小麦麸皮超微粉碎技术研究进展

2018-01-09 10:42刘保国
关键词:麸皮膳食特性

程 敏,刘保国,王 攀,赵 耿

(河南工业大学 机电工程学院,河南 郑州 450001)

小麦麸皮超微粉碎技术研究进展

程 敏,刘保国*,王 攀,赵 耿

(河南工业大学 机电工程学院,河南 郑州 450001)

超微粉碎技术是提高小麦麸皮营养成分和经济价值的重要技术手段。小麦麸皮经超微粉碎后能够使外果皮、中间层的纤维状细胞裂解和糊粉层细胞破壁,从而改善膳食纤维的营养特性,充分释放细胞内的营养成分,为小麦麸皮深度开发利用奠定基础。首先对小麦麸皮超微粉碎的基本内涵进行阐述,指出小麦麸皮破碎性能与机理、粉碎方法与设备、粉体特性及应用三者之间的内在关系。其次分析小麦麸皮的组织结构对力学性能的影响,揭示麸皮超微粉碎的破碎机理以及低温粉碎技术对麸皮超微粉碎性能的改进。再次综述超微粉碎常用方法及设备在麸皮超微加工过程中的应用情况,并指出低温振动破碎方法的优越性。然后综述超微粉碎对麸皮理化特性和食用特性的影响。最后指明当前小麦麸皮超微粉碎存在的问题并对未来的研究方向进行了展望。

小麦麸皮;超微粉碎;粉碎设备;破碎机理

0 引言

超微粉碎技术(Superfine/Ultrafine grinding technology)是20世纪60年代末70年代初发展起来的一项跨学科、跨行业的物料细微化加工新技术[1]。我国关于超微粉碎技术的研究始于20世纪80年代,目前总体研究水平与美、德、日等国相比,存在一定差距,尤其在超微粉碎基础理论研究方面[1-2]。利用超微粉碎技术生产的物料微粒具有良好的溶解性、分散性、吸附性和化学反应活性等,被誉为“21世纪新材料”,已被广泛应用于化工、医药、化妆品、农药、染料、涂料、电子及航空航天等诸多领域[3]。近年来,该技术在食品加工领域也得到了广泛应用与研究[4-5],并在2016年7月28日国务院发布的《“十三五”国家科技创新规划》中作为一项食品加工共性技术被提出,希望在“十三五”期间得到重大发展与突破。

小麦是我国最重要的农作物,是三大谷物中作为粮食食用率最高的谷物。在实际的小麦制粉工艺中,通常将提取胚和胚乳后的残留物统称为麸皮,一般是指小麦籽粒的外皮层和糊粉层,此部分占籽粒的22%~25%[6]。麸皮中含有较丰富的淀粉酶系、蛋白质、膳食纤维、维生素和矿物质等营养成分,应用范围较广泛[7-9]。在医疗保健方面,是预防高血压、Ⅱ型糖尿病、高血脂、冠心病等现代人“文明病”的重要食疗资源;在食品加工方面,可以发酵生产酱油、制醋、酿酒,也可以添加到食品物料中开发麸皮食品;在生物化工方面,可以提取纤维素、糖类、酶类、酸类、维生素等化合物。据统计,我国每年麸皮产量达到2 000万t以上,但目前多数面粉厂家还是将麸皮直接卖给饲料厂,很少深度开发利用[10]。这不仅造成麸皮附加值和经济效益的低水平,还极大浪费了麸皮中的营养成分。

目前,利用超微粉碎技术对小麦麸皮进行超微加工已成为其深度开发利用的重要技术手段。由于麸皮纤维组织和细胞结构在超微粉碎中发生断裂,营养成分充分释放,不仅提高了麸皮的营养保健潜力,还可作为生物化工的起始原料,高效提取各类化合物。另外,随着我国有机小麦的种植和发展,对有机小麦麸皮进行超微粉碎每年将会产生数百亿元的经济效益。因此,开展小麦麸皮超微粉碎的研究具有重要意义。本文首先从超微粉碎加工过程的角度阐述小麦麸皮超微粉碎的基本内涵,主要包括小麦麸皮的破碎性能与机理、粉碎方法与设备、粉体特性及应用等3个方面,然后分别详细综述了这3个方面的研究现状及进展,最后指明当前小麦麸皮超微粉碎存在的问题并对未来的研究方向进行了展望。

1 小麦麸皮超微粉碎的基本内涵

电镜扫描结果显示,小麦麸皮由外果皮、内果皮、种皮、透明层和糊粉层等结构层组成。其中,内果皮、种皮和透明层粘连在一起,一般被整体称为中间层[6,11]。小麦麸皮超微粉碎一般是指利用机械或流体动力方法将0.5~5 mm的麸皮粉碎至10~25 μm 以下的加工过程[1,3]。通过超微粉碎可以实现麸皮糊粉层细胞壁的裂解,有助于细胞中营养成分的高效释放、富集,便于提取和深度利用;也可以实现外果皮和中间层纤维状细胞组织的断裂,有助于改善麸皮食品的适口性,增强麸皮的食用特性,提高麸皮的附加值。

从时间逻辑上来看,小麦麸皮超微粉碎的加工过程可分为粉碎前、粉碎中、粉碎后3个阶段,分别对应小麦麸皮超微加工的破碎性能与机理、粉碎方法与设备、粉体特性及应用等主要研究内容。破碎性能与机理是选择超微粉碎方法与设备的重要理论依据,而粉碎方法与设备是影响粉体特性及应用的重要因素,破碎性能与机理又是制约粉体功能特性和应用性能的关键要素。三者之间相互联系、互为因果,共同制约着小麦麸皮超微粉碎的品质与效率,其关系如图1所示。

图1 小麦麸皮超微粉碎技术的主要研究内容Fig.1 Main research contents of superfine grinding technology of wheat bran

破碎性能与机理(粉碎前)主要研究小麦麸皮独特的组织结构带来的物理特性与破碎形式、粉碎过程、粉碎能耗之间的内在关系,属于超微粉碎基础理论的研究范畴。通过研究小麦麸皮的结构特性可以准确把握麸皮的破碎性能和破碎机理,为选择最佳的超微粉碎方法、粉碎设备与工艺提供理论依据。充分认识小麦麸皮的组织结构与特性,发展小麦麸皮超微粉碎基础理论,是制备麸皮微粉、研制专用粉碎设备的前提。但当前缺乏对麸皮物理特性与细胞破碎机理及破碎方法内在关联的深入研究。

粉碎方法与设备(粉碎中)主要探讨小麦麸皮超微粉碎过程中粉碎与分级设备的优选、应用和改进,以及加工工艺的设计、优化等问题,属于超微粉体制备的研究范畴。粉碎设备是制定粉碎工艺的基础依据,而粉碎工艺是影响粉体特性与应用性能最直接的因素。选择粉碎方法与设备时应以粉体特性及应用为目标,以破碎性能与机理为理论依据。现阶段,围绕超微粉碎设备的功能、特性及其应用的研究成果较多,在小麦麸皮超微粉碎方面也有成功应用案例,但未见针对小麦麸皮超微粉碎方法与工艺优选的研究报道。

粉体特性及应用(粉碎后)主要涉及小麦麸皮经超微粉碎后所呈现的独特功能特性及其对麸皮应用性能的影响。将麸皮微粉作为食品原料应用到食品加工中是超微粉碎小麦麸皮的最终目标之一。鉴于麸皮微粉优良的理化特性和食用特性,将麸皮微粉回添到面粉中制成全麦粉,已成为获得全麦粉的主要途径。这是目前国内外研究的热点问题。当前主要采用对比分析方法研究超微粉碎前后粉体的功能特性以及对麸皮食品食用性能的影响,主要解决小麦麸皮超微粉碎的科学意义及研究价值问题。

2 小麦麸皮超微粉碎的破碎性能与机理

2.1 小麦麸皮的组织结构与特性

近年来,国内外学者继续深入研究小麦麸皮的组织结构及特性[11-12],研究结果进一步表明小麦麸皮外果皮、中间层和糊粉层形态结构差异显著[6,11]。外果皮由于缺少连续的细胞结构,形成天然断裂层。中间层由纵横交错的横向细胞和管状细胞组成,均为二倍体纤维状细胞。横向细胞呈长圆柱形,大小约为 125 μm×20 μm,其长轴与籽粒长轴垂直,细胞排列紧密,中间无间隙。管状细胞与横向细胞大小基本一致,但与籽粒长轴平行排列,排列不紧密,中间有空隙。糊粉层则由单层、厚实的三倍体活细胞组成,是小麦细胞授粉发育成的真谷物细胞。糊粉层细胞由细胞壁包裹细胞内容物构成,呈长方体,大小为 35~50 μm,其细胞内容物中包含直径为0.25~3.5 μm的脂肪磷脂球和蛋白碳水化合物微粒。而非糊粉层细胞几乎不含内容物,其细胞壁主要由阿拉伯木聚糖、纤维素和木质素组成,多糖分子间由阿魏酸脱氢聚体联接[13]。糊粉层细胞壁厚3~4 μm,主要由葡聚糖和木聚糖等纤维素构成,其中不溶性与可溶性膳食纤维的比例为9∶1。由于小麦麸皮各结构层纤维含量较高,物理特性表现出韧性大、脆性小的特点。因此,普遍认为小麦麸皮属于各向异性的柔韧性物料。

2.2 小麦麸皮的力学特性与破碎形式

小麦麸皮的力学特性直接影响超微粉碎的效率和粉体质量,通常表现在强度和韧性方面。当然,硬度和脆性也会影响强度和韧性指标以及粉碎效果。

小麦麸皮各结构层的细胞组织不同,其力学特性也有较大的差异。陈中伟[11]测试了麸皮外果皮、中间层和糊粉层等结构层常温下的力学特性,发现外果皮主要表现出弹性应变过程,几乎无塑性应变过程;而中间层和糊粉层的应力应变曲线较为接近,主要表现出塑性应变过程。这与Antoine等[12]的研究结果一致。在纵向上,外果皮的弹性应力和应变均大于中间层和糊粉层。而在径向上,中间层的极限应变和极限应力均大于糊粉层和外果皮。这可能因为各结构层的细胞方向不同造成的。因此,也可以将小麦麸皮看成是一种由三种力学性质不同的结构层组成的三维复合材料,其破碎形式比较复杂。

物料超微粉碎的基本形式主要有弯曲折断、压碎、剪切破坏。从理论上来说,对于柔韧性物料不易撞击,而用剪切研磨比较合适。对于脆硬性物料不易剪碎,而用冲击性的折断或压碎比较有效。从粉碎过程来看,柔韧性物料很大部分的变形不能起到破碎作用,而脆硬性物料在变形很小的情况下就会产生破碎作用。由于变形需要消耗能量,变形越大,消耗能量越大[4]。因此,从粉碎能耗来看,在相同粒度及其分布要求下,柔韧性物料比脆硬性物料耗能更多。小麦麸皮属于柔韧性物料,根据粉碎机理,应采用以剪切为主的破碎形式,但目前也有采用弯曲折断、压碎等属于脆硬性物料的破碎形式。事实上,任何超微粉碎方法或设备往往兼具两种或两种以上的粉碎形式。如果利用物料低温脆化特性对小麦麸皮的力学特性进行改造,增强脆硬性,使之更加适合脆硬性物料超微粉碎设备的性能要求,将有利于小麦麸皮大规模、低成本超微加工。为此,采用低温粉碎技术对小麦麸皮进行细微化处理极有发展前景。

2.3 小麦麸皮的低温粉碎技术

低温粉碎技术产生于20世纪初,美国早在1929年就有干冰与球磨机进行低温粉碎的加工专利技术,日本在1955年随着液氮大量生产开始进行低温粉碎技术的研究。20世纪80年代,日本开始对食品低温冷冻粉碎进行研究。随后,美国、欧洲及我国也进行了一些开发研究。2000年以后,国内外一些学者开始将低温粉碎技术用于小麦麸皮的超微粉碎。陈慧等[14]在研究利用超微粉碎小麦麸皮制备全麦粉时,发现小麦麸皮在-10℃的工况下粉碎效果最佳。黄晟等[15]在对比研究超微及冷冻粉碎对麦麸膳食纤维理化性质的影响时,发现超微及冷冻粉碎后膳食纤维的聚合物结晶状态未发生改变,超微粉碎3 h和冷冻粉碎3 h的平均粒径分别为 20.861 μm 和 13.382 μm,说明在获得相同粒度的前提下,冷冻超微粉碎效率更高,粉碎效果更好。Meghwal等[16]研究发现常温粉碎比低温粉碎需要更多的电力及特殊能量,同时还发现低温粉碎产生的颗粒较细,具有更高的挥发性油状物含量,其粉末具有较好的新鲜度、较低的白度指数以及较高的黄度指数。以上研究均表明,利用小麦麸皮的低温脆化特性进行超微粉碎加工麸皮微粉是可行的、经济的,但目前在小麦麸皮最佳低温脆化温度、冷媒消耗量影响因素等方面还未开展细致的理论和实验研究。低温脆化对麸皮力学特性的影响还未开展系统研究,而这正是能否实现低温超微粉碎的关键。

3 小麦麸皮超微粉碎的加工方法与设备

小麦麸皮的超微粉碎离不开超微粉碎加工设备。常用的超微粉碎方法主要有湿法加工和干法加工两大类。干法加工用到的设备主要有球磨机、气流磨机、振动磨机、冲击粉碎机、超声波粉碎机等;湿法加工用到的设备主要有胶体磨、均质机等[17]。当然,有些干法粉碎设备也可用于湿法加工。与干法相比,湿法加工需要进行脱水、干燥等环节[4]。如果考虑节能降耗,最好采用干法粉碎设备进行超微粉碎加工[18]。

目前,干法粉碎设备已在小麦麸皮超微粉碎方面得到一定程度的应用。气流磨机又称流能磨或喷射磨,比较适合脆性物料的超微粉碎[17],但近年来也有用在非脆性物料方面的报道[18-20]。张国真等[21]在研究超微粉碎麦麸不同组分间基本成分和物化特性差异时,利用ZNC-300气流式实验室超微粉碎机对麸皮进行粉碎。Protonotariou等[22]还研究了气流磨机的粉碎压力、进料速度、给料器振动速度、气流反馈等因素对超微粉体功能特性和食品食用特性的影响。球磨机主要包括搅拌式、转筒式、行星式、旋转筒式等类型。其中,搅拌式球磨机是能量利用率较高的一种超微粉碎设备,已广泛应用在药品、保健品、食品等领域[23]。吴琴燕等[24]基于搅拌式球磨机提出了一种麸皮细胞湿法粉碎细胞破壁方法。刘彩兵等[25]利用DQB-1型多维摆动式球磨机,获得了平均粒径约8 μm的超微麦麸。Craeyveld等[26]为了从小麦和黑麦麸皮中获得阿拉伯木聚糖寡糖时,采用球磨机进行纳米级粉碎。党斌等[27]在研究含有黑小麦麸皮面粉的食品加工品质特性时,采用KQM-X4行星式球磨机对麸皮进行超微粉碎。机械冲击粉碎机适合中等硬度物料的粉碎,产量跨度大,从每小时几百千克到几吨[17]。盛勇等[28]在研究麦麸超微粉的功能组分变化时,采用CH-300型机械冲击粉碎机对麸皮进行粉碎、分级,麦麸超微粉平均粒径达到10 μm以下,细胞充分破壁。1910年,振动磨起源于德国,20世纪五六十年代传至英国、美国、前苏联和日本等国,其中最为著名的是Palla型振动磨,80年代又出现了转腔式振动磨[29]。黄晟等[15]在研究超微粉碎和冷冻粉碎技术对麦麸水溶性膳食纤维的影响时,采用MZF-4L实验振动磨机对麸皮进行常温和低温超微粉碎,效果良好。另外,Luo等[30]分别利用微型振动磨机、试验磨粉机和传统锤式磨对脱皮小麦颗粒和全小麦颗粒进行超微粉碎,研究发现,直接用微型振动磨机得到的产品粒度范围更窄,平均粒径为10~60 μm。除上述4种超微粉碎设备外,超声波粉碎机虽然可以保证颗粒粒度在4 μm以下,且粒度分布均匀,但效率太低,限制了其应用范围[31]。以上超微粉碎设备的粉碎原理、给料粒度、产品粒度及功能特点如表1所示。

对于小麦麸皮超微粉碎来说,超微粉碎方法与设备应满足如下要求:(1)保证麸皮微粒在10~25 μm以下,且粒度分布比较均匀;(2)生产效率高,具备实现大规模连续化生产的潜质;(3)节能降耗,控制粉碎成本在较低价位区间;(4)保证粉碎过程金属污染物在食品安全指标范围内。由上可知,能够同时做到上述要求的粉碎设备还未见报道。鉴于振动磨机在效率上比普通磨机高10~20倍,在速度上比常规球磨机快很多,在能耗上比普通球磨机低数倍,在粒度上能够保证10~25 μm以下,同时由于磨机的冲击、剪切、摩擦等粉碎机理比较适合高纤维物料的加工等优点[33],可以认为振动磨机是小麦麸皮超微粉碎较为理想的设备,特别是具有低温冷却功能的振动磨机最有潜力。随着粉碎温度的降低,麸皮将呈现出低温脆化现象,麸皮超微粉碎的破碎性能将得到大幅提高。

表1 小麦麸皮超微粉碎设备及功能特点Table1 Functions and characteristics of superfine grinding equipment for wheat bran

在根据小麦麸皮破碎性能和粉碎机理合理选择超微粉碎设备时,还应将超微粉碎、分级与工艺结合起来同时考虑。但鉴于当前小麦麸皮超微粉碎还未真正实现工业化生产,多数麸皮微粉是在实验室条件下获得的,麸皮超微粉碎工艺还未见报道。随着对麸皮结构特性和破碎机理的认识不断深入,在充分考虑微粉质量的前提下,应结合超微粉碎方法和设备开展工艺优化方面的研究,提高麸皮超微粉碎的经济性。

4 小麦麸皮超微粉体的特性及应用

4.1 小麦麸皮超微粉体的理化特性

超微粉碎加工后,小麦麸皮的膳食纤维含量、持水力、持油力、吸水膨胀力、吸附胆固醇能力、吸附重金属离子能力、阳离子交换能力等理化特性指标值通常会发生变化。近年来,国内不少学者围绕超微粉碎对麸皮理化特性的影响开展了相关实验研究,具体情况如表2所示。

表2 超微粉碎对小麦麸皮理化特性的影响Table2 Effect of superfine grinding on physical and chemical properties of wheat bran

根据表2可知,总膳食纤维(TDF)含量有所下降,但可溶性膳食纤维(SDF)含量呈上升趋势,由此可知不溶性膳食纤维(IDF)含量应呈下降趋势,原因可能在于麸皮细胞破壁后,大分子物质发生熔融现象或部分结合键断裂,转化成水溶性聚合物成分[36]。持水力和吸附胆固醇能力实验结果不一致,总体呈下降趋势,原因可能在于麸皮种类、粒度分布、组分含量、制粉工艺、实验手段等因素的多样性。膨胀力、吸附重金属离子能力、阳离子交换能力呈增大趋势,持油力呈下降趋势。总体来看,超微粉碎对小麦麸皮理化特性的影响显著,其中绝大部分理化指标得到了优化,有利于麸皮中营养成分的释放和吸收。

小麦麸皮外果皮和中间层中膳食纤维含量较为丰富,占麸皮质量的35%~50%,是提取纤维素的重要资源。其中,SDF可以促进人体新陈代谢,防止胆结石和糖尿病,排除有害金属离子,降低血清和肝脏胆固醇,防止高血压、心脏病等。IDF可预防肥胖症、便秘、肠癌等[37]。鉴于此,李鹏飞等[38]研究发现小麦麸皮经超微粉碎处理后膳食纤维含量呈上升趋势,膳食纤维的持水力和膨胀力也得到提高。Craeyveld等[26]利用球磨机将小麦麸皮进行超微粉碎,发现膳食纤维中的水溶性阿拉伯木聚糖由4%(未处理麸皮)增加到61%,增强了麸皮的食用性,更有利于人体消化吸收。小麦麸皮糊粉层中还存在一些酚酸类或酚类化合物,具有抗氧化能力,是制备抗氧化剂的重要原料。Zhu等[39]研究发现随着小麦麸皮尺寸的减小,麸皮的水化性能逐渐降低,抗氧化性能则得到加强。Rosa等[40]也发现超微粉碎可以提高小麦麸皮的抗氧化能力,当比表面积从0.09 m2/g增加到0.26~0.30 m2/g时,麸皮抗氧化能力从 30 mmol/kg 增加至 45 mmol/kg。Brewer等[41]研究发现,当麸皮微粒尺寸减小时,更易于提取营养成分,同时还提高了麸皮的抗氧化能力。以上研究表明,超微粉碎显著影响麸皮膳食纤维含量以及抗氧化能力,这可能是因为麸皮纤维状细胞破壁后,细胞内的多种营养成分得到充分释放,提高了麸皮的功能特性。

4.2 小麦麸皮超微粉体的应用特点

目前,经超微粉碎得到的麸皮微粉通常按照某一比例回添到面粉中制成全麦粉[42],然后再做成馒头[43]、面条[44]、面包[45]、饼干[46]等麸皮食品。一般而言,经过超微粉碎后,麸皮的食用特性得到明显改变,麸皮食品的口感也得到极大改善。

汤卫东等[47]研究发现,麦麸超微粉的添加会使面粉的吸水率增大,面团形成时间、弱化度均有所增加,面团的稳定时间呈下降趋势。在麦麸超微粉添加比例为10%时,麦麸超微粉馒头样品模糊综合评价结果为良好,其色泽、气味、组织结构、口感都可以被人接受。党斌等[27]将黑小麦麸皮超微粉碎后按一定比例添加到黑小麦面粉中,实验发现:添加麸皮的混合粉面团热糊稳定性良好,回生速度较慢,膨胀特性降低;吸水率、面团形成时间和弱化度提高,面团稳定时间和评价值降低。同时指出,添加超微黑小麦麸皮粉的混合粉适宜加工高膳食纤维饼干等酥脆类食品。Luo等[30]研究发现,经超微粉碎的麸皮具有最大稳定时间、拉伸阻力和黏度,制作的曲奇饼干具有最高的硬度、胶着性和咀嚼性值。虽然从理论上可知麸皮微粉可以改善麸皮食品的食用性能,以上研究也证明了这一点,但应注意麸皮微粉回添比例问题。如果回添比例选取不当就会适得其反。Lehtinen[48]认为利用麸皮微粉制作食品可以提供一种高含量膳食纤维的膳食方式,但这种方式也会影响食品的口感、颜色和味道。且由于为了保证膳食纤维的含量,加入麸皮微粉的比例较大,则导致麸皮面包的力学性能降低。因此,研究各类食品麸皮微粉的回添比例,做到适度适量,是麸皮微粉应用中的一个重要课题,这方面的研究力度还有待加强。

5 结论及展望

从国内外研究情况来看,针对小麦麸皮超微粉碎的研究还处于实验室阶段。已有研究成果主要集中在常温下超微粉碎的破碎力学性能与粉碎机理、超微粉碎方法与设备应用和超微粉体功能特性的对比分析等三个方面。还未对低温脆化现象与破碎力学性能间的本构关系、粉碎设备选型与粉碎对象间的物性关系进行系统研究,未涉及对麸皮粉碎粒度控制、专用粉碎设备开发以及粉碎工艺优化等方面的研究。因此,关于小麦麸皮超微粉碎的后续研究应重点关注以下方面:(1)麸皮破碎机理及粒度控制研究。破碎机理影响麸皮专用超微粉碎设备的选型与设计,进而影响粒度分布。(2)麸皮超微粉碎设备物性研究。已有超微粉碎设备大多以粉碎脆硬岩矿类物料为主,缺乏对植物类物料超微粉碎适宜性的研究。(3)麸皮低温脆化改性研究。研究试验低温脆化对麸皮物理特性的影响,优化麸皮超微粉碎的力学性能。(4)麸皮超微加工工艺的优化研究。在选择合适的加工设备后应结合粉碎实验对机械设备的操作参数、工艺参数进行优选,提高加工效率,降低生产成本。希望通过以上几个方面的研究能为小麦麸皮超微粉碎提供一套具有高产量、高细度、窄分布、低功耗特征的技术解决方案,促进小麦麸皮的深度开发和综合利用。

[1] 张峻,齐崴,韩志慧.食品微胶囊、超微粉碎加工技术[M].北京:化学工业出版社,2005:213-222.

[2] 谢瑞红,王顺喜,谢建新,等.超微粉碎技术的应用现状与发展趋势[J].中国粉体技术,2009,15(3):64-67.

[3] 区子弁,王琴.超微粉碎技术及其设备在粮油加工中的应用[J].广东农业科学,2010,37(7):192-194.

[4] 袁惠新,俞建峰.超微粉碎的理论、实践及其对食品工业发展的作用[J].包装与食品机械,2001,19(1):5-10.

[5] JUNNING P Z.Technology of superfine grinding and its application in food industry[J].Journal of Agricultural Sciences,2010,17(10):991-1009.

[6] 刘亚伟.粮食加工副产物利用技术[M].北京:化学工业出版社,2009:89-98.

[7] CHO S S, CLARK C, URIBESAUCEDO S.Gastrointestinal and other physiological effects ofwheatbran [J].CerealFoods World,2004,49(3):140-144.

[8] ONIPE O O,JIDEANII A I O,BESWA D.Composition and functionality of wheat bran and its application in some cereal food products[J].International Journal of Food Science&Technology,2015,50(12):2509-2518.

[9] SAFA Y,BHATTI H N,SULTAN M,et al.Synthesis,characterization and application of wheatbran/zinc aluminium and tea leaves waste/zinc aluminium biocomposites:kinetics and thermodynamics modeling[J].Desalination&Water Treatment,2016:1-10.

[10] 郑学玲,姚惠源,李利民,等.小麦加工副产品——麸皮的综合利用研究[J].粮食与饲料工业,2001(12):38-39.

[11] 陈中伟.麦麸糊粉层细胞簇的机械剥离及电场富集研究[D].无锡:江南大学,2015.

[12] 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 & Food Chemistry,2003,51 (7):2026-2033.

[13] RIKARD L,AFAF K E,MARJATTA S M,et al.Localization of alkylresorcinols in wheat,rye and barley kernels[J].Journal of Cereal Science,2008,48(2):401-406.

[14] 陈慧,张进萍,陆娅,等.应用超微粉碎技术制备全麦粉[J].粮食与油脂,2008(8):8-11.

[15] 黄晟,朱科学,钱海峰,等.超微及冷冻粉碎对麦麸膳食纤维理化性质的影响[J].食品科学,2009,30(15):40-44.

[16] MEGHWAL M,GOSWAMI T K.Cryogenic grinding of spices is a novel approach whereas ambient grinding needs improvement[J].Advanced Powder Technology,2010,4(1):427-435.

[17] 周宝魁.超微碎技术及设备在食品加工中的应用[J].明胶科学与技术,2010,30(2):72-74.

[18] 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.

[19] 张慧,卞科,万小乐.超微粉碎对谷朊粉理化特性及功能特性的影响[J].食品科学,2010,31(1):127-131.

[20] 郭武汉,关二旗,卞科,等.超微粉碎处理对花生蛋白功能特性的影响[J].河南工业大学学报(自然科学版),2015,36(5):52-56.

[21] 张国真,何建军,姚晓玲,等.超微粉碎麦麸及其不同组分基本成分和物化特性分析[J].食品科技,2014,39(7):147-152.

[22] PROTONOTARIOU S,MANDALA I,ROSELL C M.Jet milling effect on functionality,quality and in vitro digestibility of whole wheat flour and bread [J].Food and Bioprocess Technology,2015,8(6):1319-1329.

[23] 张洁,于颖,徐桂花.超微粉碎技术在食品工业中的应用[J].农业科学研究,2010,31(1):51-54.

[24] 吴琴燕,庄义庆,杨敬辉.一种麸皮细胞湿法粉碎破壁方法:CN101906399 B[P].2012.

[25] 刘彩兵,盛勇,涂铭旌.小麦麸的超微细化研究[J].食品科技,2003(11):86-88.

[26] CRAEYVELD V V,HOLOPAINEN U,SELINHEIMO E.Extensive dry ball milling of wheat and rye bran leads to in situ production of arabinoxylan oligosaccharides through nanoscale fragmentation[J].Journal of Agricultural&Food Chemistry,2009,57(18):8467-8473.

[27] 党斌,杨希娟,张国权.超微黑小麦麸皮粉与黑小麦面粉混合粉加工品质特性研究[J].粮食与油脂,2010(9):20-23.

[28] 盛勇,刘彩兵,涂铭旌.麦麸超微粉的功能组分变化探究[J].食品科学,2004,25(6):78-81.

[29] 王树林.振动超微颗粒制备技术的新进展[J].中国粉体技术,2001,7(5):42-46.

[30] LUO F,ZHANG X,HOU H,et al.Effects of debranning and ultra-fine grinding on the quality of flour and cookies from blue wheat[J].African JournalofBiotechnnology,2012,11(44):10232-10241.

[31] 陈玉珊.超微粉技术在中药现代化中的应用进展[J].医药前沿,2012,2(3):38-40.

[32] 庄志发,季斌,冯紫慧.细胞级超微粉碎的研究应用[J].山东食品发酵,2000(3):37-39.

[33] 郝征红,张炳文.中药的超微细胞破壁粉碎技术[J].中国兽药杂志,2003,37(6):50-52.

[34] 王跃,李梦琴.超微粉碎对小麦麸皮物理性质的影响[J].现代食品科技,2011,27(3):271-274.

[35] 任顺成,王玮.超微粉碎对小麦麸皮功能特性的影响研究[J].粮食与油脂,2016,29(12):36-41.

[36] 李伦,张晖,王兴国,等.超微粉碎对脱脂米糠膳食纤维理化特性及组成成分的影响[J].中国油脂,2009,34(2):56-59.

[37] 吴学凤,潘丽军,姜绍通,等.发酵法制备小麦麸皮膳食纤维[J].食品科学,2012,33(17):169-173.

[38] 李鹏飞,王健,任志远.麦麸膳食纤维改性研究[J].粮油食品科技,2009,17(6):3-5.

[39] ZHU K X,SHENG H,WEI P,et al.Effect of ultrafine grinding on hydration and antioxidant propertiesofwheatbran dietaryfiber[J].Food Research International,2010,43 (4):943-948.

[40] ROSA N N,BARRON C,GAIANI C,et al.Ultra-fine grinding increases the antioxidant capacity of wheat bran [J].Journal of Cereal Science,2013,57(1):84-90.

[41] BREWER L R,KUBOLA J,SIRIAMORNPUN S,et al.Wheat bran particle size influence on phytochemicalextractability and antioxidant properties [J]. Food Chemistry,2014,152(152C):483-490.

[42] 汪丽萍,吴飞鸣,田晓红,等.全麦粉的国内外研究进展[J].粮食与食品工业,2013,20(4):4-8.

[43] LIU C,LIU L,LI L,et al.Effects of different milling processes on whole wheat flour quality and performance in steamed bread making[J].LWT-Food Science and Technology,2015,62(1):310-318.

[44] NIU M,HOU G G,WANG L,et al.Effects of superfine grinding on the quality characteristics of whole-wheat flour and its raw noodle product [J].Journalof Cereal Science,2014,60(2):382-388.

[45] WANG J,ROSELL C M,CBD B.Effect of the addition of different fibres on wheat dough performance and bread quality [J].Food Chemistry,2002,79(2):221-226.

[46] SUDHA M L,VETRIMANI R,LEELAVATHI K.Influence of fibre from different cereals on the rheological characteristics of wheat flour dough and on biscuit quality[J].Food Chemistry,2007,100(4):1365-1370.

[47] 汤卫东,吴敬涛,赵丹.麦麸超微粉对面团特性及制品品质的影响[J].食品科学,2010,31(19):204-208.

[48] LEHTINEN O.Modifying wheat bran for food applications-effect of wet milling and enzymatic treatment[D].Helsinki:Metropolia University of Applied Sciences,2012.

RESEARCH PROGRESS ON SUPERFINE GRINDING TECHNOLOGY OF WHEAT BRAN

CHENG Min,LIU Baoguo,WANG Pan,ZHAO Geng
(School of Mechanical and Electrical Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou,450001,China)

Superfine grinding technology is an important technical means to improve the nutritional composition and economic value of wheat bran. The fibrous cell of epicarp layer and the middle layers of wheat bran are fractured and the cell walls of aleuronic layer is also cracked though superfine grinding technology so that the nutritional properties of dietary fiber are improved and the nutrients of aleuronic cells are fully released. Superfine grinding technology lays the foundation for the deep development and utilization of wheat bran. The present review was first to expound the basic connotation of wheat bran superfine grinding technology,and the relationship in the breaking performance and mechanism of wheat bran,crushing method and equipment and powder characteristics and its application were also pointed out. Secondly,the influence of the structural characteristics of wheat bran on the mechanical properties was analyzed to reveal the mechanism of wheat bran superfine grinding and improvement of wheat bran superfine grinding performance by low temperature pulverization. Thirdly,the application of ultrafine grinding method and equipment in the process of wheat bran superfine processing was reviewed,and the superiority of low temperature vibration crushing method was pointed out. Then,the effects of superfine grinding on physical and chemical properties and edible characteristics of wheat bran were summarized. Finally,the existing problems were pointed out and the further study of superfine grinding technology wheat bran were prospected.

wheat bran;superfine grinding;grinding equipment;fragmentation mechanism

TS210.2

A

1673-2383(2017)06-0123-08

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20171226.1723.042.html

网络出版时间:2017-12-26 17:24:10

2017-05-06

河南省重点科技攻关项目(152102210366);国家自然科学基金-河南联合基金重点支持项目(U1604254)

程敏(1984—),男,河南正阳人,讲师,博士研究生,研究方向为粮食加工科学与技术。

*通信作者

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