不同粉碎方式对小麦粉粒度及品质的影响

蔡文雅，田潇凌，孙冰华，王晓曦，马思雨

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

小麦加工前期主要是通过粉碎来降低小麦粉颗粒的粒径[1]，以制备口感细腻的面制品。粉碎作为小麦加工工艺中的关键环节，对小麦粉的物理特性、功能特性以及微观形态有重要影响，进而影响其加工品质和产品质量。研究表明，无论是小麦、大米、高粱、大麦或者黑麦，采用不同的粉碎方式对其进行制粉时，都可能会改变谷物粉的颜色、粒度、表面积、容重、破损淀粉含量、结构和功能特性，从而导致谷物粉具有不同的理化特性[2-5]。不同的制粉方式得到的小麦粉粒度存在显著差异，而粒度对小麦粉理化特性、面团加工特性以及面制品品质均会产生一定影响[6-8]。齐婧等[9]指出,不同粒度区间的小麦粉对面条品质有较大影响，粒度过大或过小均不合适。小麦制粉时受到的机械力有研磨、剪切、撞击、挤压等，不同的机械力对小麦籽粒的作用方式不同，其中辊式磨粉机以研磨、挤压为主，撞击机以冲击、碰撞为主，高速万能粉碎机以剪切为主。研磨设备、研磨次数以及其他研磨参数的改变均会造成研磨强度的差异，进而影响小麦粉的加工性能[10]。田建珍等[11]对不同辊式实验磨粉碎得到的小麦粉进行了研究，发现其粒度存在较大差异，尤其是细小颗粒粉的分布很不均衡。此外，于爽等[12]研究发现，布勒磨制得的样品出粉率、水分、破损淀粉含量均显著高于布拉班德磨粉机。

鉴于小麦加工方式对面粉及面制品品质的重要影响，一味地降低面粉的粒度，过度地追求精加工会造成小麦固有营养组分的大量流失[13]。因此，寻求一种适度的小麦加工方式，同时尽可能地保留原有营养组分并使面制品具有较好口感，是众多研究者一直以来探索的目标。基于此，作者以不同筋力小麦籽粒为原料，采用3种不同机械力粉碎方式的研磨设备(撞击磨(IM)、锤式磨(HM)、万能粉碎机(UP))，探究不同机械力粉碎方式对小麦粉粒度、理化品质及糊化特性的影响，为合理调整小麦加工精度、充分保留小麦营养成分提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新麦26(高筋，简称X)：河南久圣禾新科种业有限公司；扬麦20(低筋，简称Y)：江苏金土地种业有限公司。

1.2 仪器与试剂

MLU-202型实验磨粉机：瑞士布勒公司；FMFZ36型撞击磨：河北苹乐面粉机械集团有限公司；JXFM110型锤式磨：杭州其伟光电科技有限公司；XY-100型万能粉碎机：浙江省永康市松青五金厂；BT-9300H型激光粒度仪：辽宁丹东百特仪器有限公司；KjeltecTM 8400型凯氏定氮仪：丹麦福斯公司；CR-10型色度仪：日本柯尼卡美能达公司；SD matic破损淀粉仪：法国肖邦公司；RVA-TM快速黏度分析仪：瑞典波通仪器公司。

碘化钾：天津市福晨化学试剂厂；硫代硫酸钠、溴甲酚绿：天津市科密欧化学试剂有限公司；硼酸、甲基红：洛阳市化学试剂厂；硫酸铜、氢氧化钠：西陇化工股份有限公司；硫酸钾：天津市凯通化学试剂有限公司；硫酸：洛阳昊华化学试剂有限公司；石油醚：天津市天力化学试剂有限公司；上述试剂均为分析纯。

1.3 方法

1.3.1 小麦胚乳颗粒粉的制备

对两种小麦籽粒在室温(约25 ℃)下进行润麦，目标水分含量均为15%，其中新麦26润麦24 h，扬麦20润麦18 h，加水量参照NY/T 1094.1—2006进行计算。将润麦完成后的小麦籽粒经布勒实验磨皮磨系统研磨,取后路制品筛理(去除细麸)后，得到胚乳颗粒粉。

1.3.2 不同粒度小麦粉的制备

将制得的胚乳颗粒粉样品混合均匀后各分装3份，使用IM、HM、UP进行粉碎。

IM粉碎：将提前分装好的新麦26胚乳颗粒粉取出1份并再均分为3份，分别使用IM(粉碎频率为35 Hz)粉碎1、6、10次，收集所得小麦粉并标记为X-IM1、X-IM2、X-IM3；扬麦20操作同上，样品分别标记为Y-IM1、Y-IM2、Y-IM3。

HM粉碎：将提前分装好的新麦26胚乳颗粒粉取出1份并再均分为3份，分别使用HM(粉碎频率50 Hz)粉碎1、2、3次，收集所得小麦粉并标记为X-HM1、X-HM2、X-HM3；扬麦20操作同上，样品分别标记为Y-HM1、Y-HM2、Y-HM3。

UP粉碎：将提前分装好的新麦26胚乳颗粒粉取出1份并再均分为3份，分别使用UP(粉碎频率50 Hz)粉碎60、120、180 s，收集所得小麦粉并标记为X-UP1、X-UP2、X-UP3；扬麦20操作同上，样品分别标记为Y-UP1、Y-UP2、Y-UP3；粉碎过程中每粉碎5 s，暂停2 min使机器冷却。

1.3.3 小麦粉粒度的测定

采用BT-9300H型激光粒度仪在遮光率为15%时进行测定，测量结果用D10(表示累计分布百分数达到10%时所对应的粒径值)、D50(表示累计分布百分数达到50%时所对应的粒径值)、D90(表示累计分布百分数达到90%时所对应的粒径值)表示。

1.3.4 小麦粉品质指标的测定

水分含量的测定参照GB 5009.3—2016；灰分含量的测定参照GB 5009.4—2016；粗脂肪含量的测定参照GB/T 1477—2008；粗蛋白质含量的测定参照GB 5009.5—2016；色度的测定参照GB/T 27628—2011；破损淀粉含量的测定参照肖邦损伤淀粉仪的操作流程，结果以碘吸收率Ai表示；糊化特性的测定参照GB/T 24853—2010。

1.4 数据统计分析

每个指标平行测定3次；采用SPSS Statistics 20进行数据处理，用单因素方差分析法检验，显著性水平为P<0.05；采用Origin 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 不同粉碎方式对小麦粉粒度的影响

小麦粉的粒径对面制品加工及食用品质有着极其重要的影响，不同面制品所需要的小麦粉粒径也不同。由表1可知，无论小麦粉的筋力高低，经过IM粉碎后所得的小麦粉D90均为最大(>120 μm)，说明IM粉碎得到的小麦粉中大颗粒粉较多，即相比于HM、UP而言，在本试验条件下IM的粉碎能力较弱。同时，采用3种粉碎方式处理的样品D10与D50变化均较小，而D90下降较为明显，即多次粉碎时，机械力较大程度上作用于粗颗粒粉(>90 μm)，小颗粒(3.5 μm左右)可能不再被破碎。总的来看，使用IM粉碎后，低筋小麦粉的粒径大于高筋小麦粉；而经HM、UP粉碎后，高筋小麦粉的粒径大于低筋小麦粉。

表1 不同粉碎方式对小麦粉粒径的影响Table 1 Effects of different milling methods on the particle size of wheat flour μm

图1是经过3种粉碎方式处理后的小麦粉的粒度分布曲线图，3种粉碎方式得到的小麦粉的粒度曲线均呈现四峰形态，但不同粒度区间的峰高变化较大。随着小麦粉粒度的减小，较大颗粒的峰值略有降低，中等颗粒的峰值有所增加，小颗粒的峰值增幅较小。其中IM处理后的小麦粉大颗粒较多。只有IM处理后小麦粉的粒度分布呈现较为明显的四峰形态，而HM与UP处理后的粒度分布曲线中，10～100 μm区间峰值较大，明显高于小颗粒峰值，且随着样品粒度的减小，峰值不断增高，尤其是HM处理后的小麦粉在10～100 μm区间的高度增幅较大。此外，从图1e和图1f看出，扬麦20经过HM和UP处理得到的小麦粉颗粒分布相对均匀，大多集中在10～100 μm，同时整个峰形也在向左侧粒径减小的方向移动。

2.2 不同粉碎方式对小麦粉品质的影响

2.2.1 不同粉碎方式对小麦粉基本理化指标的影响

由表2可知，经过3种粉碎方式处理，两种小麦粉的水分含量与原胚乳颗粒粉差异显著，整体呈现出下降的趋势。其中IM和UP处理后所得到的小麦粉水分含量下降幅度较低，而HM处理后的小麦粉水分含量最低。原因是在粉碎时机械力会产生一定的热量，促使样品水分散失，其中HM工作时产热比其他两种方式多，导致小麦粉水分散失较多。但无论是高筋麦还是低筋麦，粉碎方式及粉碎强度的变化对小麦粉灰分含量影响不明显。3种不同的机械力粉碎对高筋小麦粉的粗脂肪含量未产生显著影响，而低筋小麦粉经过3种粉碎方式处理后，粗脂肪含量均出现了较为显著的下降趋势，不过随着粒径的减小，脂肪含量的变化趋势较为平缓。3种粉碎方式对新麦26小麦粉的蛋白含量影响不明显；对于扬麦20小麦粉而言，HM与UP处理后蛋白质含量显著下降，且随着小麦粉粒径的减小，蛋白质含量逐渐下降，其中HM处理后蛋白含量下降最为显著。总的来看，在3种粉碎方式中，只有HM对小麦粉的基本指标影响较大，其他两种方式对小麦粉基本指标的影响甚微。原因可能是HM带来的锤击、剪切等机械力较强，小麦粉破碎程度较高，胚乳细胞破裂从而使其基本指标发生较大改变。

2.2.2 不同粉碎方式对小麦粉色度的影响

小麦粉的色度是评价其加工精度的主要指标，很大程度上影响着面粉及面制品的加工品质。由表3可知，3种粉碎方式中，IM处理的小麦粉亮度较低，原因可能是IM对小麦胚乳颗粒的粉碎程度比其他两种方式低，得到的小麦粉粒径较大，导致其相对表面积较小，从而反光作用较低，就使得小麦粉的亮度较低，这与Protonotariou等[5]的结论一致。整体来看，UP处理的小麦粉色泽较好，亮度高、红绿度和黄蓝度均较低。

注：a、b、c分别是IM、HM、UP粉碎后的新麦26小麦粉的粒度分布；d、e、f分别是IM、HM、UP粉碎后的扬麦20小麦粉的粒度分布。图1 不同粉碎方式对小麦粉粒度分布的影响Fig.1 Effects of different milling methods on the particle size distribution of wheat flour

表2 不同粉碎方式对小麦粉基本理化指标的影响Table 2 Effects of different milling methods on the basic physicochemical indexes of wheat flour %

2.2.3 不同粉碎方式对小麦粉破损淀粉含量的影响

小麦粉品质的优劣直接影响面制品的品质，而破损淀粉含量则是决定小麦粉品质的重要因素之一[14]。在制粉过程中小麦籽粒会受到一系列机械力的作用，如挤压、剪切、撞击等，从而导致一些淀粉颗粒破裂、表面粗糙，这种外观破损、晶体结构受到破坏的淀粉称为破损淀粉[15]。破损淀粉易水解、更易被酶水解。适当的破损淀粉含量能够提高面团的吸水性、持气性，从而增大面包的体积[16]。从图2可知，破损淀粉含量随着小麦粉粒径的减小呈现出增长的趋势，这与姬翔等[17]的研究结果一致。其中扬麦20小麦粉经IM处理后，破损淀粉含量增长幅度较大，但仍远远小于其他两种处理方式，这是因为IM对胚乳颗粒的粉碎程度较低，得到的小麦粉粒径较大，对淀粉颗粒的损伤程度也就较低。纵观两种小麦品种，由HM处理的样品其破损淀粉含量在3种处理方式中均最高，可能是因为样品在HM中受到的锤击、碰撞和摩擦等作用力较强，胚乳颗粒被粉碎成粒度较小的颗粒，淀粉受损程度较高，这与Wang等[18]的研究结果一致。已有研究指出，破损淀粉含量升高会使面条品质劣化，使其色泽加深、黏度降低、蒸煮损失率增加、适口性变差[19-20]。对比两个小麦品种，在相同粉碎条件下，新麦26小麦粉比扬麦20更容易被粉碎成较小的颗粒，而且新麦26小麦粉的破损淀粉含量较高，表明小麦筋力越强，蛋白质与淀粉结合程度越高，使其破碎需要更大的作用力。

表3 不同粉碎方式对小麦粉色度的影响Table 3 Effects of different milling methods on the color of wheat flour

注:同一品种柱状图上不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。图2 不同粉碎方式对小麦粉破损淀粉含量的影响Fig.2 Effects of different milling methods on the damaged starch content of wheat flour

2.2.4 不同粉碎方式对小麦粉糊化特性的影响

淀粉是小麦的主要组分之一，对小麦粉和面制品的加工及食用品质有重要影响[21]。小麦品种、制粉方式、小麦粉粒度等均会影响淀粉的糊化特性。不同粉碎方式对小麦粉糊化特性的影响见表4和表5。

由表4可知，随着撞击次数的增加，新麦26小麦粉的峰值黏度、低谷黏度、衰减值、最终黏度、峰值时间不断增加，有研究显示，峰值黏度高的面粉容易蒸煮，加工出的馒头评分较高，面条食用品质较好[22]，这表明使用IM粉碎得到的小麦粉的食用品质可能会随着粒度的降低得到改善。在使用HM进行粉碎时，小麦粉低谷黏度、最终黏度、回生值、峰值时间在粉碎2次时达到最高，这与HM造成的破损淀粉含量增加有关，破损淀粉含量越高，水分子越易进入淀粉内部，使其较易糊化。用UP进行不同时间的粉碎后，小麦粉的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、回生值均随着粉碎时间的延长而减小，衰减值则在粉碎120 s时最高、180 s时最低。而衰减值与淀粉的糊化热稳定性呈负相关，衰减值越小，淀粉的糊化热稳定性越好[23]。即表明采用万能粉碎机粉碎180 s得到的小麦粉糊化热稳定性最好，加工特性也有所提高。

由表5可知，扬麦20胚乳颗粒粉经3种粉碎方式处理后，小麦粉的糊化特性差异显著。其中IM处理后的小麦粉峰值黏度、衰减值以及峰值时间是最低的，但低谷黏度、糊化温度要略高于其他两种方式处理所得的小麦粉，由于IM粉碎后的小麦粉颗粒较大，糊化过程中水分子难以进入到淀粉颗粒内部，所以糊化温度较高，且此条件处理的小麦粉糊化热稳定较好。

表4 不同粉碎方式对新麦26小麦粉糊化特性的影响Table 4 Effects of different milling methods on the gelatinization properties of Xinmai 26 wheat flour

表5 不同粉碎方式对扬麦20小麦粉糊化特性的影响Table 5 Effects of different milling methods on the gelatinization properties of Yangmai 20 wheat flour

综合表4、表5来看，不论小麦筋力高低，用HM处理后样品的糊化温度均最低，该现象与损伤淀粉含量有关，损伤淀粉含量越高，支链淀粉的破坏程度越严重，导致小麦粉在发生糊化时，支链淀粉的氢键缔合作用减弱，从而具有较低的糊化温度[24]。对比两个小麦品种，发现新麦26小麦粉的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、回生值和峰值时间均高于扬麦20小麦粉，但其衰减值显著低于扬麦20，表明相比于低筋小麦粉，高筋小麦粉食用品质更高，且热稳定较好。

3 结论

3种粉碎方式中撞击磨对胚乳颗粒粉(粒径>100 μm)的粉碎能力最弱，得到的小麦粉粒径较大，破损淀粉少(碘吸收率均<80%)；锤式磨粉碎能力最强，对小麦粉的基本指标影响较大，尤其是水分含量随着锤式磨粉碎次数的增加显著下降，且破损淀粉含量最高(碘吸收率均>90%)，糊化温度最低；而万能粉碎机粉碎能力略次于锤式磨，但其制得小麦粉的粉色最好。所以要根据小麦粉的最终用途选择加工方式，对于要求破损淀粉含量低，且小麦粉粒度不需要过细的推荐使用撞击磨，对色度要求较高的推荐使用万能粉碎机，而对水分含量要求较高的则要避免使用锤式磨。