, the accumulative contribution rate of the first two principal components reached 91.18%, the first factor accounted for 73.99% of the total variance, indicating that development time, stability time, degree of softening, water absorption were the characteristic multi-index of the rheolodical properties of the mixed flour. The first two principal components could represent comprehensive information of dough rheology, which showed the processing quality of different variety of millet. Based on the comprehensive scores, the rheological properties of Changnong 35 and Changsheng 07 were good, and Changnong 40, 112 and 113 were poor.
Key words：millet; wheat; dough rheolodical property; principal component; factor analysis
收稿日期：2017-06-04
基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项基金资助项目(nycytx-13)
作者简介：张桂英, 1983年出生，女，助理研究员，硕士.
通讯作者：张喜文，1954年出生，男，研究员.
中图分类号：TS 210.1
文献标识码：A
文章编号：1007-7561(2018)03-0012-04