脱皮制粉及其对小麦粉品质影响的研究进展

蔡文雅，孙冰华，田潇凌，王晓曦

（河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001）

小麦是世界上主要的粮食作物之一，小麦粉是由小麦籽粒研磨所得，小麦粉制品是餐桌上必不可少的食物，因此，小麦粉的食用品质对人体的营养摄入和健康水平有重要影响。小麦粉的食用品质主要包括其外观特性和理化特性，影响二者的主要因素有籽粒品质、制粉过程。图1为小麦籽粒的结构示意图，除了贯穿籽粒的腹沟外，小麦籽粒主要由皮层、胚乳和胚芽组成，其中皮层又包括外果皮、内果皮、种皮、透明层、糊粉层[1]。粮食工业发展至今，主要形成了两种小麦制粉工艺为传统制粉和脱皮制粉。

图1 小麦籽粒的主要组织结构Fig.1 Histological structures of wheat grain

1 脱皮制粉与传统制粉

传统制粉工艺主要分为皮磨、渣磨、心磨和清粉等系统。皮磨系统直接对小麦籽粒进行破碎，分离皮层、胚芽和胚乳，破碎后不同产物（主要为粒度和胚乳含量的不同）经筛理分级进入不同的下级系统继续研磨、筛理分级。皮层经过各级系统作用，被尽可能地剥刮掉其所含的胚乳，最后成为制粉副产物——麸皮，而胚乳部分经各级研磨得到较为纯净的小麦粉。传统制粉工艺流程可分为小麦清理、除杂、润麦、制粉，而脱皮制粉基本工艺流程见图2。

图2 小麦脱皮制粉基本工艺流程Fig.2 Basic process flow diagram of wheat debranning milling

如图2所示，小麦脱皮制粉流程分为小麦清理、除杂、润麦、脱皮、润麦、制粉。小麦入磨前一般都会进行着水润麦，因为小麦自身水分含量较低，胚乳紧实不易被粉碎，而麦皮比较脆、易于破碎，从而导致小麦粉中麸星含量较多[2]。传统制粉在小麦入磨前一般会进行长时润麦，使其水分达到15%～16%，一是可以增加皮层的韧性，以便在研磨过程中保持麸片的完整；二是为了减弱皮层与胚乳间的结合力，促使胚乳从麸皮上剥刮干净[3]。

小麦脱皮制粉工艺是受到碾米工艺的启发，先将清理除杂后的籽粒经过脱皮机脱去部分皮层（一般是外三层皮，即外果皮、内果皮和种皮），再进入磨粉机进行研磨、筛理分级。相较于传统制粉工艺，除了在制粉前先脱去部分皮层外，脱皮制粉工艺的润麦条件也有所不同，主要体现在润麦时间和润麦次数上。脱皮制粉在脱皮前，一般会进行两次不同时间、不同加水量的润麦。第一次时间长、加水量多，是因为小麦籽粒皮层与胚乳结合紧密，且胚乳颗粒间结合力也较强，长时润麦主要是为了调整籽粒各部分组织的结构强度，增加皮层韧性的同时软化胚乳；第二次在脱皮前短时润麦的目的是期望水分在短时间内只渗透至外三层皮，使其吸水膨胀，从而增加外三层皮与其它皮层的相对位移，方便脱皮时被顺利脱下[4]。

总的来说，传统制粉过程主要是将麸皮和胚芽尽可能的与胚乳分离，小麦皮层及胚芽中所含营养组分难免会大量流失。随着人们饮食结构的变化，越来越多的消费者追求适度加工食物，希望尽可能地保留其所含的营养物质。小麦皮层尤其是糊粉层中含有大量对人体有益的营养组分，如优质蛋白质、B族维生素、矿物质，且胚芽也含有脂肪酸、甾醇、维生素E等物质[5]。如果能够在制粉时很好地保留小麦原有的多种营养成分，将脱皮制粉工艺的特点——以由外而内逐层剥刮的方法进行制粉充分发挥[6]，将有利于推动制粉行业的发展。原则上理想的脱皮程度是尽可能将粗膳食纤维含量高、污染物含量也较高的外皮层剥去，留下富含营养物质的糊粉层，使其与胚乳一同被研磨，从而可以很大程度上强化小麦粉的营养。不过皮层的存在会使得小麦粉中麸星含量偏高，尤其是小颗粒的麸星，进而导致粉色不如传统制粉[7]，而且糊粉层的混入也会导致小麦粉灰分含量升高，所以脱皮制粉是否将糊粉层保留下来并混入小麦粉中也是一个值得深入研究的课题。

2 脱皮制粉对小麦粉安全品质的影响

小麦籽粒表面的污染物包括一些有害微生物、重金属离子、农药残留等，主要来源于灰尘、水、病变植物、昆虫、土壤、化肥以及动物粪便[8]，这些污染物会给小麦及其制品带来一定的安全风险。尤其是霉菌产生的霉菌毒素具有极强的抵抗力，一般的加工过程很难将其完全去除，但有害微生物基本富集在小麦外皮层上，极少情况下会通过机械损伤进入到籽粒内部[9]，所以在制粉前对小麦皮层进行一部分剥离就显得尤为重要。

2.1 脱皮制粉对小麦粉微生物含量的影响

脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON），又称呕吐毒素，是粮食中最常见的一类污染性真菌毒素[10]，具有很强的细胞毒性和遗传毒性，严重危害人体健康[11]，所以研究如何有效降低其在粮食中的含量对于保证面制品安全及人体健康具有重要意义。有研究指出制粉是一种传统有效地降低小麦DON含量的方法，通过制粉可以将小麦DON含量降低31.03%～50.39%[12]。但是为了在制粉前得到有害因子较少的小麦籽粒，以消除在制粉过程中因机械损伤带来的安全隐患，小麦脱皮制粉被广泛应用。Sovrani等[13]研究发现，脱皮率达到5%、10%可分别将小麦籽粒中的DON含量降低58%、79%。赭曲霉毒素A（ochratoxin A,OTA）是小麦贮藏期间常见的真菌毒素之一，具有极强的致癌、致畸、致突变性。有研究发现，当小麦脱皮率约为18%时，小麦中的OTA含量可降低44%～63.06%[14]。除了这两种毒素外，小麦脱皮对其它有害微生物的去除效果也非常显著，4.46%的脱皮率可除去小麦籽粒中大约94%的细菌、92%的霉菌和酵母菌、74%的耐热芽孢杆菌[15]。当脱皮率达到4%时，可去除富集在小麦籽粒果皮上约85%的有害微生物[8，16-17]，脱皮可为生产低菌化面粉提供理论支持。

2.2 脱皮制粉对小麦粉重金属含量的影响

重金属尤其是铅（Pb）、镉（Cd）和有害微生物一样会危害粮食及其制品的安全品质。Cheli等[18]指出，重金属Pb、Cd在皮层中的含量约为面粉中的2倍～3倍，有效地采取措施以降低甚至消除皮层中的重金属含量显得尤为重要。小麦制粉前先脱掉部分皮层可以有效解决这个问题。有研究指出当小麦脱皮率大于6%时，面粉中的重金属含量可下降约90%[15]。Sovrani等[13]研究发现，Cd只在小麦籽粒最外层被检测到，其它组分中均未检出，即脱皮率达到5%时就可将Cd含量降到最低，这与石琴琴等[19]的研究结果一致。Giordano等[20]对6种小麦进行了不同程度的脱皮，发现脱皮率为5%时，小麦中Pb的含量降低了50%～80%，砷（As）含量降低约60%；脱皮率为10%时，As的含量平均减少了90.83%。一些研究发现制粉前脱皮不仅能够有效减少农药、重金属残留，而且可以简化工艺，提高出粉率以及面粉白度[21-26]。

2.3 脱皮制粉对小麦粉酶活性的影响

小麦皮层中含有多种酶，部分酶会影响小麦粉的储藏稳定性，如脂肪酸酶会加速全麦粉品质的劣化，而脱皮工艺可先脱去部分皮层，从而可有效降低多数酶含量、延长小麦粉货架期。赵吉凯等[27]指出，用微粉机将脱皮率达到1.4%的籽粒全粉碎，得到的全麦粉的脂肪酸值下降了13.3mgKOH/100g～19.2mgKOH/100g。DE Briern等[28]研究发现小麦脱皮率为6%时，麸皮中的α-淀粉酶酶活降低了4.2 AU/g dm，当脱皮率达到12%时，可将木聚糖内切酶酶活从1.3 XU/g dm降低到0.5 XU/g dm，肽链内切酶酶活降低1.1 PU/g dm。Gys等[29]研究结果与DE Briern等[28]相似，发现小麦制粉前脱皮可以有效地降低多种酶的酶活性，尤其是α-淀粉酶。

3 脱皮制粉对小麦粉营养组分的影响

小麦所含有的营养组分在不同部位的分布不同，小麦皮层中的糊粉层主要含有蛋白质、矿物质、维生素、抗氧化因子等，是诸多人体必需营养素的富集部位，糊粉层中含有的蛋白质富含小麦缺乏的第一限制性氨基酸——赖氨酸，其它人体所需的氨基酸的配比也趋于合理水平，所含矿物质主要有钾（K）、磷（P）、镁（Mg）、钙（Ca）、锌（Zn）、锰（Mn），P 和 K 的含量较多，分别达到1.17%和0.98%。含有的水溶和脂溶性维生素以胆碱、肌醇、烟酸、生育酚、泛酸等居多，烟酸和生育酚含量分别达到266 mg/kg和65.0 mg/kg[30-31]。

3.1 脱皮制粉对小麦粉维生素含量的影响

小麦粉中的营养组分含量直接影响着人体的营养摄入及健康水平[32]，维生素是人体必需且又不能自身合成的一大营养素，对身体健康有着非常大的影响，缺乏维生素会引起各种营养缺乏症，如夜盲症、脚气病、贫血等。丁文平[33]指出，经传统制粉工艺得到的面粉与全麦粉相比，蛋白质、VB1、VB2、烟酸、铁（Fe）、Ca、Zn等营养组分含量分别损失 15%、83%、67%、50%、80%、50%和80%以上。对比传统制粉工艺的精研细磨，脱皮制粉可在制粉时将含有较多营养物质的内皮层与胚乳一同粉碎混入到小麦粉中，从而强化小麦粉的营养品质。邹恩坤等[34]研究发现，小麦脱掉4%的皮层后再进行布勒制粉，不仅可以提高小麦粉中B族维生素的含量，而且可以有效改善其粉色。张晋民[35]指出，脱皮后研磨制粉可以把占小麦籽粒糊粉层中15%的蛋白质、59%的矿物质元素、32%的VB1、37%的VB2、60%的VB6、82%的烟酸及较多赖氨酸混入小麦粉中。还有研究指出小麦脱皮程度达4%时再进行布勒制粉，能有效降低小麦B族维生素流失情况[36]，脱皮制粉工艺与传统工艺相比，可使小麦粉中烟酸含量增加5倍多，核黄素含量可增加25%，粗纤维含量增加60%[37]。

3.2 脱皮制粉对小麦粉矿物质元素及抗氧化组分含量的影响

BRIER等[38]研究发现，矿物质元素在小麦中分布不均，其中 Ca、Mn 在外表皮含量较高，铜（Cu）、K、Fe、Zn则在糊粉层富集。当脱皮率为3%时，面粉中的K、Cu、Zn含量升高。Liu等[39]对4种小麦进行脱皮制粉，研究发现脱皮率为5%的皮层中Fe、Zn含量平均分别达到119.1、47.1 mg/kg，其中Fe含量是小麦粉的6倍～20倍，所以传统制粉将麸皮与胚乳完全分离会使小麦原有的矿物质流失，而适当的脱皮后再进行制粉，可以很好的将皮层中含有的矿物质元素混入面粉中，强化面粉的营养。Lopez等[40]指出，脱皮可提高小麦粉中植酸酶的含量，从而降解植酸与矿物质元素生成的螯合物，提高矿物质的可利用率。Zanoletti等[41]分别将紫小麦脱皮率为3.7%和6.9%的皮层回添到紫麦粉中，发现二者皆含有较高的可溶性膳食纤维，且添加3.7%皮层的样品中含有的花青素含量高达695 μg/g。Beta等[42]研究发现当脱皮率为5%和10%时，得到的皮层中总酚含量大于4 000 mg/kg，而且抗氧化性是小麦粉的4倍左右，即对小麦进行适度脱皮处理再进行制粉，可将皮层中富含的抗氧化物质混入面粉中，提高面粉的营养价值。Martini等[43]指出小麦制粉前脱皮有助于开发特定功能性产品。

4 脱皮制粉对面制品品质的影响

小麦及面制品作为我国尤其是北方居民必不可少的主食，是人们摄入营养的主要饮食来源，平衡其营养价值与口感显得尤为重要。长期食用精制面食会引起营养缺乏症，但全麦制品又因含有较多麸皮导致其口感差、质地硬、难消化。脱皮工艺可通过控制剥皮程度将富含粗膳食纤维的果皮剥离，从而将糊粉层部分或全部保留，并混入小麦粉中，保留营养组分的同时改善口感。于爽[44]指出，随着脱皮率的增加，馒头的感官评分逐步增加，硬度、咀嚼度逐渐下降，弹性、回复性逐渐增大，馒头的比容先增大后减小，在脱皮率为21.17%时比容达到最大。赵吉凯等[27]对高、中、低筋3种小麦进行轻碾脱皮，结果表明脱皮处理能有效改善全麦馒头的品质，其中随着脱皮率的增加，馒头的硬度、胶着性、咀嚼度分别降低732 g～1 114 g、335～549、147～346，而弹性和回复性分别增加了0.030～0.031、0.049～0.066。吴青兰[1]研究表明，随着脱皮率的增加，馒头的比容逐渐增加，且馒头芯的L*值升高、a*值和b*值下降，色泽明显得到改善。Lin等[24]指出脱皮率为5%时，馒头的色泽和内部结构均得到改善。石琴琴[25]研究发现随着脱皮时间的延长，紫糯面条的最佳蒸煮时间逐渐降低、断裂强度逐渐升高，且面条的韧性、光滑性和食味值也随之升高。罗斐斐[22]采用脱皮后超微粉碎制得蓝、紫麦全麦粉，研究发现随着脱皮率的增加，蓝、紫麦面团的硬度、胶着性、咀嚼性均显著降低，且当脱皮率大于8%，蓝、紫麦曲奇饼干的延伸性增强、断裂强度降低。李静[45]研究发现，小麦脱皮率为12%时制作的面包表面棕黄、有光泽、弹性好、不粘牙、内部气孔均匀，并且此时面包比容最大，达到2.3 mL/g。Hemdane等[46]分别对小麦进行脱皮率为3%、6%、9%、12%的脱皮处理，并将这些组分回添至小麦粉中，发现添加脱皮率为3%的面包相对体积最小、硬度最大，分别为82.7%、2.51N，而添加脱皮率为9%的皮层于小麦粉制得的面包体积最大，为94.1%。由此可见，小麦的脱皮率并不是越高越好，而是需要找到合适每种小麦的加工程度，才能更好地改善面制品的品质。

5 小麦脱皮技术的发展

脱皮制粉虽然是个老话题，但仍然算是“新”技术。从20世纪50年代开始研究至今，脱皮制粉一直未能推广的主要原因是脱皮机的工作性能和脱皮效果满足不了预期的脱皮工艺要求，导致整个工艺流程中动力消耗高，制得的小麦粉整体品质较低。小麦脱皮设备是脱皮制粉中的关键，脱皮机一般是以摩擦去皮和剥刮去皮两种方式相结合，摩擦去皮是通过小麦之间的摩擦进行脱皮，剥刮去皮则是通过剥刮元件如砂辊、铁辊等对小麦进行脱皮[47]。从20世纪60年代开始使用舂米机对小麦进行脱皮到后来的小型碾米机，均由于原理及结构上难以达到小麦脱皮制粉工艺的要求，导致小麦脱皮发展缓慢。

2003年国内有专家研发出FBPY脱皮机，其工作原理是“多元渐压旋剥”，利用机械力和空气动力学结合原理对小麦籽粒逐渐加压逐渐增加搓剥力度，使皮层与胚乳产生相对位移从而被整片剥离，并利用高速气流使籽粒立体旋转，以达到均匀脱皮的效果[48]。2009年国外有专家研发了新的脱皮机，其用硬度较大但表面光滑的金刚石辊代替传统粗糙的砂辊，可将小麦皮层更加完整地脱下[17]。目前国内外使用较多的脱皮机是日本佐竹的VCW系列，其原理是通过控制工作腔内的压力来调整脱皮的力度，然后进入到抛光阶段，利用摩擦力将脱皮籽粒表面的细小麸屑清除，完成脱皮工艺。2017年，国内有专家研发了一台以适度加工为理念，实现小麦柔性脱皮的脱皮机，其剥刮元件是一圈弹性刀片，可根据籽粒的大小来调节小麦与刀片、筛网的间距，在旋转滚筒和进料压力的条件下呈现出动态的脱皮过程，同时机器上端有吸风口，可以很好地将脱掉的皮层与脱皮籽粒分离[49]。但目前已有的脱皮机均未实现将小麦腹沟处的皮层剥离，只能做到将籽粒大部分背部皮层脱掉。小麦脱皮制粉工艺不断在尝试中改进、发展，小麦制粉工业也在一步一步迎合消费者的需求中进行改良。

6 总结与展望

随着人们对饮食健康的关注，消费者对小麦粉品质的要求在不断提高，制粉工艺也在不断的发展。脱皮制粉不但可以大幅度降低小麦皮层中有害物质的含量，而且可以保留富含营养物质的糊粉层，强化小麦粉的营养，从而提高面制品的营养品质。近年来小麦脱皮制粉工艺备受关注，并且已经取得了一定的成果，但由于小麦腹沟的存在，使得现有技术与设备对小麦脱皮的效果不能如碾米般实现皮层均匀且完整地剥离[48]。小麦腹沟的折痕较深且易容纳各种污染因子，脱皮机的剥刮元件很难直接接触该处皮层。就目前所用的脱皮机而言，若过度脱皮，则会增加籽粒破碎率，进而降低出粉率；若轻微脱皮，未剥离的皮层碎屑会混入面粉中影响粉色，且皮层残留的有害物质会给小麦粉带来安全隐患。如何成功实现腹沟处皮层的脱离，同时保证籽粒的完整度是制约脱皮制粉工艺发展的一大难题，也是影响小麦脱皮制粉技术推广的重要原因。开发适用于小麦籽粒腹沟加工的脱皮设备，研究小麦籽粒腹沟脱皮的最优条件，是行业目前亟待解决的问题，也是学者们的努力方向。