调质工艺参数对小麦粉饲用品质的影响

■黄傲蒙 穆玉云 徐建雄

(1.上海交通大学农业与生物学院，上海 201101；2.上海新农饲料股份有限公司，上海 201613)

小麦自古以来就是我国北方居民的主要粮食。目前，在我国，小麦主要用作粮食，制作成面类食品，只有少量用作饲料加工,在欧洲北部一些产麦区和日本，小麦用作饲用的量较大。但近年来，随着玉米价格的不断升高，小麦作为饲料原料的呼声越来越高。目前国内外关于粉碎、制粒、膨化加工谷物的研究较多，且多以玉米为参照，张祥等研究发现，在一定范围内，压力环直径越大，玉米糊化度越高。Nussio(1997)研究发现，对奶牛饲喂蒸汽压片玉米时，与粉碎玉米相比，提高了淀粉消化率，但是降低了粗纤维消化率。单独对调质工艺的研究甚少。蒸汽调质可以使蒸汽与物料充分接触，增加物料水分，提高物料温度，达到软化物料的作用，同时杀灭有害细菌，提高物料淀粉糊化度，在饲料加工过程中经常用到。调质效果的好坏直接影响产品加工的品质。调制过程中，蒸汽压力、喂料速度、原料粒度是影响调质效果的主要变量，本文主要针对这几种参数的变化对调质工艺特性展开研究，旨在讨论调质工艺对小麦饲用品质的影响，帮助解决小麦在饲料加工中的一些难题。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为小麦。

1.2 仪器与设备

L500型台式低速离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）；海能K940自动凯氏定氮仪（济南海能仪器股份有限公司）；752N紫外可见分光光度计（海精密科学仪器有限公司）；HWS系列电热恒温水浴锅（上海慧泰仪器制造有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 检测方法

1.3.1.1 水分的测定

饲料中水分的测定：GB/T 6435-2014。

1.3.1.2 蛋白溶解度的测定

粗蛋白含量的测定：GB/T5511-1985，使用全自动定氮仪测定。

称取豆粉1.5 g，倒入75 ml 0.2%KOH溶液，搅拌15 min。2 700 r/min离心10 min。取上清液15 ml，用凯氏定氮法测定其粗蛋白质含量。

蛋白质溶解度（%）=试样中可溶性蛋白质的含量/试样中粗蛋白质的含量×100。

1.3.1.3 糊化度的测定

淀粉糊化度的测定按照简易酶法（熊易强，2000）测定。

1.3.2 试验设计

1.3.2.1 喂料速度对小麦粉品质的影响

表1 喂料速度试验设计

根据预试验，选定蒸汽压力0.4 MPa、原料粒度2.0 mm。设计喂料速度为8、12、16、20、24 r/min。以物料水分、蛋白溶解度、糊化度为参考指标，讨论喂料速度对小麦粉调质后品质的影响。

1.3.2.2 蒸汽压力对小麦粉品质的影响

表2 蒸汽压力试验设计

选定原料粒度2.0 mm、喂料速度16 r/min。设计蒸汽压力为0.2、0.3、0.35、0.4、0.45 MPa。以物料水分，蛋白溶解度，糊化度为参考指标，讨论喂料速度对小麦粉调制后品质的影响。

1.3.2.3 原料粒度对小麦粉品质的影响

表3 原料粒度试验设计

选定蒸汽压力0.4 MPa、喂料速度16 r/min。设计原料粒度为1.2、1.5、2.0、2.5、3.0 mm。以物料水分、蛋白溶解度、糊化度为参考指标，讨论喂料速度对小麦粉调制后品质的影响。

2 结果与分析

2.1 喂料速度对小麦粉饲用品质的影响

图1 喂料速度对小麦粉水分含量的影响

由图1可以看出，物料水分随着喂料速度的增加呈下降趋势，当喂料速度从8 r/min增加到24 r/min时物料水分从18.77%降低到15.89%。出现这种现象的主要原因是随着喂料速度的不断增加，相同时间进入调质器的物料增多，而蒸汽量不变，导致接触的蒸汽量变少，所以水分含量会降低。

由图2、图3可以看出，小麦粉蛋白溶解度随着喂料速度的增加先升高后趋于缓和，糊化度随着喂料速度的增加而降低。当喂料速度从8 r/min增加到24 r/min时，蛋白溶解度则从50.48%上升到75.09%，最后略微下降，糊化度从40.65%下降到13.66%。主要原因是随着喂料速度的不断增加，同时进入调制器的物料增多，接触的蒸汽量减少，温度下降，蛋白变性程度降低，蛋白溶解度升高。随着喂料速度的增加，温度下降，水分也在下降，胡友军等研究发现，水分也是影响淀粉糊化度的重要因子之一，所以小麦粉的糊化度也降低。

图2 喂料速度对小麦粉蛋白溶解度的影响

图3 喂料速度对小麦粉糊化度含量的影响

通过以上试验数据综合考虑喂料速度为16 r/min调制效果相对较好一些。

2.2 蒸汽压力对小麦粉品质的影响

图4 蒸汽压力对小麦粉调制后水分的影响

由图4可以看出，当蒸汽压力从0.2 MPa增加到0.45 MPa时，物料水分从14.87%增加至17.46%，当蒸汽压力为0.4 MPa时，物料水分略微下降，然后又升高。当其他条件不变时，蒸汽对物料的作用有两个，一是提供热量和水分，蒸汽压力越大，提供的蒸汽量就越多，物料温度升高，水分增加。另一方面蒸汽的压力对物料有一定的推进作用，豆洪启对大豆的调制中也发现，随着蒸汽压力的增加，调制时间减少。时间变短就不利于水分的吸收。但总体来看，随着蒸汽压力的增压物料水分增加。

图5 蒸汽压力对小麦粉蛋白溶解度的影响

图6 蒸汽压力对小麦粉糊化度含量的影响

由图5可以看出，当蒸汽压力从0.2 MPa增加到0.45 MPa时，小麦粉的蛋白溶解度先降低后有所升高。先从0.2 MPa的78.05%开始下降，当蒸汽压力为0.4 MPa时，蛋白溶解度最低，为67.11%，然后略有升高至72.77%。由图6可以看出，随着蒸汽压力的不断增加，小麦粉的糊化度出先升高后下降。当蒸汽压力为0.35 MPa时小麦粉的糊化度最高，为24.55%。蒸汽压力不断增加，物料吸收水分和热量也不断加大，温度升高，糊化度增加，达到蛋白变性温度，蛋白变性程度增加，水溶性蛋白减少，蛋白溶解度降低。但蒸汽压力对物料有一定的推进作用，使物料接触蒸汽时间变短，吸收的热量减少，蛋白变性程度降低，所以溶解度升高。同时蒸汽压力越大，小麦粉吸收的水分和热量越多表面越黏稠，热量越难传到里面，糊化度也开始降低。

根据以上试验数据综合分析，当蒸汽压力为0.35 MPa时，调质效果较好。

2.3 原料粒度对小麦粉品质的影响

图7 原料粒度对小麦粉水分的影响

通过图7可以看出，当原料粒度从1.2 mm增加到3.0 mm时，物料水分从18.2%下降到17.11%。粉状物质吸收蒸汽水分时，粉状物颗粒越大，中心区域越难软化，粉料吸收水分就越少。

图8 原料粒度对小麦粉蛋白溶解度的影响

调质过程本身就是一个热传导的过程，小麦粉不断吸收蒸汽的水分和热量。当粉料物粒径增大，蒸汽的水分和热量就越难传递到物料的中心，吸收的水分和热量越少，蛋白变性程度就越低，蛋白溶解度越高。由于小麦粉面粉含量较高，当粉碎过细，粒径太小，遇到水蒸气就可能会产生结团的现象，将里面的物料包裹起来，刘强等研究也发现，随着小麦粉粒度的减小，其黏度上升，水分和热量就很难传到中心。图8显示，小麦粉的蛋白溶解度在粒径为1.2～2.0 mm时出现波动，可能就是粒径大小与结团现象的综合表现，当粒径增大，在2.0～3.0 mm之间时结团现象消失，蛋白溶解度出现上升的趋势。通过图9可知，小麦粉的糊化度随着原料粒度的增加先升高后降低。当原料粒度为2.5 mm时糊化度出现最大值，为24.48%。

图9 原料粒度对小麦粉糊化度的影响

通过以上试验数据分析，当原料粒度为2.5 mm时调制效果较好。

3 结论

由于小麦粉中面筋含量较高，当蒸汽压力过高或原料粒度过细时都会产生结团现象，使热量和水分很难到达中心区域。而调质的本质就是搅拌和热传递的过程，不同参数的改变所产生的交互作用影响着物料的特性。通过单因素试验，分别得出当喂料速度为16 r/min、蒸汽压力为0.35 MPa、原料粒度为2.5 mm时调质效果较好。且都出现了相应的拐点，为采用响应曲面法进一步优化调制工艺参数提供了依据。