近日,陕西省谷物科学国际联合研究中心团队在《农业工程学报》发表了题为“小麦面条和面过程中阶段的划分与识别”的研究论文,胡新中教授为论文通讯作者,硕士研究生史赵建为第一作者。

近年来,随着面条加工关键技术装备的不断突破,我国传统面条生产加工也逐步转向工业化生产。然而,目前国内面条工业转型升级还存在智能化水平低、功能化产品少等诸多问题,无法满足消费者对美味、营养以及方便面制品的新需求。和面是面条加工制作的第一道工序,与手工和面加水量(45%左右)不同,工业和面的低水分含量(35%左右)决定了面絮是作为该过程的最终产物。所以,其本质是面粉颗粒湿团聚的过程。由于多种因素(润湿机制、机械作用等)的介入,使得这一过程变得复杂多变,不易控制。前人依据粉末颗粒形态将粉末湿法团聚过程划分为:润湿和成核、聚结和生长、摩擦和断裂三个阶段。这也表明面絮颗粒的宏观状态对于和面阶段的划分有重要的意义。成熟的和面工艺通常伴随着粒径、颜色、水分分布均一的面絮产生,这也直接影响着面条产品的最终品质。然而,目前优质面絮的获得主要依靠专业人员的经验,极大地降低了工业面制品生产的效率以及标准化发展进程。
本研究依据小麦面条和面过程中面絮颗粒宏观状态,通过面絮状态图像的大数据分析,并且从面条质构、水分状态及分布、蛋白质分子特性及微观结构揭示了和面阶段划分的依据。结果表明,和面过程可以划分为初始面粉(阶段1)、润湿黏连(阶段2)、聚集成形(阶段3)、破裂分散(阶段4)和稳定平衡(阶段5)五个阶段,稳定平衡阶段占和面总时间的50%左右;从润湿黏连(阶段2)到稳定平衡阶段初期(阶段5-1),面片的硬度、弹性和咀嚼性逐渐增加并达到最大,在稳定平衡阶段中后期(阶段5-2、5-3),面片硬度等指标数值下降;低场核磁共振(Low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)与核磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)分析结果表明,润湿黏连阶段,水分自由度高,和面过程加速了水分在固、液、气三相之间的交换,并在稳定平衡(阶段5)达到稳定;所有和面阶段中氢键、离子键的强度明显低于疏水相互作用的强度,游离巯基含量在稳定平衡状态后期(阶段5-2、5-3)降低并趋于稳定,二硫键含量在此阶段逐渐增多并保持稳定,蛋白质实现充分交联,决定了面条微观结构和宏观状态;最终构建基于深度学习的Transfer-ResNet50网络模型,实现和面阶段面絮图像的自动识别,模型识别准确率高达98.5%,具有良好的可靠性,可以实现和面终点的自动判断。综上所述,面絮宏观颗粒状态可以作为和面过程划分的可靠依据,深度学习也为小麦面条和面过程自动化发展提供了新的思路。
