不同磨粉方式對脫胚玉米粉品質(zhì)特性的影響

魏 雪，王鳳成,2*，沈玉現(xiàn)，邢亞楠

1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001 2.國家糧食加工裝備工程技術(shù)研究中心，河南 開封 475200 3.魯山縣華豫萬通工程技術(shù)有限公司，河南 魯山 467300 4.河北金沙河面業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 邢臺 054100

玉米是我國重要的糧食和飼料作物，也是全世界總產(chǎn)量最高的農(nóng)作物[1]。目前對小麥制粉和稻谷碾米等研究較多[2-3]，對于玉米制粉的研究較少。制粉方法的選擇與產(chǎn)品用途有關(guān)，食用一般選擇干法制粉技術(shù)[4]。玉米干法加工的產(chǎn)品為玉米碴、玉米糝、玉米粉等[5]，玉米糝常用作早餐谷物，玉米碴和玉米粉常用作烘焙食品和休閑食品的原料。

原料、加工和磨粉技術(shù)的不同都會影響玉米產(chǎn)品的品質(zhì)。研究表明，采用不同的磨粉方式對小麥、大麥、黑麥或者高粱制粉時，都可能會改變谷物粉的色澤、粒度、破損淀粉含量、結(jié)構(gòu)和功能特性[6-8]，進(jìn)而影響谷物粉的加工特性。谷物制粉常用的磨粉機(jī)有石磨、輥式磨和微粉磨等，工作原理也不同。石磨磨粉機(jī)是由一靜一動兩個磨盤構(gòu)成，一般為左右或上下結(jié)構(gòu)，通過兩個磨盤的擠壓轉(zhuǎn)動將物料研磨成粉[9]；輥式磨是目前被廣泛應(yīng)用于糧食加工的一種研磨工藝，其原理是一對水平布置并以不同角速度高速旋轉(zhuǎn)的圓柱形磨輥，對進(jìn)入兩輥之間工作區(qū)域的物料進(jìn)行擠壓、剪切和摩擦，籽粒壓碎后使皮層與胚乳分離，并把胚乳磨細(xì)至粉[10]；微粉磨是物料在錘頭和齒圈的打擊和剪切作用下進(jìn)行粉碎[11]，超微粉碎能將物料粉碎成精細(xì)且粒度均勻分布的粉末。不同的磨粉方式均會造成研磨強(qiáng)度的差異[12]，于爽等[13]研究發(fā)現(xiàn)，布勒磨粉機(jī)制得的樣品出粉率，水分、破損淀粉含量均顯著高于布拉班德磨粉機(jī)。白青云等[14]研究表明超微粉碎能提高玉米粉的糊化度和膨脹力，從而顯著提高玉米面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)。

玉米磨粉所用設(shè)備大多是根據(jù)小麥、稻米加工設(shè)備改造而成，關(guān)于不同磨粉方式對玉米粉品質(zhì)的影響研究很少。由于玉米與其他谷物籽粒結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)有所不同，所以不同磨粉方式所制玉米粉的品質(zhì)特性也不同。作者選擇石磨、輥式磨和微粉磨對脫胚玉米糝進(jìn)行磨粉，旨在研究不同磨粉方式對脫胚玉米粉品質(zhì)特性的影響，為玉米干法加工磨制高質(zhì)量脫胚玉米粉提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米(良玉8號)：吉林省。原糧玉米的水分含量為10.57%，灰分含量為1.23%；提胚后玉米糝的水分含量為12.88%，灰分含量為0.71%。

鹽酸(分析純)：信陽市化學(xué)試劑廠；硫酸鋅(分析純)、亞鐵氰化鉀(分析純)：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；碘化鉀(分析純)：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫代硫酸鈉(分析純)：洛陽市化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

DTP 75×100玉米搓揉脫胚機(jī)、FSFJB1單倉平篩、MFJ-30微粉機(jī)：魯山縣華豫萬通工程技術(shù)有限公司；TDV 200重力分級機(jī)：意大利奧克利姆公司；MLU-2027磨粉機(jī)：布勒無錫機(jī)械制造有限公司；6FSM-40石磨磨粉機(jī)：修武縣三環(huán)糧油機(jī)械廠；SDmatic損傷淀粉儀：法國肖邦技術(shù)公司；RVA-TM快速黏度分析儀：瑞典波通儀器公司；WZZ-2S自動旋光儀：上海申光儀器儀表有限公司；BT-9300H激光粒度儀：遼寧丹東百特儀器有限公司；MARS60哈克流變儀：賽默飛世爾；101-2EBS電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；SX4-10馬弗爐：上海樹立儀器儀表有限公司；CR-410色差計：日本柯尼卡美能達(dá)公司；5810R多功能臺式離心機(jī)：德國Eppendorfyi儀器有限公司；T6紫外可見光分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 玉米的脫胚制粉流程

玉米→脫皮→破碴脫胚→篩分分級→重力分級提胚→玉米糝→磨粉(石磨、輥式磨、微粉磨)→玉米粉。

1.3.2 理化特性測定

水分含量測定參照GB 5009.3—2016，采用105 ℃直接干燥法測定?；曳趾繙y定參照AACC 08—01。破損淀粉測定參照GB/T 31577—2015，使用損傷淀粉測定儀進(jìn)行測定。

總淀粉含量的測定參考戰(zhàn)海楓等[15]的旋光儀法?？偟矸酆堪词?1)計算。

(1)

1.3.3 溶解度與膨脹力測定

參考朱文昌等[16]的方法并略加修改：稱取1 g(干基)玉米粉放入恒質(zhì)量的離心管中，加純水定容至50 mL，在振動搖床上80 ℃加熱30 min后，4 000 r/min離心20 min，將上清液倒在恒質(zhì)量的鋁盒中，于105 ℃烘至恒質(zhì)量，得到被溶解玉米粉質(zhì)量，溶解度按式(2)計算。對離心管中膨脹玉米粉稱質(zhì)量，膨脹力按式(3)計算。

(2)

(3)

式中：S為玉米粉的溶解度，%；m1為水溶玉米粉的質(zhì)量，g；m2為膨脹玉米粉的質(zhì)量，g；m為玉米粉的質(zhì)量，g；E為玉米粉的膨脹力，%。

1.3.4 持水力測定

參照AACC 56—20的方法，持水力按式(4)計算。

(4)

式中：W為玉米粉的持水力，g/g；m3為沉淀的質(zhì)量，g；m為玉米粉的質(zhì)量，g。

1.3.5 透光度測定

參考龔魁杰等[17]的方法，稱取一定量樣品配成0.5%的粉乳，在沸水浴中加熱15 min，冷卻至25 ℃搖勻后，以蒸餾水作參比，用分光光度計在650 nm波長下測定玉米粉糊的透光度。

1.3.6 粒度測定

在激光粒度儀的遮光率為15%時進(jìn)行粒度測定。跨度按式(5)計算。

(5)

式中：D10、D50、D90分別為累計分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到10%、50%和90%時對應(yīng)的粒徑，μm。

1.3.7 色澤測定

使用色差計對物料色澤進(jìn)行測定，記錄L*(亮度)、a*(紅綠度)、b*值(黃藍(lán)度)。

1.3.8 玉米粉糊化特性測定

參照GB/T 24853—2010測定。

1.3.9 玉米粉糊的動態(tài)流變特性測定

參照劉婷婷等[18]的方法測定，設(shè)置哈克流變儀的參數(shù)：平板模具直徑為25 mm，間隙為1 mm，室溫為25 ℃，應(yīng)變?yōu)?%，掃描頻率范圍為0.1～10 Hz。根據(jù)樊紅秀等[19]的方法，將G′和G″屬性曲線擬合為式(6)和(7)的冪函數(shù)模型。

G′=K′×αn′，

(6)

G″=K″×αn″，

(7)

式中：G′為彈性模量，Pa；α為掃描頻率，Hz；G″為黏性模量，Pa；K′、K″、n′、n″為常數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016、SPSS 20.0、Origin 2018進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米粉的理化指標(biāo)

由表1可知，不同磨粉方式對玉米粉的水分影響差異顯著，玉米糝經(jīng)微粉磨研磨后水分損失最大，輥式磨次之，經(jīng)石磨研磨后水分散失最小，這是因為玉米在粉碎時機(jī)械力會產(chǎn)生一定的熱量，促使樣品水分散失，微粉磨工作時產(chǎn)熱比輥式磨和石磨多，導(dǎo)致玉米粉水分散失最多。玉米粉灰分含量由高到低的磨粉方式依次為石磨、微粉磨、輥式磨，總淀粉含量則相反，這是由于石磨是皮心混磨的研磨方式，超微粉碎是將物料全部入粉，因此兩種研磨方式的玉米粉灰分含量較高，總淀粉含量相對較低。石磨玉米粉的破損淀粉含量顯著低于輥式磨和微粉磨的，這是因為石磨磨粉機(jī)的轉(zhuǎn)速低，能保護(hù)糧食籽粒中的營養(yǎng)物質(zhì)不受到破壞，微粉磨和輥式磨帶來的錘擊、剪切等機(jī)械力較強(qiáng)，玉米粉破碎程度高從而導(dǎo)致破損淀粉含量較高。

表1 不同磨粉方式玉米粉的理化指標(biāo)Table 1 Physicochemical indexes of corn flour with different grinding methods

2.2 玉米粉的水合特性

溶解度、膨脹力、持水力和透明度是反映玉米粉加工品質(zhì)的重要指標(biāo)[20]。由圖1可知，石磨、輥式磨所得玉米粉樣品的溶解度沒有顯著差異，微粉磨的溶解度最小，王麗靜[21]的研究表明，石磨蕎麥粉的溶解度最大，粉制品糊湯最嚴(yán)重，這預(yù)示著石磨和輥式磨的玉米深加工產(chǎn)品在蒸煮過程中糊湯現(xiàn)象較嚴(yán)重。3種磨粉方式膨脹力的順序為輥式磨>微粉磨>石磨，曾潔等[22]的研究表明玉米粉粒度越大膨脹力越小，由于石磨玉米粉的粒度最大，所以膨脹力最小。微粉磨玉米粉粒度最小，吸水膨脹后相互間產(chǎn)生的阻力增大，阻礙了粉體膨脹[23]，所以膨脹力小于輥式磨玉米粉。石磨、輥式磨所得玉米粉樣品的透明度沒有顯著差異，微粉磨的透明度最大，這是因為微粉磨玉米粉粒度更小、更均勻。石磨、輥式磨所得玉米粉樣品的持水力沒有顯著差異，微粉磨玉米粉的持水力最大，說明超微粉碎可以顯著提高樣品的持水能力，防止水分在熱加工過程中的散失，延緩淀粉失水老化。

注：同一指標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖1 不同磨粉方式玉米粉的水合特性Fig.1 Hydration properties of corn flour with different grinding methods

2.3 玉米粉的粒度及分布

由表2可知，微粉磨玉米粉D10、D50、D90都是最小的，說明微粉磨玉米粉在不同體積范圍粒徑都是最小的。不同磨粉方式玉米粉的跨度差異顯著，跨度表示粒徑分布的寬度，跨度越小，粒度分布越窄，越均勻；跨度越大,粒度越分散。石磨粉的跨度最大，輥式磨次之，微粉磨最小。由圖2可知，經(jīng)過微粉磨所得玉米粉小粒徑的體積分?jǐn)?shù)明顯大于石磨和輥式磨，微粉磨玉米粉粒徑分布范圍最窄(3.55～98.10 μm)，輥式磨玉米粉次之(5.21～310.00 μm),石磨玉米粉粒徑分布范圍最廣(4.03～454.00 μm)，說明超微粉碎的玉米粉粉體很細(xì)且粒徑分布較均勻，石磨玉米粉粉體顆粒較大且分布不均勻。

表2 不同磨粉方式玉米粉的粒徑Table 2 Particle size of corn flour with different grinding methods

圖2 不同磨粉方式玉米粉的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of corn flour with different grinding methods

2.4 玉米粉的色澤

由表3可知，石磨和輥式磨玉米粉L*無顯著差異，微粉磨玉米粉L*最大，說明亮度最大，這是因為顆粒越小，其相對表面積越大，反光效果就越好[24]。玉米粉的顏色對其加工產(chǎn)品的色澤有較大影響，超微玉米粉因亮度最高可能更容易被消費者接受。3種磨粉方式玉米粉的b*都為正值，說明粉體都為黃色，不同磨粉方式對玉米粉顯黃程度有顯著性差異，輥式磨玉米粉顯黃程度最大，微粉磨次之，石磨的顯黃程度最小。石磨玉米粉的a*顯著高于另外兩種，且輥式磨和微粉磨玉米粉的a*無顯著差異。

表3 不同磨粉方式玉米粉的色澤Table 3 Color of corn flour with different grinding methods

2.5 玉米粉的糊化特性

由表4可知，微粉磨玉米粉的峰值黏度、谷值黏度最大，輥式磨玉米粉次之，石磨玉米粉的最小，這是因為不同磨粉方式的玉米粉粒度大小不同導(dǎo)致黏度有顯著性差異，粒度越小，黏度越大。彭國泰[25]的研究表明黏度的升高與破損淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、顆粒吸水膨潤率和淀粉顆粒位阻的增大有關(guān)。鄭學(xué)玲等[26]的研究表明峰值黏度顯著影響面條制品的品質(zhì)，峰值黏度越高，面條制品品質(zhì)越好，因此超微粉磨玉米粉制品的品質(zhì)和口感可能更好。衰減值反映了粉糊的熱穩(wěn)定性，石磨玉米粉的衰減值最低，說明其粉糊熱穩(wěn)定性最好，微粉磨玉米粉衰減值最大，說明其粉在熱加工過程中黏度變化較大，粉糊熱穩(wěn)定性差[27]。輥式磨玉米粉的回生值最小，說明其老化程度低，石磨和微粉磨玉米粉回生值沒有顯著性差異。輥式磨可以顯著降低玉米粉的糊化溫度，其他兩種磨粉方法對玉米粉糊化溫度影響不顯著。

表4 不同磨粉方式玉米粉的糊化特性Table 4 Gelatinization characteristics of corn flour with different grinding methods

2.6 玉米粉糊的動態(tài)流變特性

由圖3可知，隨著掃描頻率的增加，玉米粉糊的G′和G″都呈增大趨勢。3種磨粉方式的玉米粉糊在低頻率區(qū)(0.1～1.0 Hz)和高頻區(qū)(1～10 Hz)的G′都大于G″，表現(xiàn)出類似于固體的黏彈性特征。石磨玉米粉糊的G′和G″都是最小的。tanδ是G″與G′的比值，表征面團(tuán)黏彈性，tanδ<1表示樣品為固體且彈性為主要特征，tanδ>1表示樣品為黏稠的液體且以黏性為主[28]。由圖4可知，tanδ始終小于1，說明3種磨粉方式所得玉米粉粉糊為固體且以彈性為主，隨著掃描頻率的增加，輥式磨和石磨玉米粉糊tanδ變化不顯著，微粉磨玉米粉糊tanδ呈減小趨勢，卻是3種磨粉方式中最高的，說明微粉磨玉米粉糊具有更高的黏彈性。用冪函數(shù)模型對圖3中的曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果如表5所示。由表5可知，R2在0.901～0.992之間，說明方程與曲線有較好的相關(guān)性。K′的變化范圍大于K″，說明玉米粉糊彈性模量的變化幅度大于黏性模量。

圖3 不同磨粉方式玉米粉糊的彈性模量(G′)和黏性模量(G″)隨頻率的變化曲線Fig.3 Variation curves of elastic modulus G′ and viscous modulus G″ of corn flour with different grinding methods with frequency

圖4 不同磨粉方式玉米粉糊損耗角正切值隨頻率的變化曲線Fig.4 Variation curve of tangent value of corn flour loss angle with different grinding methods

表5 不同磨粉方式玉米粉糊G′和G″與掃描頻率曲線的冪函數(shù)模型參數(shù)Table 5 Power function model parameters of G′ and G″ angular frequency curves of corn flour with different grinding methods

3 結(jié)論

3種磨粉方式中石磨得到的玉米粉粒徑最大，破損淀粉最少且黏彈性最??；采用輥式磨比微粉磨制出的玉米粉粒徑、溶解度、膨脹力大；微粉磨玉米粉粒徑最小，玉米粉的亮度、透明度、持水力、峰值黏度和谷值黏度最大。對于不同磨粉方式的玉米粉糊，彈性模量、黏性模量與掃描頻率呈冪函數(shù)關(guān)系。彈性模量和黏性模量隨著掃描頻率的增大而增大，石磨玉米粉糊的彈性模量和黏性模量都是最小的。3種磨粉方式的玉米粉糊在掃描頻率為0.1～10 Hz的彈性模量都大于黏性模量，表現(xiàn)出類似于固體的黏彈性特征，微粉磨玉米粉糊具有更高的黏彈性。因此，可以根據(jù)玉米粉的用途選擇磨粉方式，石磨適用于對產(chǎn)品色澤和效率要求不高，對水分和破損淀粉含量要求高的產(chǎn)品生產(chǎn)，輥式磨適用于飼料用粉、次粉、食用玉米粉、玉米小糝、細(xì)糝的聯(lián)合加工生產(chǎn)，微粉磨適用于對粒度和顏色要求較高的高檔玉米粉的生產(chǎn)。