小麥麩皮結構層干法分離的初步研究

陳中偉 王 莉 楊春霞 吳保承 田燕寧 陳正行

(糧食發(fā)酵工藝與技術國家工程實驗室1，無錫 214122)

(江南大學食品學院2，無錫 214122)

(江蘇省江大綠康生物工程技術研究有限公司3，無錫 214028)

(江南大學理學院4，無錫 214122)

麥麩是小麥粉加工產業(yè)鏈中的主要副產品，是大宗農副產品。在我國，麥麩的年產量達2 000萬噸［1］。小麥麩皮含有極高的營養(yǎng)價值，富含膳食纖維、B族維生素、礦物質及抗氧化植物化學成分［2－3］。

目前，麥麩的增值加工方式主要以濕法為主，利用酶解去除殘留淀粉及蛋白質，脫除植酸，以獲取膳食纖維產品;或采用酶解和堿解后，提取阿魏酸及阿魏酰低聚糖類等抗氧化成分為主［4］。與傳統(tǒng)的麥麩利用方式比較而言有一定的優(yōu)勢，但濕法加工仍然存在蒸汽能消耗大、營養(yǎng)成分損失嚴重及環(huán)境污染等諸多缺點，麥麩的利用率較低。因此，小麥麩皮的深加工增值技術成為我國小麥深加工產業(yè)鏈亟需解決的問題之一。研究表明，麥麩由多個生理層組成，大致可以分為外果皮、中間層(內果皮、橫狀細胞、種皮和透明層)和糊粉層［5－6］。不同的結構層的機械特性有明顯不同，在相同的粉碎或研磨獲得的粉體的粒徑、成分可能存在差異［7］。這為干法研磨分離麥麩皮層的提供了可能，更重要的是干法增值技術能很好避免不必要的能耗和營養(yǎng)成分損失，而且成本低廉，環(huán)境污染少［8－9］。

本試驗旨在利用振動粉碎和旋振篩結合的干法方式，對小麥麩皮粉體進行粉碎分級，并比較不同麥麩生理結構層在分級獲得的粉體中所占的比例，以初步探索研磨篩分對麥麩結構層分離的效果。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

麥麩:中糧集團;磷酸鹽、純化瓊脂、酸性品紅:國藥集團;熒光增白劑、3，4，5－三甲氧基肉桂酸、橄欖醇、植酸鹽、p－香豆酸:美國Sigma公司。

中藥粉碎機:上海冰都電器有限公司;振動超微粉碎機:濟南龍微制藥設備有限公司;XC－600振動篩:新鄉(xiāng)先臣振動機械有限公司;Microtrac 3500粒徑分析儀:美國Microtrac Inc公司;CM1950切片機:德國徠卡公司;BX41熒光顯微鏡:奧斯巴林;Agilent 1100高效液相色譜儀:美國安捷倫公司。

1.2 試驗步驟

1.2.1 原料預處理

小麥經篩分除去部分殘留淀粉，利用中藥粉碎機粉碎至全部通過20目篩。將經預粉碎的麥麩投入到振動粉碎機中，填充1/3容量，粉碎40 min，分別在10、20、30和40 min時取樣進行粒徑測定。將粒徑分布最為分散的麩皮物料投入到振動篩，利用目數分別為200、325及400的篩進行篩分，獲取篩上物及篩下物，進行粒徑測定和熒光顯微鏡測定。

1.2.2 粒徑測定

將粉碎后的麥麩置于干燥器中貯存12 h，避免顆粒的黏附對粒徑測定帶來影響。利用Microtrac 3500粒徑分析儀測定麥麩的粒徑分布。具體參數為:吸入式(0.25～2 000 μm，干法，反射模式，顆粒形狀設置為不規(guī)則)。每個樣品測定2次，取平均值。利用系統(tǒng)自帶軟件獲取粒徑分布數據，并繪制粒徑分布圖。

1.2.3 熒光染色及測定

將各種麥麩粉體鑲嵌在2%的瓊脂塊中，選擇合適的粉體與瓊脂干基的比例，利用pH 7的戊二醛溶液進行固定，然后利用不同濃度的酒精進行脫水。脫水后進行浸蠟與包埋，利用切片機切出6～8μm薄片，利用1%的酸性品紅乙醇溶液和0.01%的熒光增白劑溶液分別染色2 min，洗凈染色液，封片，然后在激發(fā)光為紫外波長(400～410 nm)條件下進行熒光觀測［10］。

1.2.4 標示成分分析

酚酸測定:精確稱取20 mg樣品，利用10 mL的2.0 mol/L的NaOH在氮氣存在的條件下，黑暗中水解2 h，添加100μL的1 mg/mL的3，4，5－三甲氧基肉桂酸作為內標物，利用6 mol/L鹽酸中和提取液至pH 2，然后用3倍體積的乙酸乙酯提取2次，將提取液合并，濃縮，并用氮氣吹干。最后利用0.4 mL的50%的甲醇溶液復溶，用0.45μm有機微濾膜過濾，收集過濾液進行液相測定。

液相測定條件:C18柱(5 mm，250 ×4.6 mm);檢測器:紫外檢測器;檢測波長:320.8 nm;A流動相:乙腈;B流動相:pH 4.6的醋酸鹽緩沖溶液;進樣速率:0.8 mL/min;柱溫:35℃;流動相A與B的線性比例:0～24 min，從 15/85 到 35/65;24 ～24.5 min，從35/65到 60/40;24.5～29 min，從 60/40 到 15/85;29 ～34 min，保持15/85 的比例5 min［7］。

烷基間二苯酚的測定:稱取20 mg樣品放到10 mL的試管中，加入10 mL丙酮在室溫下震蕩2 h，將提取液通過濾紙過濾并蒸干，利用1 mL的乙酸乙酯復溶。添加2 mL的ZnCl2固藍B鹽到試管中，振蕩混合，在黑暗中反應60 min后，520 nm波長下測定吸光度值。通過相同條件下，以橄欖醇為標準物繪制標準曲線，計算得出烷基苯酚的含量。

2 結果與討論

2.1 麥麩的粒徑測定

經超微粉碎研磨 40 min，分別在 10、20、30、40 min時取樣進行粒徑測定。

圖1 不同研磨時間小麥麩皮顆粒粒徑分布及體積積累圖

如圖1a顯示，未研磨前的麥麩主要集中在300μm到1 000μm之間，經研磨10 min后，麥麩粉體出現明顯的雙峰，其峰值分別為 432μm和175μm。當研磨20 min后，麥麩的粒徑分布出現3個峰，此時的顆粒最為分散。3個峰的粒徑峰值分別為145、57、15 μm。進一步研磨30 min后，145 μm 處的峰比例明顯減小，50μm處的峰的比例則明顯增大;研磨40 min后，麥麩顆粒的粒徑分布曲線的變化不明顯。圖1b中顯示，麥麩研磨前至研磨至40 min的粒徑體積積累曲線逐步向粒徑小的方向移動，10、20、30 min粒徑體積積累曲線差異明顯，30 min與40 min區(qū)別則較小。在研磨的過程中，顆粒的粒徑出現多峰的現象原因可能是，小麥麩皮結構層的機械性質不同造成的。研究表明，外皮層與中間層的結合較為松散，容易脫落分離。同時，被粉碎所需的能量只是中間層和糊粉層破裂所需能量的1/4，容易被粉碎成小顆粒。中間層的結構較為復雜，由內果皮、種皮、透明層等組成，而且與糊粉的連接非常緊密，不易被分離［11－12］。在粉碎的過程中顆粒的粒徑就會出現多峰的現象，為粉碎篩分分離各個生理層提供了可能。Hemery等［13］分別在常溫和低溫(－10、－60、100、－140 ℃)條件下對小麥麩皮進行研磨，發(fā)現在溫度為(20℃、－10℃)研磨1 min時，粉碎后的小麥麩皮粉體都會在20μm和150μm處出現雙峰，這與本研究中得到的結果相似。該研究同時表明，與低溫粉碎相比，常溫粉碎有利于獲得粒徑分散的麥麩粉體。

2.2 篩分后的粒徑分析

由圖1中可知，研磨20 min后的小麥麩皮粉體的粒徑的峰值分別為145、57、15μm，選擇孔徑大小與粒徑峰值較為接近的標準篩200、325和400目(150、45和37μm)進行篩分，得到4種不同粉體(麥麩1表示200目的篩上物，麥麩2表示介于200目和325目間的顆粒，麥麩3代表介于325目和400目篩的顆粒，麥麩4代表400目篩下顆粒)。4種麥麩顆粒的分布曲線如圖2中所示，由圖2a中可以看出，在不同篩下物都有明顯的正態(tài)單峰，且單峰之間的交叉部分較少，麥麩1～麥麩4的峰值分別為156、82、20和16μm。這說明了通過篩分可以獲得粒徑區(qū)別明顯的麥麩顆粒。其中麥麩1和研磨20 min時出現在145μm的峰較好的吻合。麥麩3和麥麩4的粒徑小于小麥糊粉層細胞的大小(50μm)，因此，該組分可能富集有麥麩糊粉內容物。結合麥麩組織結構層的抗研磨性質的不同的特性，可以推斷出，麥麩1～麥麩4中的不同麥麩結構層的所占比例也不同。通過生化標示物的含量可以計算出近似比例。

2.3 熒光分析

為了定性麥麩結構層在各個組分中的分布，對不同麩皮顆粒的熒光顯色，然后進行熒光圖像分析。由圖3a所示，在小麥籽粒的橫截面的熒光顯微圖中，外皮層和中間層由于自發(fā)熒光而顯示黃綠色，糊粉細胞壁被熒光增白劑染成藍色，糊粉細胞內容物中的蛋白質被品紅染成紅色，小麥淀粉不被染色，顯黑色。圖3b是麥麩1的熒光顯微圖，黃綠色的外皮層和中間層占大部分，同時還存在大量的已破裂的糊粉細胞。在圖3c中主要以糊粉層破碎后的細胞壁為主，說明在麥麩2中主要以糊粉細胞壁為主;在圖3d中，顆粒較小，存在大量的紅色的顆粒和藍色顆粒，主要是細小的麥麩糊粉層壁和內容物。綜合圖3b～圖3d可知，麥麩1中主要以小麥外皮層和破碎的大顆粒的糊粉細胞為主;麥麩2主要包含小麥糊粉層破碎的細胞壁;而糊粉層的內容物則主要富集在麥麩3中。

圖2 振動粉碎20 min后麥麩顆粒篩分的粒徑分布

圖3 不同粒徑麥麩粉體的熒光顯微圖

2.4生化成分測定

為了能進一步確認研究的結果，利用小麥麩皮各個結構層中的主要標示物進行定量分析各個結構層麥麩粉體中的比例，其中脫氫阿魏酸三聚體(FAt)為外皮層的標示物，烷基間二苯酚(Alkylresorcinols)是中間層的標示物，而對位香豆酸(p－comicacid)和植酸(phytic acid)分別是糊粉細胞壁和糊粉細胞內容物的標示成分，計算公式［14］如下:

表1 不同粉碎時間和不同粒徑的麥麩粉體的生化組成

從表1中可以看出，未篩分前，小麥麩皮中植酸含量約為35 mg/g，篩分后麥麩粉體中植酸的含量區(qū)別很大，在麥麩1中含量為18.9 mg/g，而在麥麩3中其含量為48.3 mg/g。植酸是糊粉層內容物的標示性成分，這表明，小麥糊粉細胞內容物在麥麩3中得到了富集，同熒光顯微鏡的定性分析得到的結果相同。而在麥麩1中，麥麩外果皮標示物(脫氫阿魏酸三聚體)和中間層的標示物(烷基間二苯酚)的含量最高，分別為2.32 mg/g和 5.2 mg/g，按照標示物含量計算，外皮層和中間層的比例為78%。表明了麥麩外皮層和中間層的含量在麥麩1中得到了富集和提高。而在麥麩3中，對位香豆酸的含量則含量最高，達 0.21 mg/g，較麥麩原料中的 0.16 mg/g，提高了0.5 mg/g。說明了糊粉層破碎細胞壁的含量在麥麩3中最高。

3 結論

通過對小麥麩皮進行不同時間的研磨，通過粒徑分析結果表明當研磨時間為20 min時，小麥麩皮粉體的顆粒粒徑最為分散。然后對此時的麩皮顆粒進行篩分，得到的4種不同的粉體中麥麩3的糊粉質量分數最高，達到51%。小麥糊粉被破碎后，細胞壁在各個麥麩粉體中均有分布;而麥麩外皮層和中間層則主要集中在麥麩1中，比例達到78.9%;在麥麩2中主要富集大顆粒的小麥糊粉層的細胞壁41.7%。總之，通過簡單的微粉碎和篩分，可以對小麥麩皮結構層進行一定程度的富集。

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