干面条色泽影响因素的相关性分析

陈艳，周小玲，李娜，李向红*，俞健，王发祥，刘永乐

1(长沙理工大学 化学与食品工程学院，湖南 长沙，410114)2(克明面业股份有限公司，湖南 长沙， 410114)

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，为全球1/3以上的人口提供每日所需的蛋白质和热量[1]。近几十年来，我国以小麦为原料的各种精致面食和方便食品生产增长很快，全国各地对优质小麦、小麦粉的需求不断增长，并对制成品的品质有了更高的要求[2]。色泽是评估小麦粉及其制品质量的重要感官指标，随生活水平的改善，人们对面粉及制品的色泽提出了越来越高的要求，特别是面条、馒头、面包、等传统面制品对面粉色泽的要求更高，与此同时，面粉色泽也对感官品质和市场欢迎程度产生重要影响。

面粉及制品在加工储藏过程中颜色的形成可能有3条主要途径[3]：(1) 小麦籽粒中的天然色素;(2) 通过酶促褐变、非酶褐变形成的有色物质;(3) 由加工设备或工艺流程引起的色泽变化，其中多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)活性及其相应的底物(酚类物质)是引起面条褐变的主要原因[4-6]。PPO是一种以铜离子为辅基，以氧气为受氢体的末端氧化酶，它可以催化酚类上的羟基或催化多酚类，将其转变为淡色的醌类初级产物，醌类物质再通过自身聚合或与细胞内的蛋白质反应形成褐色或黑色的色素类物质，导致酶促褐变。FUERST等发现小麦籽粒的PPO活性与其制成的加碱面条的褐变情况呈显著相关[7]。

目前，国内外针对小麦粉中蛋白质、淀粉特性及面团流变学特性等与面粉及面条品质间相关性的研究较多[8-9]，对于面条色泽来说，更多的是针对鲜湿面色泽的影响[10-11]；而对于干面条的实际生产来说，合适原料粉的选择及生产过程中色泽的控制至关重要，因此，本研究以企业实际生产中采用的16种面条小麦粉为对象，分析了其灰分、蛋白质、类胡萝卜素、游离酚等含量及多酚氧化酶活性等因素对面粉及面条色泽的影响，以期为面条生产过程中的品种挑选、色泽控制及小麦品种改良育种提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦粉：由克明面业股份有限公司提供,均为该公司目前市售面条产品的原料。其中AM产自河南中部，BM和IM均产自河南北部、CM产自河南东部，HM产自河南南部，JM属于河南半冬性多穗型强筋小麦品种。FM为美国硬麦品种，DM、EM、GM均产自澳大利亚，其中GM和EM为澳大利亚软麦品种，DM为澳大利亚硬麦品种。其他化学试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

CHROMA METER CR-400色差仪,日本柯尼卡美能达公司；UV 2600紫外-可见分光光度计,上海舜宇恒平有限公司；YTH-2.5-12马弗炉,苏州苏泊峥嵘仪器公司；ICAP-Q ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪,美国安捷伦Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 样品基本成分分析

灰分含量按GB 5009.4—2016《食品中灰分的测定》方法测定;蛋白质含量按GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》方法测定；水分含量按GB 5009.3—2010 《食品中水分的测定》方法测定；微量元素含量按电感耦合等离子体质谱法测定。

1.3.2 类胡萝卜素含量测定

参考AACC14-50方法，称取2 g面粉，置于50 mL容量瓶中，加入10 mL水饱和正丁醇，均质40 s，随后静置提取30 min，再振荡，在4 500 r/min离心15 min，将上清液通过滤纸过滤，用分光光度计测定滤液在440 nm处的吸光值，类胡萝卜素含量结果计算用吸光度乘以常数30.1。每个样品做3个平行。

1.3.3 多酚氧化酶活性测定

参考周小玲等的方法[12]，称取1.5 g面粉于50 mL离心管中，加入12 mL的0.2 mol/L磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液(pH 6.0)，迅速于振荡器上振荡5 min，然后置于4 ℃的冰箱内，浸提4 h。浸提结束后于8 000 r/min，离心15 min，取上清液加入2 mL、0.1 mol/L的邻苯二酚溶液，放入恒温水浴锅中，于70 ℃下反应15 min，然后迅速放入冰浴中(0～4 ℃)冷却5 min终止反应，用蒸馏水将反应液稀释5倍后在410 nm下测定其吸光值A，同时以缓冲液替代酶液做相同处理，作为空白对照。其中每个样品做3个平行。

1.3.4 游离酚含量测定

参考牛猛的方法[13]，取5 g面粉置于50 mL离心管内，加入25 mL的80%甲醇溶液，均质后，4 000 r/min离心10 min，收集上清液。向沉淀物中再加入25 mL 80%甲醇，重复上述步骤再提取1次，合并2次离心得到的上清液，在45 ℃条件下旋转蒸发去除甲醇，残余物用甲醇定容至25 mL，定容后的溶液在4 ℃、12 000×g转速下，离心5 min，得到游离态酚类提取液。再按Folin-酚法进行游离态酚类含量测定。实验结果采用没食子酸作为标准，多酚含量以没食子酸当量表示。

1.3.5 面条的制作

主要流程：称取粉质原料→加水和面→压片→切割成形→烘干。制作过程中，加水量为30%、加盐量2%、和面时间3 min，利用小型自动制面机和面及手动压面机压片，切割成型，压片时面片厚度依次降低至1 mm，然后叠合压片5次，切割宽度选择3 mm，切割好的面条置于65℃干燥8 h后，分类收集到自封袋中。

1.3.6 色泽分析

1.3.7 统计分析方法

每组试验进行3个重复，以其平均值±标准差报道，用SPSS Statistics 23统计软件进行显著性差异分析、双变量相关分析、逐步回归方程分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种小麦粉基本成分指标分析

16种小麦粉的基本成分指标如表1所示，可见，灰分、蛋白含量的变异系数最低，分别只有11.27%和9.30%。已有大量文献表明，灰分和蛋白质含量对面粉及制品的颜色及光泽有着重要影响[15-18]。其中灰分含量越多，就表明混入其中的麸星含量越高，麸星可以使面粉及其制品失去光泽，且易于多酚酶类反应，使其中的酪氨酸和多酚类物质氧化成黑色素类物质，即褐变现象；蛋白质会影响面团色泽的稳定性，这是因为蛋白质含有氮元素，而其参与了非酶棕色化反应中黑色素的生成[19]。微量元素含量的变异系数较高，其中Zn元素的变异系数最高，为35.35%；类胡萝卜素和游离态酚类物质的变异系数均达到20%左右，变幅分别为1.51～3.75 mg/kg和17.96～39.15 mg/100 g。所以，小麦粉的基本理化性质中，除蛋白质含量以外，各项指标的变异系数都较大，均在 10%以上，说明参试品种在基本理化性状上表现出较大差异。不同品种小麦粉以及同一品种不同加工精度小麦粉，在基本理化性质方面均存在显著差异性，表明小麦籽粒的品种区别以及小麦粉的制粉工艺对其基本理化性质都有重要影响(以下表格中用编号代表样品种类，其中相同字母表示同一品种小麦粉，数字1、2、3表示不同加工精度，由1～3表示加工精度依次降低)。

表1 不同品种小麦粉基本成分指标Table 1 Basic composition index of different varieties of wheat flour

注：数据后的不同小写字母代表不同品种小麦粉之间的差异性显著(P<0.05)(下同)

2.2 不同品种小麦粉及面条色差分析

由表2可知，小麦粉做成面条后，L*、w值均呈下降趋势，a*、b*值基本呈上升趋势，说明面粉做成面条后，颜色会向暗、红、黄的方向发展。小麦粉中，L*值的变异系数最小，为0.68%，变幅为91.44～94.39；a*值的变异系数最大，为11.80%，变幅为-1.24～-0.77。小麦面条中，L*值的变异系数为0.90%，变幅为90.13～93.40；a*值的变异系数为23.23%，变幅为-1.23 ～-0.51。可以看出，面条色泽指标的变异系数均大于小麦粉色泽指标的变异系数，说明小麦粉做成面条后，会扩大样品之间色泽的差异。且由表2中的方差分析可以看出，不同品种的小麦粉做成面条后，其在色泽指标上的差异更显著。

以上表1、表2分析结果表明，参试的16种小麦粉，无论在小麦粉的基本成分指标上，还是在面粉、面条的色泽表现上，都存在很大的差异，这说明所选的材料处于不同的品质水平，具有良好的代表性。

表2 不同品种小麦粉及面条色差Table 2 Different varieties of wheat flour and noodles differ in color

2.3 不同品种小麦面条的褐变分析

为了进一步说明小麦粉中游离酚含量及PPO活性对面条色泽的影响，本研究分析了小麦面条8 h内的褐变情况，研究结果见图1。由图1不同品种小麦面条的褐变情况可以看出，对于同一品种不同加工精度的小麦面条，其加工精度越小，面条的褐变速度及褐变程度越大(如图1-A、图1-B、图1-C所示)，AM1、AM2、AM3三种小麦粉中，AM3加工精度最小，而其褐变程度明显高于其他2种小麦粉，在BM和CM小麦粉中也能得到同样结论。这可能是由于加工精度导致面粉中游离酚含量及PPO活性的差异，从而引起PPO活性大、游离酚含量高的小麦粉在制成面条后发生褐变的程度也大。由图1-D可明显看出，HM小麦面条在8 h内的褐变情况最低，在最终7.5 h时ΔL只达到4.27，而由表1结果可以看出，HM的游离酚含量在16种小麦粉中排列最低且PPO活性也较低，这也进一步说明游离态酚类物质及PPO酶活对面条的褐变有显著影响，进而会影响到干面条的色泽。且由此16种小麦粉在8 h内的褐变情况可以看出，不同品种的小麦粉在8 h内的褐变情况有明显差异。所以，企业在生产面条，控制其醒发时间时可以根据不同品种区别对待。

A-AM类小麦粉；B-BM类小麦粉；C-CM类小麦粉；D-DM～JM类小麦粉图1 不同品种小麦面条的褐变情况Fig.1 Browning of different varieties of wheat noodles

2.4 小麦面条色泽与品质性状的关系

对16种小麦粉基本成分指标、面条色泽与小麦粉色泽进行相关性分析，然后进一步对小麦面条色泽与品质性状进行逐步回归分析。

2.4.1 小麦粉色泽与理化指标相关性分析

16种小麦粉色泽与其基本理化指标的相关性如表3所示。结果表明，PPO活性和灰分含量与小麦粉色泽L*值呈高度显著负相关，其中PPO活性与L*值相关系数高达-0.850，类胡萝卜素、游离态酚类物质、Fe和Cu微量元素含量与面粉L*值呈显著负相关；面粉a*值与蛋白含量呈显著正相关，这与胡瑞波的结果一致[20]；与小麦粉b*值极显著正相关的性状为类胡萝卜素和PPO活性，灰分含量和游离态酚类物质与其呈显著正相关；与面粉w值呈极显著负相关的性状依相关系数由大到小依次为PPO活性、类胡萝卜素、灰分含量和游离酚含量。

注：**表示在0.01水平上显著相关；*表示在0.05水平上显著相关

2.4.2 小麦粉色泽与面条色泽相关性分析

由表4可见，小麦面条L*、a*、w值均与面粉L*值呈极显著相关性，其中，面条L*值还与面粉a*、w值分别呈高度显著负、正相关，面条a*值还与小麦粉a*值呈高度显著正相关，小麦面条w值还与面粉b*、w值分别呈显著负相关和极显著正相关；面条b*值仅与面粉b*、w值呈显著相关性，与面粉其他色泽性状的相关性均不显著。综上所述，面条的L*、a*、w值与小麦粉的L*、a*、w值完全对应呈高度显著正相关，相关系数分别为0.865、0.834、0.701，面条b*值与小麦粉b*值呈显著正相关，相关系数为0.542。说明，小麦粉的色泽可以较好地预测小麦面条的色泽。

表4 小麦面条与面粉色泽的相关性Table 4 Correlation between wheat noodles and flour color

注：**表示在0.01水平上显著相关；*表示在0.05水平上显著相关

2.4.3 小麦面条色泽与理化指标相关性分析

16种小麦面条色泽与其基本理化指标的相关性如表5所示。结果表明，与面条L*值呈极显著负相关的性状为灰分含量、PPO活性及Cu元素含量，与其显著负相关的性状为蛋白含量、类胡萝卜素含量、游离态酚类物质及Fe元素含量。JIANG等研究发现，结合态酚类与面条褐变程度的相关性不大，而游离态酚类能显著影响面条褐变的程度[21]，可能的原因是结合态酚类由于受到键合作用或结构屏蔽的限制，与PPO接触的机会较少，而游离态酚类自由度较高，与PPO接触的机会更多[22-23]。ZHANG等研究国内不同品种小麦酚酸组成时发现，多数白麦中游离态主要酚酸为丁香酸、其次是咖啡酸和阿魏酸，而红麦中含量较多的游离态酚类物质为香草酸[24]，在本研究中DM与GM小麦原料均为白麦，即这两类小麦粉中含有较多以丁香酸为主的游离态酚类物质。

由表3可知，Fe和Cu微量元素含量与面粉L*值呈显著负相关，且由表4可知，小麦面条的L*值与面粉的L*值呈高度显著正相关，而由SPSS分析得，Fe元素含量与灰分、PPO活性呈显著正相关(r=0.606，r=0.560)，Cu元素含量与灰分、PPO活性呈高度显著正相关(r=0.770，r=0.662)，所以，推测Fe和Cu微量元素是通过影响灰分含量、PPO活性等其他指标而间接影响面条色泽。面条a*值仅与灰分含量呈显著正相关，与其他理化指标的相关性均不显著。面条b*值、w值与灰分、类胡萝卜素、游离酚、Cu元素含量及PPO活性分别呈高度显著正相关及高度显著负相关，其中类胡萝卜素含量与小麦面条b*值的相关系数高达0.853，这与OLIVER等[25]发现黄色素含量与面粉及面团黄度的相关系数高达0.8～0.9的结论基本一致。游离态酚类中阿魏酸和香草酸的含量与鲜湿面的褐变呈显著正相关[13]，本研究结果发现，对于干面条来说，游离态酚类物质也是影响面条色泽的重要指标。

表5 与小麦面条色泽显著相关的性状Table 5 Traits significantly related to the color of wheat noodles

注：**表示在0.01水平上显著相关；*表示在0.05水平上显著相关

2.4.4 小麦面条色泽与品质性状的逐步回归分析

根据小麦粉及面条颜色与其品质指标的简单相关性分析得知，小麦粉的许多品质性状均会影响面粉及面条的色泽。为了进一步了解小麦粉理化指标对面条颜色的相对重要性，在上述相关性分析的基础上进行了逐步回归分析，筛选出影响小麦面条色泽的主要因素。逐步回归分析结果如表6所示。

由表6可见，影响面条色泽L*值(Y1)的主要性状是面粉L*值(X1)、灰分含量(X2)、面粉a*值(X3)，它们能够共同决定面条L*值85.8%的变异。面粉a*值可以很好地预测面条色泽a*值，其回归方程的决定系数在0.1%的显著水平上高达67.3%。对于面条色泽w值，入选的性状主要有灰分含量(X2)和面粉w值(X6)，即面条色泽w值主要受这两个因素影响，由它们组成的方程可以解释面条色泽w值变异的85.5%。所以，由以上结果首先可以看出，通过回归方程拟合又进一步证实了小麦面条的色泽与面粉色泽具有高度一致性。因此，企业在实际生产面条，筛选面粉原料时，可以直接通过面粉色泽来判断面条的呈色。其次，可以看出灰分是影响面条色泽的一项重要指标。而对于面条色泽b*值，入选的小麦品质性状主要有类胡萝卜素(X4)和游离态酚类物质(X5)，说明这两个性状对面条色泽b*值的贡献较大，由它们组成的方程可以解释面条b*值变异的85%。JIANG等在研究麦麸中酚类物质的存在状态与鲜湿面颜色及褐变的关系时，发现以游离状态存在的酚类物质含量与面条的黄度值及褐变程度均呈显著正相关的结论[21]，而本研究又进一步发现以游离状态存在的酚类物质含量同时也对干面条的颜色有较大影响。

表6 小麦面条色泽与品质性状的逐步回归分析Table 6 Stepwise regression analysis of color and quality of wheat noodle

注：*，P=0.05；**，P=0.01，***，P=0.001

3 结论

本文选取企业生产中采用的16种面条小麦粉进行理化指标及色泽测定，通过小麦粉及面条色泽与其品质指标的相关性分析，可以得出如下结论：小麦粉的色泽与灰分、类胡萝卜素、游离酚含量及PPO活性呈高度显著相关；面条的L*、a*、w值与小麦粉的L*、a*、w值完全对应呈高度显著正相关(P<0.01)，小麦粉的色泽可以很好预测面条的色泽；与小麦面条色泽呈高度显著相关的性状为灰分、类胡萝卜素、游离酚含量、PPO活性及面粉色泽性状，其中类胡萝卜素含量与小麦面条b*值的相关系数高达0.853，表明小麦粉类胡萝卜素含量与面条色泽黄度关系密切，可以作为面条黄度的间接选择指标；面条L*值与灰分含量和PPO活性呈极显著负相关。进一步通过逐步回归分析说明，面条色泽与小麦粉色泽呈完全对应关系，且小麦面条色泽主要受面粉中灰分、类胡萝卜素和游离态酚类物质含量的综合影响。