小麦是我国三大粮食作物之一，它是面包、饼干、面食和其他烘焙食品的主要原料。面粉的用途取决于它的化学成分和面粉各成分之间的相互作用所产生的特性。面粉的性质与小麦的品质有关，而农艺、遗传学、碾磨和烘焙条件是影响小麦品质和最终产品质量的重要因素。布拉班德公司最新开发的基于剪切的面筋聚集仪测试（GPT）是一种基于剪切的快速测定面筋聚集特性的方法。在测试过程中，面粉的面筋形成了一个网，并对搅拌桨产生了阻力。通过测定阻力与时间反映面粉的面筋品质特性，它记录了面筋网络形成和破坏过程中力矩变化，主要优点是快速、需要样品量少，易于操作。研究表明，面筋聚集仪可以预测与面团搅拌稳定性、延展性和韧性相关的常规小麦的潜在品质，还可作为一种有效的硬粒小麦品质筛选工具。

山西农业大学小麦研究所的姜兰芳，李晓丽，姬虎太*等人遴选81 份小麦材料为研究对象，对其测定面筋聚集特性指标峰值时间、峰值扭矩、峰前值、峰后值、启动能量、稳定能量、聚集能量和常规检测的籽粒品质、面粉品质和面团品质等33 个品质性状指标参数，并在此基础上结合相关性分析、主成分分析（PCA）及正交偏最小二乘（OPLS）法等多元统计分析技术展开综合评价，以期明确基于面筋聚集仪测定的快速预测小麦品质的可行性，旨在为小麦育种、加工及其面粉制品的质量分析和质量控制提供理论基础与技术支持。

不同品质性状的遗传变异

01.

1.1

开学准备

将小麦品质性状从面筋聚集特性、籽粒特性、面粉特性、面团特性和淀粉糊化特性五方面进行分析，由表2可知，面筋聚集特性各指标变异系数在15.39%～61.34%。变异系数最大的是启动能量，为61.34%，最小的是BEM（峰值扭矩），变异系数为15.39%。分析可知，7 个面筋聚集仪特性指标在品种间均存在着广泛的遗传变异。籽粒品质中硬度指数的平均值为55.78，变幅为19.15～81.71，变异系数最大（33.58%），说明供试材料中包括软质麦、混合麦和硬质麦；容重的变异系数最小（1.60%）。面粉品质中面筋指数的平均值为54.01，变幅为26.20～90.40，变异系数最大（25.85%）；湿面筋含量的平均值为36.78%，变幅为24.60%～49.70%，变异系数最小（13.16%）。面团品质中稳定时间的平均值为5.77 min，变幅为1.20～23.50 min，变异系数最大（80.34%），其中形成时间、粉质质量指数、拉伸面积、拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例的变异系数均较大，都在50%以上；吸水率的平均值为60.65%，变幅为54.30%～71.10%，变异系数最小（6.20%）。可以看出，除吸水率变异系数较小外，形成时间、稳定时间、弱化度、粉质质量指数、拉伸面积、拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例的变异系数均较大，可见小麦粉面团品质可以很好反映小麦品种间的品质差异。淀粉糊化特性中稀懈值的平均值为789.47 cP，变幅为393.00～1 369.00 cP，变异系数最大（35.48%），峰值时间的平均值为6.29 min，变幅为5.13～6.80 min，变异系数最小（3.68%）。

1.2

PCA结果

为去除不同量纲、数量级带来的影响，使用SPSS 22.0分析软件，对33 个指标数据进行标准化，以PCA为提取方法进行因子分析，以旋转后的因子载荷矩阵和起始特征值大于1为标准，得到F1、F2、F3、F4、F5、F6 六个公因子，累计方差贡献率为84.221%，见表3，表明6 个PC代表小麦品质的大部分信息。

1.3

OPLS法结果

图2 小麦品质特性指标OPLS回归系数（A）和VIP值（B）

如图2A所示，弱化度、延伸度、稀懈值和糊化温度与小麦综合品质呈负相关。当数值增高时，小麦综合品质呈下降趋势，其余品质指标与小麦综合品质呈正相关。由图2B可以看出，有18 个指标VIP值大于1，按照VIP值大小依次为：PM、AM、聚集能量、启动能量、弱化度、硬度指数、稳定能量、粉质质量指数、吸水率、BEM、稳定时间、稀懈值、回生值、千粒质量、粒径、沉降值、形成时间和最大拉伸阻力。与上述PCA中的结果一致。18 个VIP值大于1的指标中包含了PCA中6 个公因子信息及面筋聚集仪测定特性中的6 个检测指标，说明通过检测面筋聚集仪测定指标可以快速反映小麦的品质差异。

1.4

小麦综合品质评价得分与面筋聚集仪测定指标的关系及VIP值大于1指标的相关性分析

图3 小麦综合品质评价得分与GPT指标的关系

将综合品质评价得分与面筋聚集仪测定6 个指标BEM、AM、PM、启动能量、稳定能量和聚集能量的相关性进行分析，结果如图3所示。面筋聚集仪测定6 个检测指标与综合品质评价得分之间具有较好的线性关系，决定系数R2在0.506～0.739 2之间，其中AM和PM与综合品质评价得分的R2分别为0.706 1和0.739 2。

由表4可知，面筋聚集仪测试指标BEM、AM、PM、启动能量、稳定能量和聚集能量之间相互呈极显著正相关。其中，聚集能量是面筋聚集动力学指标，与BEM和PM呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数分别为0.941和0.956。籽粒品质中的硬度指数与PM和聚集能量呈极显著正相关（r=0.822，P＜0.01；r=0.810，P＜0.01）；面粉品质中的沉降值用于反映面筋含量和面筋强度，其与BEM（r=0.542，P＜0.01）、AM（r=0.656，P＜0.01）、PM（r=0.651，P＜0.01）和聚集能量（r=0.667，P＜0.01）呈中度正相关。面团品质弱化度与面筋聚集仪测试指标呈极显著负相关，其中与AM的相关系数达到－0.785，AM代表面筋聚集完成前的值，可以反映小麦样品中的麦谷蛋白含量；吸水率与BEM（r=0.840，P＜0.01）、PM（r=0.806，P＜0.01）和聚集能量（r=0.824，P＜0.01）呈极显著正相关。这些数据都表明面筋聚集仪测定指标可以快速反映小麦籽粒、面粉和面团的品质特性差异。蛋白质和淀粉是小麦籽粒的主要营养成分，二者共同决定了面粉的品质及用途，对小麦具有重要意义。为此，本实验通过快速黏度仪测定供试样品的淀粉糊化特性，其中稀懈值与BEM（r=－0.681，P＜0.01）、AM（r=－0.567，P＜0.01）、PM（r=－0.726，P＜0.01）和聚集能量（r=－0.676，P＜0.01）呈极显著负相关。峰值黏度和低谷黏度的差值称为稀懈值，该两项指标是决定食品加工工艺的重要因素，尤其峰值黏度显示了淀粉结合水的能力和淀粉酶活性大小。因此，通过面筋聚集仪测试指标也可以快速反映小麦面粉的淀粉特性。

02.

2.1

面筋聚集特性与常规品质特性的关系

在使用GlutoPeak进行测试过程中，样品受到强烈的机械作用会形成面筋网络，BEM反映了破坏面筋结构所需要力的大小，峰值扭矩越大，证明面筋破坏时所需的力越大。一般而言，强筋粉的面筋质量好，面筋网络相互作用力强，破坏面筋结构所需要的力较大 。面筋聚集仪所展示的参数聚集能量代表了从峰前值到峰后值曲线与横轴所围区域的面积，它可以用来区分不同样品的麦谷蛋白大聚体的含量，并预测与面筋强度和延展性相关的常规参数 。

2.2

借助OPLS等多元统计分析方法客观判断小麦品质

PCA是将多指标简化为少量综合指标的一种统计分析方法，已经广泛应用于小麦种质间品质分类评价中。目前，对于小麦品质性状的PC进行了大量研究，然而对于不同小麦品系的品质性状的PCA，获得的PC因子也不尽相同。在本研究中，对81 份不同品种小麦的33 个品质性状进行综合评价，通过因子分析，将品质性状综合为6 个PC因子，即综合因子、粉质因子、蛋白质因子、拉伸因子、淀粉特性因子和糊化因子，其累计贡献率达84.221%，基本解释33 个变量中的大部分信息。

为了进一步验证PCA中不同差异特征指标代表性，引出一种有监督模式的识别方法OPLS分析。 本研究在保证81 个不同样品没有离群样本点，OPLS模型可靠，未存在过拟合现象后，找到18 个VIP值大于1的指标，分别为：PM、AM、聚集能量、启动能量、弱化度、硬度指数、稳定能量、粉质质量指数、吸水率、BEM、稳定时间、稀懈值、回生值、千粒质量、粒径、沉降值、形成时间和最大拉伸阻力。这些指标包括了PCA筛选出的6 个公因子信息，其中弱化度和稀懈值与小麦综合品质呈负相关 。聚集能量与硬度指数的相关系数为0.810，BEM与吸水率的相关系数为0.840，AM与弱化度的相关系数为－0.785，PM与稀懈值的相关系数为－0.726。不同小麦品种间品质差异显著，可以综合评价小麦品质。从中发现面筋聚集特性中的6 个检测指标VIP值均大于1，说明通过面筋聚集仪测定指标可以快速反映小麦的品质差异。

结 论

03.

不同小麦品种的面筋聚集特性、籽粒品质、面粉面团品质和淀粉糊化特性存在明显差异。面筋聚集特性与面团的流变学特性之间呈显著或极显著相关。该研究表明，面筋聚集仪测定是一种有用和可靠的方法，可以在几分钟内对小样本量根据面筋聚集特性表征小麦粉品质。与粉质仪、拉伸仪等测定小麦品质的传统方法相比，在检测周期、样品用量以及实验结果等方面具有一定的优势，适合于小麦品质的快速检测。在小麦育种试验中，由于样本量有限而需要大量样本量的品系选择时，该方法可用于快速预测品种的吸水能力、硬度指数、面筋质量。虽然面筋聚集仪测定指标聚集能量与蛋白质含量、吸水率、硬度指数之间这种极显著正相关关系的物理化学基础尚未阐明，但在面筋聚集实验中，小麦粉的水化能力很可能强烈影响高速剪切下面筋浆的稠度。本研究后续还需要丰富样品容量，如不同产地、不同品种等样品，同时继续通过PCA、聚类分析与OPLS相结合的方式全面、客观地对小麦品质进行分析和综合评价。

本文《基于主成分分析的面筋聚集仪预测小麦品质》来源于《食品科学》2022年43卷14期85-92页，作者：姜兰芳，李晓丽，曹 勇，马小飞，王 敏，郝建宇，张定一，姬虎太*。 DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20210929-349。点击下方 阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑/责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网。

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于 2022年12月3-4日 在河南郑州共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。

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