分层分离磨粉技术对黑麦主要理化特性的影响

2018-01-10陈志成田双起屈凌波乔永峰

中国粮油学报 2017年12期

关键词：黑麦白度麸皮

陈志成田双起屈凌波乔永峰

(河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001) (郑州大学2，郑州 450001)

分层分离磨粉技术对黑麦主要理化特性的影响

陈志成1田双起1屈凌波2乔永峰1

(河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001) (郑州大学2，郑州 450001)

利用分层分离磨粉技术和小麦磨粉的硬度指数特性，分析黑麦和普通小麦的不同粉层的营养特性以及出粉率。结果显示在黑麦(BW 3201)中的氨基酸含量要比普通小麦(YN19)中氨基酸的含量高13.91%～23.32%。比较分析黑麦和普通小麦中微量元素Se、Fe、Ca 的含量变化，结果表明不同的分层分离磨粉技术对黑麦和普通小麦的胚乳，糊粉层以及麸皮中的微量元素的含量也有较大变化。黑麦和普通小麦的扫描电镜以及理化特性分析为不同粉层的定量和定性研究提供了重要的技术支撑，有利于黑麦的有效加工利用和主食品产业化的进一步推广。

黑麦湿面筋总膳食纤维微量元素氨基酸

黑麦麸皮和胚芽中含有很多对人体有益的营养素和生理功能性组分，又有多种具有健康功能益处的现代意义上的植物素[1]。植物素是植物组织体内的次级代谢产物，主要是指那些来源于植物组织的、在人体消化过程中具有某些特定生理功能的生理活性化合物。在大量的流行病学研究案例中，通过对全谷物摄入组分与构成(即麸皮、胚芽和胚乳中的生理活性化合物)相关数据的分析，这也进而证明决定全谷物食品健康益处的关键因子主要存在于麸皮中，这表明加强对麸皮的系统研究是全麦食品开发的重点。因此，越来越注重对黑麦麸皮中各组分因子的营养、生理功能特性及其加工利用等方面的科学研究。

黑麦不仅在矿物质、蛋白质含量上比普通小麦高，在氨基酸构成上与普通小麦也不相同[2]。比如，“中普黑麦1号” “中普紫麦1号”和“中普绿麦1号”不仅在赖氨酸的含量上优于普通小麦，在稀有的微量元素铁、锌、硒、碘的含量上也比普麦高，尤其是钙和铁的含量高出普通小麦的数倍之多。有色粮食均有一定的花色苷，使得这类粮食具有抗氧化、清除自由基的功能。另外，有色食品还赋予食品一定的颜色，能够起到吸引消费者的作用。值得注意的是有研究表明，彩色小麦的花色苷类物质可以保持人类身体的健康和抑制心血管疾病的发生方面[3-5]，这是彩色小麦与普通小麦的重要差别之一。

小麦是最为重要的谷物品种之一。小麦籽粒由胚乳、麸皮和胚芽构成，淀粉质的胚乳占到籽粒总重量的80%～83%，麸皮约占15%～17%，胚芽约占2%～3%，当然，其质量组成比例会随着品种的不同表现出一定的差异性。小麦食品诸如馒头、面条、烧饼和油条等，是我国民众特别是北方民众日常膳食的重要组成部分[6]，也是我国膳食营养指导宝塔中的主要基础要素食品。小麦食品的原料主要是小麦粉。按照传统的制粉技术，小麦粉主要是由小麦籽粒中的胚乳磨制达到一定粒度范围而成的，而几乎全部的麸皮和大部分胚芽被作为副产品[7-8]在制粉过程中予以去除[9]，去除这些副产品往往被低值化地用于饲养或发酵等产业。本研究通过试验的方法来分析比较彩色(黑麦3201)小麦与普通小麦理化性质的差别，为深度开发利用彩色小麦，提高彩色小麦的附加值提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

普麦烟农19：汝州市梦想食品有限公司；黑麦3201：南阳市沃而康农业技术有限公司。氢氧化钠(分析纯)：上海华彭实业有限公司；盐酸(分析纯)：开封开化有限公司试剂厂；硫酸(分析纯)：洛阳市化学试剂厂；硫酸钾(分析纯)：天津市凯通化学试剂有限公司；硼酸(分析纯)：天津市永大化学试剂有限公司；无水碳酸钠(分析纯)；洛阳市化学试剂厂；硫酸铜(分析纯)：天津市天力化学试剂有限公司。

1.2 试验仪器

JMFB70×30实验室小麦磨粉机；LFS-30粉筛；WSB-V智能白度测定仪； KYKY-2800B扫描电子显微镜；LRMM8040-3-D布勒实验磨粉机、JYDB 100×40小麦硬度指数测定仪：布勒粮食检验仪器无锡有限公司；Aqua-TR水分容重测定仪：法国雷诺肖邦仪器；MJ-Ⅲ型双头面筋测定仪：杭州麦哲仪器有限公司；Kjeltec 8400FOSS全自动凯氏定氮仪：丹麦FOSS公司；Biochrom 30+氨基酸自动分析仪：英国biochrom公司；Agilent 240FS AA火焰原子吸收光谱仪：安捷伦科技有限公司；SD101-2AS电热鼓风干燥箱、SX2-8-10箱式电炉：南通华泰实验仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备

1.3.1.1 将收集到的彩色小麦(黑麦3201)和普通小麦烟农19进行清理、润麦(参照NY/T 1094.1—2006)。

1.3.1.2 将收集到的彩色小麦和普通小麦润麦后用3皮3心的实验磨粉机对小麦进行磨粉处理，收集得到麸皮备用，得到的粉样记为3B粉。

1.3.1.3 将1.3.1.2中的麸皮用2皮2心的布勒磨粉机碾磨，用粉筛筛理后取上层麸皮和下层粉，下层粉记为5B粉。

1.3.1.4 将1.3.1.3中的麸皮用2皮2心的布勒磨粉机碾磨，用粉筛筛理后取上层麸皮和下层粉，下层粉记为7B粉。

1.3.1.5 将1.3.1.4中的麸皮用2皮2心的布勒磨粉机碾磨，用粉筛筛理后取上层麸皮和下层粉，下层粉记为9B粉。

1.3.2 出粉率的计算

出粉率按公式计算：

式中：K为小麦粉的出粉率/%；m1为验粉筛筛得粉的质量/g；m2为入磨麸皮的质量/g。

1.3.3 白度的分析方法

白度的分析采用智能白度仪分析，操作流程：开机→2 min后→装上黑筒→按校零→3 s后→取下黑筒，装上标准白板→按校准→3 s后→取下白板，装上样品→后显示的数据为样品白度值。

1.3.4 常规指标的测定

灰分：参考GB/T 5505—2008方法采用550 ℃灼烧法测定；氨基酸：按照 GB/T 5009.124—2003方法采用氨基酸自动分析仪测定；铁元素：按照 GB/T 5009.90—2003方法采用原子吸收光谱测定；钙元素：按照 GB/T 5009.92—2003方法采用原子吸收光谱测定；硒元素：按照 GB/T 5009.93—2010方法采用原子吸收光谱测定。

2 结果与讨论

2.1 麸皮粉的出粉率分析

由表1可知，随着碾磨道数的增加，麸皮的出粉率越来越低。因为随着碾磨程度的加深，小麦的皮层上粉越来越少，基本被剥刮干净。导致其出粉率呈下降趋势。从表中数据可以看出同一号粉相比黑麦3201的出粉率最高，烟农19的出粉率最低。黑麦3201的5B粉出粉率最高时达到4.93%，烟农19的9B粉出粉率最低时仅为1.23%。

表1 各皮层小麦粉的出粉率/%

2.2 麸皮粉的白度分析

白度是评价小麦粉品质的重要指标，小麦粉的白度取决于小麦粉里的麸星含量、小麦粉的灰分、小麦粉的粗细度等，因此分析小麦粉的白度具有重要的价值。彩色小麦和普通小麦各皮层粉的白度见表2。

表2 各皮层小麦粉的白度

注：Ducan多重比较每一行标有不同字母表示有显著性差异(P<0.05)，标有相同字母表示没有显著差异(P>0.05)。

由表2可知，随着碾磨程度的增加，各皮层粉的白度呈下降的趋势。同一品种小麦不同粉的白度存在显著性差异。因为随着碾磨程度的加深，得到的粉样越来越接近小麦的皮层，导致碎麸混入粉中，影响其白度。彩色小麦的白度低于普通小麦，因为彩色小麦的麸皮粉中混有一定量的碎麸，碎麸中含有花色苷类物质导致其粉样的白度较普通小麦低。不同品种麸皮粉的白度对比发现，烟农19的白度最高。

2.3 氨基酸含量的分析

由表3可知，彩色小麦除蛋白质含量比普通小麦高以外，彩色小麦必需氨基酸的含量均高于普通小麦；限制性氨基酸(谷物中的限制性氨基酸主要是赖氨酸和精氨酸)、含硫氨基酸(蛋氨酸和胱氨酸)的含量也高于普通小麦，含硫氨基酸主要是形成面筋网络中二硫键的氨基酸。彩色小麦各氨基酸含量都高于普通小麦，其中最高的是黑麦3201胱氨酸含量高于普通小麦30%。黑麦3201各个氨基酸含量都要比普麦烟农19的含量高，其中最高的胱氨酸的含量高于普麦30%；从氨基酸的总体含量来看彩色小麦氨基酸总体含量也要比普通小麦高，从氨基酸总体含量排序来看，最高的是黑麦3201质量分数为22.41%，高于普麦8.21%。

表3 彩色小麦与普通小麦氨基酸的比较结果/%

注：表中所测的数值均是换算为干基的含量，余同。

5B粉必需氨基酸、限制性氨基酸、含硫氨基酸的含量高于普通小麦，黑麦3201酪氨酸的含量低于普通小麦，其中黑麦3201酪氨酸的含量低于普麦2.17%，最高的精氨酸的含量高于普麦28.97%；必需氨基酸占氨基酸总量的含量也有所增加，从氨基酸总体含量来看黑麦3201的氨基酸含量最高，质量分数为24.32%，高于普通小麦9.75%。

7B粉样彩色小麦必需氨基酸、限制性氨基酸、含硫氨基酸的含量均高于普通小麦。其中黑麦3201最高的酪氨酸含量比普通小麦高63.04%。最低的谷氨酸含量略高于普通小麦0.88%；从氨基酸总体含量来看，彩色小麦总氨基酸的含量高与普通小麦，其中氨基酸含量最高的是黑麦3201质量分数为25.46%。

由表4可知，同一品种小麦粉，随着碾磨道数的增加，氨基酸总体含量呈上升趋势。其中黑麦3201在同一粉号不同品种的比较中含量占优，烟农19的含量最低。同时彩色小麦同一粉号的氨基酸总体含量都要比普麦高。

表4 同一品种不同皮磨粉样总氨基酸质量分数/%

2.4 彩色小麦中矿物质元素含量的分析

在整个小麦皮层中，其灰分约占麸皮的5.7%，微量元素是其灰分的主要来源。微量元素在人体的新陈代谢中起着非常重要的作用。彩色小麦与普通小麦的矿物质元素含量见表5。

表5 不同品种彩色小麦与普通小麦矿物质元素的比较结果/mg/kg

由表5可知，3B粉各品种彩色小麦中铁元素含量都低于普通小麦，黑麦3201钙元素含量高于普通小麦21.19%，黑麦3201铁、硒含量都低于普麦，最低的硒元素低于普麦28.43%，钙元素含量高于普麦21.19%；5B粉，黑麦3201硒元素含量都要低于普麦。黑麦3201在铁、钙元素含量上高于普麦，硒元素含量低于普麦12.07%；7B粉黑麦3201中钙元素的含量要高于普通小麦，高于普麦45.41%；黑麦3201中铁元素含量要高于普通小麦，黑麦3201高于普麦33.95%，黑麦3201铁、钙、硒元素含量都高于普麦，最高的钙元素含量高于普麦45.41%。

2.5 彩色小麦皮层的结构形态分析

彩色小麦的皮层跟普通小麦一样由果皮、种皮、珠心层、糊粉层等组成。制粉时，糊粉层随珠心层、种皮和果皮一同被除去，统称麸皮。图1为各品种彩色小麦和普通小麦果皮及临近组织的扫描电镜图片。

图1 小麦与普通小麦果皮及临近组织结构图

由图1可以看出：彩色小麦具有与普通小麦相同的结构，彩色小麦和普通小麦一样由麸皮、胚乳和胚组成。小麦的麸皮是由皮层和糊粉层构成的，紧接糊粉层的是小麦的胚乳。胚乳里含有大量的淀粉颗粒，糊粉层含有大量的糊粉颗粒。分析比较不同品种彩色小麦和普通小麦的扫描电镜图片，发现彩色小麦糊粉层中的糊粉颗粒多于普通小麦。

3 结论

彩色小麦是一种新的小麦资源，具有比普通小麦高的营养品质和一定的保健功能。本研究彩色小麦及普通小麦麸皮粉为研究对象，对其化学组分进行分析，比较不同品种彩色小麦的营养成分含量与普通小麦的差别。结果表明，黑麦(3201)中的氨基酸含量要比普通小麦(烟农19)中氨基酸的含量高13.91%～23.32%。通过比较黑麦和普通小麦中微量元素Se、Fe、Ca 的含量变化，发现不同的分层分离磨粉技术对黑麦和普通小麦的胚乳中的微量元素含量有较大的影响。彩色小麦具有与普通小麦相同的结构，彩色小麦和普通小麦一样由麸皮、胚乳和胚组成。小麦的麸皮是由皮层和糊粉层构成的，紧接糊粉层的是小麦的胚乳。分析比较不同品种彩色小麦和普通小麦的扫描电镜图片，发现彩色小麦糊粉层中的糊粉颗粒多于普通小麦。从研究结果来看，彩色小麦麸皮是一种丰富的天然营养源[10]，利用彩色小麦麸皮粉高营养价值的特点，通过设计合理工艺对彩色小麦麸皮粉的富集化收集，将收集到的麸皮粉按不同的比例混合做成营养均衡的营养粉，以满足人们对各营养组分的需求，这对食品工业和粮食产业都具有极其重要的意义。

[1]Hemery Y, Rouau X V, Lullien-Pellerin C. et al. Dry processes to develop wheat fractions and products with enhanced nutritional quality[J]. Journal of Cereal Science, 2007, 46 (3):327-347

[2]苏东民, 齐兵建, 赵仁勇, 等. 漯珍一号黑小麦营养成分的初步评价[J]. 粮食与饲料工业, 2000,(8):1-2

Su D M, Qi B J, Zhao R Y, et al. Preliminary evaluation for nutritional compositions of black wheat Luozhen No.1[J]. Cereal & Feed Industry, 2000,(8):1-2

[3]Zeven A. Wheats with purple and blue grains: a review[J]. Euphytica, 1991,56 (3):243-258

[4]赵善仓, 刘宾, 赵领军, 等. 蓝、紫粒小麦籽粒花色苷组成分析[J]. 中国农业科学, 2010,43(19):4072-4080

Zhao S C, Liu B, Zhao L J, et al. Research of anthocyanin composition in blue and purple wheat grains [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(19):4072-4080

[5]Tang X Z, Dong Y X, Wei S Q, et al. Antioxidant activity of pigment extracted from green-wheat-bran[J]. Agricultural Sciences in China, 2010,9 (6):825-832

[6]李书国, 董振军, 李雪梅, 等.我国营养强化面粉研究发展现状、存在问题及对策[J]. 粮食与油脂, 2005(9):3-5

Li S G, Dong Z J, Li X M, et al. Study on status and key technology of nutritional fortification of wheat flour in China[J]. Journal of Cereals and Oils, 2005(9):3-5

[7]陈宇.小麦籽粒皮层和胚中营养的保护[J]. 农民致富之友, 2000(5):20

Chen Y. The protection of the wheat grain cortex and embryo nutrition[J]. Nongmin Zhifu Zhiyou, 2000(5):20

[8]刘强, 田建珍, 李佳佳.浅谈营养强化面粉[J]. 粮食加工, 2012,37(5):23-26

Liu Qiang, Tian Jianzhen, Li Jiajia. Discussion on Enriched Flour[J]. Grain Processing,2012,37(5):23-26

[9]Pomeranz Y. Chemical composition of kernel structures[M].American Association of Cereal Chemists,1988

[10]S.N. Onyeneho, N.S. Hettiarachchy. Antioxidant activity of durum wheat bran[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1992,40 (9):1496-1500.

Analysis on Distribution of Black Wheat Main Physicochemical Parameters and Layering Milling Technology

Chen Zhicheng1Tian Shuangqi1Qu Lingbo2Qiao Yongfeng1
(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology1, Zhengzhou 450001) (Zhengzhou University2,Zhengzhou 450001)

In this study, the layered milling flour technology and hardness index of wheat grinding were adopted to analyze the efficiency of the nutrient distribution and yield of the powder layer of black and normal wheat. The results showed that the total content on amino acid in black wheat (BW 3201) was higher than the common wheat (YN19), with 13.91%～23.32% calculated. Compared the main nutriments Se, Fe, Ca between color wheat and common wheat, the results showed that different milling methods treatment are capable of separating the different wheat flour from endosperms, bran and aleurone layers. Micro and physicochemical characterization of different wheat flour and layers by means of microscopy techniques and images analysis provided relevant qualitative and quantitative information, which can be useful for the study of the microstructure of black and normal wheat products and also for its processing and utilization.

black wheat, wet gluten, total dietary fiber, microelement, amino acid

TS211

1003-0174(2017)12-0007-05

国家自然科学基金(31171789)

2017-04-21

陈志成，男，1960年出生，教授，谷物资源与综合利用和粮食加工工程

欢迎订阅2018年《粮油食品科技》

邮发代号82-790

《粮油食品科技》杂志是由国家粮食局科学研究院主办的综合性科技期刊，是中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国农业核心期刊，被中国知网、中国学术期刊(光盘版)、科技部万方期刊数据库、中文科技期刊数据库等多家数据库全文收录。

《粮油食品科技》以传播和弘扬先进的科学技术为宗旨，以服务行业为己任，以选文严格、内容精炼、信息丰富、印刷精美为特色。

主要栏目：专论、粮食加工、油脂加工、营养与品质、质量安全、仓储物流、生物工程等。

主要读者：粮油食品加工企业、粮库、粮油检测机构、科研设计院所和大专院校等。