脫皮制粉及其對小麥粉品質(zhì)影響的研究進(jìn)展

蔡文雅，孫冰華，田瀟凌，王曉曦

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

小麥?zhǔn)鞘澜缟现饕募Z食作物之一，小麥粉是由小麥籽粒研磨所得，小麥粉制品是餐桌上必不可少的食物，因此，小麥粉的食用品質(zhì)對人體的營養(yǎng)攝入和健康水平有重要影響。小麥粉的食用品質(zhì)主要包括其外觀特性和理化特性，影響二者的主要因素有籽粒品質(zhì)、制粉過程。圖1為小麥籽粒的結(jié)構(gòu)示意圖，除了貫穿籽粒的腹溝外，小麥籽粒主要由皮層、胚乳和胚芽組成，其中皮層又包括外果皮、內(nèi)果皮、種皮、透明層、糊粉層[1]。糧食工業(yè)發(fā)展至今，主要形成了兩種小麥制粉工藝為傳統(tǒng)制粉和脫皮制粉。

圖1 小麥籽粒的主要組織結(jié)構(gòu)Fig.1 Histological structures of wheat grain

1 脫皮制粉與傳統(tǒng)制粉

傳統(tǒng)制粉工藝主要分為皮磨、渣磨、心磨和清粉等系統(tǒng)。皮磨系統(tǒng)直接對小麥籽粒進(jìn)行破碎，分離皮層、胚芽和胚乳，破碎后不同產(chǎn)物（主要為粒度和胚乳含量的不同）經(jīng)篩理分級進(jìn)入不同的下級系統(tǒng)繼續(xù)研磨、篩理分級。皮層經(jīng)過各級系統(tǒng)作用，被盡可能地剝刮掉其所含的胚乳，最后成為制粉副產(chǎn)物——麩皮，而胚乳部分經(jīng)各級研磨得到較為純凈的小麥粉。傳統(tǒng)制粉工藝流程可分為小麥清理、除雜、潤麥、制粉，而脫皮制粉基本工藝流程見圖2。

圖2 小麥脫皮制粉基本工藝流程Fig.2 Basic process flow diagram of wheat debranning milling

如圖2所示，小麥脫皮制粉流程分為小麥清理、除雜、潤麥、脫皮、潤麥、制粉。小麥入磨前一般都會進(jìn)行著水潤麥，因?yàn)樾←溩陨硭趾枯^低，胚乳緊實(shí)不易被粉碎，而麥皮比較脆、易于破碎，從而導(dǎo)致小麥粉中麩星含量較多[2]。傳統(tǒng)制粉在小麥入磨前一般會進(jìn)行長時潤麥，使其水分達(dá)到15%～16%，一是可以增加皮層的韌性，以便在研磨過程中保持麩片的完整；二是為了減弱皮層與胚乳間的結(jié)合力，促使胚乳從麩皮上剝刮干凈[3]。

小麥脫皮制粉工藝是受到碾米工藝的啟發(fā)，先將清理除雜后的籽粒經(jīng)過脫皮機(jī)脫去部分皮層（一般是外三層皮，即外果皮、內(nèi)果皮和種皮），再進(jìn)入磨粉機(jī)進(jìn)行研磨、篩理分級。相較于傳統(tǒng)制粉工藝，除了在制粉前先脫去部分皮層外，脫皮制粉工藝的潤麥條件也有所不同，主要體現(xiàn)在潤麥時間和潤麥次數(shù)上。脫皮制粉在脫皮前，一般會進(jìn)行兩次不同時間、不同加水量的潤麥。第一次時間長、加水量多，是因?yàn)樾←溩蚜Ｆ优c胚乳結(jié)合緊密，且胚乳顆粒間結(jié)合力也較強(qiáng)，長時潤麥主要是為了調(diào)整籽粒各部分組織的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增加皮層韌性的同時軟化胚乳；第二次在脫皮前短時潤麥的目的是期望水分在短時間內(nèi)只滲透至外三層皮，使其吸水膨脹，從而增加外三層皮與其它皮層的相對位移，方便脫皮時被順利脫下[4]。

總的來說，傳統(tǒng)制粉過程主要是將麩皮和胚芽盡可能的與胚乳分離，小麥皮層及胚芽中所含營養(yǎng)組分難免會大量流失。隨著人們飲食結(jié)構(gòu)的變化，越來越多的消費(fèi)者追求適度加工食物，希望盡可能地保留其所含的營養(yǎng)物質(zhì)。小麥皮層尤其是糊粉層中含有大量對人體有益的營養(yǎng)組分，如優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、B族維生素、礦物質(zhì)，且胚芽也含有脂肪酸、甾醇、維生素E等物質(zhì)[5]。如果能夠在制粉時很好地保留小麥原有的多種營養(yǎng)成分，將脫皮制粉工藝的特點(diǎn)——以由外而內(nèi)逐層剝刮的方法進(jìn)行制粉充分發(fā)揮[6]，將有利于推動制粉行業(yè)的發(fā)展。原則上理想的脫皮程度是盡可能將粗膳食纖維含量高、污染物含量也較高的外皮層剝?nèi)ィ粝赂缓瑺I養(yǎng)物質(zhì)的糊粉層，使其與胚乳一同被研磨，從而可以很大程度上強(qiáng)化小麥粉的營養(yǎng)。不過皮層的存在會使得小麥粉中麩星含量偏高，尤其是小顆粒的麩星，進(jìn)而導(dǎo)致粉色不如傳統(tǒng)制粉[7]，而且糊粉層的混入也會導(dǎo)致小麥粉灰分含量升高，所以脫皮制粉是否將糊粉層保留下來并混入小麥粉中也是一個值得深入研究的課題。

2 脫皮制粉對小麥粉安全品質(zhì)的影響

小麥籽粒表面的污染物包括一些有害微生物、重金屬離子、農(nóng)藥殘留等，主要來源于灰塵、水、病變植物、昆蟲、土壤、化肥以及動物糞便[8]，這些污染物會給小麥及其制品帶來一定的安全風(fēng)險。尤其是霉菌產(chǎn)生的霉菌毒素具有極強(qiáng)的抵抗力，一般的加工過程很難將其完全去除，但有害微生物基本富集在小麥外皮層上，極少情況下會通過機(jī)械損傷進(jìn)入到籽粒內(nèi)部[9]，所以在制粉前對小麥皮層進(jìn)行一部分剝離就顯得尤為重要。

2.1 脫皮制粉對小麥粉微生物含量的影響

脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON），又稱嘔吐毒素，是糧食中最常見的一類污染性真菌毒素[10]，具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性和遺傳毒性，嚴(yán)重危害人體健康[11]，所以研究如何有效降低其在糧食中的含量對于保證面制品安全及人體健康具有重要意義。有研究指出制粉是一種傳統(tǒng)有效地降低小麥DON含量的方法，通過制粉可以將小麥DON含量降低31.03%～50.39%[12]。但是為了在制粉前得到有害因子較少的小麥籽粒，以消除在制粉過程中因機(jī)械損傷帶來的安全隱患，小麥脫皮制粉被廣泛應(yīng)用。Sovrani等[13]研究發(fā)現(xiàn)，脫皮率達(dá)到5%、10%可分別將小麥籽粒中的DON含量降低58%、79%。赭曲霉毒素A（ochratoxin A,OTA）是小麥貯藏期間常見的真菌毒素之一，具有極強(qiáng)的致癌、致畸、致突變性。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小麥脫皮率約為18%時，小麥中的OTA含量可降低44%～63.06%[14]。除了這兩種毒素外，小麥脫皮對其它有害微生物的去除效果也非常顯著，4.46%的脫皮率可除去小麥籽粒中大約94%的細(xì)菌、92%的霉菌和酵母菌、74%的耐熱芽孢桿菌[15]。當(dāng)脫皮率達(dá)到4%時，可去除富集在小麥籽粒果皮上約85%的有害微生物[8，16-17]，脫皮可為生產(chǎn)低菌化面粉提供理論支持。

2.2 脫皮制粉對小麥粉重金屬含量的影響

重金屬尤其是鉛（Pb）、鎘（Cd）和有害微生物一樣會危害糧食及其制品的安全品質(zhì)。Cheli等[18]指出，重金屬Pb、Cd在皮層中的含量約為面粉中的2倍～3倍，有效地采取措施以降低甚至消除皮層中的重金屬含量顯得尤為重要。小麥制粉前先脫掉部分皮層可以有效解決這個問題。有研究指出當(dāng)小麥脫皮率大于6%時，面粉中的重金屬含量可下降約90%[15]。Sovrani等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Cd只在小麥籽粒最外層被檢測到，其它組分中均未檢出，即脫皮率達(dá)到5%時就可將Cd含量降到最低，這與石琴琴等[19]的研究結(jié)果一致。Giordano等[20]對6種小麥進(jìn)行了不同程度的脫皮，發(fā)現(xiàn)脫皮率為5%時，小麥中Pb的含量降低了50%～80%，砷（As）含量降低約60%；脫皮率為10%時，As的含量平均減少了90.83%。一些研究發(fā)現(xiàn)制粉前脫皮不僅能夠有效減少農(nóng)藥、重金屬殘留，而且可以簡化工藝，提高出粉率以及面粉白度[21-26]。

2.3 脫皮制粉對小麥粉酶活性的影響

小麥皮層中含有多種酶，部分酶會影響小麥粉的儲藏穩(wěn)定性，如脂肪酸酶會加速全麥粉品質(zhì)的劣化，而脫皮工藝可先脫去部分皮層，從而可有效降低多數(shù)酶含量、延長小麥粉貨架期。趙吉凱等[27]指出，用微粉機(jī)將脫皮率達(dá)到1.4%的籽粒全粉碎，得到的全麥粉的脂肪酸值下降了13.3mgKOH/100g～19.2mgKOH/100g。DE Briern等[28]研究發(fā)現(xiàn)小麥脫皮率為6%時，麩皮中的α-淀粉酶酶活降低了4.2 AU/g dm，當(dāng)脫皮率達(dá)到12%時，可將木聚糖內(nèi)切酶酶活從1.3 XU/g dm降低到0.5 XU/g dm，肽鏈內(nèi)切酶酶活降低1.1 PU/g dm。Gys等[29]研究結(jié)果與DE Briern等[28]相似，發(fā)現(xiàn)小麥制粉前脫皮可以有效地降低多種酶的酶活性，尤其是α-淀粉酶。

3 脫皮制粉對小麥粉營養(yǎng)組分的影響

小麥所含有的營養(yǎng)組分在不同部位的分布不同，小麥皮層中的糊粉層主要含有蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素、抗氧化因子等，是諸多人體必需營養(yǎng)素的富集部位，糊粉層中含有的蛋白質(zhì)富含小麥缺乏的第一限制性氨基酸——賴氨酸，其它人體所需的氨基酸的配比也趨于合理水平，所含礦物質(zhì)主要有鉀（K）、磷（P）、鎂（Mg）、鈣（Ca）、鋅（Zn）、錳（Mn），P 和 K 的含量較多，分別達(dá)到1.17%和0.98%。含有的水溶和脂溶性維生素以膽堿、肌醇、煙酸、生育酚、泛酸等居多，煙酸和生育酚含量分別達(dá)到266 mg/kg和65.0 mg/kg[30-31]。

3.1 脫皮制粉對小麥粉維生素含量的影響

小麥粉中的營養(yǎng)組分含量直接影響著人體的營養(yǎng)攝入及健康水平[32]，維生素是人體必需且又不能自身合成的一大營養(yǎng)素，對身體健康有著非常大的影響，缺乏維生素會引起各種營養(yǎng)缺乏癥，如夜盲癥、腳氣病、貧血等。丁文平[33]指出，經(jīng)傳統(tǒng)制粉工藝得到的面粉與全麥粉相比，蛋白質(zhì)、VB1、VB2、煙酸、鐵（Fe）、Ca、Zn等營養(yǎng)組分含量分別損失 15%、83%、67%、50%、80%、50%和80%以上。對比傳統(tǒng)制粉工藝的精研細(xì)磨，脫皮制粉可在制粉時將含有較多營養(yǎng)物質(zhì)的內(nèi)皮層與胚乳一同粉碎混入到小麥粉中，從而強(qiáng)化小麥粉的營養(yǎng)品質(zhì)。鄒恩坤等[34]研究發(fā)現(xiàn)，小麥脫掉4%的皮層后再進(jìn)行布勒制粉，不僅可以提高小麥粉中B族維生素的含量，而且可以有效改善其粉色。張晉民[35]指出，脫皮后研磨制粉可以把占小麥籽粒糊粉層中15%的蛋白質(zhì)、59%的礦物質(zhì)元素、32%的VB1、37%的VB2、60%的VB6、82%的煙酸及較多賴氨酸混入小麥粉中。還有研究指出小麥脫皮程度達(dá)4%時再進(jìn)行布勒制粉，能有效降低小麥B族維生素流失情況[36]，脫皮制粉工藝與傳統(tǒng)工藝相比，可使小麥粉中煙酸含量增加5倍多，核黃素含量可增加25%，粗纖維含量增加60%[37]。

3.2 脫皮制粉對小麥粉礦物質(zhì)元素及抗氧化組分含量的影響

BRIER等[38]研究發(fā)現(xiàn)，礦物質(zhì)元素在小麥中分布不均，其中 Ca、Mn 在外表皮含量較高，銅（Cu）、K、Fe、Zn則在糊粉層富集。當(dāng)脫皮率為3%時，面粉中的K、Cu、Zn含量升高。Liu等[39]對4種小麥進(jìn)行脫皮制粉，研究發(fā)現(xiàn)脫皮率為5%的皮層中Fe、Zn含量平均分別達(dá)到119.1、47.1 mg/kg，其中Fe含量是小麥粉的6倍～20倍，所以傳統(tǒng)制粉將麩皮與胚乳完全分離會使小麥原有的礦物質(zhì)流失，而適當(dāng)?shù)拿撈ず笤龠M(jìn)行制粉，可以很好的將皮層中含有的礦物質(zhì)元素混入面粉中，強(qiáng)化面粉的營養(yǎng)。Lopez等[40]指出，脫皮可提高小麥粉中植酸酶的含量，從而降解植酸與礦物質(zhì)元素生成的螯合物，提高礦物質(zhì)的可利用率。Zanoletti等[41]分別將紫小麥脫皮率為3.7%和6.9%的皮層回添到紫麥粉中，發(fā)現(xiàn)二者皆含有較高的可溶性膳食纖維，且添加3.7%皮層的樣品中含有的花青素含量高達(dá)695 μg/g。Beta等[42]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)脫皮率為5%和10%時，得到的皮層中總酚含量大于4 000 mg/kg，而且抗氧化性是小麥粉的4倍左右，即對小麥進(jìn)行適度脫皮處理再進(jìn)行制粉，可將皮層中富含的抗氧化物質(zhì)混入面粉中，提高面粉的營養(yǎng)價值。Martini等[43]指出小麥制粉前脫皮有助于開發(fā)特定功能性產(chǎn)品。

4 脫皮制粉對面制品品質(zhì)的影響

小麥及面制品作為我國尤其是北方居民必不可少的主食，是人們攝入營養(yǎng)的主要飲食來源，平衡其營養(yǎng)價值與口感顯得尤為重要。長期食用精制面食會引起營養(yǎng)缺乏癥，但全麥制品又因含有較多麩皮導(dǎo)致其口感差、質(zhì)地硬、難消化。脫皮工藝可通過控制剝皮程度將富含粗膳食纖維的果皮剝離，從而將糊粉層部分或全部保留，并混入小麥粉中，保留營養(yǎng)組分的同時改善口感。于爽[44]指出，隨著脫皮率的增加，饅頭的感官評分逐步增加，硬度、咀嚼度逐漸下降，彈性、回復(fù)性逐漸增大，饅頭的比容先增大后減小，在脫皮率為21.17%時比容達(dá)到最大。趙吉凱等[27]對高、中、低筋3種小麥進(jìn)行輕碾脫皮，結(jié)果表明脫皮處理能有效改善全麥饅頭的品質(zhì)，其中隨著脫皮率的增加，饅頭的硬度、膠著性、咀嚼度分別降低732 g～1 114 g、335～549、147～346，而彈性和回復(fù)性分別增加了0.030～0.031、0.049～0.066。吳青蘭[1]研究表明，隨著脫皮率的增加，饅頭的比容逐漸增加，且饅頭芯的L*值升高、a*值和b*值下降，色澤明顯得到改善。Lin等[24]指出脫皮率為5%時，饅頭的色澤和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均得到改善。石琴琴[25]研究發(fā)現(xiàn)隨著脫皮時間的延長，紫糯面條的最佳蒸煮時間逐漸降低、斷裂強(qiáng)度逐漸升高，且面條的韌性、光滑性和食味值也隨之升高。羅斐斐[22]采用脫皮后超微粉碎制得藍(lán)、紫麥全麥粉，研究發(fā)現(xiàn)隨著脫皮率的增加，藍(lán)、紫麥面團(tuán)的硬度、膠著性、咀嚼性均顯著降低，且當(dāng)脫皮率大于8%，藍(lán)、紫麥曲奇餅干的延伸性增強(qiáng)、斷裂強(qiáng)度降低。李靜[45]研究發(fā)現(xiàn)，小麥脫皮率為12%時制作的面包表面棕黃、有光澤、彈性好、不粘牙、內(nèi)部氣孔均勻，并且此時面包比容最大，達(dá)到2.3 mL/g。Hemdane等[46]分別對小麥進(jìn)行脫皮率為3%、6%、9%、12%的脫皮處理，并將這些組分回添至小麥粉中，發(fā)現(xiàn)添加脫皮率為3%的面包相對體積最小、硬度最大，分別為82.7%、2.51N，而添加脫皮率為9%的皮層于小麥粉制得的面包體積最大，為94.1%。由此可見，小麥的脫皮率并不是越高越好，而是需要找到合適每種小麥的加工程度，才能更好地改善面制品的品質(zhì)。

5 小麥脫皮技術(shù)的發(fā)展

脫皮制粉雖然是個老話題，但仍然算是“新”技術(shù)。從20世紀(jì)50年代開始研究至今，脫皮制粉一直未能推廣的主要原因是脫皮機(jī)的工作性能和脫皮效果滿足不了預(yù)期的脫皮工藝要求，導(dǎo)致整個工藝流程中動力消耗高，制得的小麥粉整體品質(zhì)較低。小麥脫皮設(shè)備是脫皮制粉中的關(guān)鍵，脫皮機(jī)一般是以摩擦去皮和剝刮去皮兩種方式相結(jié)合，摩擦去皮是通過小麥之間的摩擦進(jìn)行脫皮，剝刮去皮則是通過剝刮元件如砂輥、鐵輥等對小麥進(jìn)行脫皮[47]。從20世紀(jì)60年代開始使用舂米機(jī)對小麥進(jìn)行脫皮到后來的小型碾米機(jī)，均由于原理及結(jié)構(gòu)上難以達(dá)到小麥脫皮制粉工藝的要求，導(dǎo)致小麥脫皮發(fā)展緩慢。

2003年國內(nèi)有專家研發(fā)出FBPY脫皮機(jī)，其工作原理是“多元漸壓旋剝”，利用機(jī)械力和空氣動力學(xué)結(jié)合原理對小麥籽粒逐漸加壓逐漸增加搓剝力度，使皮層與胚乳產(chǎn)生相對位移從而被整片剝離，并利用高速氣流使籽粒立體旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到均勻脫皮的效果[48]。2009年國外有專家研發(fā)了新的脫皮機(jī)，其用硬度較大但表面光滑的金剛石輥代替?zhèn)鹘y(tǒng)粗糙的砂輥，可將小麥皮層更加完整地脫下[17]。目前國內(nèi)外使用較多的脫皮機(jī)是日本佐竹的VCW系列，其原理是通過控制工作腔內(nèi)的壓力來調(diào)整脫皮的力度，然后進(jìn)入到拋光階段，利用摩擦力將脫皮籽粒表面的細(xì)小麩屑清除，完成脫皮工藝。2017年，國內(nèi)有專家研發(fā)了一臺以適度加工為理念，實(shí)現(xiàn)小麥柔性脫皮的脫皮機(jī)，其剝刮元件是一圈彈性刀片，可根據(jù)籽粒的大小來調(diào)節(jié)小麥與刀片、篩網(wǎng)的間距，在旋轉(zhuǎn)滾筒和進(jìn)料壓力的條件下呈現(xiàn)出動態(tài)的脫皮過程，同時機(jī)器上端有吸風(fēng)口，可以很好地將脫掉的皮層與脫皮籽粒分離[49]。但目前已有的脫皮機(jī)均未實(shí)現(xiàn)將小麥腹溝處的皮層剝離，只能做到將籽粒大部分背部皮層脫掉。小麥脫皮制粉工藝不斷在嘗試中改進(jìn)、發(fā)展，小麥制粉工業(yè)也在一步一步迎合消費(fèi)者的需求中進(jìn)行改良。

6 總結(jié)與展望

隨著人們對飲食健康的關(guān)注，消費(fèi)者對小麥粉品質(zhì)的要求在不斷提高，制粉工藝也在不斷的發(fā)展。脫皮制粉不但可以大幅度降低小麥皮層中有害物質(zhì)的含量，而且可以保留富含營養(yǎng)物質(zhì)的糊粉層，強(qiáng)化小麥粉的營養(yǎng)，從而提高面制品的營養(yǎng)品質(zhì)。近年來小麥脫皮制粉工藝備受關(guān)注，并且已經(jīng)取得了一定的成果，但由于小麥腹溝的存在，使得現(xiàn)有技術(shù)與設(shè)備對小麥脫皮的效果不能如碾米般實(shí)現(xiàn)皮層均勻且完整地剝離[48]。小麥腹溝的折痕較深且易容納各種污染因子，脫皮機(jī)的剝刮元件很難直接接觸該處皮層。就目前所用的脫皮機(jī)而言，若過度脫皮，則會增加籽粒破碎率，進(jìn)而降低出粉率；若輕微脫皮，未剝離的皮層碎屑會混入面粉中影響粉色，且皮層殘留的有害物質(zhì)會給小麥粉帶來安全隱患。如何成功實(shí)現(xiàn)腹溝處皮層的脫離，同時保證籽粒的完整度是制約脫皮制粉工藝發(fā)展的一大難題，也是影響小麥脫皮制粉技術(shù)推廣的重要原因。開發(fā)適用于小麥籽粒腹溝加工的脫皮設(shè)備，研究小麥籽粒腹溝脫皮的最優(yōu)條件，是行業(yè)目前亟待解決的問題，也是學(xué)者們的努力方向。