预皮磨处理对小麦粉卫生和品质的影响

王琳琳，王凤成*，齐兵建，关娅楠，王法玺，高鹏

（1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450052；2.河北苹乐面粉机械集团有限公司，河北 石家庄 050800）

我国原粮小麦中杂质的含量较高，小麦籽粒在播种、运输和贮藏过程中会产生微生物、泥土、灰尘等杂质和病虫害[1]，小麦籽粒含有的有害物质（如霉菌、呕吐毒素等）基本只存在于小麦外皮层[2]，极少情况下会通过机械损伤进入到小麦籽粒内部[3]。如果在送入皮磨系统前不能将小麦籽粒清理干净，则会严重影响小麦以及小麦制品的卫生安全性[4]。小麦在湿法清理时使用洗麦机能够彻底清除小麦表面及腹沟处的杂质污染，但是使用这种方式需要消耗的水资源很多，洗麦后的水直接排放会造成污染，因此干法清理成为主流，但是由于小麦籽粒具有特殊的结构，小麦籽粒腹沟处的皮层和杂质是隐藏的，很难达到湿法清理的清理程度。

国外很多面粉厂使用辊磨、撞击磨、擦麦机等设备来补充皮磨系统的工作，它们被用于一皮磨前作为小麦的预处理，也就是预皮磨工艺[5]。预皮磨对磨辊以及轧距的设置有一定的要求，其理念是轻微破坏小麦籽粒的胚乳结构，将入磨前的小麦压扁，不破碎小麦籽粒，使其表面轻微发生裂变、胚乳变酥[6]，便于后续研磨，并且磨后取粉率接近于零，渣心越少越好[7]，经过预皮磨处理后的小麦再经筛分或吸风除去细小麦皮、麦毛后再送入皮磨系统将其研磨成面粉[8]。我国为了改进现代小麦制粉技术，提高干法清理后净麦的品质，很多大中小型面粉厂开始增设预皮磨工艺，试图使小麦入磨前的杂质含量降到最低，从而减少污染物进入面粉的概率，并取得了不错的效果。但是目前对于预皮磨的辊面参数及轧距如何设置才能达到更好的制粉效果的研究鲜见。本文使用齿/齿磨辊，设置不同的轧距对小麦进行预皮磨处理，用不同轧距研磨后的剥刮率表示研磨效果，研究预皮磨对入磨小麦的表面清理、出粉率以及小麦粉质量的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

中强筋小麦：市售；平板计数琼脂、孟加拉红培养基、结晶紫中性红胆盐琼脂、煌绿乳糖胆盐肉汤：北京奥博星生物技术有限责任公司；硫代硫酸钠、硼酸（均为分析纯）：天津市凯通化学试剂有限公司；碘化钾（分析纯）：上海振欣试剂厂；氯化钠（分析纯）：北京化工厂。

1.2 仪器与设备

6F-2235 辊式磨粉机：河北苹乐面粉机械集团有限公司；CH2000 变频器：中达电通股份有限公司；JJSF-Ⅲ验粉筛：上海嘉定粮油仪器有限公司；61-71容重器：上海东方衡器厂；MFJ-W153 磨豆机：北京利任科技股份有限公司；101FAR-1 电热鼓风干燥箱：上海树立仪器仪表有限公司；JYDB 小麦硬度指数测定仪：无锡锡粮机械制造有限公司；KSW-5-12A 马弗炉：天津市中环实验电炉有限公司；MLU-202 实验磨粉机：瑞士布勒公司；FAST-300 振动筛分机：新乡市法斯特机械有限公司；SDmatic 破损淀粉仪：法国肖邦公司；Glutomatic2100/210 面筋仪：瑞典Perten 仪器公司；MICGIA 色差计：日本佐竹公司；FA2004 电子分析天平：上海上平仪器有限公司；DSX-280B 型手提式压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；SPX-250B-Z 型培养箱：上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；THZ-82A 型振荡器：金坛市杰瑞尔电器有限公司；SW-CJ-1D 型单人单面垂直净化工作台：苏州智净净化设备有限公司；LRH-550-S 恒温恒湿培养箱：韶关市泰宏医疗器械有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原粮小麦的清理

用筛子手动筛去原粮小麦中的细小杂质，人工挑除小麦中的麦秸、麦糠、石子等明显杂质。

1.3.2 润麦

仿照商业磨坊使入磨小麦水分含量为15.8%，采用一次润麦法，润麦20～24 h，着水后搅拌均匀。参照NY/T 1094.1—2006《小麦实验制粉第1 部分：设备、样品制备和润麦》[9]中的水分调节表来计算加水量。

1.3.3 预皮磨试验

将6F-2235 辊式磨粉机的磨辊重新拉丝，磨辊参数为适合预皮磨的参数，快慢辊均为齿辊，具体参数如表1 所示。通过调节喂料开启门大小来调节预皮磨的流量、调节变频器的转速来设置预皮磨的转速，预皮磨流量设置为800～900 kg/（cm·24 h），流量和转速的调节均模拟面粉工厂的生产。

表1 磨粉机磨辊参数Table 1 Parameters of roller mill

1.3.4 预皮磨不同轧距对小麦及小麦粉的影响

将变频器调节为47 Hz（由于6F-2235 辊式磨粉机的磨辊直径为220 mm，而商业磨坊磨粉机的磨辊直径为250 mm，变频器的频率调节为47 Hz 时，6F-2235磨粉机的转速为608 r/min，使6F-2235 磨粉机的磨辊线速度与通常磨粉机的线速度相同，相当于通常商业磨坊磨粉机的转速为540 r/min，后文所有没有标注的转速均已换算成通常商业磨坊转速），喂料开启门设置为5.5 mm，使用塞尺调节轧距[10]，将磨辊轧距调节为2.4、2.3、2.2、2.1、2.0 mm 分别进行试验，一次进料3 kg润后小麦。

1.3.5 预皮磨剥刮率的测定

使用20 目筛网的验粉筛将预皮磨磨后小麦进行筛分，筛上物料为预皮磨磨后产生形变的净麦，筛下物料为预皮磨研磨下来的细物料，预皮磨的剥刮率按式（1）计算。

式中：K 为预皮磨的剥刮率，%；A 为20 目筛网筛下物的质量，g；m1为预皮磨磨后小麦的质量，g。

1.3.6 预皮磨磨后小麦中细物料粒度分布的测定

使用传统筛分法将不同预皮磨参数磨后小麦的20 目筛下细物料用验粉筛进行粒度分析，验粉筛的筛网或筛绢规格有32W、54GG、6XX、9XX，采用传统筛分法将其筛分为20W/32W、32W/54GG、54GG/6XX、6XX/9XX、9XX/--，共5 种不同粒度的物料，分别称重计量，并将其装入密封袋中备用。

1.3.7 小麦籽粒特性的测定

容重参照GB/T 5498—2013《粮油检验容重测定》测定；千粒重参照GB/T 5519—2018《谷物与豆类千粒重的测定》测定；水分含量参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》测定；灰分含量参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》测定；呕吐毒素采用胶体金免疫层析法测定；菌落总数参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》测定；大肠杆菌参照GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》测定；霉菌及酵母菌参照GB 4789.15—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计数》测定。

1.3.8 小麦磨粉

润麦后未经过预皮磨处理的小麦和预皮磨磨后筛分后的净麦分别用实验磨粉机进行磨粉。

磨粉后出1B、2B、3B、1M、2M 和3M 共6 种等级粉以及大麸和次粉，分别称重并计算出率，将6 个出口的等级粉装入密封袋中混合备用。

出粉率、大麸出率、次粉出粉率分别按下式（2）、（3）、（4）计算。

式中：X 为出粉率，%；mB为1B 粉+2B 粉+3B 粉质量，g；mM为1M 粉+2M 粉+3M 粉质量，g；mC为大麸质量，g；mZ为次粉质量，g；XC为大麸出率，%；XZ为次粉出粉率，%。

1.3.9 大片状麸皮占比的测定

小麦磨粉后的大麸皮用20 目筛网进行筛分，大片状麸皮占比按式（5）计算。

式中：D 为大片状麸皮占比，%；F1为筛分麸皮时振动筛筛上物的质量，g；F 为筛分的麸皮总质量，g。

1.3.10 小麦粉品质指标测定

白度参照GB/T 27628—2011《粮油检验小麦粉粉色、麸星的测定》测定；湿面筋参照GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉面筋含量第2 部分：仪器法测定湿面筋》测定；破损淀粉参照GB/T 31577—2015《粮油检验小麦粉损伤淀粉测定安培计法》测定。

1.4 数据处理

每个试验重复3 次，利用Excel、SPSS 20.0 进行数据分析和图表制作，采用单因素方差分析显著性。

2 结果与分析

2.1 预皮磨不同轧距处理后小麦籽粒形貌变化

小麦经过预皮磨不同轧距处理后的形貌见图1。

图1 不同轧距处理对小麦籽粒形貌变化的影响Fig.1 Effect of roll clearance in prebreak on the morphology of wheat grain

由图1 可以看出，小麦经过轧距为2.4 mm 的预皮磨处理后，大部分小麦籽粒表面没有发生太大变化，小麦表面的部分灰、细碎皮层和麦毛被磨辊研磨出来，少部分腹沟变得松动，但仍相连，部分小麦沿横截面或腹沟处发生轻微裂变，极少量胚乳会从沿横截面裂开处研磨出来；随着轧距的减小，小麦表面有越来越多的灰、细碎皮层和麦毛被研磨出来，部分小麦籽粒沿腹沟掰开，腹沟处藏匿的杂质暴露，可能会被磨辊研磨除去，但是小麦沿横截面裂开的程度也随着轧距的减小而变大，杂质被研磨掉的同时也会有越来越多的胚乳被研磨出来，当轧距为2.0 mm 时，小麦发生形变和裂变的程度较大，以至于沿横截面和腹沟处断裂产生碎麦，麸皮破损严重。

2.2 预皮磨不同轧距对小麦剥刮率的影响

剥刮率是小麦经过预皮磨研磨后，穿过20 目筛网的大粗粒、麦渣、细粉和麸屑组成的物料量占进料小麦量的百分比，相关研究表明剥刮率可以用来评定皮磨的研磨工艺效果，剥刮率对磨后小麦的质量和品质有着很大的影响[12]，因此，剥刮率也可以用来评定预皮磨的研磨工艺效果。小麦经过预皮磨不同轧距处理后的剥刮率见表2。

表2 预皮磨不同轧距处理对剥刮率的影响Table 2 Effect of roll clearance in prebreak on release

由表2 可知，预皮磨的转速一定时，轧距对预皮磨的研磨效果影响较大，轧距越小，小麦籽粒受到快辊和慢辊之间作用力越大，受到的研磨强度也就越大[13]，小麦发生形变和裂变的程度也变大，因此预皮磨的剥刮率随着轧距的减小而显著增大，这与刘培康等[14]的研究结果一致。但是预皮磨机器的轧距设置不宜过小，若轧距过小，则小麦形变程度大，甚至破碎成几瓣，部分胚乳暴露，剥刮出来的胚乳所占比例增多，不利于一皮磨研磨制粉。

2.3 预皮磨磨后筛后细物料理化指标的测定

预皮磨磨后小麦用20 目筛网进行筛分，筛下物为小麦表面被研磨下来的细小毛皮粉尘和少量胚乳，测定不同轧距预皮磨处理筛下物的理化指标，结果如表3 所示。

表3 不同轧距预皮磨处理筛下细物料的理化指标Table 3 Physical and chemical indexes of screened fine materials after prebreak with different roll clearances

由表3 可知，随着轧距的减小，预皮磨磨后筛分后的细物料的水分含量、白度逐渐增大，灰分含量、菌落总数、大肠杆菌、霉菌及酵母菌逐渐减少。当预皮磨轧距为2.4 mm 时，此时预皮磨剥刮率较小，小麦籽粒受到磨辊的研磨强度较弱，剥刮下的物料以细碎的灰、皮层、麦毛为主，基本没有胚乳被研磨出来，此时细物料的灰分含量、微生物含量最高。当轧距逐渐减小，剥刮率逐渐增大，小麦籽粒受到磨辊的研磨程度变大，小麦表皮上的灰、皮层、麦毛被研磨出来的同时，会有越来越多的低灰分胚乳也被研磨出来，胚乳的灰分含量、白度、微生物均低于小麦表皮上的灰、皮层、麦毛。

2.4 预皮磨不同轧距磨后细物料粒度分析

将预皮磨不同轧距磨后筛后细物料用32W、54GG、6XX、9XX 四层筛网进行筛分，筛分后各筛网上的细物料粒度分析如图2 所示。

图2 预皮磨不同轧距研磨下细物料粒度分布Fig.2 Particle size distribution of fine materials after prebreak with different roll clearances

预皮磨不同轧距研磨下的细物料中，粒度为20W/32W（大粗粒）、32W/54GG（粗粒）和54GG/6XX（细粒）的物料为粒状物料，由图2 可知，这些粒状物料含量较多，占细物料的比例高于80%，粒度为6XX/9XX与9XX/--的物料为粉状，占比较少，不足20%，且预皮磨不同轧距研磨后细物料的粒度分布基本没有变化，这是由于减少轧距只能增强磨辊对小麦的挤压程度，增加了磨后细物料的量，但并不能改变细物料的粒度分布。Galindez-Najera 等[15]通过对磨粉机研磨后的小麦进行光谱分析发现，磨后细物料的粒度分布取决于小麦麸皮层的性质和结构。

预皮磨不同轧距磨后筛后不同粒度细物料的灰分如图3 所示。

图3 不同轧距下细物料各粒度物料的灰分（干基）Fig.3 Ash content of fine materials with different particle sizes after prebreak with different roll clearances（based on dry weight）

由图3 可知，预皮磨不同轧距磨后筛分后细物料中，同等粒度细物料的灰分含量随着轧距的减小显著降低（P＜0.05）。这是由于轧距过高时，小麦形变严重，被研磨出来的低灰分胚乳增多；同等轧距下，粒度为9XX/--（细粉）、6XX/9XX（粗粉）的灰分含量较高，粒度为32W/54GG（粗粒）、54GG/6XX（细粒）、20W/32W（大粗粒）的灰分含量较低，粒度为9XX/--（细粉）和6XX/9XX（粗粉）的灰分含量高于--/20W，经过预皮磨处理后的小麦可以将这部分高灰分的粉提前筛分出来，避免在磨粉时混入前路面粉中，使面粉的质量更好，并且筛分出来的此种粒度的粉含有大量灰分，可以当作饲料用粉或工业用粉。通常在面粉厂中，粒度为20W/32W（大粗粒）、32W/54GG（粗粒）和54GG/6XX（细粒）的物料与渣磨物料相似，可送入清粉机进行处理，然后与其它物料同质合并，或者直接送入渣磨[16]。

2.5 预皮磨处理对小麦籽粒基本理化指标的影响

预皮磨入磨小麦为原粮小麦加水润麦后的小麦，预皮磨处理后的小麦用20 目筛网进行筛分，测定筛上产生轻微形变或裂变的净麦的理化指标，结果见表4。

表4 预皮磨不同轧距处理20 目筛上小麦的理化指标Table 4 Physical and chemical indexes of wheat passed a 20-mesh sieve after prebreak with different roll clearances

由表4 可知，与未经预皮磨处理小麦相比，随着预皮磨轧距的减小，其灰分含量没有发生显著性的变化，小麦容重、表面呕吐毒素、表面微生物含量显著降低（P＜0.05），润麦后的小麦经过预皮磨处理后，虽然会有高灰分的皮层、灰、麦毛被剥刮下来，但是预皮磨的剥刮率很低，因此剥刮下来极少量的高灰分物料并不会显著降低预皮磨磨后净麦的灰分含量，随着轧距的减小，剥刮率升高，预皮磨磨辊将更多皮层、灰、麦毛剥刮下来的同时，会有更多低灰分含量的胚乳被研磨出来，使细物料的灰分含量降低，预皮磨的剥刮率最高为2%左右，不会明显改变预皮磨磨后净麦的灰分含量。预皮磨磨后小麦籽粒胚乳变得酥松，轧距越小，麦粒发生轻微形变或裂变的程度越大，小麦籽粒所占的空间变大，因此小麦的容重随着轧距的减小而显著降低。预皮磨处理后，小麦表面的灰、皮层、麦毛被研磨出来并筛分除去，而微生物和呕吐毒素主要聚集在小麦的表皮上，因此预皮磨磨后小麦的呕吐毒素、菌落总数、大肠杆菌、霉菌及酵母菌都显著低于预皮磨磨前小麦，随着轧距的减小，小麦腹沟暴露，小麦被剥刮下来的皮层、麦毛增多，因此小麦表面的呕吐毒素和微生物也随着轧距的减小而降低。轧距为2.0 mm 与轧距为2.1 mm 的预皮磨磨后小麦相比，呕吐毒素和微生物的数量并没有显著差异，这可能是因为当预皮磨轧距过大时，研磨出来的灰、皮层、毛麦不会显著增加，只是小麦发生形变的程度更大，产生更多的碎麦，研磨出来更多的胚乳颗粒。

2.6 预皮磨对小麦出粉率的影响

将未经预皮磨处理的小麦和经过不同轧距预皮磨处理的小麦分别进行磨粉，磨粉结果如图4 所示。

图4 预皮磨不同轧距处理对小麦总出粉率的影响Fig.4 Effect of roll clearance in prebreak on total flour yield of wheat

由图4 可知，预皮磨磨后小麦与常规润麦后的小麦相比，随着预皮磨轧距的逐渐减小，总出粉率先升高后降低。小麦经过预皮磨处理后，胚乳变得酥松，有利于后续的皮磨剥刮，心磨制粉，因此出粉率会升高，预皮磨轧距过小，即剥刮率过大时，小麦籽粒发生形变和裂变的程度变大，更多的小麦沿横截面断开，会产生较多的碎麦，且碎麦的出粉率低[17]。并且剥刮率过高，小麦胚乳被研磨出来的量增多，胚乳的损失使小麦中的含粉量少，造成出粉率下降[18]。次粉是含有部分小麦胚芽和胚乳的细碎麸屑，是小麦加工的一种副产物[19]，随着轧距的减小，次粉出粉率逐渐降低，这可能是因为预皮磨处理后的小麦会被磨齿剥离部分细小皮层，并且轧距越小剥离除去的细小皮层越多，小麦部分细碎皮层在预皮磨阶段已经被除去，因此预皮磨磨后小麦送入磨粉处理后其次粉出粉率会降低，还有一方面原因可能是预皮磨磨后小麦籽粒胚乳结构酥松，后续皮磨系统剥刮皮层上的胚乳时剥刮得更干净，减少细碎麸屑混入胚乳中的概率，从而降低了次粉出粉率。

2.7 预皮磨对磨粉后麸皮的大小的影响

将预皮磨不同轧距处理后的小麦磨粉后得到的大麸皮用20 目筛网进行筛分，筛上物为大片状麸皮，筛下物为碎麸皮，筛分结果见图5。

图5 预皮磨不同轧距处理大麸筛分后大片状麸皮占比Fig.5 Proportion of large pieces of bran after prebreak with different roll clearances

由图6 可知，小麦籽粒磨粉后的大麸中，与未经预皮磨处理小麦相比，预皮磨磨后小麦的大片状麸皮占比随着轧距的减小先增大后减小，当轧距为2.3 mm时，大麸中大片状麸皮的占比最高，这是因为预皮磨磨后小麦籽粒受到磨辊的挤压，在麸皮没有较大损伤的情况下胚乳酥化，籽粒轻微开裂，磨粉时减少了麸皮的破碎，保证麸皮的完整性[20]，但是随着轧距的进一步减小，小麦发生形变的程度加深，麸皮损伤严重，甚至会发生破碎，产生碎麦，因此大片状麸皮占比会减少。

2.8 预皮磨对小麦粉基本理化品质的影响

灰分含量（干基）、白度、湿面筋含量是衡量小麦粉品质的重要指标，能够反映小麦粉的加工精度，破损淀粉会对面粉及面粉制品的功能性质和营养品质产生一定的影响，经预皮磨处理以及经过预皮磨不同轧距处理后小麦粉的理化指标见表5。

表5 预皮磨不同轧距处理小麦粉的理化指标Table 5 Physical and chemical indexes of wheat flour after prebreak with different roll clearances

由表5 可知，与未经预皮磨处理的小麦磨得的小麦粉相比，预皮磨轧距为2.4 mm 处理后的净麦所磨得的小麦粉的灰分含量显著降低，白度显著升高（P＜0.05），较低的剥刮率能够使预皮磨磨后净麦的灰分含量减少，达到了清理小麦的效果，从而提高小麦粉的品质。当轧距继续减小，预皮磨剥刮率升高，小麦粉的灰分含量升高，白度降低，这可能是由于预皮磨磨后小麦胚乳结构变得酥松，在磨粉时保证麸皮的完整性，在一定程度上提高了面粉精度，但是剥刮率越大小麦形变程度越高、碎麦越多，磨粉时越难将细碎麸皮完全和面粉分开，影响面粉的精度。

湿面筋含量是评价面粉品质的重要指标，面筋蛋白主要来自胚乳，剥刮率较小时，预皮磨磨后小麦籽粒的胚乳基本没有损失，此时湿面筋含量与未经预皮磨处理的小麦粉相比没有显著性差异，随着轧距继续减小，预皮磨磨后籽粒胚乳损失增多，但是可能因为是小麦发生形变的程度大，小麦籽粒粘连的皮层破损较多，且破碎率高，磨粉时会将部分细小麸星混入面粉中，麸星被包裹于面筋蛋白之中，从而使得湿面筋含量上升[21]。

预皮磨处理后的小麦胚乳结构酥松，淀粉颗粒间的空隙变大，磨粉时胚乳更容易被磨细成粉，使得小麦受到机械破坏作用变小[22]，另一方面原因可能是预皮磨剥刮率较大时，小麦籽粒的胚乳部分流失，小麦皮层对胚乳有一定的保护作用，磨辊接触淀粉颗粒的机会相对减少，从而导致面粉的破损淀粉下降。

3 结论

原料小麦经过预皮磨合适的轧距处理并筛分除去小于20 目的细碎物料以后，能够显著降低小麦籽粒的容重、微生物和呕吐毒素，进一步清理了小麦籽粒。预皮磨磨后小于20 目的物料随着轧距的减小其灰分含量、呕吐毒素、微生物含量显著减少，白度显著增加，轧距越小，细物料中的胚乳含量越多，在面粉厂可送入清粉机或渣磨进一步处理。与未经预皮磨处理的小麦相比较，轧距为2.4 mm 和2.3 mm 的预皮磨处理后的小麦磨粉后得到的次粉含量少，减少了皮层的破碎，增加大麸皮的含量，提高了出粉率，轧距为2.4 mm的预皮磨磨后小麦磨粉后的面粉的精度提高，轧距过小时，小麦产生形变严重，且有过多碎麦产生，不利于出粉，但不会对面粉的品质产生不利影响。