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小麦是我国最重要的粮食作物，小麦糊粉层是小麦胚乳和种皮之间的一层细胞壁，占籽粒质量的7%～9%，含有籽粒中70%的营养活性物质，被称为小麦中的软黄金。然而，当前糊粉层的生产主要受限于分离技术，使其在主食产品加工中的应用不广泛。最近，俄罗斯科学院与中国科学院联合研发了世界首条千吨级糊粉层粉生产线，采用了机械化学的旋风涡流微纳米分离技术原理，集粉碎、冲击、振动、揉搓、分离作用于一体，提高了糊粉层粉的质量和产量，但糊粉层粉的得率远低于麦麸中糊粉层的原始比例，因此需要控制该分离过程中的分离转速和分离筛网孔径等关键工艺参数，以得到高产量且适宜后续食品加工的糊粉层粉。
中国农业大学食品科学与营养工程学院的罗丹、马浚哲、薛文通*等 通过研究旋风涡流微纳米分离麦麸技术的分离转速和分离筛网孔径对小麦糊粉层粉得率、粗蛋白、总膳食纤维、粗脂肪和ARs含量的影响，建立灰色关联度模型筛选出小麦糊粉层粉的最佳分离参数，再探究不同糊粉层粉添加量对面粉营养和功能成分含量、热力学特性、面团热机械学特性和动态流变特性的影响，旨在高效率、高质量地获得安全、无污染的小麦糊粉层粉，并充分利用糊粉层粉营养功能品质，提高其加工性能。
如图1A所示，分离转速越大则糊粉层粉的得率越高，在40 目条件下，转速从3 000 r/min增加至5 000 r/min时，糊粉层粉得率由23.02%增加至28.50%。因为未粉碎的麦麸为大片颗粒，糊粉层与外果皮和中间层黏附在一起，有部分胚乳细胞残留，切削处理利用麦麸结构层在机械特性上的差异，使糊粉层粉被剥离而富集。高分离转速使麦麸在单位时间内接受更多的切削次数，使糊粉层分离更加完全，从而获得高糊粉层得率。但是4 000 r/min和5 000 r/min分离后的糊粉层粉得率没有显著差异，可能是因为转速到达一定水平（4 000 r/min），糊粉层被彻底分离，麦麸切削效率已达到峰值。此外，随着分离筛网孔径的减小，糊粉层粉的得率也不断降低。当转速为4 000 r/min时，过40、60、80 目和100 目筛的糊粉层粉得率分别为27.90%、27.40%、26.30%和23.40%，因为通过40 目的粉体大部分是与外果皮和中间层黏连的糊粉层粉，通过60 目的粉体是初步与非糊粉层结构分离的糊粉层粉，通过80 目的粉体是大部分与非糊粉层结构分离的糊粉层粉，而通过100 目的粉体是基本实现与麦麸各结构分离的糊粉层粉。
如图1B所示，随着分离转速的增加、分离筛网孔径的减小，所获糊粉层粉的粗蛋白质量分数总体保持在20.00%的水平。麦麸中的蛋白质主要由附着的胚乳颗粒和糊粉层内容物贡献，外果皮和中间层仅含有极少量的蛋白质。在糊粉层粉富集过程中，附着于麦麸外层组织的胚乳颗粒被去除，其蛋白质含量起到互补的效果，故整体上糊粉层粉的蛋白质含量没有显著变化。如图1C所示，3 种切削转速分离的糊粉层粉经过40、60 目和80 目的过筛处理后，其粗脂肪含量未出现显著变化，其质量分数总体保持在3.70%。而在经过100 目筛网时，随着分离转速的增加，糊粉层粉中粗脂肪质量分数不断增加。因为麦麸中的脂肪含量极低，且主要存在于糊粉层粉中，故前期的富集作用对糊粉层粉的粗脂肪含量影响不大，随着转速进一步增大，100 目筛网的富集作用显著增加，故所获得糊粉层粉中的粗脂肪含量显著上升。如图1D所示，经40、60、80 目和100 目过筛处理的糊粉层粉随着分离转速的增加，其总膳食纤维含量无显著变化。然而随着筛网孔径的减小，糊粉层粉中总膳食纤维含量呈下降趋势。麦麸非糊粉层的结构层为纤维类中空细胞，几乎不含有内容物；糊粉层粉的膳食纤维主要是不可溶性膳食纤维和少量木聚糖、β-葡聚糖等可溶性膳食纤维。经过糊粉层粉的富集，大量非糊粉层结构被去除，故总膳食纤维含量减少。如图1E所示，随着分离筛网孔径的减小，ARs不断被富集，在分离转速为4 000 r/min、过80 目筛网后其ARs含量可达到最大值，为180.76 mg/100 g。这可能是因为ARs大部分存在于透明层，小部分存在于外果层和糊粉层，在糊粉层分离富集过程中，外果皮的纤维类物质先被除去，然后是黏附的胚乳、内果皮、种皮和透明层依次被除去，故所获得糊粉层粉中的ARs含量呈现先增加后减少的趋势。也可能是随着分离转速的增大和筛网孔径的减小，糊粉层粉粒径不断减小，结构层破碎，降低了细胞壁对溶剂的阻碍，有利于ARs的溶出，且过80 目筛网的糊粉层粉具有最大的比面积，使有机溶剂可以充分提取ARs。
为了客观评价糊粉层粉的营养和功能成分，本研究采用了灰色关联度分析方法，将得率、粗蛋白、总膳食纤维、ARs、粗脂肪含量作为影响糊粉层粉营养功能和加工品质的关键因素，12 种不同分离参数的糊粉层粉和理想样品的指标含量如表1所示，各个指标最接近理想样品的糊粉层粉分离参数被视为最佳分离参数。
热图能更直观反映出不同指标对最终结果的贡献度，可以解释样品加权关联度之间的差异。颜色越接近红色，说明该指标越远离理想样品的目标值；颜色越接近绿色，说明该指标越接近理想指标的目标值。如图2所示，4 000 r/min-80 目组获得的“绿色”部分更多，主要包括得率、ARs含量和粗脂肪含量，无“红色”部分，说明该分离参数下所获得的糊粉层粉与理想样品更为接近，是该分离参数最终排名前列的主要原因，而3 000 r/min-100 目组“红色”区域存在于得率、总膳食纤维、ARs和粗脂肪含量中，表明这些指标在综合排序中不占优势，是该分离参数最终排名较低的原因。
表2显示了12 组样品的加权关联度排名，其中加权关联度最高样品所对应的分离参数为4 000 r/min、80 目筛，说明该分离参数下的糊粉层粉在得率、粗蛋白质、ARs和膳食纤维含量较高的基础上保持较低的脂肪含量，有利于糊粉层粉营养功能品质的保持，提高其在生产加工中的稳定性。
将糊粉层粉以0%、10%、15%、20%、25%、30%的比例添加进小麦粉中充分混匀，制作成5 种含有不同比例糊粉层粉的面粉。如图3A所示，随着糊粉层粉的加入，面粉的水分含量呈现下降趋势，当糊粉层粉比例从10%增加到30%，水分质量分数从12.43%降低至11.40%。因为糊粉层粉在经过高速旋风涡流分离时，高速气流和分离过程中的升温使糊粉层粉中的自由水蒸发，导致面粉水分含量降低。如图3B～G所示，随着糊粉层粉添加量的增加，面粉的灰分、蛋白质、总膳食纤维、脂肪、总酚和ARs的含量呈现升高的趋势。当糊粉层粉的添加量由0%升高至30%，面粉中淀粉质量分数由67.92%下降至57.35%（图3B），灰分质量分数由0.60%升高至1.39%（图3C），粗蛋白质量分数由12.62%升高至14.52%（图3D），总膳食纤维质量分数由2.07%上升至12.62%（图3E），粗脂肪质量分数由1.50%上升至2.86%（图3F），总酚含量由71.77 mg/100 g上升至187.93 mg/100 g（图3G），ARs含量由4.96 mg/100 g上升至51.07 mg/100 g（图3H）。这是因为糊粉层粉的淀粉含量低于面粉，而灰分、蛋白质、膳食纤维、脂肪、总酚和ARs的含量均高于面粉。此外，由于糊粉层粉质地疏松，可使面粉中可消化蛋白含量高于精细小麦粉。膳食纤维、多酚和ARs等物质属于功能因子，可以赋予面粉抗肥胖、抗肿瘤、促进肠道蠕动、预防慢性病等功能。脂肪是影响面粉和面制品贮藏期品质的关键因素，在面粉生产过程中通常将脂肪含量高的胚芽和麸皮去除以保证面粉贮藏期内品质的稳定，所以在实际生产和应用中，糊粉层粉的添加量不可过高。
如表3所示，面粉样品在峰值温度为64 ℃左右发生吸热转变，这是由于淀粉的糊化。添加糊粉层粉后，面粉糊化的起始温度、峰值温度和终止温度显著上升，但大部分添加糊粉层粉组之间没有显著差异。焓变是指整个体系发生非晶体转化需要吸收的热量。随着糊粉层粉添加量的增加，面粉糊化的焓变也显著增加。当糊粉层粉添加量为30%时，焓变值为2.81 J/g。虽然糊粉层的添加减少了面粉中淀粉的含量，但是增加了面粉中脂肪、膳食纤维和多酚的含量，在热的环境下，淀粉会和脂肪、膳食纤维、多酚等客体分子形成结构致密、具有热稳定性的复合物，这种复合物被认为是V型抗性淀粉，能促进肠道蠕动，被肠道微生物发酵生成短链脂肪酸，有利于人体健康。
糊粉层粉添加量对面团的热机械学特性的影响如表4所示。吸水率为面团达到目标扭矩（（1.10±0.05）N·m）所需要的加水量。加入糊粉层粉后，面团的吸水率显著增加，当糊粉层粉添加量由0%增加至30%，面团的吸水率由62.01%上升至65.16%。这可能是因为糊粉层粉中含有丰富的木聚糖、β-葡聚糖、木质素等膳食纤维，它们含有大量的亲水基团，使其亲水特性强于面团中的淀粉和蛋白质。此外，Li Xiaoning等研究发现面团的吸水率不仅与膳食纤维有关，可能还与蛋白质、脂肪、淀粉、多酚之间的相互作用有关。形成时间是指面团在达到目标扭矩时所需要的时间。添加糊粉层粉后会显著延长面团的形成时间，且随着添加量的增加，形成时间由2.88 min（0%）最高延长至4.58 min（25%），熊猫体育是什么原因是糊粉层粉中的膳食纤维会与面筋蛋白竞争水分，阻碍蛋白质的水合作用，导致面筋蛋白形成面筋网络结构的时间延长。稳定时间可表示面团的强度和耐揉性，稳定时间越长，说明面筋网络结构越牢固。添加糊粉层粉后显著增加了面团的稳定时间，当添加量为15%和20%时，面团稳定时间均达到峰值，为6.69 min和6.78 min，分别是未添加组的1.61 倍和1.63 倍，这说明15%和20%添加量的糊粉层粉能在面团内部形成刚性网络结构，使面团具有更强的揉制阻力。
蛋白质弱化度越大，表明蛋白质弱化程度越大，面筋强度越小。添加糊粉层粉能显著降低蛋白质弱化度，当添加量由0%到30%时，蛋白质的弱化度从0.62 N·m降低至0.57 N·m，其原因是糊粉层粉中含有丰富的膳食纤维。Nieto等发现膳食纤维可能通过氢键相互作用促进面筋蛋白有序网络的形成，使面团的硬度变大、加工性能变好。黏度崩解值反映淀粉的糊化稳定性，该值越小表示糊化稳定性越好。添加糊粉层粉后显著增加了黏度崩解值，当添加量为25%和30%时，该值分别达到0.15 N·m和0.12 N·m，约是未添加组的2 倍，此结果与张慧娟等的研究一致。淀粉回生值越大，淀粉越容易回生。添加糊粉层粉显著降低了面团的回生值，当添加量为25%和30%时，该值仅约为未添加组的1/2，说明添加糊粉层粉能有效阻止面团的老化回生。Wang Chongchong等研究发现膳食纤维可以抑制面团回生，其原因可能是膳食纤维拥有较强的水结合能力，降低了淀粉链的流动性，阻碍了淀粉分子的重排。同时，本团队前期的研究也发现糊粉层粉中富含的多酚分子能够通过氢键、疏水相互作用与淀粉疏水螺旋空腔结合，阻止淀粉链重新排列，抑制面团的老化。
G’反映面团的弹性性质，G”反映面团的黏性性质，tan δ是G”与G’的比值。如图4所示，在扫描频率范围内，所有面团的G’值（图4A）大于G”值（图4B），且随着扫描频率的增加，面团的G’和G”都呈上升趋势，表明该面团呈现以弹性为主的黏弹体特征。此外，随着糊粉层粉的添加，面团的G’值和G”值都呈现增大的趋势，说明所有面团呈现固态特征，为典型的弱凝胶，糊粉层粉可以增加面团的弹性和黏性。面团中的水可作为增塑剂，一般以小液滴的形式分散在蛋白质网络基质中，并被淀粉颗粒包围或植入，糊粉层中存在可溶性膳食纤维的吸水基团较多，与大量水分子紧密结合，改变了面团的水分分布，减弱了水的塑化作用，导致面筋的机械性能增加，从而增加了面团的黏弹性，熊猫体育是什么这一结果也被添加了麦麸膳食纤维或麦麸粉的面团所证实。如图4C所示，所有面团的tan δ值在低频条件下随着频率增加而减少，而在高频条件下随频率增加而增大，表明面团在低频剪切下表现出更强的固体行为，而在高频剪切下表现出类似液体的行为。在相同频率条件下，糊粉层粉的添加会降低面团的tan δ值，且随着糊粉层粉添加量的增加，tan δ值下降得越多。Wang Chongchong等认为糊粉层粉中的膳食纤维具有强吸水性，可减少面团中自由水和弱结合水含量，从而增强面团的质地；此外膳食纤维与面团中的大分子物质结合，可以提高面团的稳定性和黏度，复合体充当了面团中的填充物，从而提高了面团的力学性能；以上两种原因均可降低面团的tan δ值。
旋风涡流微纳米分离技术获得小麦糊粉层粉的最佳分离参数为转速4 000 r/min和过80 目分离筛网，此参数下获得的糊粉层粉得率为26.30%。随着小麦糊粉层粉添加量的增加，面粉中的水分和淀粉含量不断下降，灰分、粗蛋白、总膳食纤维、粗脂肪、总酚和ARs含量不断上升。糊粉层粉的添加提高了面粉糊化的起始温度、峰值温度、终止温度和焓变，也提高了面团的吸水率和黏度崩解值，延长了形成时间和稳定时间，降低了面团的蛋白弱化度和回生值，抑制面团老化回生。所有面团的 G ’值均大于G”值，样品呈现固态特征，为典型的弱凝胶，糊粉层粉的添加提高了面团的黏弹性，改善了加工性能。随着小麦糊粉层粉分离技术的进一步提高，其在制备减肥、降血糖、抗糖尿病等功能性面粉或食品方面的研究有待进一步深入。
本文《小麦糊粉层粉分离参数的优化及其对面粉和面团特性的影响》来源于《食品科学》2024年45卷11期，作者：罗丹，马浚哲，桑梓晴，谢强，陈晨，王剑英，薛文通。DOI：10.7506/spkx0614-122。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：小娴；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。
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