小麦调质过程水分分布和工艺研究进展

刘帅，张弘，温纪平，，3*

（1.河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001；2.河南工业大学小麦理论与技术研究所，河南 郑州 450001；3.国家小麦加工技术研发专业中心，河南 郑州 450001）

小麦是全球产量和交易量最高的谷物之一，年产量约为7.56亿t。小麦在生长、收获、运输和储存的过程中很容易被微生物污染[1]，特别是在调质过程中，受调质时间、温度以及湿度的影响，更容易滋生大量微生物[2]。当前社会对面制品的需求越来越大，人们也越来越重视食品品质，小麦和面粉的质量对面制品品质起着决定性的作用，而影响小麦粉品质的一个重要的工序就是调质。

1 小麦调质处理

小麦调质就是小麦与水分结合，并在润麦仓中静止一段时间的过程，在这个过程中，水分由小麦表皮进入并扩散到籽粒中部[3]，促进麸皮与胚乳的分离，使小麦籽粒的物理结构更适合研磨，提高碾磨效率。小麦籽粒麸皮、胚芽和胚乳的韧性和脆性也各不相同，调质会将其差异性增加[4]，一方面降低麸皮脆性增加其韧性和抗破坏能力，使麸片更加完整，胚乳更容易从麸片上剥刮干净；另一方面增强了小麦籽粒胚乳的脆性，从而增加小麦的出粉率[5]。而且经调质，完整的麸片有利于减少麸星，降低面粉的灰分并且有利于面粉的筛理。

2 小麦调质水分迁移

小麦籽粒的结构与组成由外到内依次是麦皮（4.6%～6.4%）、珠心层（1.5%～2.5%）、糊粉层（6.0%～8.9%）、胚（1.4%～3.8%）和胚乳（77%～85%）。由于小麦籽粒结构的特异性，导致各个部位的吸水状况各不相同，比如胚和皮层较其他部位吸水快；蛋白质和淀粉存在于胚乳中，而蛋白质的吸水速度比淀粉更慢，故蛋白质含量较高的小麦需更长时间的调质。小麦的吸水率受调质条件（时间、温度和湿度）影响，并且小麦品种、籽粒大小、小麦初始水分含量和胚乳结构极大地影响吸水率[6]。如李新华等[7]研究发现同样硬度的小麦品种其吸水率有的差异显著，有的差异不显著，而不同硬度的品种含水量在不同的水分处理时间段其差异性也不同，其吸水率可能受到各种因素的影响。

小麦加水后，水分接触外表皮，虽然皮层结构疏松易于水分渗入，但是种皮内部为珠心层，珠心层与种皮紧密结合，形成一层薄膜，水分不易渗透。糊粉层与珠心层相接，由一层较大的方形细胞组成，细胞壁较厚，结构呈方正形状，并且排列整齐，细胞内部充满深黄色的糊粉粒。糊粉层中灰分、蛋白质、脂肪等物质含量较高，Butcher等[8]利用放射自显影技术，发现水分的渗透路线是从胚和皮层纤维层一起流向糊粉层，再渗透胚乳中，不同品种小麦得到的结果基本相同。时予新等[9]研究发现水分在小麦籽粒背部的渗透速度比腹沟处快，且皮部吸水速度快。李佟等[10]以周麦22、中麦895和百农矮抗58 3种小麦为研究对象，研究小麦细胞壁结构对水分迁移的作用。经扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）观察，周麦22糊粉层最厚，水分干燥速率最慢，含水量最少；通过低场核磁技术研究发现糊粉层越厚的样品，吸水量虽小但是样品内部水分子自由度和移动性比较好。Gao等[11]以中国12个不同地区的小麦为原材料，研究了细胞壁结构对水分流动的影响。细胞壁主要由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]组成，而糊粉层主要是由AX和BG交替重叠构成。研究发现细胞壁厚度随着海拔的升高和经度的降低而增加，水分迁移速率随着总阿拉伯木聚糖含量的降低而增加，12种小麦的水分流动也有显著差异，随细胞壁厚度的增加而增加，这与李佟等[10]的研究结果类似。

3 小麦调质水分分布

核磁共振技术，又分为核磁共振波谱（nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR）和核磁共振成像技术（magnetic resonance imaging，MRI）两大分支。NMR又可以分为高场核磁共振（high-field nuclear magnetic resonance，HF-NMR）和低场核磁共振（lowfield nuclear magnetic resonance，LF-NMR）[12]，HF-NMR主要用于分析化合物物质结构，LF-NMR则大多用于分析物质的物理性质。水分在食品中的分布、状态和含量都极大地影响着食品的性质，在小麦中也不例外。

常规润麦过程中，经过24 h左右的调质时间，水分从表皮渗透至籽粒中心，使小麦达到了入磨前的水分标准，但是小麦籽粒内部的水分分布其实并不均匀。Song等[13]以单一小麦籽粒为原材料，利用核磁共振成像技术以及三维投影重建技术（3D projection reconstruction，3DPR），研究小麦内部水分分布情况，发现胚乳中水分分布不均匀，水分变化范围为7.3%～16.4%。NMR技术通过测定自旋-晶格弛豫时间T1和自旋-自旋弛豫时间T2，来描述水分子在物质中的运动情况和分布状态。T2是由自旋系统内部交换能量引起的，它的大小表征水分流动的强弱。陈成等[14]用NMR检测小麦籽粒水分分布得到的T2谱图中均出现3个峰，说明小麦籽粒中存在3种不同状态、不同含量的水分，即结合水（T21），这部分水主要与小麦中淀粉和蛋白质中氢键相结合，结合比较紧密；构造水（T22），指的是组织中的显微和亚显微结构与膜所阻留住的水；自由水（T23），这部分水以游离状态存在于小麦籽粒中。

王伟[15]利用NMR技术研究了时间和加水量在调质过程中对小麦籽粒水分分布的影响。随调质时间的延长，结合水含量先增大后降低，而且硬麦达到峰值的时间比软麦要长，证明硬麦需更长的润麦时间；自由水含量一直呈下降趋势。随着调质加水量的增加，小麦中的3种不同状态的水分含量都明显增加。3种状态的水分，自由水对小麦的制粉品质影响最大，自由水含量与小麦粉粉色、粒径、降落数值呈显著正相关，与出粉率和灰分含量呈显著负相关。

陈成[16]以国麦301、豫农982、郑麦366 3种国产代表小麦为原料，利用NMR和MRI技术研究了调质过程中水分分布状态和水分迁移规律。研究发现：3种小麦籽粒的T21值与温度有显著相关性，并且不随小麦籽粒的硬度而变化，小麦籽粒硬度对A21值影响显著且成正相关性；调质过程中，T23值与小麦籽粒硬度有显著负相关性，与温度呈正相关性，A23值与温度和小麦籽粒硬度无显著相关性。（A值的大小表示小麦籽粒水分含量的情况，A21代表结合水的水分含量，A22代表构造水的水分含量，A23代表自由水的水分含量）。

4 小麦调质方法

小麦调质的方法有很多种，如常温调质、加温调质、盐水调质、酶制剂调质、真空调质、超声波调质、杀菌调质、破损调质、振动调质等。

4.1 常温调质

在常温下进行调质，小麦经初步清理杂质后，用常温水对小麦进行润麦，一般只需要浸润1次。常规小麦入磨前需达到的水分一般是15%左右，这还需要根据小麦的硬度以及原始水分含量进行调整。当小麦初始水分比入磨前要达到的水分低3%时，就需要进行二次润麦[17]，但是浸润时间依旧很长，易滋生微生物。能耗低是常温润麦的优点，目前大部分小麦加工厂还是在用常温调质方法进行润麦。

4.2 加温调质

加温调质又分为热水调质、温水调质、蒸汽调质。主要就是利用热效应加快水分向小麦籽粒内部的渗透速度。孙丽红[18]研究发现用35℃的水对小麦进行调质，混合机搅拌30 min后静置1 h，润麦时间比常规方法提前10 h，并且小麦粉的品质没有较大差异。胡玉华等[19]采用30、40、50℃的温水润麦，研究加温调质对小麦粉性质的影响，结果表明，较常规润麦，加温调质的小麦粉水分低，面团稳定时间长，拉伸阻力大，出粉率显著增大。Chen等[20]研究了蒸汽调质对小麦籽粒水分分布的影响。经蒸汽调质，T21弛豫时间比常规调质长，A21在前30 min剧增而后稳定，使结合水在短时间内含量增加；T23和A23先增加后减少，说明小麦籽粒的自由度和自由水含量在蒸汽调质中先增大后减少，都证明蒸汽能够加快水分迁移。且蒸汽调质使蛋白质聚集，淀粉部分糊化，增加面团形成时间和面粉的稳定性，能够部分改善面粉的品质。加温调质缩短了润麦时间，一些面粉食用品质得到提升，但设备多，成本高，且温度升高能提升生物活性，面粉容易出现问题。

4.3 盐水调质

盐水润麦是用含盐的水对小麦进行调质，对小麦粉品质具有一定的影响，而且盐水对微生物有抑制作用。王大一等[21]利用盐水润麦研究其对微生物的影响，发现随盐水浓度的增大，微生物数量逐渐减少。Sabillón等[22]利用含盐的有机酸溶液对小麦进行调质，发现无论调质温度为多少，都能够有效地降低微生物、致病菌的活性，并且5%乳酸和26%氯化钠组合而成的有机酸盐溶液能最大程度地杀灭大肠杆菌和沙门氏菌。Sabillón等[23]研究发现有机酸盐溶液并不会对面粉的糊化特性造成显著影响，但是对溶剂保持力（solvent retention capacity，SRC）产生显著影响，用乙酸和氯化钠对小麦调质后，其蔗糖SRC与常规调质相比略有增大。

4.4 振动调质

振动润麦是一种现代化润麦的新技术，该技术可精确控制小麦水分，极大缩短润麦时间。其原理是对小麦进行高频振动以去除水分子的表面张力，在小麦颗粒的四周形成一层均匀的水膜；通过振动打掉小麦表面的灰尘，以此打开小麦籽粒的毛细管；在高频振动过程中，籽粒内部的空气被排出，外部空气携带水分进入籽粒内部，产生“虹吸效应[24]”。刘建华等[25]研究表明运用振动润麦不仅可以缩短润麦的时长，而且对于降低带菌量，提升加工品质具有很好的效果。

4.5 破损调质

破损调质即压裂、碾皮调质，是将小麦外表皮破碎后再进行调质的一种方法。张晋民[26]将小麦进行碾皮处理（碾皮率7%），然后对小麦进行一系列润麦操作，最终润麦时间控制在4 h～6 h。碾皮调质的优点是降低灰分，缩短润麦时间，但也导致微生物病原菌会进入到小麦粉，造成安全问题。Finney等[27]研究了细微研磨润麦，润麦时间可缩短至30 min，并且对制粉特性没有负面影响。

4.6 酶制剂调质

酶制剂润麦主要是在润麦水中加入酶制剂分解细胞壁来改变小麦籽粒表面的物理结构，使小麦更适合研磨。Haros等[28]研究发现在调质过程中用纤维素酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶等酶处理对小麦粉的质量具有积极的影响，显著影响了面包的体积，且经酶处理后小麦籽粒内部具有更好的水分分布。Yoo等[29]研究了酶（纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶）调质对小麦研磨和小麦粉焙烤性质的影响。结果发现，酶处理小麦并没有对小麦粉粒度产生显著影响，能够达到常规调质的效果，还发现酶调质小麦粉的蛋白质含量较常规调质有所提高，但经过酶制剂调质后的小麦粉制作的面包在储存5 d后的硬度明显高于对照组面包。李利民等[30]研究出一种小麦酶法调质方法，在润麦水中添加纤维素酶或戊聚糖酶，通过加酶处理后，润麦时间缩短，出粉率也有不同程度的增加，特别是在纤维素酶添加量为0.15 g/（kg小麦）条件下，润麦时间可缩短到5 h，出粉率达到76.6%，润麦过程中微生物的滋生也大大减少。

4.7 超声波调质

超声波操作广泛应用于食品工业中，但是在粮食生产中却应用非常有限，它用于大麦芽的生产，能够减少浸泡时间和发芽时间[31]。Singh等[32]使用探针型超声设备研究了高能和低能超声操作对小麦蛋白质结构的影响。低能超声处理增加了溶液中面筋的巯基含量。在高能超声处理过程中，谷蛋白溶液中的巯基减少。高能超声处理导致面筋蛋白中游离半胱氨酸分子结合形成新的二硫键。Yüksel等[33]将高能超声技术应用在小麦调质中研究其对小麦粉品质的影响。研究发现利用超声波调质能够加速水分的迁移速率，小麦粉的面筋指数也高于常规调质，改善了小麦粉的质量，细粒度粉从73.27%增加到79.77%，灰分从0.61%减少到0.55%，面粉稳定时间由9.76 min增加至12.06 min，而且在面包制作中，体积和比容都有不同程度的增大。但是超声波技术运行成本非常高，所以在小麦厂中的应用甚少。

4.8 杀菌调质

杀菌调质主要包括氯水调质、微酸性电解水调质、臭氧和臭氧水调质等，主要利用杀菌剂杀灭微生物，确保小麦的安全性。

氯气的水溶液为氯水，氯水中含有Cl2、H2O、H+、Cl-、HClO、ClO-、OH-等，其中主要的杀菌物质就是次氯酸（HClO），它能够杀死病原菌[34]，还可以做漂白剂。但是氯气具有一定的毒性，所以还需对其进行更深入的研究。Chen等[35]利用微酸性电解水（氯含量70 mg/L）对小麦进行调质处理，研究证明，微酸性电解水调质能够显著降低菌落总数和霉菌数量，在麸皮中效果最显著；而且对小麦粉品质不造成显著影响。周建新等[36]利用臭氧技术处理小麦，结果表明，与对照组比较，臭氧各条件下处理后的小麦表面的带菌量显著降低。杨龙等[37]发现利用臭氧水润麦能够显著降低脱氧雪腐镰刀菌烯醇含量，最高降解率可达44.12%。周建新等[38]研究发现20℃下用浓度为5.5 mg/L的臭氧水进行润麦，能够显著降低小麦粉中微生物含量，并且对小麦粉品质没有产生负面影响。

4.9 真空调质

真空调质就是以真空浸渍技术为基础发展的一种小麦调质方法。Snelling等[39]研究发现真空蒸汽处理小麦能够大大减少沙门氏菌和大肠杆菌等病原体的数量。其次，真空浸渍能够加速水分在小麦中的扩散速率，提高调质效率，为小麦研磨提供了便利。张亮[40]以周麦18为原材料研究真空调质对小麦制粉特性的影响，经工艺优化得出最优参数范围：浸润时间15.5 min～24 min，缓苏时间50 min～70 min，真空度百分数65%～79%。Rydzak等[41]研究真空调质技术对小麦粉和麸皮粒度分布的影响，研究发现小麦粉的粒度与对照组之间并没有显著差异，但是对麸皮粒度具有显著影响。王明莹等[42]将小麦在不同真空度下用不同浓度的碳酸钠进行调质，发现真空碱溶液调质对小麦中脂肪酶活性有抑制作用，而且显著提高了全麦粉的贮藏稳定性。舒服华[43]利用灰色关联分析法对真空调质工艺参数进行了优化处理，得出最优调质参数为浸润时间50 min、浸润温度40℃、加水量15%、真空度0.08 MPa，在此条件下出粉率提高了2.10%，灰分减少了2.63%，破损淀粉值下降了13.10%，白度下降了0.64%。

5 结论

小麦调质是小麦研磨加工前的最重要的工序，将小麦调质到最佳入磨状态会使制粉效果更好。我国小麦品种错综复杂，各个品种的小麦性质各不相同，而且我国蒸煮食品种类繁多，对小麦粉加工精度要求更高，因此，找到适合小麦的调质方法尤为重要。

目前我国小麦调质的方法主要还是常温调质。国外研究人员在调质的机理、方式及调质对小麦制粉的影响方面进行大量深入的研究，相比于国外，国内小麦调质技术不够成熟，调质工艺有待进一步的研究。实际生产中，应找出一种或结合多种调质方法，在能保证小麦粉品质的同时，减少微生物的污染，为小麦粉的品质安全提供理论基础。