不同磨粉方式对脱胚玉米粉品质特性的影响

魏 雪，王凤成,2*，沈玉现，邢亚楠

1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001 2.国家粮食加工装备工程技术研究中心，河南 开封 475200 3.鲁山县华豫万通工程技术有限公司，河南 鲁山 467300 4.河北金沙河面业集团有限责任公司，河北 邢台 054100

玉米是我国重要的粮食和饲料作物，也是全世界总产量最高的农作物[1]。目前对小麦制粉和稻谷碾米等研究较多[2-3]，对于玉米制粉的研究较少。制粉方法的选择与产品用途有关，食用一般选择干法制粉技术[4]。玉米干法加工的产品为玉米碴、玉米糁、玉米粉等[5]，玉米糁常用作早餐谷物，玉米碴和玉米粉常用作烘焙食品和休闲食品的原料。

原料、加工和磨粉技术的不同都会影响玉米产品的品质。研究表明，采用不同的磨粉方式对小麦、大麦、黑麦或者高粱制粉时，都可能会改变谷物粉的色泽、粒度、破损淀粉含量、结构和功能特性[6-8]，进而影响谷物粉的加工特性。谷物制粉常用的磨粉机有石磨、辊式磨和微粉磨等，工作原理也不同。石磨磨粉机是由一静一动两个磨盘构成，一般为左右或上下结构，通过两个磨盘的挤压转动将物料研磨成粉[9]；辊式磨是目前被广泛应用于粮食加工的一种研磨工艺，其原理是一对水平布置并以不同角速度高速旋转的圆柱形磨辊，对进入两辊之间工作区域的物料进行挤压、剪切和摩擦，籽粒压碎后使皮层与胚乳分离，并把胚乳磨细至粉[10]；微粉磨是物料在锤头和齿圈的打击和剪切作用下进行粉碎[11]，超微粉碎能将物料粉碎成精细且粒度均匀分布的粉末。不同的磨粉方式均会造成研磨强度的差异[12]，于爽等[13]研究发现，布勒磨粉机制得的样品出粉率，水分、破损淀粉含量均显著高于布拉班德磨粉机。白青云等[14]研究表明超微粉碎能提高玉米粉的糊化度和膨胀力，从而显著提高玉米面团的质构。

玉米磨粉所用设备大多是根据小麦、稻米加工设备改造而成，关于不同磨粉方式对玉米粉品质的影响研究很少。由于玉米与其他谷物籽粒结构和理化性质有所不同，所以不同磨粉方式所制玉米粉的品质特性也不同。作者选择石磨、辊式磨和微粉磨对脱胚玉米糁进行磨粉，旨在研究不同磨粉方式对脱胚玉米粉品质特性的影响，为玉米干法加工磨制高质量脱胚玉米粉提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米(良玉8号)：吉林省。原粮玉米的水分含量为10.57%，灰分含量为1.23%；提胚后玉米糁的水分含量为12.88%，灰分含量为0.71%。

盐酸(分析纯)：信阳市化学试剂厂；硫酸锌(分析纯)、亚铁氰化钾(分析纯)：天津市科密欧化学试剂有限公司；碘化钾(分析纯)：国药集团化学试剂有限公司；硫代硫酸钠(分析纯)：洛阳市化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

DTP 75×100玉米搓揉脱胚机、FSFJB1单仓平筛、MFJ-30微粉机：鲁山县华豫万通工程技术有限公司；TDV 200重力分级机：意大利奥克利姆公司；MLU-2027磨粉机：布勒无锡机械制造有限公司；6FSM-40石磨磨粉机：修武县三环粮油机械厂；SDmatic损伤淀粉仪：法国肖邦技术公司；RVA-TM快速黏度分析仪：瑞典波通仪器公司；WZZ-2S自动旋光仪：上海申光仪器仪表有限公司；BT-9300H激光粒度仪：辽宁丹东百特仪器有限公司；MARS60哈克流变仪：赛默飞世尔；101-2EBS电热鼓风干燥箱：北京市永光明医疗仪器有限公司；SX4-10马弗炉：上海树立仪器仪表有限公司；CR-410色差计：日本柯尼卡美能达公司；5810R多功能台式离心机：德国Eppendorfyi仪器有限公司；T6紫外可见光分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 玉米的脱胚制粉流程

玉米→脱皮→破碴脱胚→筛分分级→重力分级提胚→玉米糁→磨粉(石磨、辊式磨、微粉磨)→玉米粉。

1.3.2 理化特性测定

水分含量测定参照GB 5009.3—2016，采用105 ℃直接干燥法测定。灰分含量测定参照AACC 08—01。破损淀粉测定参照GB/T 31577—2015，使用损伤淀粉测定仪进行测定。

总淀粉含量的测定参考战海枫等[15]的旋光仪法。总淀粉含量按式(1)计算。

(1)

1.3.3 溶解度与膨胀力测定

参考朱文昌等[16]的方法并略加修改：称取1 g(干基)玉米粉放入恒质量的离心管中，加纯水定容至50 mL，在振动摇床上80 ℃加热30 min后，4 000 r/min离心20 min，将上清液倒在恒质量的铝盒中，于105 ℃烘至恒质量，得到被溶解玉米粉质量，溶解度按式(2)计算。对离心管中膨胀玉米粉称质量，膨胀力按式(3)计算。

(2)

(3)

式中：S为玉米粉的溶解度，%；m1为水溶玉米粉的质量，g；m2为膨胀玉米粉的质量，g；m为玉米粉的质量，g；E为玉米粉的膨胀力，%。

1.3.4 持水力测定

参照AACC 56—20的方法，持水力按式(4)计算。

(4)

式中：W为玉米粉的持水力，g/g；m3为沉淀的质量，g；m为玉米粉的质量，g。

1.3.5 透光度测定

参考龚魁杰等[17]的方法，称取一定量样品配成0.5%的粉乳，在沸水浴中加热15 min，冷却至25 ℃摇匀后，以蒸馏水作参比，用分光光度计在650 nm波长下测定玉米粉糊的透光度。

1.3.6 粒度测定

在激光粒度仪的遮光率为15%时进行粒度测定。跨度按式(5)计算。

(5)

式中：D10、D50、D90分别为累计分布百分数达到10%、50%和90%时对应的粒径，μm。

1.3.7 色泽测定

使用色差计对物料色泽进行测定，记录L*(亮度)、a*(红绿度)、b*值(黄蓝度)。

1.3.8 玉米粉糊化特性测定

参照GB/T 24853—2010测定。

1.3.9 玉米粉糊的动态流变特性测定

参照刘婷婷等[18]的方法测定，设置哈克流变仪的参数：平板模具直径为25 mm，间隙为1 mm，室温为25 ℃，应变为1%，扫描频率范围为0.1～10 Hz。根据樊红秀等[19]的方法，将G′和G″属性曲线拟合为式(6)和(7)的幂函数模型。

G′=K′×αn′，

(6)

G″=K″×αn″，

(7)

式中：G′为弹性模量，Pa；α为扫描频率，Hz；G″为黏性模量，Pa；K′、K″、n′、n″为常数。

1.4 数据处理

采用Excel 2016、SPSS 20.0、Origin 2018进行数据分析和图表制作。

2 结果与分析

2.1 玉米粉的理化指标

由表1可知，不同磨粉方式对玉米粉的水分影响差异显著，玉米糁经微粉磨研磨后水分损失最大，辊式磨次之，经石磨研磨后水分散失最小，这是因为玉米在粉碎时机械力会产生一定的热量，促使样品水分散失，微粉磨工作时产热比辊式磨和石磨多，导致玉米粉水分散失最多。玉米粉灰分含量由高到低的磨粉方式依次为石磨、微粉磨、辊式磨，总淀粉含量则相反，这是由于石磨是皮心混磨的研磨方式，超微粉碎是将物料全部入粉，因此两种研磨方式的玉米粉灰分含量较高，总淀粉含量相对较低。石磨玉米粉的破损淀粉含量显著低于辊式磨和微粉磨的，这是因为石磨磨粉机的转速低，能保护粮食籽粒中的营养物质不受到破坏，微粉磨和辊式磨带来的锤击、剪切等机械力较强，玉米粉破碎程度高从而导致破损淀粉含量较高。

表1 不同磨粉方式玉米粉的理化指标Table 1 Physicochemical indexes of corn flour with different grinding methods

2.2 玉米粉的水合特性

溶解度、膨胀力、持水力和透明度是反映玉米粉加工品质的重要指标[20]。由图1可知，石磨、辊式磨所得玉米粉样品的溶解度没有显著差异，微粉磨的溶解度最小，王丽静[21]的研究表明，石磨荞麦粉的溶解度最大，粉制品糊汤最严重，这预示着石磨和辊式磨的玉米深加工产品在蒸煮过程中糊汤现象较严重。3种磨粉方式膨胀力的顺序为辊式磨>微粉磨>石磨，曾洁等[22]的研究表明玉米粉粒度越大膨胀力越小，由于石磨玉米粉的粒度最大，所以膨胀力最小。微粉磨玉米粉粒度最小，吸水膨胀后相互间产生的阻力增大，阻碍了粉体膨胀[23]，所以膨胀力小于辊式磨玉米粉。石磨、辊式磨所得玉米粉样品的透明度没有显著差异，微粉磨的透明度最大，这是因为微粉磨玉米粉粒度更小、更均匀。石磨、辊式磨所得玉米粉样品的持水力没有显著差异，微粉磨玉米粉的持水力最大，说明超微粉碎可以显著提高样品的持水能力，防止水分在热加工过程中的散失，延缓淀粉失水老化。

注：同一指标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。图1 不同磨粉方式玉米粉的水合特性Fig.1 Hydration properties of corn flour with different grinding methods

2.3 玉米粉的粒度及分布

由表2可知，微粉磨玉米粉D10、D50、D90都是最小的，说明微粉磨玉米粉在不同体积范围粒径都是最小的。不同磨粉方式玉米粉的跨度差异显著，跨度表示粒径分布的宽度，跨度越小，粒度分布越窄，越均匀；跨度越大,粒度越分散。石磨粉的跨度最大，辊式磨次之，微粉磨最小。由图2可知，经过微粉磨所得玉米粉小粒径的体积分数明显大于石磨和辊式磨，微粉磨玉米粉粒径分布范围最窄(3.55～98.10 μm)，辊式磨玉米粉次之(5.21～310.00 μm),石磨玉米粉粒径分布范围最广(4.03～454.00 μm)，说明超微粉碎的玉米粉粉体很细且粒径分布较均匀，石磨玉米粉粉体颗粒较大且分布不均匀。

表2 不同磨粉方式玉米粉的粒径Table 2 Particle size of corn flour with different grinding methods

图2 不同磨粉方式玉米粉的粒径分布Fig.2 Particle size distribution of corn flour with different grinding methods

2.4 玉米粉的色泽

由表3可知，石磨和辊式磨玉米粉L*无显著差异，微粉磨玉米粉L*最大，说明亮度最大，这是因为颗粒越小，其相对表面积越大，反光效果就越好[24]。玉米粉的颜色对其加工产品的色泽有较大影响，超微玉米粉因亮度最高可能更容易被消费者接受。3种磨粉方式玉米粉的b*都为正值，说明粉体都为黄色，不同磨粉方式对玉米粉显黄程度有显著性差异，辊式磨玉米粉显黄程度最大，微粉磨次之，石磨的显黄程度最小。石磨玉米粉的a*显著高于另外两种，且辊式磨和微粉磨玉米粉的a*无显著差异。

表3 不同磨粉方式玉米粉的色泽Table 3 Color of corn flour with different grinding methods

2.5 玉米粉的糊化特性

由表4可知，微粉磨玉米粉的峰值黏度、谷值黏度最大，辊式磨玉米粉次之，石磨玉米粉的最小，这是因为不同磨粉方式的玉米粉粒度大小不同导致黏度有显著性差异，粒度越小，黏度越大。彭国泰[25]的研究表明黏度的升高与破损淀粉质量分数、颗粒吸水膨润率和淀粉颗粒位阻的增大有关。郑学玲等[26]的研究表明峰值黏度显著影响面条制品的品质，峰值黏度越高，面条制品品质越好，因此超微粉磨玉米粉制品的品质和口感可能更好。衰减值反映了粉糊的热稳定性，石磨玉米粉的衰减值最低，说明其粉糊热稳定性最好，微粉磨玉米粉衰减值最大，说明其粉在热加工过程中黏度变化较大，粉糊热稳定性差[27]。辊式磨玉米粉的回生值最小，说明其老化程度低，石磨和微粉磨玉米粉回生值没有显著性差异。辊式磨可以显著降低玉米粉的糊化温度，其他两种磨粉方法对玉米粉糊化温度影响不显著。

表4 不同磨粉方式玉米粉的糊化特性Table 4 Gelatinization characteristics of corn flour with different grinding methods

2.6 玉米粉糊的动态流变特性

由图3可知，随着扫描频率的增加，玉米粉糊的G′和G″都呈增大趋势。3种磨粉方式的玉米粉糊在低频率区(0.1～1.0 Hz)和高频区(1～10 Hz)的G′都大于G″，表现出类似于固体的黏弹性特征。石磨玉米粉糊的G′和G″都是最小的。tanδ是G″与G′的比值，表征面团黏弹性，tanδ<1表示样品为固体且弹性为主要特征，tanδ>1表示样品为黏稠的液体且以黏性为主[28]。由图4可知，tanδ始终小于1，说明3种磨粉方式所得玉米粉粉糊为固体且以弹性为主，随着扫描频率的增加，辊式磨和石磨玉米粉糊tanδ变化不显著，微粉磨玉米粉糊tanδ呈减小趋势，却是3种磨粉方式中最高的，说明微粉磨玉米粉糊具有更高的黏弹性。用幂函数模型对图3中的曲线进行拟合，结果如表5所示。由表5可知，R2在0.901～0.992之间，说明方程与曲线有较好的相关性。K′的变化范围大于K″，说明玉米粉糊弹性模量的变化幅度大于黏性模量。

图3 不同磨粉方式玉米粉糊的弹性模量(G′)和黏性模量(G″)随频率的变化曲线Fig.3 Variation curves of elastic modulus G′ and viscous modulus G″ of corn flour with different grinding methods with frequency

图4 不同磨粉方式玉米粉糊损耗角正切值随频率的变化曲线Fig.4 Variation curve of tangent value of corn flour loss angle with different grinding methods

表5 不同磨粉方式玉米粉糊G′和G″与扫描频率曲线的幂函数模型参数Table 5 Power function model parameters of G′ and G″ angular frequency curves of corn flour with different grinding methods

3 结论

3种磨粉方式中石磨得到的玉米粉粒径最大，破损淀粉最少且黏弹性最小；采用辊式磨比微粉磨制出的玉米粉粒径、溶解度、膨胀力大；微粉磨玉米粉粒径最小，玉米粉的亮度、透明度、持水力、峰值黏度和谷值黏度最大。对于不同磨粉方式的玉米粉糊，弹性模量、黏性模量与扫描频率呈幂函数关系。弹性模量和黏性模量随着扫描频率的增大而增大，石磨玉米粉糊的弹性模量和黏性模量都是最小的。3种磨粉方式的玉米粉糊在扫描频率为0.1～10 Hz的弹性模量都大于黏性模量，表现出类似于固体的黏弹性特征，微粉磨玉米粉糊具有更高的黏弹性。因此，可以根据玉米粉的用途选择磨粉方式，石磨适用于对产品色泽和效率要求不高，对水分和破损淀粉含量要求高的产品生产，辊式磨适用于饲料用粉、次粉、食用玉米粉、玉米小糁、细糁的联合加工生产，微粉磨适用于对粒度和颜色要求较高的高档玉米粉的生产。