基于matlab的大米色选处理（基于线性规划法制备馒头专用粉的研究）

基于matlab的大米色选处理（基于线性规划法制备馒头专用粉的研究）LMB实验磨粉机，101—0AB电热鼓风干燥箱，101—2A电热鼓风干燥箱，FN—11降落数值仪，WSB—VI白度测定仪，JJM54型面筋数量和质量测定仪，Farinograph—AT粉质仪，Extensograph—E拉伸仪，Viscograph—E黏度仪，DYC2—28A型单板夹芯式垂直电泳仪，DEGURUDKM201型多功能厨师机，俊媳妇FKM—160型电动压面机，Z06YA3B—G2型苏泊尔电蒸锅，TMS—PRO质构仪。1.2 仪器与设备1 材料与方法1.1 实验材料河北省藁城实验站种植的8个小麦品种(石4366、辐照6002、金麦66、石优20、轮选45、石优17、邢麦13、婴泊700)和衡水实验站种植的2个小麦品种(中信麦99、河农6119)，馒头粉：市售。

作者：刘孟宜，王滢颖，周湘寒，许思楠，李慧静

关键词：馒头；配麦；线性规划；专用粉

摘要：研究 10种小麦品种对馒头品质的影响，并利用线性规划法研究馒头专用粉。结果表明:降落数值、形成时间稳定时间、粉质质量指数和拉伸指标越高，淀粉含量、吸水率和弱化度越低，制作出的馒头品质较好。从14个馒头品质中共提取出4个主成分因子，累积方差贡献率达到了80. 894%，并根据主成分得分排名，得出了得分较高的5个品种：辐照6002轮选45、金麦66、石优20、石优17。将筛选出的5种小麦利用线性规划进行配麦，分别为轮选45(18.22%)、金麦66(19.59%)、石优17(22. 88% )、 辐照6002(20.33%)、石优20(18.98%)；结果表明，实际值与理论值基本一致，进一步验证了线性规划法制备专用粉的可行性。

馒头的质量取决于其颜色、体积、质地和风味。目前，小麦粉指标对馒头品质的影响有小麦蛋白质含量、面筋、淀粉、加工技术等。孙辉等研究了183个小麦品种的小麦粉特性对馒头品质的影响，其研究结果表明拉伸面积、吸水率与馒头体积和综合评分呈极显著正相关，馒头评分与降落数值呈正相关，与吹泡P/L、小麦粉b*值则呈负相关。苏静静等研究了128个小麦品种对馒头品质的影响，其研究结果表明硬度与内聚性和咀嚼性分别呈极显著负相关和正相关，馒头的黏附性、弹性、硬度和咀嚼性与馒头感官品质的相关指标显著相关，并筛选出Kn3106、川麦107、新春9号和新麦19适合制作优质手工馒头。Yue 等研究了16个小麦品种的小麦粉特性、发酵后的面团以及馒头的品质(包括比容和质地) ，其研究结果表明硬度、回复性、内聚性和咀嚼性与破损淀粉呈正相关，与弱化度呈负相关，混合面团和静置的面团的双轴拉伸黏度与硬度和耐嚼性呈正相关。Ma等研究了破损淀粉对冷冻面团制成馒头的影响，其研究结果表明随着破损淀粉的增加，糊化温度升高，但峰值黏度、最终黏度和回升值先升高后降低，馒头比容、白度、黏度和咀嚼性也就越大，而硬度越低，此研究说明适量的破损淀粉含量可以提高冷冻面团和馒头的品质。随着消费市场对小麦粉种类需求的日益多元化，小麦粉加工企业仅靠某一种小麦难以满足市场需求。因此，通过配麦或配粉生产优质专用粉已成为一种灵活、便捷、有效的生产方法。本研究以10种小麦为原料，进行磨粉研究其理化指标、流变学特性和糊化特性，制作馒头测其感官评价与质构分析，并对其进行相关性分析、主成分分析。利用线性规划进行配麦，研究出馒头专用粉，为国产优质小麦在专用粉生产和应用上提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

河北省藁城实验站种植的8个小麦品种(石4366、辐照6002、金麦66、石优20、轮选45、石优17、邢麦13、婴泊700)和衡水实验站种植的2个小麦品种(中信麦99、河农6119)，馒头粉：市售。

1.2 仪器与设备

LMB实验磨粉机，101—0AB电热鼓风干燥箱，101—2A电热鼓风干燥箱，FN—11降落数值仪，WSB—VI白度测定仪，JJM54型面筋数量和质量测定仪，Farinograph—AT粉质仪，Extensograph—E拉伸仪，Viscograph—E黏度仪，DYC2—28A型单板夹芯式垂直电泳仪，DEGURUDKM201型多功能厨师机，俊媳妇FKM—160型电动压面机，Z06YA3B—G2型苏泊尔电蒸锅，TMS—PRO质构仪。

1.3 方法

1.3.1 小麦磨粉

使用ALMB实验磨粉机，按照其使用手册进行磨粉，所需润麦加水量(g) =小麦质量x (润麦水分—实际水分)/(100%—实际水分)，室温条件下润麦24 h。

1.3.2 小麦粉指标的测定

水分含量参照GB/T24898—2010的方法测定；灰分参照GB/T 24872—2010 的方法测定；蛋白质含量参照GB/T 24871—2010的方法测定；白度参照GB/T 22427.6—2008 的方法测定；湿面筋含量参照GB/T 5506. 2—2008的方法测定，仪器法测定湿面筋；面筋指数参照LS/T 6102—1995的方法测定；降落数值测定参照GB/T 10361—2008的方法测定；淀粉含量测定参照GB 5009. 9—2016 的方法测定；直链淀粉含量参照GB 7648—987 的方法测定；碳酸钠溶剂保持力参照GB/T 35866—2018 的方法测定；粉质特性测定参照GB/T14614—2019的方法测定；拉伸特性测定参照GB/T 14615—2019 的方法测定；糊化特性测定参照GB/T 14490—2008 的方法测定。

1.3.3 馒头的制作、感官评价和质构分析

1.3.3.1 馒头的制作

馒头的制作参照GB/T 35991—2018 并进行部分修改。馒头制作采用1次成型法。取小麦粉200 g。将1/100 g酵母和1/100 g的蔗糖放人适量的37°C水中进行活化，计时5min，将活化后的酵母放人小麦粉中进行和面，和好面后压面10次。等分3份，进行搓圆。放在30 °C，相对湿度80%的智能型醒发箱，醒发30 min。将醒发好的面团放入蒸锅进行蒸制，蒸制30 min，将蒸好的馒头取出冷却1 h后放到保鲜袋进行保存，然后进行宽高比与比容、感官评价和质构分析。

1.3.3.2 宽高比与比容的测定

宽高比与比容参照GB/T 35991—2018的方法测定。

1.3.3.3 感官评价

馒头感官评价参照CB/T 35991—2018 评定人员由经过培训的5人小组组成。对10种小麦粉的馒头进行感官评价。

1.3.3.4 质构特性的测定

质构分析参考刘壮等的方法。将冷却1 h后的馒头切成20mm的薄片，采用直径20mm球形探头，检测速度60 mm/min，形变量50%，启始力5 N，对硬度、回复性、内聚性、弹性和咀嚼性进行考察。

1.3.4 馒头小麦粉的配方设计依据及线性规划初始模型

线性规划法过程：

根据LS/T 3204—1993《馒头用小麦粉》的规定，馒头用小麦粉的灰分≤0.55%，湿面筋含量25% ~ 30%的范围内，降落数值≥250 s，稳定时间≥3 min。根据GB/T 17320—2013《小麦品种品质分类》的规定，中筋小麦粉的拉伸曲线面积≥50 cm2，最大拉伸阻力≥200 BU。

在LS/T 3204—1993《馒头用小麦粉》的基础上，还需要满足蛋白质≥13.2%，面筋指数≥51.1%，稳定时间≥4.5min9，由于稳定时间≥3 min不可满足主食规模化生产，所以选择稳定时间≥4.5min的范围，形成时间≤4min10]，峰值黏度≥220 BU。

馒头用小麦粉指标约束值如表1所示。

1.3.5 数据处理

每组实验均设置至少2个平行，采用SPSS20. 0软件对数据进行相关性分析(双侧检验)和主成分分析( Kaiser标准化的正交旋转法)，采用ANOVA进行邓肯式差异分析(P<0.05为差异显著)，采用Ori—gin2021进行作图，利用Excel进行线性规划。

2 结果与分析

2.1 指标测定与数据分析

2.1.1 小麦粉的理化指标、粉质指标、拉伸指标与糊化指标

对10种小麦粉的理化指标、粉质指标、拉伸指标与糊化指标进行分析，由表2~表5可知，不同品种小麦的26个指标之间存在着差异，除了白度、淀粉含量、直链淀粉、支链淀粉、溶剂保持力、吸水率、延伸度、糊化温度、峰值黏度、最终黏度和回升值，其他指标的变异系数均超过10%，变异系数从大到小分别为：拉伸曲线面积>最大拉伸阻力>最大拉伸比例>弱化度>拉伸阻力>拉伸比例>崩解值>稳定时间>面筋指数>粉质质量指数>形成时间>降落数值>湿面筋含量>蛋白质含量。拉伸指标的变异较为丰富，因此所选择的小麦品种的加工品质会有差异，所选样品拉伸指标代表性较好。

根据LS/T 3204—1993《馒头用小麦粉》的要求，灰分不符合的小麦品种有藁优5218、轮选45；湿面筋含量不符合的小麦品种有石优20、轮选45、婴泊700；其余品种均符合LS/T 3204—1993中的要求；而稳定时间均符合LS/T 3204—1993中的要求。般馒头粉的降落数值范围在300 ~400 s之间，优质馒头粉的蛋白质质量分数为10.2%~14%，湿面筋质量分数在20% ~ 54%范围内时，馒头体积与其面筋质含量呈线性关系 ;优质馒头用小麦粉的稳定时间范围为2.0~11.5 min ，弱化度小于90 BU蒸制的馒头体积大松软、有弹性 ；本研究理化指标、稳定时间和弱化度大部分符合以上指标。

2.2 馒头品质评价结果

2.2.1 馒头质构指标与蒸煮特性结果

10种馒头用小麦粉的质构指标分析，由图1可知，馒头质构中的硬度、弹性和咀嚼性的变异系数较大，其变异系数均大于10%，所选择的小麦品种的加工品质代表性较好。质构仪测试的弹性和回复性数值越高，馒头品质越好；硬度和咀嚼性是衡量面制品品质的两个重要指标，硬度和咀嚼性越小，表明馒头越柔软 适口性越好。质构中的硬度、回复性、弹性和咀嚼性对馒头品质的影响较大，可将这4个指标用来评价馒头的质构特性。

2.2.2 馒头感官评价结果

通过提取馒头感官评价得分，建立不同品种小麦粉馒头感官的雷达图 其结果如图2所示。河农6119的弹性得分最高，石优17的表面色泽、表面结构、内部结构和黏性得分最高，轮选45的韧性得分最高，石4366的食味得分较高，而石优20、中信麦99、河农6119、石4366和轮选45的比容均达到了满分。

2.3 小麦粉特性与馒头品质相关性分析

由图3可以看出，硬度与延伸度呈负相关;与张剑等研究结果一致。回复性与弱化度呈负相关，与延伸度和回升值呈正相关；内聚性与吸水率和弱化度呈负相关；与付苗苗等研究结果一致，这可能是由于弱化度和吸水率大，面团变软发黏，不利于面筋蛋白的形成。硬度与直链淀粉呈极显著负相关，与支链淀粉呈正相关；回复性与直链淀粉呈正相关，与支链淀粉呈负相关；弹性与直链淀粉呈极显著负相关，与支链淀粉呈正相关；与王宪泽等研究结果基本一致。内聚性与稳定时间、粉质质量指数、拉伸曲线面积和最大拉伸阻力呈正相关，这可能是由于面筋加水后，水分子进人蛋白质分子内部，与内部非极性基团发生排斥作用，导致非极性基团外翻，外翻后与外面的极性基团发生内聚作用，肽链相互交织形成面筋网络结构。弹性与延伸度呈负相关；这可能是由于延伸度越大表明面团在发酵过程面团的流散性越大，面团易于流动，而弹性表示食物在压缩过程中回弹的能力。内聚性与支链淀粉、淀粉含量呈负相关，与王宝婷研究结果一致。 比容与溶剂保持力呈负相关，比容与降落数值和粉质质量指数呈正相关，与吸水率呈负相关；这可能是由于破损淀粉易与a—淀粉酶作用，而降落数值反映a—淀粉酶的酶活，a—淀粉酶能够对淀粉进行分解，产生的葡萄糖及一些多糖而被酵母利用，适中的淀粉酶使馒头体积增大。色泽与稳定时间呈正相关，与峰值黏度呈极显著正相关；韧性与稳定时间、粉质质量指数、最大拉伸比例呈极显著正相关，与白度呈负相关，与拉伸曲线面积、拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例和最大拉伸比例呈正相关；黏性与拉伸阻力和拉伸比例呈正相关；与Huang等、Zhu等和Huang等研究结果一致。色泽与峰值黏度呈极显著正相关；与刘爱华等研究结果一致。 弹性与糊化温度呈负相关；韧性与糊化温度呈正相关；色泽与支链淀粉呈负相关，与淀粉含量呈极显著负相关；这可能是由于随着温度的升高，淀粉分子因吸水体积迅速膨胀而形成淀粉糊。综上，淀粉含量、稳定时间和峰值黏度对馒头感官品质影响较大;降落数值、形成时间、稳定时间、粉质质量指数和拉伸指标越高，淀粉含量、吸水率和弱化度越低，制作出的馒头品质较好。

2.4 主成分分析

2.4.1 馒头 品质指标主成分分析

对馒头品质(硬度、回复性、内聚性、弹性、咀嚼性、比容、宽高比、感官弹性、表面色泽、表面结构、内部结构、韧性、黏性、食味)进行主成分分析，由图4可知，前4个主成分λ值>1，累积方差贡献率达到了80%以上，提取4个主成分最合适。第1主成分(F)主要反映了回复性、内聚性、比容和宽高比的信息，第2主成分(F2)主要反映黏性、表面结构、食味和内部结构的信息，第3主成分(F3)主要反映表面色泽的信息，第4主成分(F4)主要反映韧性的信息。图4中各指标变量的主成分载荷除以主成分相对应的特征值开平方根，即得到4个主成分中每个指标所对应的系数，进而得出各主成分馒头品质指标的表达式分别为:

2.4.2 计算主成分得分和综合得分

根据各主成分与馒头品质指标的得分表达式，将馒头的感官和质构指标代人，可以得出10个小麦品种分别在4个主成分上的得分，以各主成分的方差贡献率为权重，根据评价函数F=0. 444F1 0.263F2 0. 191F3 0. 102F4计算出各小麦品种的综合得分F值并排序。由图5可知，第一主成分的排名为辐照6002、轮选45、金麦66、中信麦99、石优20；第二主成分的排名为石优20、石优17、金麦66、婴泊700石4366;第三主成分的排名为石优17、河农6119、轮选45石优20、中信麦99;第四主成分的排名为石优17、辐照6002、邢麦13、金麦66、婴泊700；综合得分排名为辐照6002轮选45、石优20、金麦66、石优17。

2.5 馒头粉的配方设计研究

本实验的配方设计采用的线性规划法，各项小麦粉指标的依据是参照国家标准制定的。约束条件中系数数据以表1为标准。根据馒头品质指标主成分得分，拟选择轮选45、金麦66、石优17、辐照6002、石优20为配方原料，线性规划过程为：

设Xi 为各小麦占总质量的百分比：

X1：轮选45；X2：金麦66；X3石优17；X4：辐照6002；X5；石优20

以寻求配麦后馒头粉的最低价格为目标函数，数学模式为：

MinF=2 290X1 2 290X2 2 290X3 2 290X4 2 290X5

以灰分、蛋白质含量、湿面筋含量、面筋指数降落数值形成时间、稳定时间、拉伸曲线面积、最大拉伸阻力峰值黏度、小麦价格为约束条件：

运用Excel软件中的规划求解工具进行满足所有约束条件得到的最优的馒头粉配方，线性规划结果采用线性模型，结果按比例进行缩放。

2.5.1 馒头粉的优化设计结果

按照线性规划模型进行馒头粉的优化配方，其结果如表6所示。

2.5.2 馒头粉的品质研究

2.5.2.1 小麦 粉特性的比较

根据表6与对应小麦粉指标同比例缩放，得出配麦后馒头用小麦粉的理论值，并与实际值、市售粉相比较，其结果如表7所示。配麦后馒头用小麦粉的理论值与实际值、市售粉的结果相近，其中白度、蛋白质含量、湿面筋含量、形成时间、吸水率、粉质质量指数糊化温度、最终黏度和回升值的实际值比理论值低；面筋指数、降落数值、稳定时间、弱化度、拉伸指标、峰值黏度和崩解值的实际值均比理论值高。其中白度、吸水率、稳定时间、弱化度、粉质质量指数和拉伸指标的比市售粉结果低，这可能是由于小麦后熟程度不够；而蛋白质含量、湿面筋含量、面筋指数、形成时间、延伸度和糊化指标均比市售粉结果高;除峰值黏度和最终黏度外，其余结果均在平均范围内，这可能是由于储存时间不同的原因，吴俊男研究结果表明小麦储存45d后，随着储存时间的延长，小麦粉的峰值黏度和最终黏度呈下降趋势。利用线性规划法对小麦进行配麦是可行的，为馒头专用粉生产和应用上提供借鉴。

2.5.2.2 馒头品质的比较

经5种小麦粉配麦后制作馒头，其质构和感官与市售粉结果的比较结果如表8所示。配麦后制作馒头质构和感官结果相对于市售小麦粉结果来说，质构中的硬度咀嚼性、感官弹性和宽高比数值均较小，而馒头质构中的回复性、内聚性、弹性和感官中的表面色泽、表面结构、内部结构、韧性、黏性、食味和比容数值均较大。配麦后馒头品质的比容、宽高比和感官特性要优于市售馒头粉，通过成品实验进一步说明线性规划法的可行性。

3 结论

对10个小麦粉的品质指标进行了统计分析。相关性分析结果表明，淀粉含量、稳定时间和峰值黏度对馒头感官品质影响较大;降落数值、形成时间、稳定时间、粉质质量指数和拉伸指标越高，淀粉含量、吸水率和弱化度越低，制作出的馒头品质较好。通过对馒头品质指标进行主成分分析，从14个馒头品质中共提取出4个主成分因子，累积方差贡献率达到了80. 894% ；并根据主成分得分排名，得出了得分较高的5个品种：辐照6002、轮选45、金麦66、石优20、石优17。筛选出适合的5种小麦粉利用线性规划进行配麦，分别为轮选45(18. 22%)、金麦66(19.59%)、石优17(22. 88%)、辐照6002(20. 33% )、石优20(18. 98%)。结果表明实际值与理论值基本一致 进一步验证了线性规划法的可行性。