小麦清理工段麦胚提取工艺优化

叶明星 何建华 罗云飞 白福军 窦鑫鑫

摘要：以小麦为原料，选用玉米制糁机的搓擦作用力将麦胚从籽粒上剥离，利用筛选和风选分离来提取小麦胚芽，研究小麦清理工段麦胚提取的工艺参数。在单因素试验的基础上，选取试验因素为润麦时间、润麦水分和玉米制糁机的转速，根据中心组合试验设计原理，采用3因素3水平的响应面分析法，以小麦胚芽提取率为响应值作响应面。在分析各个因素的显著性和交互作用后，得出最佳的工藝条件为：润麦水分16%，玉米制糁机转速1 050 r/min，润麦时间21 h，该条件下小麦胚芽提取率为1.53%。

关键词：小麦胚芽；玉米制糁机；响应面法；工艺优化；麦胚提取率

中图分类号：TS201.1 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210328

小麦胚芽约占小麦籽粒的1.5%～3.9%[1]，是整个籽粒营养价值最高的部分，约含有27%～30%蛋白质、9%～13%脂肪、15%～20%糖类物质、4%～5%灰分、8%～10%粗纤维及矿物质和微量生理活性成分[2-3]，被营养学家们誉为“人类天然的营养宝库”[4-5]。在小麦制粉过程中，小麦胚芽一部分通过工艺手段提取出来（该部分只占小麦籽粒中胚含量的10%～15%）再利用；还有一部分被碾碎混入到副产品麸皮、次粉甚至混入到面粉中。混入面粉中的麦胚富含色素和不饱和脂肪酸，不仅会影响面粉的粉色，而且由于活性酶作用会引起氧化酸败，不利于面粉的长期贮藏[6]；同时，小麦胚芽也会影响面粉的烘焙特性[7]，Pomeranz等[8]的研究结果显示，在面粉中添加麦胚可能会导致面包品质劣化。而Ma等[9]研究表明，适量的麦胚可改善馒头的品质。

小麦胚芽可以开发成经济价值更高的保健品，增加企业的经济效益。现代制粉工业通常根据小麦胚芽的密度、粒形及碾压成片状（直径为1.5～5.0 mm）等特性，在小麦的清理和制粉过程中加以分离[10]。目前面粉企业常用的麦胚提取方法有麦间提胚工艺和粉间提胚工艺[11]。麦间提胚工艺：小麦清理过程中，经打麦机的打击力作用会有20%～30%的胚芽脱落，配备合适的筛网、胚芽磨等设备将麦胚提取出来的方法；粉间提胚工艺：小麦制粉过程中，利用磨粉机的剥刮碾磨及配备合适的筛网，将麦胚提取出来的方法。国外的小麦胚芽提取方式相对较多，如：加拿大在清理过程提取麦胚，英国在皮磨前提取麦胚，日本在心磨系统提取麦胚。美国学者认为心磨提胚将被皮磨系统提胚所取代[12]。而国内企业很少采用在小麦清理过程中提胚的工艺，这是因为在润麦后的打麦机或擦麦机的下脚料中分离麦胚，含有大量的杂质，所得的麦胚纯度低[13]。

本试验用玉米制糁机代替打麦机模拟在小麦清理工段提高麦胚提取率，研究了润麦时间、润麦水分和玉米制糁机的转速三因素对小麦胚芽提取率的影响，并在单因素试验的基础上，通过响应面试验分析对试验条件进行优化，从而确定在小麦清理工段用玉米制糁机提取小麦胚芽的最佳工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

中筋小麦矮抗58（硬度指数66.12，千粒重47.88 g，容重834 g/L，水分11.8%，灰分1.81%，蛋白质13.1%，湿面筋31.9%，沉降值48.5%）：郑州万泽种子有限公司；无水乙醚（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；脱脂棉花、脱脂棉线：焦作联盟医用材料股份有限公司；定性滤纸（直径12.5 cm）：杭州特种纸业有限公司。

1.2 仪器与设备

6FW-D1型玉米制糁机：鲁曹高新机械制造有限公司；20目、40目分样筛：浙江上虞市五四仪器筛具厂；DT223ZH型电子天平：中国浙江常熟长青仪器仪表厂；HH-4型数显恒温水浴锅：金坛市俊美仪器有限公司；101A-3E型电热鼓风干燥箱：上海实验仪器厂有限公司；250 mL索氏抽提器：郑州兴华玻璃仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 提取小麦胚芽的方法

（1）原理：调质后的净麦，借助玉米制糁机的搓、擦作用，将麦胚从小麦籽粒中脱下来，可以得到麦胚和麸皮、麦渣、麦心的混合物。配备合适的筛网（20目和40目）所得物料再用风选设备分离麦胚，经过专门的压片设备，二次风选后可以得到相对较纯的麦胚。

（2）工艺流程：净麦→玉米制糁机→筛选→风选→压片设备→二次筛选→二次风选→纯净麦胚

1.3.2 小麦胚芽提取率的计算方法

（1）某面粉厂的小麦胚芽提取率为0.3%（生产中实际统计计量），取小麦胚芽，利用索氏抽提法测定其粗脂肪含量（约10.86%）。

（2）取1 000 g的净小麦，在玉米制糁机的作用下，采用不同的润麦时间、不同的润麦水分和不同的设备转速，可以得到麦胚的混合物，混合物经过20目和40目的筛选，再经过风选可以得到相对较纯的麦胚混合物，将物料混合均匀后取3～5 g，测定其粗脂肪含量。

式中：R为小麦胚芽提取率，%；A为纯麦胚的粗脂肪含量，%；B为混合物料粗脂肪含量，%；M为相对较纯的麦胚物料质量，g。

1.3.3 提取小麦胚芽单因素试验方法

称取一定量的净小麦，采用不同的润麦时间、润麦水分，借助玉米脱皮制糁机的作用，比较不同润麦时间、润麦水分在不同转速的作用下混合物料的粗脂肪含量，分析混合物料粗脂肪含量与麦胚含量的内在关系，得到小麦胚芽的提取率。探究单因素润麦时间、润麦水分和设备转速对小麦胚芽提取率的影响。

1.3.4 响应面优化试验方法

根据Box-Behnken中心组合试验设计，以润麦时间、润麦水分和设备的转速为自变量，以小麦胚芽提取率为响应值，设计3因素3水平的响应面分析试验，确定玉米制糁机提取小麦胚芽的最佳工艺。

2 结果与分析

2.1 小麦胚芽提取的单因素试验

2.1.1 润麦时间对小麦胚芽提取率的影响

精确称量5份1 000 g经清理过的小麦，调质小麦水分为17%（大约加水62.7 mL），调节玉米脱皮制糁机的转速为1 150 r/min，小麦的润麦时间梯度：6、12、18、24、30 h。含有麦胚的物料再经筛选、风选得到相对较纯的原始麦胚混合颗粒，测定粗脂肪含量，进而转化为小麦胚芽的提取率，结果见图1。

由图1可知，润麦时间为6～18 h时，小麦胚芽提取率有较大幅度的提高，且润麦时间为18 h时达到最高麦胚提取率1.45%；而润麦时间增大到30 h时，小麦胚芽提取率下降到1.16%。小麦籽粒水分渗透的路线为：水分→麦胚→内子叶、糊粉层→胚乳[14]。小麦胚芽含有较多糖类，极易吸水，吸水速度最快。润麦时间短时，胚芽水分含量相对较高，韧性较强[15]，在小麦破碎过程中麦胚更容易脱落；润麦时间过长，则麦胚和胚乳都含有较多水分，小麦籽粒的质地变软，在小麦破碎过程中麦胚反而不容易脱落，不利于小麦胚芽的提取。因此，综合考虑确定单因素润麦时间为18 h。

2.1.2 润麦水分对小麦胚芽提取率的影响

精確称量5份1 000 g经清理过的小麦，使其润麦时间均为24 h，调节玉米脱皮制糁机的转速为1 150 r/min，小麦的润麦水分梯度：15%、16%、17%、18%、19%。含有麦胚的物料再经筛选、风选得到相对较纯的原始麦胚混合颗粒，测定粗脂肪含量，进而转化为小麦胚芽的提取率，结果见图2。

由图2可知，润麦水分从15%～17%增加时，小麦胚芽的提取率也不断提高，且润麦水分为17%时达到最大麦胚提取率1.45%；润麦水分增加到18%～19%时，小麦胚芽提取率有所降低。小麦水分含量过高或过低将影响小麦胚的脱落和压扁[16]。小麦水分低，脱落下的胚极易碎裂，完整率较低，造成分离上的困难；小麦水分较高，麦胚可以充分吸水，韧性较好，易从基部脱落，胚完整率高，碾压时容易压成大片，提取率高且纯净[17]。但小麦水分过高时，造成皮层与胚乳的韧性增强，小麦籽粒质地变软，在玉米制糁机搓擦的作用下，麦胚反而不容易脱落。因此，从麦胚提取率和满足正常生产的角度综合考虑确定单因素最佳润麦水分为17%。

2.1.3 玉米脱皮制糁机转速对小麦胚芽提取率的影响

精确称量5份1 000 g经清理过的小麦，调质小麦水分为17%（大约加水62.7 mL），使其润麦时间均为24 h，变频器改变玉米脱皮制糁机的转速：1 250、1 200、1 150、1 100、1 050 r/min。含有麦胚的物料再经筛选、风选得到相对较纯的原始麦胚混合颗粒，测定粗脂肪含量，进而转化为小麦胚芽的提取率，结果见图3。

由图3可知，当玉米制糁机转速为1 150 r/min时，小麦胚芽提取率达到最高值1.02%；而转速高达1 250 r/min时，麦胚提取率却降低为0.98%，其原因可能是转速过大造成小麦籽粒破碎严重，麦胚也随之破裂，降低了小麦胚芽的提取率。从麦胚提取率和节约能源的角度综合考虑确定单因素最佳玉米制糁机转速为1 150 r/min。

2.2 响应面优化小麦胚芽的提取工艺

2.2.1 响应面试验结果

响应面试验因素与水平取值见表1，试验设计及结果见表2。

如表3所示，回归方程P<0.01，表示模型极显著，而失拟项P>0.05不显著，模型决定系数R2=0.933 2，修正系数R2Adj = 0.847 2，说明该模型数据与试验数据拟合较好，且试验误差主要来源试验操作，而非模型本身。因此，该响应面能较好地反映试验结果，适合小麦胚芽的提取。各因素对小麦胚芽提取率影响大小顺序为：B>C>A。

此外，A一次项系数不显著，而二次项系数极显著；B一次、二次项系数显著；C一次项系数显著，二次项系数不显著。且交互项AC、BC极显著，说明各因素对小麦胚芽提取率的影响并非简单的线性结构。

2.2.3 交互作用分析

润麦时间与玉米制糁机转速交互作用对小麦胚芽提取率影响的响应面和等高线如图4所示。润麦水分与玉米制糁机转速交互作用对小麦胚芽提取率影响的响应面和等高线如图5所示。

由图4和图5可知，润麦时间与玉米制糁机转速交互作用极显著，润麦水分与玉米制糁机转速交互作用极显著。对模型进一步分析得出试验预测的最佳条件：润麦时间21.05 h，润麦水分16.04%，玉米制糁机转速1 055.45 r/min，提胚率为1.29%。为使实际操作更加方便，将最佳工艺条件修正为润麦时间21 h，润麦水分16%，玉米制糁机转速1 050 r/min，小麦胚芽提取为1.53%，与预测值相比，在合理的误差范围之内，说明响应面优化得到的提取率条件参数准确可信，且具有一定的使用价值。

3 结 论

本文经单因素试验和响应面回归分析法，通过控制提取条件可以达到优化小麦清理工段麦胚提取工艺参数目的，提高了小麦胚芽的提取率。响应面法研究表明小麦清理工段玉米制糁机提取小麦胚芽的最佳工艺条件为：润麦时间21 h，润麦水分16%，玉米制糁机转速1 050 r/min，在此条件下小麦胚芽提取率为1.53%。因此，在现代制粉工艺中，可以考虑采用小麦清理工段提取麦胚工艺代替粉间提取麦胚工艺，能够大大提高小麦胚芽的提取率，为企业创造更高的经济效益。

参 考 文 献

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Optimization of Wheat Germ Extraction Process in Wheat Cleaning Section

Ye Mingxing， He Jianhua， Luo Yunfei， Bai Fujun， Dou Xinxin

（ Sinograin Chengde Grain and Oil Quality Supervision Center Co. Ltd.， Chengde， Hebei 067000 ）

Abstract： The technology parameters of wheat germ extraction in wheat cleaning section were studied. Wheat germ was peeled from wheat grain by using the force of corn grits machine and was extracted by using the screening separation and air separation. On the basis of single factor experiments， tempering time， tempering water and corn grits machine speed were selected as the factors， applied three-factor three-level response surface methodology based on the principle of Box-Behnken Designs， and drew response surfaces by extraction rate of wheat germ as response value. After analyzing the significance and interaction effect of each factors， the optimum conditions were obtained： tempering moisture 16.04%， corn grits machine speed 1 050 r/min， tempering time 21 h； and the extraction rate of wheat germ was 1.32% under the optimum conditions.

Key words： wheat germ， corn grits machine， response surface methodology， process optimization， extraction rate of wheat germ