小麦麸皮结构层干法分离的初步研究

陈中伟 王 莉 杨春霞 吴保承 田燕宁 陈正行

(粮食发酵工艺与技术国家工程实验室1，无锡 214122)

(江南大学食品学院2，无锡 214122)

(江苏省江大绿康生物工程技术研究有限公司3，无锡 214028)

(江南大学理学院4，无锡 214122)

麦麸是小麦粉加工产业链中的主要副产品，是大宗农副产品。在我国，麦麸的年产量达2 000万吨［1］。小麦麸皮含有极高的营养价值，富含膳食纤维、B族维生素、矿物质及抗氧化植物化学成分［2－3］。

目前，麦麸的增值加工方式主要以湿法为主，利用酶解去除残留淀粉及蛋白质，脱除植酸，以获取膳食纤维产品;或采用酶解和碱解后，提取阿魏酸及阿魏酰低聚糖类等抗氧化成分为主［4］。与传统的麦麸利用方式比较而言有一定的优势，但湿法加工仍然存在蒸汽能消耗大、营养成分损失严重及环境污染等诸多缺点，麦麸的利用率较低。因此，小麦麸皮的深加工增值技术成为我国小麦深加工产业链亟需解决的问题之一。研究表明，麦麸由多个生理层组成，大致可以分为外果皮、中间层(内果皮、横状细胞、种皮和透明层)和糊粉层［5－6］。不同的结构层的机械特性有明显不同，在相同的粉碎或研磨获得的粉体的粒径、成分可能存在差异［7］。这为干法研磨分离麦麸皮层的提供了可能，更重要的是干法增值技术能很好避免不必要的能耗和营养成分损失，而且成本低廉，环境污染少［8－9］。

本试验旨在利用振动粉碎和旋振筛结合的干法方式，对小麦麸皮粉体进行粉碎分级，并比较不同麦麸生理结构层在分级获得的粉体中所占的比例，以初步探索研磨筛分对麦麸结构层分离的效果。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

麦麸:中粮集团;磷酸盐、纯化琼脂、酸性品红:国药集团;荧光增白剂、3，4，5－三甲氧基肉桂酸、橄榄醇、植酸盐、p－香豆酸:美国Sigma公司。

中药粉碎机:上海冰都电器有限公司;振动超微粉碎机:济南龙微制药设备有限公司;XC－600振动筛:新乡先臣振动机械有限公司;Microtrac 3500粒径分析仪:美国Microtrac Inc公司;CM1950切片机:德国徕卡公司;BX41荧光显微镜:奥斯巴林;Agilent 1100高效液相色谱仪:美国安捷伦公司。

1.2 试验步骤

1.2.1 原料预处理

小麦经筛分除去部分残留淀粉，利用中药粉碎机粉碎至全部通过20目筛。将经预粉碎的麦麸投入到振动粉碎机中，填充1/3容量，粉碎40 min，分别在10、20、30和40 min时取样进行粒径测定。将粒径分布最为分散的麸皮物料投入到振动筛，利用目数分别为200、325及400的筛进行筛分，获取筛上物及筛下物，进行粒径测定和荧光显微镜测定。

1.2.2 粒径测定

将粉碎后的麦麸置于干燥器中贮存12 h，避免颗粒的黏附对粒径测定带来影响。利用Microtrac 3500粒径分析仪测定麦麸的粒径分布。具体参数为:吸入式(0.25～2 000 μm，干法，反射模式，颗粒形状设置为不规则)。每个样品测定2次，取平均值。利用系统自带软件获取粒径分布数据，并绘制粒径分布图。

1.2.3 荧光染色及测定

将各种麦麸粉体镶嵌在2%的琼脂块中，选择合适的粉体与琼脂干基的比例，利用pH 7的戊二醛溶液进行固定，然后利用不同浓度的酒精进行脱水。脱水后进行浸蜡与包埋，利用切片机切出6～8μm薄片，利用1%的酸性品红乙醇溶液和0.01%的荧光增白剂溶液分别染色2 min，洗净染色液，封片，然后在激发光为紫外波长(400～410 nm)条件下进行荧光观测［10］。

1.2.4 标示成分分析

酚酸测定:精确称取20 mg样品，利用10 mL的2.0 mol/L的NaOH在氮气存在的条件下，黑暗中水解2 h，添加100μL的1 mg/mL的3，4，5－三甲氧基肉桂酸作为内标物，利用6 mol/L盐酸中和提取液至pH 2，然后用3倍体积的乙酸乙酯提取2次，将提取液合并，浓缩，并用氮气吹干。最后利用0.4 mL的50%的甲醇溶液复溶，用0.45μm有机微滤膜过滤，收集过滤液进行液相测定。

液相测定条件:C18柱(5 mm，250 ×4.6 mm);检测器:紫外检测器;检测波长:320.8 nm;A流动相:乙腈;B流动相:pH 4.6的醋酸盐缓冲溶液;进样速率:0.8 mL/min;柱温:35℃;流动相A与B的线性比例:0～24 min，从 15/85 到 35/65;24 ～24.5 min，从35/65到 60/40;24.5～29 min，从 60/40 到 15/85;29 ～34 min，保持15/85 的比例5 min［7］。

烷基间二苯酚的测定:称取20 mg样品放到10 mL的试管中，加入10 mL丙酮在室温下震荡2 h，将提取液通过滤纸过滤并蒸干，利用1 mL的乙酸乙酯复溶。添加2 mL的ZnCl2固蓝B盐到试管中，振荡混合，在黑暗中反应60 min后，520 nm波长下测定吸光度值。通过相同条件下，以橄榄醇为标准物绘制标准曲线，计算得出烷基苯酚的含量。

2 结果与讨论

2.1 麦麸的粒径测定

经超微粉碎研磨 40 min，分别在 10、20、30、40 min时取样进行粒径测定。

图1 不同研磨时间小麦麸皮颗粒粒径分布及体积积累图

如图1a显示，未研磨前的麦麸主要集中在300μm到1 000μm之间，经研磨10 min后，麦麸粉体出现明显的双峰，其峰值分别为 432μm和175μm。当研磨20 min后，麦麸的粒径分布出现3个峰，此时的颗粒最为分散。3个峰的粒径峰值分别为145、57、15 μm。进一步研磨30 min后，145 μm 处的峰比例明显减小，50μm处的峰的比例则明显增大;研磨40 min后，麦麸颗粒的粒径分布曲线的变化不明显。图1b中显示，麦麸研磨前至研磨至40 min的粒径体积积累曲线逐步向粒径小的方向移动，10、20、30 min粒径体积积累曲线差异明显，30 min与40 min区别则较小。在研磨的过程中，颗粒的粒径出现多峰的现象原因可能是，小麦麸皮结构层的机械性质不同造成的。研究表明，外皮层与中间层的结合较为松散，容易脱落分离。同时，被粉碎所需的能量只是中间层和糊粉层破裂所需能量的1/4，容易被粉碎成小颗粒。中间层的结构较为复杂，由内果皮、种皮、透明层等组成，而且与糊粉的连接非常紧密，不易被分离［11－12］。在粉碎的过程中颗粒的粒径就会出现多峰的现象，为粉碎筛分分离各个生理层提供了可能。Hemery等［13］分别在常温和低温(－10、－60、100、－140 ℃)条件下对小麦麸皮进行研磨，发现在温度为(20℃、－10℃)研磨1 min时，粉碎后的小麦麸皮粉体都会在20μm和150μm处出现双峰，这与本研究中得到的结果相似。该研究同时表明，与低温粉碎相比，常温粉碎有利于获得粒径分散的麦麸粉体。

2.2 筛分后的粒径分析

由图1中可知，研磨20 min后的小麦麸皮粉体的粒径的峰值分别为145、57、15μm，选择孔径大小与粒径峰值较为接近的标准筛200、325和400目(150、45和37μm)进行筛分，得到4种不同粉体(麦麸1表示200目的筛上物，麦麸2表示介于200目和325目间的颗粒，麦麸3代表介于325目和400目筛的颗粒，麦麸4代表400目筛下颗粒)。4种麦麸颗粒的分布曲线如图2中所示，由图2a中可以看出，在不同筛下物都有明显的正态单峰，且单峰之间的交叉部分较少，麦麸1～麦麸4的峰值分别为156、82、20和16μm。这说明了通过筛分可以获得粒径区别明显的麦麸颗粒。其中麦麸1和研磨20 min时出现在145μm的峰较好的吻合。麦麸3和麦麸4的粒径小于小麦糊粉层细胞的大小(50μm)，因此，该组分可能富集有麦麸糊粉内容物。结合麦麸组织结构层的抗研磨性质的不同的特性，可以推断出，麦麸1～麦麸4中的不同麦麸结构层的所占比例也不同。通过生化标示物的含量可以计算出近似比例。

2.3 荧光分析

为了定性麦麸结构层在各个组分中的分布，对不同麸皮颗粒的荧光显色，然后进行荧光图像分析。由图3a所示，在小麦籽粒的横截面的荧光显微图中，外皮层和中间层由于自发荧光而显示黄绿色，糊粉细胞壁被荧光增白剂染成蓝色，糊粉细胞内容物中的蛋白质被品红染成红色，小麦淀粉不被染色，显黑色。图3b是麦麸1的荧光显微图，黄绿色的外皮层和中间层占大部分，同时还存在大量的已破裂的糊粉细胞。在图3c中主要以糊粉层破碎后的细胞壁为主，说明在麦麸2中主要以糊粉细胞壁为主;在图3d中，颗粒较小，存在大量的红色的颗粒和蓝色颗粒，主要是细小的麦麸糊粉层壁和内容物。综合图3b～图3d可知，麦麸1中主要以小麦外皮层和破碎的大颗粒的糊粉细胞为主;麦麸2主要包含小麦糊粉层破碎的细胞壁;而糊粉层的内容物则主要富集在麦麸3中。

图2 振动粉碎20 min后麦麸颗粒筛分的粒径分布

图3 不同粒径麦麸粉体的荧光显微图

2.4生化成分测定

为了能进一步确认研究的结果，利用小麦麸皮各个结构层中的主要标示物进行定量分析各个结构层麦麸粉体中的比例，其中脱氢阿魏酸三聚体(FAt)为外皮层的标示物，烷基间二苯酚(Alkylresorcinols)是中间层的标示物，而对位香豆酸(p－comicacid)和植酸(phytic acid)分别是糊粉细胞壁和糊粉细胞内容物的标示成分，计算公式［14］如下:

表1 不同粉碎时间和不同粒径的麦麸粉体的生化组成

从表1中可以看出，未筛分前，小麦麸皮中植酸含量约为35 mg/g，筛分后麦麸粉体中植酸的含量区别很大，在麦麸1中含量为18.9 mg/g，而在麦麸3中其含量为48.3 mg/g。植酸是糊粉层内容物的标示性成分，这表明，小麦糊粉细胞内容物在麦麸3中得到了富集，同荧光显微镜的定性分析得到的结果相同。而在麦麸1中，麦麸外果皮标示物(脱氢阿魏酸三聚体)和中间层的标示物(烷基间二苯酚)的含量最高，分别为2.32 mg/g和 5.2 mg/g，按照标示物含量计算，外皮层和中间层的比例为78%。表明了麦麸外皮层和中间层的含量在麦麸1中得到了富集和提高。而在麦麸3中，对位香豆酸的含量则含量最高，达 0.21 mg/g，较麦麸原料中的 0.16 mg/g，提高了0.5 mg/g。说明了糊粉层破碎细胞壁的含量在麦麸3中最高。

3 结论

通过对小麦麸皮进行不同时间的研磨，通过粒径分析结果表明当研磨时间为20 min时，小麦麸皮粉体的颗粒粒径最为分散。然后对此时的麸皮颗粒进行筛分，得到的4种不同的粉体中麦麸3的糊粉质量分数最高，达到51%。小麦糊粉被破碎后，细胞壁在各个麦麸粉体中均有分布;而麦麸外皮层和中间层则主要集中在麦麸1中，比例达到78.9%;在麦麸2中主要富集大颗粒的小麦糊粉层的细胞壁41.7%。总之，通过简单的微粉碎和筛分，可以对小麦麸皮结构层进行一定程度的富集。

［1］姚惠源.我国谷物加工学科的发展新走向［J］.粮食加工，2010，1(1):10 －13

［2］朱小乔，刘通迅.小麦麸皮的功能组分及其在食品中的开发应用［J］.粮油食品科技，2000，8(6):18 －21

［3］刘亚伟.小麦精深加工［M］.北京:化学工业出版社，2005

［4］王旭峰，何计国，陶纯洁，等.小麦麸皮的功能成分及加工利用现状［J］.粮食与食品工业，2006，13(1):19 －22

［5］Surget，Barron.Histologie du grain de blé［J］.Industrie des Céréales，2005，1(1):3 －7

［6］Ramaswamy H，Riahi E.Structure and Composition of Cereal Grains and Legumes［M］.Handbook of Postharvest Technology.CRC Press，2003:1 －16

［7］Antoine C，Peyron S，Mabille F，et al.Individual contribution of grain outer layers and their cell wall structure to the mechanical properties of wheat bran［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51(7):2026 －2033

［8］Hemery Y，Rouau X，Lullien － Pellerin V，et al.Dry processes to develop wheat fractions and products with enhanced nutritional quality［J］.Journal of Cereal Science，2007，46(3):327－347

［9］陈中伟，王莉，赵鑫，等.小麦糊粉层的研究现状及前景［C］.//中国粮油学会.中国粮油学会第六届学术年会论文集，2010

［10］Parkkonen T，H k en H，Autio K.Effect of baking on the microstructure of rye cell walls and protein［J］.Cereal Chemistry，1994，71(1):58 －63

［11］Greffeuille V，Mabille F，Rousset M，et al.Mechanical properties of outer layers from near－isogenic lines of common wheat differing in hardness［J］.Journal of Cereal Science，2007，45(2):227 －235

［12］F.Mabille JG，JAbecassis.Mechanical Properties of Wheat Seed Coats［J］.Cereal Chemistry，2001，78(3):231 －235

［13］Hemery Y，Chaurand M，Holopainen U，et al.Potential of dry fractionation of wheat bran for the development of food ingredients，part I:Influence of ultra － fine grinding［J］.Journal of Cereal Science，2011，53(1):1 －8

［14］Hemery Y，Lullien － Pellerin V，Rouau X，et al.Biochemical markers:Efficient tools for the assessment of wheat grain tissue proportions in milling fractions［J］.Journal of Cereal Science，2009，49(1):55 －64.