全籽粒小麥工業微粉碎工藝對全麥粉加工特性的影響

劉芯羽，劉澤龍，2，*，杜昱蒙，3，4，任晨剛，3，4，任國寶，3，4，王滿意，3，4

（1.中糧營養健康研究院，北京102209；2.北京工商大學食品與健康學院，北京100048；3.營養健康與食品安全北京市重點實驗室，北京102209；4.老年營養食品研究北京市工程實驗室，北京102209）

全麥粉是重要的全谷物類食品之一，它保留了小麥籽粒幾乎全部的麩皮和胚芽，并且膳食纖維、維生素、礦物質以及烷基間苯二酚等含量顯著高于普通小麥粉[1]。麩皮和胚芽是全麥粉主要的營養物質來源，小麥胚約10%的脂肪中80%是不飽和脂肪酸，其中50%以上是亞油酸。全麥粉中的膳食纖維則能被腸道有益細菌利用產生短鏈脂肪酸并降低pH值，抑制腐生菌的生長，減少致癌物質產生。小麥膳食纖維還能夠產生飽腹感，并縮短食物通過消化器官的時間，降低葡萄糖的吸收，減緩淀粉水解，增加糞便容積，降低腸內壓等。因此，經常食用全麥粉有預防肥胖、保護腸道健康等效果[2-3]，還能有效降低患心腦血管疾病等慢性病的風險[4]。隨著科學普及，消費者對于全谷物類食品的關注在逐步提升。已知制粉所保留的小麥完整度與產品營養成分保留量正向相關[5-6]。常見的全麥粉加工方式有兩種：一種是目前國內常采用的回添法，該方法將小麥的麩皮、胚與胚乳分離，粉碎并穩定化后按比例回添到小麥粉中，該種全麥粉的穩定性較高。另一種是全小麥籽粒粉碎法，該方法將未去除麩皮和胚的完整小麥直接粉碎得到全麥粉，這種全麥粉保留了小麥籽粒幾乎全部的營養成分[7-10]。

面團的結構性質特別是流變學特征，在很大程度上會影響全麥制品的品質。由于是否含有麥麩是全麥粉與小麥粉組成的主要區別，根據研究報道，經過回添穩定化處理的麩皮、胚芽和次粉后的全麥粉，相比普通小麥粉，會增加面團吸水量，降低面團穩定時間和拉伸能力。而全麥粉的粒度達到超微范圍時，粉質均勻，面團加工指標的變化更加規律[11-12]。此外，麩皮部分的尺寸也會對面團加工特性產生影響。根據報道，隨著麩皮粒度增加，面團形成時間和穩定時間會隨之降低[13-14]。但是，在目前全麥粉面團特性的研究中，大部分全麥粉是通過實驗室制備獲得，而國內對工業制備的全籽粒粉碎全麥粉及其面團特性的研究相對較少。在小麥全籽粒宏量連續制取的過程中，裝備與過程控制等方面與實驗室自制會產生差異，從而可能影響產品的加工應用特性。

本研究通過對全籽粒小麥進行工業微粉碎獲得不同粒度的全麥粉樣品，并對不同溫度下保存的全麥粉的加工特性進行對比研究，旨在為完善全麥粉的全籽粒粉碎加工工藝提供參考。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

優質白麥：中糧面業（德州）有限公司；無水乙醇、乙醇（95%）、鄰苯二甲酸氫鉀、酚酞（99%）、濃硫酸、氫氧化鈉、丙酮、石油醚（沸程30℃～60℃）、氯化鈉（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

試驗沖擊磨（CR1000）：山東精華工程設備有限公司；氣引式粉碎機（FDV）：祐麒機械有限公司；全自動旋風磨（M3100）：波通瑞華科學儀器（北京）；面筋質量數量測定儀[面筋儀（Glutomatic-2200）、離心機（Centrifuge 2015）]：瑞典Perten儀器公司；電子粉質儀（Farinograph AT自動型）、電子拉伸儀（Extensograph-E）：德國Brabender儀器公司；數字瓶口滴定器（Titrette）：德國普蘭德公司；凱氏定氮儀（8400）：丹麥福斯分析儀器公司；激光粒度儀（Mastersizer 3000）：英國馬爾文公司；醫用臺式離心機（TDZ5-WS）：長沙平凡儀器儀表有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 全麥粉制備

將原料小麥投入進料倉，由喂料器送入試驗專用工業沖擊磨中，通過控制主機、分級器、風機頻率等參數，獲得粒度從高到低的3種全麥粉1號、2號和3號樣品。樣品分別在室溫[（22±1）℃]和冷藏[（4±1）℃）]下保存70 d后進行加工特性的測試。其中，1號粒徑最大（D90：302.5 μm），2 號樣品粒徑適中（D90：147μm），3號樣品粒徑最小（D90：123.5 μm）。上述小麥原料在冷藏70 d后另外使用以下兩種實驗室設備進行制粉：（1）氣引式粉碎機：勻速進料，粉碎過程電流不超過4A，獲得全麥粉4號，其粒徑D90約為115 μm；（2）全自動旋風磨：勻速進料，小麥粉碎過篩后，進入收集裝置，獲得全麥粉5號，其粒徑D90約為320 μm。而后測定面筋指標并與工業微粉碎樣品進行對比。

全麥粉樣品的水分、蛋白含量和脂肪酸值見表1。

表1 全麥粉樣品的水分、蛋白含量與脂肪酸值Table 1 Moisture content，protein content and fatty acid value of the whole wheat flours

1.3.2 粒徑測試

使用馬爾文Mastersizer 3000激光粒度儀，采用干法粒徑測試系統。參數為氣壓：2 bar；進樣速度：65%；折射率：1.59；顆粒密度：1.05 g/m3；背景測量持續時間：10 s；樣品測量持續時間：20 s；背景穩定時間：120 s。

1.3.3常規理化指標檢測方法

水分：GB 5009.3-2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》。

蛋白質：GB 5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》。

脂肪酸值：GB/T 15684-2015《谷物碾磨制品脂肪酸值的測定》。

1.3.4 全麥粉主要加工特性指標的測定

濕面筋測定：根據GB/T 5506.2-2008《小麥和小麥粉面筋含量第2部分：儀器法測定濕面筋》并使用篩孔孔徑為840 μm的聚酰胺篩進行測定。每個樣品測定兩次，每次兩個平行（每組平行試驗絕對差值不大于1 g/100 g），取雙試驗兩個測定結果算平均值。

面筋指數測定：根據LS/T 6102-1995《小麥粉濕面筋質量測定法-面筋指數法》進行測定。每個樣品每次測定兩個平行，本測試中雙試驗誤差不大于15個單位，或取3次試驗的平均值。

粉質特性測定：根據GB/T 14614-2019《糧油檢驗小麥粉面團流變學特性測試粉質儀法》進行測定。每個樣品測定兩次，取兩個測定結果算平均值。

拉伸特性測定：根據GB/T 14615-2019《糧油檢驗小麥粉面團流變學特性測試拉伸儀法》進行測定。每個樣品測定兩次，每次兩個平行，取雙試驗兩個測定結果算平均值。

1.4 統計與分析

所有試驗數據以平均值±標準差表示。采用Excel對數據進行處理，并采用SPSS 22.0進行數據統計分析，指標均值比較采用單因素方差分析，多重比較采用 Tukey HSD 法，置信度為 95%（p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 濕面筋和面筋指數

面團的流變學特性主要由面筋引起。濕面筋含量，特別是面筋指數是鑒定小麥粉品質優劣的重要指標之一[15]，而全麥粉中的麩皮和胚芽會稀釋面筋并降低面筋含量[16]。全麥粉的濕面筋含量及面筋指數見圖1。

圖1 全麥粉的濕面筋含量及面筋指數Fig.1 Wet gluten content and gluten index of the whole wheat flours

由圖1可知，全麥粉樣品的濕面筋含量約在27%～32%。室溫保存的全麥粉隨著粒度的減小，濕面筋含量顯著減小（p＜0.05），其中，1號樣品的濕面筋含量最高。冷藏保存的全麥粉隨著粒度減小濕面筋含量無明顯差異（p＞0.05），并且其濕面筋含量總體上高于室溫樣品。由于室溫條件下的長期儲存會增加小麥蛋白的降解與可溶性，而儲藏溫度的降低會減少面筋蛋白自由巰基的氧化交聯和蛋白功能性，從而能更好的保留蛋白性能[17]。小麥在冷藏后所獲得的全麥粉（4號和5號），其濕面筋含量與冷藏保存樣品無顯著差異（p＞0.05）。

面筋指數大小與面筋筋力強弱成正比，一般強筋力大于75%，弱筋力小于30%[18]。室溫保存下，1號～3號樣品的面筋指數在中等筋力范圍隨粒度減小逐漸增加，但不顯著（p＞0.05）。相比室溫樣品，冷藏全麥粉的面筋指數從不低于33%減少到7%～17%，而4號和5號樣品的面筋指數也在這個范圍內。冷藏全麥粉與現磨全麥粉樣品筋力偏弱的現象相似，并且兩者的面筋指數與全麥粉粒度均呈現出一定的正相關性。室溫條件下，隨著樣品粒度減小，面筋指數呈現增加趨勢。這與之前麩皮回添的報道結果相吻合，說明粗粒度麩皮更容易影響面筋網絡形成，減弱面筋筋力[13]。但本研究中室溫樣品間面筋指數的差異并不顯著（p＞0.05）。冷藏樣品的面筋指數總體上明顯低于室溫樣品（p＜0.05）。已知面筋和面團的強度與彈性性能主要由高分子量谷蛋白亞基（high molecular weight glutenin subunit，HMW-GS）和低分子量谷蛋白亞基（low molecular weight glutenin subunit，LMW-GS）共同形成二硫鍵交聯的蛋白聚集網絡所提供。面筋蛋白的谷氨酰胺殘基含量高，也會形成大量分子內和分子間氫鍵，并通過形成分子間氫鍵提供黏彈性。在低溫保存條件下，巰基/二硫鍵交換以及氫鍵等低能級分子間鍵的斷裂與形成都會受到影響，影響了全麥粉的后熟[18-20]。從樣品的脂肪酸含量（表1）推測冷藏的相關樣品反應水平應該更低。此外，粒度最低的3號樣品的面筋指數顯著低于其他粒度的樣品（p＜0.05）。由于高粉碎強度對面筋蛋白可能產生較大機械損傷，并且小麥麩的混入也會引起麥谷蛋白的解聚。所以，根據結果判斷上述因素對小麥面筋質量的影響應該無法在冷藏條件下通過后熟作用得到恢復[21]。

2.2 粉質特性分析

粉質曲線可以表征面團的耐揉和特性，評價被測面粉的內在質量。全麥粉粒度和儲藏溫度對其粉質特性的影響見表2。

表2 全麥粉粒度和儲藏溫度對其粉質特性的影響Table 2 Effect of particle size and storage temperature on farinographical properties of whole wheat flour

根據表2所示，隨著全麥粉粒度的減小，吸水率明顯增加（p＜0.05）。已知面粉的吸水量與原始水分、面筋蛋白含量、損傷淀粉含量有關。破損淀粉和面筋含量越高，面粉的吸水率也越大[22-23]。這與本研究中破損淀粉與濕面筋（圖1）的結果相吻合。

面團形成時間反映面粉的筋力，兩者間呈正相關。對于普通小麥粉來說，一般形成時間1.0 min～2.0 min的軟麥粉適宜做餅干和糕點。形成時間在4.0 min以上硬麥粉適合生產面包粉等高筋粉。穩定時間反映面團耐受機械的能力，也是評價面團內在質量的重要指標[22]。本研究中全麥粉的形成時間在4.30 min～5.58 min，穩定時間在5.96 min～8.90 min。冷藏樣品的上述兩項指標整體上短于室溫樣品。其中，室溫保存的1號全麥粉樣品的面團形成時間和穩定時間均短于2號和3號全麥粉樣品，但差異不顯著。弱化度反映面團在攪拌過程中的破壞速度和對機械攪拌的承受能力，也代表著面筋的強度。前者（1號）的弱化度最大，綜合說明其面筋強度較弱，這也進一步驗證了面筋指數的測定結果。無論是室溫保存還是冷藏保存，2號樣品形成時間和穩定時間最長，弱化度較低，粉質質量指數最優，說明中等粒度可以更好的保證全麥面團的韌性和耐攪拌性[13]。此外，在冷藏樣品中，3號樣品的形成時間、穩定時間都是顯著偏低的（p＜0.05），并且粉質質量指數也最低。這與面筋測試結果相符，冷藏的細粒度全麥粉樣品筋力與強度下降明顯。中粒度樣品在不同溫度的樣品組別中，均擁有最大的粉質質量指數。以上說明全麥粉的粒度控制將有助于優化產品的粉質特性，而冷藏保存對于細粒度樣品的面筋性能影響較大。

2.3 拉伸特性分析

拉伸曲線主要用于評價面團的抗拉阻力和延伸度等特性。它反映了麥谷蛋白網絡強度和抗延伸阻力，以及由麥膠蛋白貢獻的流動性和延伸所需要的黏合力[22，24]。拉伸曲線面積反應“粉力”大小。全麥粉粒度和儲藏溫度對其拉伸特性的影響見表3。

由表3可見，所有樣品的粉力、最大拉伸阻力在同一樣品45 min～135 min的醒發過程中呈現遞增的趨勢，延伸度則呈現遞減的趨勢。其中，室溫樣品粉力隨粉碎粒度的降低基本呈現遞減趨勢。而冷藏樣品中2號中等粒度樣品的粉力普遍高于1號和3號樣品，且在135 min醒發后具有顯著差異（p＜0.05）。

最大拉伸阻力表示面團的強度和筋力，并呈正相關。兩種溫度下保存的樣品，在不同的醒發時間下都是2號樣品的拉伸阻力最大。這與粉質儀測定結果相符，2號樣品在兩種保存溫度下均表現出較高的面團強度和筋力。冷藏樣品的拉伸阻力均明顯低于室溫保存的相同樣品（p＜0.05），說明其面團強度和筋力下降。延伸度表示面團的延展性和可塑性。拉伸長度大，面團的延展性好，抗拉阻力小。拉伸阻力隨發酵時間增幅明顯的面團更適合長時間發酵，而延伸度較好的面團相對柔軟，發酵時間短[22]。本研究中，對于在不同醒發時間下的同一樣品，延伸度的變化與拉伸阻力呈現出相反的變化趨勢。對于室溫樣品，在相同醒發時間下均以2號樣品的延伸度最低，但樣品間差異并不顯著（p＞0.05）。2號樣品的面團強度和筋力更好，在發酵、揉團和成型時可以體現出良好的性能。但在冷藏樣品中，2號樣品的面團延伸度最大，且明顯高于其他樣品（p＜0.05），該樣品面團會比較柔軟，發酵時間短。由表3可知，該樣品的高粉力值是拉伸阻力和延伸度共同貢獻的結果。對比室溫和冷藏樣品時發現，冷藏樣品的面團力學指標基本上均顯著低于室溫樣品。這也進一步說明冷藏保存全麥粉會對其面筋性能產生負面影響，并且產品的加工特性與粉碎強度密切相關。

表3 全麥粉粒度和儲藏溫度對其拉伸特性的影響Table 3 Effect of particle size and storage temperature on extensographical properties of whole wheat flour

3 結論

全麥粉在室溫保存下濕面筋含量與其粉碎粒度呈正相關，而冷藏條件下上述相關性不顯著。冷藏保存樣品面筋指數顯著低于室溫樣品。全麥粉粒度與吸水率呈負相關，與粉力（室溫樣品）呈正相關。冷藏保存全麥粉樣品的面團形成時間、穩定時間以及拉伸阻力均小于室溫保存樣品。中等粒度全麥粉的面團形成/穩定時間最長、弱化度較低，粉質質量指數最優，拉伸阻力最大。全麥粉的粒度控制助于優化產品的流變學特性。相比室溫保存，冷藏保存使樣品的面團力學指標顯著降低，且對于細粒度樣品的面團粉質特性影響較大。