小麦分级改善小麦及小麦粉品质的研究

韩文燕，王凤成,2*，魏 雪，王晓玲

1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001 2.国家粮食加工装备工程技术研究中心，河南 开封 475200 3.惠民县宇东面粉有限公司，山东 滨州 251700

小麦在生长、收获、运输、存储的过程中，可能会遭受自然灾害、病虫害感染，导致其中存在不完善粒或混入杂质等，影响小麦的清洁、安全性。小麦的不完善粒包括虫蚀、病斑、生芽、生霉、破损等，这些不完善粒的胚或胚乳受到损伤但仍具有使用价值[1],而不完善粒与饱满籽粒之间的容重差异则是实现小麦分级的重要条件[2]。隋春暖[3]的研究表明不完善粒的组织结构疏松，胚乳含量低，会导致面粉灰分高。梅清等[4]的研究表明相同品种小麦的容重、千粒重也是影响其加工品质的重要指标。田伟[5]的研究表明霉变、虫蚀小麦加工后不仅影响面粉色泽与品质，还可能含有对人体有害的有毒物质如呕吐毒素等。汤安学等[6-7]的研究表明虫蚀、破损等也会对小麦内部的淀粉造成损伤。

周家贵[8]的研究表明对小麦进行分级加工可以提高其利用率。温纪平等[9]的研究也表明采用分级工艺能够有效分选出优质小麦，显著提升小麦与面粉的质量。王凤成等[10-11]的研究表明比重分级不仅能够有效去除原粮中的杂质，还能对其进行分级。李毅念等[12]的研究表明比重分选能够有效分选不同容重的物料。卢大新[13]的研究表明萌动小麦能够通过比重分选机进行有效的内部品质的分级。重力分级去石机及其改型的比重分级机是目前面粉厂常用的分级设备，王宏等[14]的研究表明，比重分级机在分选不完善粒的应用中显示出较好的效果。目前大多数面粉厂并未将小麦分级设备更好地融入小麦清理加工工艺中，为了保证面粉品质，通常分选出的轻质小麦比例较高，这使得分选出的轻质小麦中可能含有大量的饱满籽粒，造成部分小麦的损失。作者以普通中强筋小麦为原料，设计了3道小麦分级新工艺，在保障经济效益的同时，有效分选出小麦中的不完善粒，降低饱满籽粒的损失，保障小麦的安全性，并研究每道分级的小麦籽粒的理化指标、小麦粉的理化指标、糊化特性、粉质特性和拉伸特性，分析分级工艺对小麦及小麦粉品质的影响，对改善小麦与小麦粉品质具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

中强筋小麦：山东惠民宇东面粉集团有限公司。

硫代硫酸钠、硼酸：天津市凯通化学试剂有限公司；碘化钾：上海振欣试剂厂；氯化钠：北京化工厂。

1.2 仪器与设备

61-71容重器：上海东方衡器厂；Infraneo Junior 近红外分析仪、101FAR-1电热鼓风干燥箱：上海树立仪器仪表有限公司；JYDB小麦硬度指数测定仪：无锡锡粮机械制造有限公司；KSW-5-12A马弗炉：天津市中环实验电炉有限公司；MLU-202实验磨：瑞士布勒公司；SDmatic破损淀粉仪：法国肖邦公司；面筋仪：瑞典Perten仪器公司；MICGIA色差计：日本佐竹公司；FA2004电子分析天平：上海上平仪器有限公司；电子粉质仪、电子拉伸仪：德国布拉本德公司；RVA-TecMaster快速黏度测试仪：波通澳大利亚有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 小麦分级工艺

由图1可知，小麦分级主要有3道分级阶段。第1道分级，初清后小麦在重力分级去石机中进行，该机器有重质口、轻质口两个物料出口和一个去石口，该阶段重质小麦占比70%，进入后续清理流程，轻质小麦占比30%进入第2道分级阶段。第2道分级阶段也在重力分级去石机中进行，同样有重质、轻质两个物料口和一个去石口，该阶段重质小麦占比75%与第1道分级重质小麦汇集进入其他清理步骤，轻质小麦占比25%则进入第3道分级阶段。第3道分级阶段在比重分级机中进行，有3个物料出口，分别为重质小麦占比30%、混合小麦占比40%、轻质小麦占比30%，其中混合小麦将在该阶段循环分选。

1.3.2 小麦籽粒特性测定

容重测定参照GB/T 5498—2013；千粒重测定参照GB/T 5519—2018；不完善粒测定参照GB/T 5494—2019；硬度测定参照GB/T 21304—2007；呕吐毒素测定采用胶体金免疫层析法；水分测定参照GB 5009.3—2016；灰分测定参照GB 5009.4—2016。

1.3.3 制粉

制粉采用布勒实验磨粉机，润麦水分为15%。

1.3.4 小麦粉品质特性测定

白度测定参照GB/T 27628—2011；湿面筋、面筋指数测定参照GB/T 5506.2—2008；降落数值测定参照GB/T 10361—2008；破损淀粉测定参照GB/T 31577—2015。

1.3.5 小麦粉糊化特性粉质特性、拉伸特性测定

糊化特性测定参照GB/T 24853—2010；粉质特性测定参照GB/T 14614—2019；拉伸特性测定参照GB/T 14615—2019。

1.4 数据处理

利用Excel、SPSS 20.0进行数据分析和图表制作，采用单因素方差分析显著性。

2 结果与分析

2.1 分级工艺对小麦籽粒基本理化指标的影响

由表1可知，每道分级阶段重质口小麦的容重、千粒重都显著高于轻质口小麦，而不完善粒含量、呕吐毒素含量、灰分含量则均显著低于轻质口。

表1 分级工艺对小麦籽粒基本理化指标的影响

原料小麦经过第1道分级后，重质1小麦的容重、千粒重都显著提高，不完善粒含量降低到0.60%，呕吐毒素含量降低到163.50 μg/kg，相较于原料小麦品质显著提高，小麦中的不完善粒和呕吐毒素聚集于轻质1小麦中，不完善粒含量达到了5.69%。不完善粒含量会影响小麦的容重，不完善粒含量高时小麦的容重就低[15]。该小麦样品中不完善粒多为虫蚀、病斑粒，这些籽粒内部结构遭到破坏，组织疏松，导致籽粒质量降低，从而造成容重、千粒重的显著降低，同时胚乳部分的损失使小麦中的含粉量少，轻质小麦的灰分含量增大，出粉率有所降低。

轻质1小麦经二道分级后，获得的重质2小麦的容重、千粒重显著高于轻质2小麦，不完善粒含量、灰分含量则显著低于轻质2。轻质2中不完善粒含量12.98%，显著高于轻质1小麦，经过该分级阶段，进一步分选出了品质较优的小麦。二道分级阶段重质2小麦的容重、硬度指数、灰分含量都与一道分级重质1小麦没有显著性差异，但相对于重质1小麦不完善粒含量、呕吐毒素含量显著增加，出粉率有所降低，这是由于该分级阶段的来料小麦为经第1道分级分选出的轻质1小麦，其不完善粒含量为5.69%，约是原料小麦不完善粒含量的2倍，影响了小麦的分选效果。第2道分级效果较第1道分级稍差。李毅念等[16]的研究结果也显示，当小麦中不完善粒占比越小时，分选效果越好。

轻质2小麦进入第3道分级，该阶段小麦品质变化显著，重质3、混合3、轻质3出口小麦的容重、千粒重、出粉率都依次显著降低，轻质3小麦的出粉率降低到61.98%，而不完善粒含量与灰分含量则依次显著增高。大量不完善粒集中在该阶段的轻质3中，使轻质3不完善粒含量达到29.73%。重质3小麦相对重质1、重质2小麦容重、千粒重显著降低，而不完善粒含量则显著升高。试验结果表明，每道分级阶段的重质小麦与轻质小麦籽粒的理化品质具有显著性差异，各分级阶段分选出的轻质小麦出粉率低，而灰分含量高，尤其是第3道分级的轻质小麦，出粉率显著降低，灰分含量显著增高。但各出口小麦的硬度指数差异并不显著。

2.2 分级工艺对小麦粉基本理化品质的影响

小麦分级前后小麦粉的理化指标结果如表2所示。

表2 分级前后小麦粉的理化指标

一道分级后两出口小麦粉的湿面筋含量没有显著差异，但重质1小麦粉面筋指数显著高于轻质1。常共宇等[17-19]研究不同不完善粒的存在对面粉品质的影响表明，萌动、虫蚀、病斑伤及胚乳时，小麦中的蛋白质结构遭到破坏，使面筋质量变差。这也是不完善粒含量多的轻质1小麦粉面筋指数显著降低的原因。重质1小麦粉的降落数值为461 s，不仅显著高于轻质1小麦粉，相较于原料小麦粉也有提高。降落数值是间接反映α-淀粉酶活性的重要指标，不完善粒含量多的小麦降落数值低，反映其不完善粒中的α-淀粉酶活性高。不完善粒对面粉品质影响的相关研究也表明不完善粒的存在对于面粉中α-淀粉酶活性的影响与本文呈相似的结果[20-21]。轻质1小麦的破损淀粉含量显著低于重质1，虫蚀、破损等对小麦籽粒内部的淀粉造成损伤，但由于不完善粒中胚乳占整个小麦籽粒的比例减少，麦皮对胚乳淀粉起到了部分保护作用，淀粉颗粒与磨辊表面接触会相对较少，从而导致不完善粒含量高的小麦中破损淀粉含量反而降低了。

二道分级后，重质2小麦粉灰分含量显著低于轻质2小麦粉，面筋指数、破损淀粉含量显著高于轻质小麦，降落数值与湿面筋含量则没有显著性差异。重质2小麦粉各项理化指标与重质1没有显著性差异。三道分级后，各出口小麦粉的灰分含量、破损淀粉含量存在显著性差异，重质3、混合3、轻质3的小麦粉灰分含量依次升高，降落数值、破损淀粉含量依次降低，但降落数值的降低趋势并不显著。

2.3 分级工艺对小麦粉糊化特性的影响

分级前后小麦粉糊化特性指标如表3所示。

表3 分级前后小麦粉糊化特性指标

由表3可知，一道分级后，重质1小麦粉峰值黏度、最低黏度、最终黏度都显著高于原料小麦粉和轻质1小麦粉，衰减值低于原料小麦粉和轻质1小麦粉。峰值黏度、最低黏度、最终黏度、衰减值、峰值时间都会受到淀粉含量的影响，同时淀粉-蛋白质的相互作用也是重要影响因素[22]。虫蚀、赤霉病粒内部淀粉结构遭到破坏，会降低面粉的糊化黏度、峰值时间。但试验结果显示不同出口小麦粉的糊化温度并没有显著性差异。二道分级后，重质2小麦粉的峰值黏度、最低黏度、峰值时间显著高于轻质2小麦粉，但相较于重质1的小麦粉没有显著性差异，而轻质2小麦粉的最低黏度、峰值时间相较于轻质1小麦粉又进一步降低。衰减值则呈现与其相反的结果，重质2小麦粉的衰减值显著低于轻质2。三道分级后，重质3小麦粉的最低黏度、最终黏度相较于重质1与重质2小麦粉显著降低，而峰值黏度与峰值时间虽稍低于重质1与重质2小麦粉，但差异并不显著。轻质3中不完善粒含量的显著提高，虫蚀粒的大量增加，造成其淀粉结构被破坏的现象愈发严重，使其黏度显著减小。衰减值是反映热糊稳定性的重要指标，在每道分级阶段，轻质小麦粉的衰减值都显著高于重质小麦粉，表明轻质小麦粉的热糊稳定性差，而重质1、重质2、重质3小麦粉的衰减值依次增加，其热糊稳定性也依次变差。

小麦粉的糊化特性主要受淀粉的含量、种类和颗粒大小的影响[23-24]。试验中所用小麦为同一品种，进行不同阶段的分级后，不同出口小麦的糊化特性存在显著差异，这种差异主要是由小麦中的不完善粒造成的，这些损伤会导致淀粉结构与组成的变化，影响小麦粉的糊化特性。

2.4 分级工艺对小麦粉粉质特性的影响

由表4可知，原料小麦经一道分级后，重质1小麦粉的吸水率、稳定时间和粉质质量指数都高于原料小麦粉与轻质1小麦粉，弱化度显著低于轻质1小麦粉。试验结果显示通过第1道分级，分离出不完善粒与不饱满粒到轻质口，已经显著提高了重质1小麦粉的粉质质量。二道分级后，重质2小麦粉吸水率、形成时间、稳定时间与粉质质量指数都显著高于轻质2小麦粉，弱化度显著低于轻质2小麦粉，但与一道分级重质1小麦粉没有显著性差异。二道分级通过对一道轻质小麦的分选，进一步分选出品质较好的小麦。第3道分级分选出的重质3小麦粉的吸水率、稳定时间及粉质质量指数均显著低于重质1和重质2，但仍显著高于同阶段的混合3与轻质3小麦粉。

表4 分级后小麦粉粉质特性指标

粉质特性是衡量面团耐揉性与内在品质的主要指标。破损淀粉值越低，则面团吸水率越低，面粉筋力越强，面团稳定时间越长[25]，弱化度越高，面筋越弱，这些指标能综合反映面粉的粉质质量[26]。结果显示每道分级阶段的重质小麦粉的粉质质量都显著优于轻质小麦粉，面团筋力更好。

2.5 分级工艺对小麦粉拉伸特性的影响

分级前后小麦粉拉伸特性指标(135 min)如表5所示。原料小麦经一道分级后，分选出的重质1小麦粉面团的拉伸阻力、拉伸能量与拉伸比例都显著高于轻质1，通过小麦分级显著提高了面团强度和筋力，使面团具有更好的抗拉强度。经第2道分级分选出的重质2小麦粉拉伸阻力、拉伸能量、拉伸比例与重质1小麦粉没有显著性差异，表明两种面团的质量较为接近，但显著高于轻质2。经第3道分级后，按重质3、混合3、轻质3的次序，面团的拉伸阻力、拉伸能量、拉伸比例均依次减小。

表5 分级后小麦粉拉伸特性指标(135 min)

面团的拉伸特性中，拉伸阻力主要反映面团的强度、筋力以及持气性，而延伸度则反映了面团的延展性和可塑性，拉伸比例反映了面团的抗拉强度。面团的各项拉伸指标主要受小麦粉中蛋白质的影响，轻质口中的小麦，籽粒内部结构遭到破坏，蛋白质的结构与组成发生变化，虫蚀、病斑、生霉等破坏了小麦内部的蛋白质组成，导致面团的拉伸特性发生改变。

3 结论

原料小麦经过第1道分级显著降低了小麦中的不完善粒含量与呕吐毒素含量，显著提高了小麦的容重与千粒重，提高了小麦粉的品质。第1道分级与第2道分级重质小麦粉的各项理化指标、糊化特性、粉质特性、拉伸特性(除最大拉伸比例和延伸度外)差异不显著，这2个出口小麦可以合并为重质小麦进行后续处理。第3道分级阶段重质小麦虽然不完善粒含量高于一道与二道分级阶段的重质小麦，且糊化特性、粉质质量、拉伸特性较差，但其不完善粒含量(3.02%)、容重(772 g/L)仍符合国家标准中二等小麦的标准，但其中瘪麦含量较多，需要与重质小麦分开处理，提高利用率。小麦分级工艺三道分级阶段都能够显著地分选出优质小麦，但随着分级阶段的进行，进入每道分级设备的小麦中不完善粒含量的增大，使分选出的小麦品质逐渐变差，有待优化不完善粒含量高的小麦分级工艺。