研磨方式對小麥粉粉體特性的影響

馬思雨 田瀟凌 王曉曦 蔡文雅

(河南工業大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001)

小麥粉是由小麥籽粒在除去麩皮和胚后，經研磨粉碎制成的粉體[1]。小麥粉的市場流通涉及生產、加工、貯藏與運輸等方面，若小麥粉的流動性不好，在生產加工中容易造成粉路堵塞、篩理困難、車間電耗增加、面粉重復碾磨等問題，影響面粉的質量及出率；貯藏存運輸中，還可能會導致面粉結塊而進一步出現面粉品質的相關問題，而粉體特性與之有著密切的聯系。

由于小麥的研磨方式、制備工藝以及原料等的不同，制得的小麥粉顆粒大小、微觀形狀等也不同，從而使得小麥粉粉體表現出不同的粉體特性[2]。過去的報道[3-6]中關于小麥粉品質特性或加工特性等的研究較多，對小麥粉粉體特性的研究卻較少。郝春明等[7]研究了不同種類面粉的粉體特性，但是目前關于研磨方式對小麥粉粉體特性影響尚未見報道。試驗選擇以撞擊作用破碎為主的撞擊磨，以撞擊和剪切雙重效果作用破碎的錘式磨以及以高速剪切作用破碎的粉碎機為磨粉設備，對胚乳顆粒粉進行不同程度的研磨制得不同粒度的小麥粉，對其粉體特性中的流動性進行研究，以考察研磨方式對小麥粉粉體特性影響。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

1.1.1 材料與試劑

揚麥20：江蘇金土地種業有限公司；

新麥26：河南久圣禾新科種業有限公司；

蒸餾水：三級水，鄭州市鴻運供水有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

布勒實驗磨：MLU-202型，瑞士Buhler公司；

撞擊磨：FMFZ36型，河北蘋樂面粉機械集團有限公司；

錘式磨：JXFM110型，杭州其偉光電科技有限公司；

高速粉碎機：XY-100型，浙江省永康市松青五金廠；

激光粒度儀：BT-9300H型，遼寧丹東百特儀器有限公司；

粉體綜合特性測試儀：BT-1000型，遼寧丹東百特儀器有限公司；

電子天平：AY120型，日本島津精密科學儀器有限公司；

電熱鼓風干燥箱：101型，北京科偉永興儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備

(1) 小麥胚乳顆粒粉制備：分別稱取14 kg揚麥20和新麥26籽粒，進行潤麥。潤麥溫度為室溫(20 ℃)；目標水分均為15%；新麥26潤麥時間為24 h，揚麥20為18 h。根據式(1)計算潤麥加水量。

(1)

式中：

X——加水量，%；

M——樣品質量，g；

W1——目標水分，%；

W2——原始水分，%。

潤麥后的小麥籽粒經布勒實驗磨皮系統研磨后，收集次粉出口物篩理(去除細麩)后，得較純凈胚乳顆粒粉。

(2) 小麥粉制備：分別將兩種胚乳顆粒粉樣品混勻，均分為3份，用撞擊磨、錘式磨、粉碎機研磨制粉。

Ⅰ撞擊磨制粉：將分裝好的兩種胚乳顆粒粉各取1份，再將每份均分為3份；撞擊磨研磨工作條件為35 Hz，分別對3份胚乳顆粒粉進行1，6，10次撞擊，得到的小麥粉依次標記為ZM1、ZM2及ZM3。

Ⅱ錘式磨制粉：將分裝好的兩種胚乳顆粒粉各取1份，再將每份均分為3份；錘式磨研磨工作條件為50 Hz、16 800 r/min，分別對3份胚乳顆粒粉進行1，2，3次研磨，得到的小麥粉依次標記為：CM1、CM2及CM3。

Ⅲ粉碎機制粉：將分裝好的兩種胚乳顆粒粉各均分為3份；粉碎機研磨工作條件為50 Hz、26 000 r/min，分別對3份胚乳顆粒粉進行累積粉碎，每粉碎5 s，間隔2 min (冷卻機器，避免過熱)，累積粉碎時間分別為60，120，180 s，得到的小麥粉依次標記為：FM1、FM2及FM3。

1.2.2 小麥粉基本指標測定

(1) 水分：參照GB 5009.3—2016的直接干燥法。

(2) 灰分：參照GB 5009.4—2016。

1.2.3 粒度及粒度分布測定 使用BT-9300H型激光粒度儀測定樣品的粒度及粒度分布，計算得出粉體的D10、D50、D60和D90的值。D10、D50、D60、D90分別指累計粒度分布百分數達到10%，50%，60%，90%時所對應(小于或等于)的粒徑[8]。

1.2.4 粉體綜合特性測試 根據 GB/T 31057.3—2018《顆粒材料 物理性能測試 第3部分: 流動性指數的測量》，使用BT-1000型粉體綜合特性測試儀，對粉體休止角、平板角、壓縮度及均齊度進行測定，并用Carr指數法計算粉體流動性指數，各測定樣品均重復3次，結果取平均值。

1.2.5 數據分析 采用Excel及SPSS 22進行數據統計和方差分析(ANOVA)，用Duncan法進行差異性分析，并用Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 小麥粉基本指標測定

由表1可知，研磨方式對小麥粉灰分的影響較小。但是，不同研磨方式間小麥粉的水分有顯著差異性(P<0.05)，其中錘式磨所得小麥粉水分含量普遍較低；且除錘式磨外，隨著研磨強度的增加，水分含量多呈下降趨勢，說明研磨過程中小麥粉水分散失，3種研磨方式中，錘式磨的水分損失最大。

2.2 小麥粉粒度及粒度分布

由表2可知，研磨方式對小麥粉粒度分布影響較大，經撞擊研磨所得小麥粉的粒度最大，粒徑范圍分布在2.97～167.91 μm；另外兩種研磨方式所得小麥粉粒度相對較小，推測僅存在撞擊作用對小麥粉的研磨效果相對

較弱。相同研磨方式下，隨著研磨強度的增加，小麥粉粒度逐漸減小，而中位粒徑基本不變，與Xiong等[9]的研究結果相符。

2.3 小麥粉粉體流動性評價

2.3.1 研磨方式對小麥粉休止角的影響 一般來說，粉體休止角越小，表明顆粒間的摩擦力越小，粉體流動性越好[10]。由圖1可知，不同研磨方式下小麥粉的休止角之間無顯著性差異(P≥0.05)。但最小休止角出現在撞擊磨撞擊1次時，這與撞擊磨撞擊1次所制小麥粉的粒度最大有關。據報道[11-12]：粉粒越細，粉粒比表面積越大，粉體分子間作用力增大，粒子間越容易吸附、結團，黏結性增大，導致休止角增大，從而影響粉體的流動性。

2.3.2 研磨方式對小麥粉壓縮度的影響 壓縮度是粉體流動性的重要指標，壓縮度越大，粒子的流動性越差，壓縮度在18%～21%時，粒子的流動性尚可，壓縮度>28%粒子流動性則較差，易形成黏著性粉末[13]。如圖2所示，經撞擊磨研磨所制小麥粉的壓縮度明顯低于另外兩種研磨方式，其原因可能是撞擊作用得到的小麥粉的粒度最大。吳福玉[14]報道了小麥粉的粒度與壓縮度的關系：當粉體粒度增大時，壓縮度減小，流動性變好。

表2 小麥粉的粒度分布

圖1 不同研磨方式下小麥粉的休止角

2.3.3 研磨方式對小麥粉流動性的影響 將測得的休止角、平板角、壓縮度、均齊度數據指數化，累加得到流動指數，結果如表3所示。可以看出，經撞擊磨研磨所得小麥粉樣品的流動性最佳，而經另外兩種研磨方式所得小麥粉的流動性之間無顯著差異(P≥0.05)。這可能是撞擊磨所制小麥粉的粒度明顯高于其余兩種研磨方式造成的。沈宏武[15]11-12研究發現：隨著粒度的減小，粉體流動性變差。因為大粒徑粉體分布較為分散，存在各種不同粒度范圍的顆粒，重力作用影響較大。同時，在大顆粒群中，顆粒接近三維的構造，更顯得立體，也使得大顆粒群相對于小顆粒群擁有更佳的流動特性。另外兩種研磨方式雖然粒度分布有所不同，但流動性差異不顯著，其原因可能與影響粉體流動性的其他因素有關，如：水分含量、溫度、粉體形狀及表面形態等[11,16][15]10-13。由此可見：撞擊作用所得小麥粉的流動性最大，隨著粉體粒度的減小，流動性變小；撞擊加剪切的共同作用對小麥粉的研磨效果及流動性影響較大。

結合表1與表3可知，經撞擊研磨所制小麥粉的流動性評價為中等水平，而錘式研磨與粉碎機研磨所制小麥粉的流動性評價為中下等水平。流動性不好，可能會黏結團聚[17]，甚至結拱，且易受環境溫度、濕度、壓力、機械力等的影響[11]，流動性差的粉體在生產過程中存在引濕性、高黏性、含量不均一性、貯藏不穩定性等諸多問題[18]，從而影響其生產、加工和運輸等。因此，經過撞擊加剪切研磨所制的小麥粉若用于生產加工，在輸運及加工等過程中，要防止結拱，需要采取振動等措施促進其流動[19]。

3 結論

試驗表明，經撞擊研磨所得小麥粉樣品的流動性最佳，為中等水平；而經另外兩種研磨方式所得小麥粉的流動性之間無顯著差異(P≥0.05)，為中下等水平。結果表明，撞擊作用對胚乳顆粒粉的研磨效果相對較弱，可得到粒度較大的粗顆粒粉，撞擊后粉體流動性較好；剪切作用對胚乳顆粒粉的整體破碎能力較強，得到的小麥粉粒度較細，流動性相對較差。試驗主要就研磨方式對小麥粉流動性的影響進行了評價，后續可對研磨強度對小麥粉流動性的影響進行進一步的研究。

圖2 不同研磨方式下小麥粉的壓縮度

表4 粉體特性測定值及Carr指數化結果