小麦制粉系统各粉路小麦粉营养物质分布情况研究

班进福，赵彦坤，郭家宝，高振贤，曹 巧，戚茂乾，张国丛

(1.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041；2.河北省小麦工程技术研究中心，河北 石家庄 050041；3.河北赵罗面业有限公司，河北 石家庄 050041)

中国是世界上最大的小麦消费国，从整个世界范围来看，小麦总产量中用作食品加工的占70%以上，而在中国这个比例超过90%。这就意味着在我国有90%的小麦是被加工成粉后做成面制品，直接作为主食被人们消费[1]。小麦制粉是利用研磨、筛理、清粉等设备，将净麦的皮层与胚乳分离，并把胚乳磨成粉[2]，制粉加工过程使小麦组分得以重组，分配至不同粉路之中，皮层、糊粉层及胚等部位被归为麸皮等制粉副产物，胚乳则主要加工成不同品质的小麦粉[3]。大多数大中型制粉车间的制粉系统由皮磨、心磨、渣磨，以及重筛、打麸、吸风等数量众多的子系统组成，这些出粉系统分别剥刮小麦籽粒的不同部位，所以不同系统小麦粉的质量品质和特性都具有显著的差异[4]。铁与氧气运输和氧化还原反应密切相关，对促进生长发育、增强抵抗疾病和调节组织呼吸等有重要作用，缺铁会导致营养性贫血[5]。每人每日铁摄入量推荐标准为10～15 mg[6]。锌是多种生物酶的活性中心基团，可增强免疫功能、促进食欲、干扰病毒复制、促进伤口愈合、影响基因表达及细胞生长复制。缺锌影响生长发育和免疫力，引起各种皮肤炎症并造成心肌损伤[5]。每人每日锌摄入量推荐标准为12～15 mg[6]。钙是构成骨骼和牙齿的重要成分,有助于人体的正常发育。维生素是维持机体生命活动过程所必需的微量低分子有机化合物，一般无法由生物体自身产生，需要从食物中摄取[7]。维生素 A 缺乏是造成“夜盲症”的主要原因，可导致儿童生长迟缓、贫血、免疫力下降[8]。高膳食纤维食品可以使餐后血糖反应平稳，有助于维持肥胖症和糖尿病患者的正常身体机能[9]。欧洲国家每人每日膳食纤维的摄入量推荐标准为11～33 g[10]。本研究通过对小麦制粉过程中，不同粉路小麦粉的蛋白组成、淀粉组成、粗纤维、膳食纤维、铜、铁、锌和钙含量进行检测、分析和总结，以了解各粉路小麦粉的营养物质分布规律，为配粉生产加工需要的小麦专用粉提供技术和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

选取河北赵罗面业有限公司制粉系统为研究对象，研磨石优20小麦。一次性在39个粉路抽取小麦粉5 kg用于营养物质检测，样品心磨粉24个(包括1M1中、1M1下、1M2上、1M2中、1M2下、1M3上、1M3中、2M1上、2M1中、2M2上、2M2中、2M2下、3M1上、3M1中、3M2上、3M2中、3M2下、4M上、4M中、5M上、5M下、6M上、6M下和7M下)，渣磨粉3个(包括1S1、1S2、2S)，尾磨粉2个(1T和2T)，皮磨粉5个(3BC、4BC、5BC、3BF、和4BF)，重筛粉5个(包括D1上、D1D2上、D1D3上、D2上和D3上)。

CSF6膳食纤维测定仪，意大利盈盛国际控股有限公司；MS204S电子天平，METTLER TOLEDO；TU-1810D紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；Agilent 1260Ⅱ高效液相色谱仪、1290Ⅱ/6470A液相色谱/串联质谱联用仪，Agilent Technologies；SX-G07125节能箱式电阻炉，天津中环电炉股份有限公司；DH-101-2BY电热恒温鼓风干燥箱，天津市中环实验电炉有限公司。

1.2 试验方法

蛋白质含量的测定：采用GB 5009.5—2016第一法；淀粉含量的测定：采用GB/T 5009.9—2016；粗纤维(CF)的测定：采用GB/T 5009.10—2003；膳食纤维(DF)的测定：采用GB 5009.88—2014；铜含量的测定：采用GB 5009.13—2017第二法；铁含量的测定：采用GB 5009.90—2016 第一法；锌含量的测定：采用GB 5009.14—2017 第一法；钙含量的测定：采用GB 5009.92—2016 第一法；VB1的测定：采用GB 5009.84—2016 第一法；VB2的测定：采用GB 5009.85—2016 第一法；VB6的测定：采用GB 5009.154—2016 第二法。

1.4 数据处理

采用SAS V8对数据进行方差分析，采用Duncan multiple comparison法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 制粉粉路小麦粉蛋白质及淀粉分布规律

小麦制粉粉路小麦粉蛋白质含量见图1，小麦制粉粉路小麦粉淀粉含量见图2。

由图1、图2可知，石优20小麦品种制粉粉路小麦粉蛋白质含量有显著性差异(P<0.05)。5BC粉路小麦粉蛋白质含量最高，显著高于其它粉路小麦粉(P<0.05)。1M1下粉路小麦粉蛋白质含量最低，显著低于其它粉路小麦粉(P<0.05)。淀粉含量在粉路间存在显著性差异(P<0.05)，M2上粉路小麦粉淀粉含量显著高于其它粉路小麦粉，7M下粉路小麦粉淀粉含量显著低于其它粉路小麦粉。

图1 小麦制粉粉路小麦粉蛋白质质量分数

图2 小麦制粉粉路小麦粉淀粉质量分数

2.2 制粉粉路小麦粉矿物质含量分布规律

小麦制粉粉路小麦粉铜含量见图3。

图3 小麦制粉粉路小麦粉铜含量

由图3可见，7M下粉路铜元素含量显著高于其它粉路小麦粉(P<0.05)，1M2下、D1D2上和2M1上粉路显著低于其它粉路小麦粉(除1M2中、1M1中和1M2上)(P<0.05)。Cu元素含量前5位的粉路从高到低分别为：7M下、D1D3上、6M下、2T和6M上，Cu元素含量后5位的粉路从高到低分别为：1M1中、1M2上、1M2下、D1D2上和2M1上；心磨粉、尾磨粉和皮磨粉系统，随着研磨次数的增加Cu元素含量逐渐增大；渣磨粉和重筛粉系统Cu元素含量变化不明显。说明越接近小麦籽粒皮层，Cu元素含量越大。

小麦制粉粉路小麦粉铁含量见图4。

图4 小麦制粉粉路小麦粉铁含量

由图4可见，4BF粉路小麦粉铁元素含量显著高于其他粉路小麦粉，2M2上粉路显著低于其它粉路小麦粉(P<0.05)。Fe元素含量前5位的粉路从高到低分别为：4BF、7M下、2T、D1上和D1D3上，Fe元素含量后5位从高到低的粉路分别为：1M2中、2M2下、2M2中、1M2下和2M2上；尾磨粉、皮磨粉和心磨粉后路的Fe元素含量明显高于其他粉路小麦粉。

小麦制粉粉路小麦粉锌含量见图5。

图5 小麦制粉粉路小麦粉锌含量

由图5可见，7M下粉路小麦粉锌含量显著高于其它粉路小麦粉，2M2上和1M2中粉路显著低于其它粉路小麦粉(P<0.05)。Zn元素含量前5位从高到低的粉路分别为：7M下、2T、6M下、6M上和4BF，Zn元素含量后5位的粉路分别为：1M3上、1M3中、1M1中、2M2上和1M2中；心磨粉、渣磨粉、尾磨粉和皮磨粉系统，随着研磨次数的增加Zn元素含量逐渐增大；说明越接近小麦籽粒皮层，Zn元素含量越大。

小麦制粉粉路小麦粉Ca含量见图6。

图6 小麦制粉粉路小麦粉钙含量

由图6可见，4BF粉路小麦粉钙元素含量显著高于其它粉路小麦粉，1M3中和2M2下粉路小麦粉显著低于其它粉路小麦粉(P<0.05)。钙元素含量前5位的粉路从高到低分别为：4BF、D1D3上、D1上、7M下和D1D2上，钙元素含量后5位的粉路分别为：1M3上、1M2下、1M1下、1M3中和2M2下。心磨粉、渣磨粉、尾磨粉和皮磨粉系统，随着研磨次数的增加钙元素含量逐渐增大；说明越接近小麦籽粒皮层，钙元素含量越大。皮磨4BF 钙元素含量在制粉粉路系统中最高。

2.3 制粉粉路小麦粉纤维素含量分布规律

小麦制粉粉路小麦粉粗纤维含量见图7。

图7 小麦制粉粉路小麦粉粗纤维质量分数

由图7可见，粗纤维含量在粉路小麦粉中存在显著性差异(P<0.05)。7M下粉路小麦粉粗纤维含量显著高于其他粉路小麦粉，1M1中和1M2下显著低于其他粉路小麦粉(除2M2上、1S2、3M2上、1M2中和2M1上)(P<0.05)；粗纤维含量前5位从高到低的粉路分别为：7M下、6M下、5BC、5M下和2T，粗纤维含量后5位的粉路分别为：3M2上、1M2中、2M1上、1M1中和1M2下；说明心磨粉系统随着磨粉次数的增加，粗纤维含量逐渐增大，心磨粉后路粗纤维含量最高。

小麦制粉粉路小麦粉膳食纤维含量见图8。

图8 小麦制粉粉路小麦粉膳食纤维含量

由图8可见，膳食纤维含量在粉路小麦粉中存在显著性差异(P<0.05)。7M下粉路小麦粉显著高于其他粉路小麦粉，1M2上、3M2中和2M1上粉路小麦粉膳食纤维含量显著低于其他粉路小麦粉(除1M2下)(P<0.05)。膳食纤维含量前5位从高到低的粉路分别为：7M下、6M下、5M下、2T和4BC，膳食纤维含量后5位的粉路分别为：1M1下、1M2下、1M2上、3M2中和2M1上；说明心磨粉系统随着磨粉次数的增加，膳食纤维含量逐渐增大，心磨粉后路膳食纤维含量最高。

2.4 制粉粉路小麦粉维生素含量分布规律

VB6：VB6含量在粉路小麦粉中存在显著性差异(P<0.05)。6M上粉路小麦粉VB6含量显著高于其他粉路小麦粉，1M2中、1M1中、2M2下、1M1下、1M3上和1M2下粉路显著低于其他粉路小麦粉(P<0.05)；VB6含量前5位的粉路从高到低分别为：6M上、2T、4BF、6M下和1T，VB6含量后5位的粉路分别为：1M1中、2M2下、1M1下、1M3上和1M2下；说明心磨粉系统VB6含量随着研磨次数的增加逐渐增大，心磨粉越接近小麦籽粒皮层，VB6含量越高(见表1)。

VB1：1M1中、1M1下、1M2上、1M2中、1M2下、1M3上、1M3中、2M2上、2M2中、2M2下、3M2上、3M2中和D2上粉路中VB1含量未检出，其他粉路VB1含量存在显著性差异(P<0.05)，6M上和7M下粉路小麦粉VB1含量显著性高于其他粉路小麦粉，D1D2上和D1上粉路小麦粉VB1含量显著性低于其他粉路小麦粉(除3M2下、2M1上和未检出粉路)(P<0.05)；VB1含量前5位的粉路从高到低分别为：6M上、7M下、6M下、5M下和2T。说明心磨粉后路、皮磨粉后路和尾磨粉维生素B1含量明显高于其他粉路小麦粉，心磨粉前路VB1含量最低(见表1)。

表1 石优20小麦制粉粉路小麦粉维生素含量显著性分析

VB2：1M2中和2M2中粉路VB2含量在小麦粉中未检出，其他粉路小麦粉含量在粉路小麦粉中存在显著性差异，7M下粉路小麦粉显著高于其他粉路小麦粉(P<0.05)，3M1上、3M2中和2M2上粉路小麦粉显著低于其他粉路小麦粉(P<0.05)。VB2含量前5位的粉路从高到低分别为：7M下、2T、5M下、4BF和6M下，VB2含量后5位的粉路分别为：3M1上、3M2中、2M2上、1M2中和2M2中。说明心磨粉后路、尾磨粉和皮磨粉后路VB2含量明显高于其他粉路小麦粉(见表1)。

2.5 主成分分析

采用主成分分析法对39个粉路小麦粉进行分析，结果表明，前2个主成分的特征值均大于1，累计贡献率达80.577 7%(见表2)，已能综合粉路小麦粉性状的大部分信息。

表2 主成分分析

由主成分载荷阵(见表3)得知，第一主成分主要综合了粗纤维、膳食纤维、铜、锌、淀粉、维生素B1和维生素B2的信息，其中粗纤维、膳食纤维、铜、锌、维生素B1、维生素B2在第一主成分上呈正向分布，即PC1越大，粗纤维、膳食纤维、铜、锌、维生素B1、维生素B2取值越大，淀粉含量在第一主成分上呈负向分布，即PC1越大，淀粉含量取值越小；第二主成分主要综合了蛋白质含量、铁含量、钙含量和维生素B6的信息，均呈正向分布。

表3 主成分载荷阵

2.6 聚类分析

根据粉路小麦粉蛋白质含量、淀粉含量、铜、铁、锌、钙、粗纤维、膳食纤维、维生素B1、维生素B2、维生素B6含量，对制粉粉路进行聚类分析。

从聚类分析结果可知，在类间距离为10时，39个粉路小麦粉可分为三大类(见图9)。

图9 粉路小麦粉聚类分析树状图

由图9可见第Ⅰ类聚集了15个粉路，分别为1M1中、1M1下、1M2上、1M2中、1M2下、1M3上、1M3中、2M1上、2M1中、2M2上0、2M2中、2M2下、3M2上、3M2中和3M2下，第Ⅱ类聚集了17个粉路，分别为：3M1上、3M1中、4M上、4M中、5M上、1S1、1S2、2S、1T、3BC、4BC、5BC、3BF、D1上、D1D2上、D2上和D3上，第Ⅲ类聚集了7个粉路，分别为：5M下、6M上、6M下、7M下、2T、4BF和D1D3上。

4 讨论与结论

本研究得出，随着研磨次数的增加，制粉粉路小麦粉Cu、Fe、Zn、Ca、CF、DF、VB1、VB2和VB6含量逐渐增大。心磨粉粉路7M下Cu、Zn、VB2、CF和DF含量最高，心磨粉6M上和7M下VB1含量最高，皮磨粉4BF的Fe和Ca含量最高。总体来说，营养物质含量较高的制粉粉路为：7M下、2T、6M下、4BF、6M上、5M下、D1D3上和D1上。营养物质含量较低的制粉粉路主要是心磨粉前路粉，分别为：1M1中、1M1下、1M2上、1M2中、1M2下、1M3上、1M3中、2M1上、、2M2上、2M2中、2M2下。根据主成分分析得出2个主成分可以反映原变量80.577 7%的粉路小麦粉营养综合信息，另外聚类分析将这39个粉路粉分为3类。

由于小麦粉在生产过程中除去了几乎全部的皮层，而研究发现，小麦中大部分的矿物质元素都存在于种子的皮层[11]，所以小麦粉与完整的小麦相比，矿物质含量很少。Tang等[12]对中国43种小麦系统粉矿物质元素分布的研究表明，麸皮和渣磨粉的矿物质元素含量最高；而小麦系统粉中，ⅢB含量最高，其次是3M、ⅡB和2M，ⅠB和1M的含量最低；王晓曦等[13]研究发现研究小麦制粉过程中，不同系统小麦粉中各矿物质的分布情况，实验结果表明：小麦中含镁、Ca、磷、钾四种矿物质元素较高，其次是钠，而Cu、Fe、锰、Zn含量极低；小麦中的矿物质主要集中在小麦的皮层和胚中；在相同的系统中，从前路到后路，矿物质的含量有逐步增高的趋势，与本研究结果一致。魏帅等[14]以小麦籽粒为研究对象，采用瑞士Buhler MLU-202型实验制粉机对铅、镉含量不同的小麦籽粒样品制粉加工，测定不同粉路产品的铅、镉、蛋白质及灰分含量，分析铅、镉、灰分、蛋白含量关系，结果表明，铅、镉和灰分呈现出粗麸>细麸>皮粉>心粉的趋势，且存在后路粉>前路粉的特点。杨居荣等[15]使用组织解剖法分离了小麦颖壳、皮层、胚和胚乳，分别测定不同部位的Pb、Cd、Cu含量，表明皮层和胚中的Pb、Cd含量显著高于胚乳。王云霞等[16]使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)研究小麦籽粒中Mn、Cu、Zn、P 4种金属元素的含量分布，结果表明，靠近小麦皮层的部位金属元素含量较高，而小麦籽粒内部胚乳部分金属元素含量较低，与本研究结果一致。