小麥調質過程水分分布和工藝研究進展

劉帥，張弘，溫紀平，，3*

（1.河南工業大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001；2.河南工業大學小麥理論與技術研究所，河南 鄭州 450001；3.國家小麥加工技術研發專業中心，河南 鄭州 450001）

小麥是全球產量和交易量最高的谷物之一，年產量約為7.56億t。小麥在生長、收獲、運輸和儲存的過程中很容易被微生物污染[1]，特別是在調質過程中，受調質時間、溫度以及濕度的影響，更容易滋生大量微生物[2]。當前社會對面制品的需求越來越大，人們也越來越重視食品品質，小麥和面粉的質量對面制品品質起著決定性的作用，而影響小麥粉品質的一個重要的工序就是調質。

1 小麥調質處理

小麥調質就是小麥與水分結合，并在潤麥倉中靜止一段時間的過程，在這個過程中，水分由小麥表皮進入并擴散到籽粒中部[3]，促進麩皮與胚乳的分離，使小麥籽粒的物理結構更適合研磨，提高碾磨效率。小麥籽粒麩皮、胚芽和胚乳的韌性和脆性也各不相同，調質會將其差異性增加[4]，一方面降低麩皮脆性增加其韌性和抗破壞能力，使麩片更加完整，胚乳更容易從麩片上剝刮干凈；另一方面增強了小麥籽粒胚乳的脆性，從而增加小麥的出粉率[5]。而且經調質，完整的麩片有利于減少麩星，降低面粉的灰分并且有利于面粉的篩理。

2 小麥調質水分遷移

小麥籽粒的結構與組成由外到內依次是麥皮（4.6%～6.4%）、珠心層（1.5%～2.5%）、糊粉層（6.0%～8.9%）、胚（1.4%～3.8%）和胚乳（77%～85%）。由于小麥籽粒結構的特異性，導致各個部位的吸水狀況各不相同，比如胚和皮層較其他部位吸水快；蛋白質和淀粉存在于胚乳中，而蛋白質的吸水速度比淀粉更慢，故蛋白質含量較高的小麥需更長時間的調質。小麥的吸水率受調質條件（時間、溫度和濕度）影響，并且小麥品種、籽粒大小、小麥初始水分含量和胚乳結構極大地影響吸水率[6]。如李新華等[7]研究發現同樣硬度的小麥品種其吸水率有的差異顯著，有的差異不顯著，而不同硬度的品種含水量在不同的水分處理時間段其差異性也不同，其吸水率可能受到各種因素的影響。

小麥加水后，水分接觸外表皮，雖然皮層結構疏松易于水分滲入，但是種皮內部為珠心層，珠心層與種皮緊密結合，形成一層薄膜，水分不易滲透。糊粉層與珠心層相接，由一層較大的方形細胞組成，細胞壁較厚，結構呈方正形狀，并且排列整齊，細胞內部充滿深黃色的糊粉粒。糊粉層中灰分、蛋白質、脂肪等物質含量較高，Butcher等[8]利用放射自顯影技術，發現水分的滲透路線是從胚和皮層纖維層一起流向糊粉層，再滲透胚乳中，不同品種小麥得到的結果基本相同。時予新等[9]研究發現水分在小麥籽粒背部的滲透速度比腹溝處快，且皮部吸水速度快。李佟等[10]以周麥22、中麥895和百農矮抗58 3種小麥為研究對象，研究小麥細胞壁結構對水分遷移的作用。經掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）觀察，周麥22糊粉層最厚，水分干燥速率最慢，含水量最少；通過低場核磁技術研究發現糊粉層越厚的樣品，吸水量雖小但是樣品內部水分子自由度和移動性比較好。Gao等[11]以中國12個不同地區的小麥為原材料，研究了細胞壁結構對水分流動的影響。細胞壁主要由78%的阿拉伯木聚糖（arabinoxylans，AX）以及 22%的（1-3）（1-4）-β-D-葡聚糖[（1-3）（1-4）-β-D-glucans，BG]組成，而糊粉層主要是由AX和BG交替重疊構成。研究發現細胞壁厚度隨著海拔的升高和經度的降低而增加，水分遷移速率隨著總阿拉伯木聚糖含量的降低而增加，12種小麥的水分流動也有顯著差異，隨細胞壁厚度的增加而增加，這與李佟等[10]的研究結果類似。

3 小麥調質水分分布

核磁共振技術，又分為核磁共振波譜（nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR）和核磁共振成像技術（magnetic resonance imaging，MRI）兩大分支。NMR又可以分為高場核磁共振（high-field nuclear magnetic resonance，HF-NMR）和低場核磁共振（lowfield nuclear magnetic resonance，LF-NMR）[12]，HF-NMR主要用于分析化合物物質結構，LF-NMR則大多用于分析物質的物理性質。水分在食品中的分布、狀態和含量都極大地影響著食品的性質，在小麥中也不例外。

常規潤麥過程中，經過24 h左右的調質時間，水分從表皮滲透至籽粒中心，使小麥達到了入磨前的水分標準，但是小麥籽粒內部的水分分布其實并不均勻。Song等[13]以單一小麥籽粒為原材料，利用核磁共振成像技術以及三維投影重建技術（3D projection reconstruction，3DPR），研究小麥內部水分分布情況，發現胚乳中水分分布不均勻，水分變化范圍為7.3%～16.4%。NMR技術通過測定自旋-晶格弛豫時間T1和自旋-自旋弛豫時間T2，來描述水分子在物質中的運動情況和分布狀態。T2是由自旋系統內部交換能量引起的，它的大小表征水分流動的強弱。陳成等[14]用NMR檢測小麥籽粒水分分布得到的T2譜圖中均出現3個峰，說明小麥籽粒中存在3種不同狀態、不同含量的水分，即結合水（T21），這部分水主要與小麥中淀粉和蛋白質中氫鍵相結合，結合比較緊密；構造水（T22），指的是組織中的顯微和亞顯微結構與膜所阻留住的水；自由水（T23），這部分水以游離狀態存在于小麥籽粒中。

王偉[15]利用NMR技術研究了時間和加水量在調質過程中對小麥籽粒水分分布的影響。隨調質時間的延長，結合水含量先增大后降低，而且硬麥達到峰值的時間比軟麥要長，證明硬麥需更長的潤麥時間；自由水含量一直呈下降趨勢。隨著調質加水量的增加，小麥中的3種不同狀態的水分含量都明顯增加。3種狀態的水分，自由水對小麥的制粉品質影響最大，自由水含量與小麥粉粉色、粒徑、降落數值呈顯著正相關，與出粉率和灰分含量呈顯著負相關。

陳成[16]以國麥301、豫農982、鄭麥366 3種國產代表小麥為原料，利用NMR和MRI技術研究了調質過程中水分分布狀態和水分遷移規律。研究發現：3種小麥籽粒的T21值與溫度有顯著相關性，并且不隨小麥籽粒的硬度而變化，小麥籽粒硬度對A21值影響顯著且成正相關性；調質過程中，T23值與小麥籽粒硬度有顯著負相關性，與溫度呈正相關性，A23值與溫度和小麥籽粒硬度無顯著相關性。（A值的大小表示小麥籽粒水分含量的情況，A21代表結合水的水分含量，A22代表構造水的水分含量，A23代表自由水的水分含量）。

4 小麥調質方法

小麥調質的方法有很多種，如常溫調質、加溫調質、鹽水調質、酶制劑調質、真空調質、超聲波調質、殺菌調質、破損調質、振動調質等。

4.1 常溫調質

在常溫下進行調質，小麥經初步清理雜質后，用常溫水對小麥進行潤麥，一般只需要浸潤1次。常規小麥入磨前需達到的水分一般是15%左右，這還需要根據小麥的硬度以及原始水分含量進行調整。當小麥初始水分比入磨前要達到的水分低3%時，就需要進行二次潤麥[17]，但是浸潤時間依舊很長，易滋生微生物。能耗低是常溫潤麥的優點，目前大部分小麥加工廠還是在用常溫調質方法進行潤麥。

4.2 加溫調質

加溫調質又分為熱水調質、溫水調質、蒸汽調質。主要就是利用熱效應加快水分向小麥籽粒內部的滲透速度。孫麗紅[18]研究發現用35℃的水對小麥進行調質，混合機攪拌30 min后靜置1 h，潤麥時間比常規方法提前10 h，并且小麥粉的品質沒有較大差異。胡玉華等[19]采用30、40、50℃的溫水潤麥，研究加溫調質對小麥粉性質的影響，結果表明，較常規潤麥，加溫調質的小麥粉水分低，面團穩定時間長，拉伸阻力大，出粉率顯著增大。Chen等[20]研究了蒸汽調質對小麥籽粒水分分布的影響。經蒸汽調質，T21弛豫時間比常規調質長，A21在前30 min劇增而后穩定，使結合水在短時間內含量增加；T23和A23先增加后減少，說明小麥籽粒的自由度和自由水含量在蒸汽調質中先增大后減少，都證明蒸汽能夠加快水分遷移。且蒸汽調質使蛋白質聚集，淀粉部分糊化，增加面團形成時間和面粉的穩定性，能夠部分改善面粉的品質。加溫調質縮短了潤麥時間，一些面粉食用品質得到提升，但設備多，成本高，且溫度升高能提升生物活性，面粉容易出現問題。

4.3 鹽水調質

鹽水潤麥是用含鹽的水對小麥進行調質，對小麥粉品質具有一定的影響，而且鹽水對微生物有抑制作用。王大一等[21]利用鹽水潤麥研究其對微生物的影響，發現隨鹽水濃度的增大，微生物數量逐漸減少。Sabillón等[22]利用含鹽的有機酸溶液對小麥進行調質，發現無論調質溫度為多少，都能夠有效地降低微生物、致病菌的活性，并且5%乳酸和26%氯化鈉組合而成的有機酸鹽溶液能最大程度地殺滅大腸桿菌和沙門氏菌。Sabillón等[23]研究發現有機酸鹽溶液并不會對面粉的糊化特性造成顯著影響，但是對溶劑保持力（solvent retention capacity，SRC）產生顯著影響，用乙酸和氯化鈉對小麥調質后，其蔗糖SRC與常規調質相比略有增大。

4.4 振動調質

振動潤麥是一種現代化潤麥的新技術，該技術可精確控制小麥水分，極大縮短潤麥時間。其原理是對小麥進行高頻振動以去除水分子的表面張力，在小麥顆粒的四周形成一層均勻的水膜；通過振動打掉小麥表面的灰塵，以此打開小麥籽粒的毛細管；在高頻振動過程中，籽粒內部的空氣被排出，外部空氣攜帶水分進入籽粒內部，產生“虹吸效應[24]”。劉建華等[25]研究表明運用振動潤麥不僅可以縮短潤麥的時長，而且對于降低帶菌量，提升加工品質具有很好的效果。

4.5 破損調質

破損調質即壓裂、碾皮調質，是將小麥外表皮破碎后再進行調質的一種方法。張晉民[26]將小麥進行碾皮處理（碾皮率7%），然后對小麥進行一系列潤麥操作，最終潤麥時間控制在4 h～6 h。碾皮調質的優點是降低灰分，縮短潤麥時間，但也導致微生物病原菌會進入到小麥粉，造成安全問題。Finney等[27]研究了細微研磨潤麥，潤麥時間可縮短至30 min，并且對制粉特性沒有負面影響。

4.6 酶制劑調質

酶制劑潤麥主要是在潤麥水中加入酶制劑分解細胞壁來改變小麥籽粒表面的物理結構，使小麥更適合研磨。Haros等[28]研究發現在調質過程中用纖維素酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶等酶處理對小麥粉的質量具有積極的影響，顯著影響了面包的體積，且經酶處理后小麥籽粒內部具有更好的水分分布。Yoo等[29]研究了酶（纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶）調質對小麥研磨和小麥粉焙烤性質的影響。結果發現，酶處理小麥并沒有對小麥粉粒度產生顯著影響，能夠達到常規調質的效果，還發現酶調質小麥粉的蛋白質含量較常規調質有所提高，但經過酶制劑調質后的小麥粉制作的面包在儲存5 d后的硬度明顯高于對照組面包。李利民等[30]研究出一種小麥酶法調質方法，在潤麥水中添加纖維素酶或戊聚糖酶，通過加酶處理后，潤麥時間縮短，出粉率也有不同程度的增加，特別是在纖維素酶添加量為0.15 g/（kg小麥）條件下，潤麥時間可縮短到5 h，出粉率達到76.6%，潤麥過程中微生物的滋生也大大減少。

4.7 超聲波調質

超聲波操作廣泛應用于食品工業中，但是在糧食生產中卻應用非常有限，它用于大麥芽的生產，能夠減少浸泡時間和發芽時間[31]。Singh等[32]使用探針型超聲設備研究了高能和低能超聲操作對小麥蛋白質結構的影響。低能超聲處理增加了溶液中面筋的巰基含量。在高能超聲處理過程中，谷蛋白溶液中的巰基減少。高能超聲處理導致面筋蛋白中游離半胱氨酸分子結合形成新的二硫鍵。Yüksel等[33]將高能超聲技術應用在小麥調質中研究其對小麥粉品質的影響。研究發現利用超聲波調質能夠加速水分的遷移速率，小麥粉的面筋指數也高于常規調質，改善了小麥粉的質量，細粒度粉從73.27%增加到79.77%，灰分從0.61%減少到0.55%，面粉穩定時間由9.76 min增加至12.06 min，而且在面包制作中，體積和比容都有不同程度的增大。但是超聲波技術運行成本非常高，所以在小麥廠中的應用甚少。

4.8 殺菌調質

殺菌調質主要包括氯水調質、微酸性電解水調質、臭氧和臭氧水調質等，主要利用殺菌劑殺滅微生物，確保小麥的安全性。

氯氣的水溶液為氯水，氯水中含有Cl2、H2O、H+、Cl-、HClO、ClO-、OH-等，其中主要的殺菌物質就是次氯酸（HClO），它能夠殺死病原菌[34]，還可以做漂白劑。但是氯氣具有一定的毒性，所以還需對其進行更深入的研究。Chen等[35]利用微酸性電解水（氯含量70 mg/L）對小麥進行調質處理，研究證明，微酸性電解水調質能夠顯著降低菌落總數和霉菌數量，在麩皮中效果最顯著；而且對小麥粉品質不造成顯著影響。周建新等[36]利用臭氧技術處理小麥，結果表明，與對照組比較，臭氧各條件下處理后的小麥表面的帶菌量顯著降低。楊龍等[37]發現利用臭氧水潤麥能夠顯著降低脫氧雪腐鐮刀菌烯醇含量，最高降解率可達44.12%。周建新等[38]研究發現20℃下用濃度為5.5 mg/L的臭氧水進行潤麥，能夠顯著降低小麥粉中微生物含量，并且對小麥粉品質沒有產生負面影響。

4.9 真空調質

真空調質就是以真空浸漬技術為基礎發展的一種小麥調質方法。Snelling等[39]研究發現真空蒸汽處理小麥能夠大大減少沙門氏菌和大腸桿菌等病原體的數量。其次，真空浸漬能夠加速水分在小麥中的擴散速率，提高調質效率，為小麥研磨提供了便利。張亮[40]以周麥18為原材料研究真空調質對小麥制粉特性的影響，經工藝優化得出最優參數范圍：浸潤時間15.5 min～24 min，緩蘇時間50 min～70 min，真空度百分數65%～79%。Rydzak等[41]研究真空調質技術對小麥粉和麩皮粒度分布的影響，研究發現小麥粉的粒度與對照組之間并沒有顯著差異，但是對麩皮粒度具有顯著影響。王明瑩等[42]將小麥在不同真空度下用不同濃度的碳酸鈉進行調質，發現真空堿溶液調質對小麥中脂肪酶活性有抑制作用，而且顯著提高了全麥粉的貯藏穩定性。舒服華[43]利用灰色關聯分析法對真空調質工藝參數進行了優化處理，得出最優調質參數為浸潤時間50 min、浸潤溫度40℃、加水量15%、真空度0.08 MPa，在此條件下出粉率提高了2.10%，灰分減少了2.63%，破損淀粉值下降了13.10%，白度下降了0.64%。

5 結論

小麥調質是小麥研磨加工前的最重要的工序，將小麥調質到最佳入磨狀態會使制粉效果更好。我國小麥品種錯綜復雜，各個品種的小麥性質各不相同，而且我國蒸煮食品種類繁多，對小麥粉加工精度要求更高，因此，找到適合小麥的調質方法尤為重要。

目前我國小麥調質的方法主要還是常溫調質。國外研究人員在調質的機理、方式及調質對小麥制粉的影響方面進行大量深入的研究，相比于國外，國內小麥調質技術不夠成熟，調質工藝有待進一步的研究。實際生產中，應找出一種或結合多種調質方法，在能保證小麥粉品質的同時，減少微生物的污染，為小麥粉的品質安全提供理論基礎。