谷物磨粉工艺对其淀粉损伤及特性影响研究进展

张玉荣 高佳敏 周显青 孙 晶 刘敬婉（河南工业大学粮油食品学院；粮食储藏与安全教育部工程研究中心；粮食储运国家工程实验室，郑州 450001）

谷物磨粉工艺对其淀粉损伤及特性影响研究进展

张玉荣 高佳敏 周显青 孙 晶 刘敬婉
（河南工业大学粮油食品学院；粮食储藏与安全教育部工程研究中心；粮食储运国家工程实验室，郑州 450001）

谷物磨粉主要采用机械粉碎方式，在粉碎过程中必然造成淀粉颗粒不同程度的损伤，使其产品中的破损淀粉含量显著增加，而破损淀粉含量又直接影响着谷物的加工品质和食用品质。本综述系统阐述了不同磨粉工艺对谷物制品中淀粉损伤的影响及其产生原因，并对谷物制品品质改良进行了展望，以期为我国谷物加工技术及其品质改善提供参考。

谷物 磨粉方式 破损淀粉 淀粉特性

中国谷物种植历史悠久，品种繁多。除直接食用外，其制品及产品也是人类最主要的食物之一，比如小麦加工成小麦粉，再加工成主食馒头、面包和面条，稻谷加工成大米、糯米和大米粉、糯米粉，继而再加工成南方人日常食用的米粉条、元宵等。随着现代社会的发展和人民生活水平的提高，人们对产品品质和品种的需求不断增加，使谷物制品使用范围不断扩大，而不同的产品对其原料要求不同，谷物制品的优劣直接影响到产品的品质。

谷物制品的品质除了受原料品质的影响外，还受到加工技术的影响。谷物制品加工过程中，由于机械的碾削、挤压等作用，不可避免地对制品颗粒产生破坏和损伤。有关研究表明，在小麦粉加工过程中，特别在粉碎工艺段，由于磨辊表面对小麦籽粒表面产生的剪切力和淀粉粒间的剪切应力，以及淀粉粒原始结构之间的压力作用，引起淀粉颗粒的损伤甚至分子部分降解［1］；粉碎方式（干磨、湿磨和半干磨）能够造成大米粉在理化特性、糊化度、粒度分布、损伤程度等方面的不同，进而造成加工产品品质的差异［2-3］。干法磨粉工艺对米粉淀粉损伤较大，粉的粒度分布和破损淀粉含量是影响粉品质及其产品优劣的关键因素［4］。而破损淀粉含量是评价其制品品质的重要标准［5］。破损淀粉含量影响小麦粉的吸水率、流变学特性、发酵制品的发酵特性等。在面包制品的发酵过程中，破损淀粉的产生有利于发酵的进行，可能是由于破损淀粉极易受淀粉酶水解产生麦芽糖，而麦芽糖又是面团发酵阶段酵母的底物［6］。在很多米制品加工中也会产生破损淀粉，影响加工品质。然而目前对破损淀粉影响米粉性质的研究报道还较少，对破损淀粉含量与米粉性质之间的关联性等方面还鲜有系统的研究。因此破损淀粉的研究具有重要的意义。

1 破损淀粉的产生及对谷物制品的影响

早在1879年破损淀粉就被认识，学者认为这种淀粉是由于机械作用造成颗粒结构变化而形成的，破损淀粉易酶解，极易受到糖化酶的作用而分解成麦芽糖和糊精，这些特性都会影响谷物制品的品质。大量的研究表明，淀粉机械损伤后，其结晶结构遭到破坏导致结晶度下降，进而导致淀粉的各种特性发生变化。如吴俊等［7］通过研究不同损伤程度的玉米淀粉的糊化特性发现，损伤程度越大，支链淀粉和直连淀粉分子量越小、起始糊化温度和黏度均减小。磨粉过程中破损淀粉含量的多少不仅与粉碎机的转速高低有关，还与谷物制品的体积及制品比表面积的大小有关［8-9］。夏稳稳［3］通过研究糯米粉加工关键工艺参数优化及工艺设计发现，半干法制粉和湿法制粉的破损淀粉质量分数相差2.77%，说明制粉机械和浸泡对破损淀粉的产生起主要作用。对于同一种试验磨，随着过磨次数的增加，小麦粉中破损淀粉含量增加［10］。小麦粉越细则破损淀粉含量越高；研磨道数越多，研磨强度越大，淀粉破损越严重；齿辊所造成的淀粉损伤程度比光辊更大，但差距不明显；撞击机在正常生产时对破损淀粉影响较小，若反复撞击也会使破损淀粉含量增加，但其影响程度较研磨强度缓和［11］。夏宁等［12］指出高压微射流均质压力达到100 MPa，均质次数为2次的情况下，破损淀粉的比例显著提高。

谷物加工过程中不可避免地会产生破损淀粉，因此研究破损淀粉含量对其制品及产品的影响至关重要。研究发现破损淀粉含量与小麦粉的降落数值呈负相关，与面团吸水率呈显著正相关，与面团形成时间呈负相关，而对面团稳定时间并无规律性影响；在一定条件下，破损淀粉与面团的抗延伸阻力呈正相关，而与面团的延伸性呈负相关［13］。不同的破损淀粉含量对米粉理化性质的影响也不同，随着破损淀粉含量的增加，其溶解度、可溶性的直链淀粉含量增加，直链淀粉含量和溶胀度变化不大；米粉糊的透明度降低。同时，大米粉的整个糊化黏度曲线降低［14］。也有研究发现，直链淀粉含量、峰值黏度和破损淀粉对改善米粉品质至关重要，高直链淀粉含量使其具有良好的烹饪性和质构特性［15］。而糯米粉的破损淀粉含量越高，相应的吸水率也越大。这主要是由破损淀粉的吸水率大于未损伤淀粉的吸水率所致［16］。但是吸水率对破损淀粉影响的机理还不清楚。

2 不同磨粉工艺对谷物制品淀粉损伤及特性的影响

2.1 干法磨粉对谷物制品淀粉损伤及特性的影响

干法磨粉是一种比较简单的制粉方法，谷物原料经过清理，直接进行粉碎，筛理，筛后的粉进行计量、包装得到制品。干法磨粉的成品粮食主要有小麦粉、玉米粉、玉米糁等。谷物干法磨粉能量消耗低，不产生废水，操作简单，成本相对较低，且制品水分含量低，储藏期长。干法加工过程中，磨粉是生产谷物制品的必经步骤，磨粉方式影响谷物制品的颗粒细度、造成一定的淀粉损伤等，这些因素会导致谷物制品加工性质的改变。

谷物在干法制粉过程中，由于机械力及热的作用均会对淀粉造成损伤，而产生破损淀粉，从而对谷物制品品质产生实质性的影响，许多国家已将其作为制粉质量、改善加工及品质的一项常规指标。有研究者认为干磨的米粉破损淀粉明显较高［17-18］。大米干法加工过程中，不同的粉碎机械由于磨粉原理的不同，对其破损淀粉的影响程度不同，与磨粉机和盘式粉碎机制得的大米粉相比，高速撞击粉碎机和锤片式粉碎机粉碎制粉过程中产生的破损淀粉含量较高［19］。对于同一种磨粉机，有研究发现，随着磨粉时间的延长，大米粉的破损淀粉含量增加，破损淀粉含量对大米粉黏度有直接的影响，破损淀粉含量越低，大米粉糊化温度、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和回生值越高，而破损淀粉对大米粉衰减值的影响并不显著［20］。小麦粉加工一般采用干法加工，加工过程中所用的粉碎方式为辊式研磨，研磨过程中研磨强度、磨辊技术特性、面粉粗细度均影响破损淀粉的含量。郑学玲等［21］对系统粉粒度与破损淀粉含量之间相关性研究发现，随着研磨次数和强度的增加，系统小麦粉的破损淀粉含量增加。而 Hossen等［22］通过研究喷射气流干磨机对大米粉淀粉损伤和糊化特性的影响发现，磨粉方法和粒径分布影响大米粉的品质特性：平均粒径≤10 μm时，破损淀粉含量明显增加，相似的粒径分布（≤60 μm）时，不同的试验磨及磨粉方法造成的损伤程度不同；平均粒径≥45 μm时，具有相似的黏度曲线，但当平均粒径＜20 μm时则不同；当平均粒径＜10 μm时峰值黏度和最终黏度急剧减小；当平均粒径＜20 μm时热糊稳定性和抗剪切性降低。陈洁等［23］通过研究原料粒度对米粉特性的影响发现，随着米粉粒度的减小，破损淀粉含量升高，糊化温度降低，米粉成品蒸煮损失率和碘蓝值降低，拉伸力和咀嚼度指标升高，粒度在120目左右时，米粉成品综合品质较好。

Ashida等［24］研究果胶酶预处理后半干法磨粉和干法磨粉对Koshihikari和milky-white rice mutants 2种米制得的粉性质的影响（其中干法磨粉采用针磨磨粉机，半干法磨粉采用喷射气流磨粉机），通过研究淀粉含量、破损淀粉含量、粒度分布和糊化特性，以及这些性质对米粉-谷朊粉面包比容的影响，结果表明这2种磨粉工艺加工milky-white rice mutants品种制得的米粉，及半干法加工Koshihikari制得的米粉具有较低的破损淀粉含量、颗粒细度和糊化温度，其最终黏度、回生值较高，用这些米粉制作的米粉面包比容较好；干法研磨milky-white rice mutants制得的米粉面包与半干法研磨Koshihikari制得的米粉面包比容相当，表明干法磨粉制得的milkywhite rice mutants米粉适合做米粉面包。Gabriela等［25］研究破损淀粉对小麦淀粉流变学特性的影响发现，随着破损淀粉含量的增加，其峰值黏度、最终黏度、衰减值、回生值逐渐降低。

2.2 半干法磨粉对谷物制品淀粉损伤及特性的影响

半干法加工包括洗后干磨、调质后磨粉和浸泡、干燥后磨粉。半干法磨粉较干法磨粉有所进步。调质润米可以软化大米颗粒，使其易于破碎。洗后干磨由于经过洗米，灰分相对于干法较低，蛋白质含量也稍微下降［26］。近年来在制粉工艺对淀粉成分的影响研究中发现，经过2 h浸泡、沥干、粉碎的粳米粉的破损淀粉质量分数在3.7%左右，明显低于直接干米粉碎的破损淀粉含量［27］。申晓燕［28］通过研究影响小麦粉中破损淀粉含量的因素发现，原粮品质是影响小麦粉破损淀粉含量的主要因素。半干法磨粉制得的米粉的粒度、黏度、破损淀粉含量等特性指数都处在干法磨粉和湿法磨粉之间。高晓旭等［29］研究不同磨粉工艺对大米粉粉质特性的影响发现，半干法调质磨粉可以改善大米粉的粉质特性，尤其是使用旋风磨和辊式布勒磨显著降低了大米粉破损淀粉含量和平均粒径。半干法磨粉制成的米线蒸煮品质与湿法米粉制成的米线相似，但干法磨粉制成的米线具有较高的硬度、咀嚼性、弹性。30%水分的半干法磨粉对米粉的特性有一定的保护作用，利用其制作的米线品质与湿法磨粉的米粉制成的米线品质相似［30］。有研究者对半干法加工过程中，浸泡水温、浸泡时间和浸泡后的最终湿度进行试验，结果表明，浸泡后糯米的最终湿度对粉碎工艺效果影响极显著，其次是浸泡水温，浸泡时间对其影响最小［31］。

2.3 湿法磨粉对谷物制品淀粉损伤及特性的影响

湿法加工目前广泛应用于糯米粉、玉米粉及玉米淀粉的生产。糯米粉湿法磨粉即将浸泡过的糯米加水粗磨浆、细磨浆，并干燥成粉的过程。湿法磨粉制得的糯米粉具有粒度细，破损淀粉少，易糊化，柔软、韧滑等特点，深受广大消费者的喜爱［32］。通过对湿法磨粉的研究发现，浸泡是影响湿法加工的一个重要因素。浸泡过程使米粒的硬度降低，有利于粉碎，以达到较细的粒度和细腻的口感，提高米制品的质量和产量。Chiang等［33］研究浸泡对米粒及粉的影响，结果表明，通过SEM观察，随着浸泡时间的增加，米粒的结构变得疏松，外部结构逐渐清晰，制得的粉粒度更小，淀粉损伤程度降低，糊化温度有所下降，峰值黏度有所升高，而粉的颗粒变小对DSC曲线没有影响。通常用的湿法磨粉设备有：高剪切均质机、胶体磨、砂磨、球磨机等。一般湿法加工制得的糯米粉的品质较好，其粒度和破损淀粉含量是影响粉品质和应用的2个关键因素。通过SEM扫描电镜观察不同加工方式的糯米粉的微观结构，发现湿磨粉的颗粒度较小，黏度较高，能制得较高品质的汤圆［34］。Ngamnikom等［35］研究了冷磨法、干法和湿法3种磨粉工艺对大米粉性质的影响，指出湿法研磨明显比另外2种研磨方式的平均粒径（P＜0.05）更小，破损淀粉含量也较少，但能量消耗较大。周显青等［36］研究了不同制粉方法对糯米粉加工品质的影响，结果表明，3种制粉方法对糯米粉的加工品质影响明显，湿法制备的糯米粉其水分易控制，色泽好，灰分、酸度、脂肪酸值、破损淀粉含量低，且溶解度小、溶胀度大、凝沉性弱，而3种方法制备的糯米粉的透明度、保水力和热力学特征值差异不显著；从粉团的质构特性可看出湿法制备的糯米粉的加工品质最好。汝医等［37］对湿法磨粉和干法磨粉所得到的糯米粉和蜡质玉米粉的性质差异进行了研究，结果表明干法制蜡质玉米粉的消化性好、溶解率高；湿法制蜡质玉米粉糊液的膨润力强、透明度高、冻融稳定性好、抗剪切能力强。目前玉米淀粉的提取主要是用湿法加工，玉米湿法加工过程中，干燥和加热条件对玉米蛋白质变性、淀粉破坏和蛋白酶活性都存在着影响。当玉米粒温度、湿度和加热时间增加时，淀粉得率降低，淀粉的破坏程度增加，蛋白质变性，蛋白酶活性增强，尤其干燥温度升高时淀粉出现胶化，淀粉-蛋白质的相互作用等因素也会降低淀粉得率。

3 小结与展望

谷物磨粉包括干法磨粉、半干法磨粉和湿法磨粉，磨粉过程中，由于机械的碾削、挤压等作用，不可避免地对制品颗粒产生破坏和损伤，而籽粒表面产生的剪切力和淀粉粒相互间的剪切应力，以及淀粉粒原始结构之间的压力作用，引起淀粉颗粒的损伤，产生破损淀粉。干法磨粉工艺对谷物制品淀粉损伤最大，破损淀粉含量最高，导致其质量较差。湿法磨粉制得的谷物制品具有粒度细，破损淀粉含量少，易糊化等特性。而半干法磨粉可以改善谷物制品的粉质特性。

破损淀粉含量是评价谷物制品品质的重要标准，其影响小麦粉的吸水率、流变学特性、发酵制品的发酵特性等；破损淀粉含量对大米粉黏度也有直接的影响，破损淀粉含量越低，大米粉糊化温度、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和回生值越高，而米粉成品蒸煮损失率和碘蓝值降低，拉伸力和咀嚼度指标升高；对于玉米淀粉，损伤程度越大，支链淀粉和直链淀粉分子量越小，起始糊化温度和黏度均减小。

目前，我国还鲜有对谷物制品进行系统的加工适应性评价研究；磨粉方式对谷物制品特性和淀粉损伤的影响也鲜有系统深入的研究，破损淀粉影响谷物制品及其产品的机理尚不明确。了解磨粉过程中不同因素对谷物加工品质的影响，无论是对谷物制品品质的改良还是加工工艺的改善都具有重大意义。

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A Review of Effects of Grain Processing on Starch Damage and Properties

Zhang Yurong Gao Jiamin Zhou Xianqing Sun Jing Liu Jingwan
（College of Food Science and Technology；Engineering Research Center of Grain Storage and 页码 电子书="145" 纸书="145"Security of Ministry of Education；Grain Storage and Logistics National Engineering Laboratory；Henan University of Technology，Zhengzhou 450001）

The mechanical milling was the main step of grain processing.In the grinding process，the mechanical actions caused the starch damage，and significantly increased damaged starch content，which directly affected the grain processing quality and food quality.This paper was to review the effects of different milling techiques on the starch damage and its causes.The prospect of the quality improvement of grain products was also presented，with an aim to provide a theoretical reference for the study of grain processing technology and quality improvement.

grain，processing methods，starch damage，starch properties

TS21

A

1003-0174（2017）03-0135-06

2015-08-04

张玉荣，女，1967年出生，教授，农产品储藏与品质分析

周显青，男，1964年出生，教授，谷物科学及产后加工利用