調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)對小麥粉飼用品質(zhì)的影響

■黃傲蒙 穆玉云 徐建雄

(1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 201101；2.上海新農(nóng)飼料股份有限公司，上海 201613)

小麥自古以來就是我國北方居民的主要糧食。目前，在我國，小麥主要用作糧食，制作成面類食品，只有少量用作飼料加工,在歐洲北部一些產(chǎn)麥區(qū)和日本，小麥用作飼用的量較大。但近年來，隨著玉米價格的不斷升高，小麥作為飼料原料的呼聲越來越高。目前國內(nèi)外關(guān)于粉碎、制粒、膨化加工谷物的研究較多，且多以玉米為參照，張祥等研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，壓力環(huán)直徑越大，玉米糊化度越高。Nussio(1997)研究發(fā)現(xiàn)，對奶牛飼喂蒸汽壓片玉米時，與粉碎玉米相比，提高了淀粉消化率，但是降低了粗纖維消化率。單獨對調(diào)質(zhì)工藝的研究甚少。蒸汽調(diào)質(zhì)可以使蒸汽與物料充分接觸，增加物料水分，提高物料溫度，達(dá)到軟化物料的作用，同時殺滅有害細(xì)菌，提高物料淀粉糊化度，在飼料加工過程中經(jīng)常用到。調(diào)質(zhì)效果的好壞直接影響產(chǎn)品加工的品質(zhì)。調(diào)制過程中，蒸汽壓力、喂料速度、原料粒度是影響調(diào)質(zhì)效果的主要變量，本文主要針對這幾種參數(shù)的變化對調(diào)質(zhì)工藝特性展開研究，旨在討論調(diào)質(zhì)工藝對小麥飼用品質(zhì)的影響，幫助解決小麥在飼料加工中的一些難題。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為小麥。

1.2 儀器與設(shè)備

L500型臺式低速離心機(jī)（湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司）；海能K940自動凱氏定氮儀（濟(jì)南海能儀器股份有限公司）；752N紫外可見分光光度計（海精密科學(xué)儀器有限公司）；HWS系列電熱恒溫水浴鍋（上?；厶﹥x器制造有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 檢測方法

1.3.1.1 水分的測定

飼料中水分的測定：GB/T 6435-2014。

1.3.1.2 蛋白溶解度的測定

粗蛋白含量的測定：GB/T5511-1985，使用全自動定氮儀測定。

稱取豆粉1.5 g，倒入75 ml 0.2%KOH溶液，攪拌15 min。2 700 r/min離心10 min。取上清液15 ml，用凱氏定氮法測定其粗蛋白質(zhì)含量。

蛋白質(zhì)溶解度（%）=試樣中可溶性蛋白質(zhì)的含量/試樣中粗蛋白質(zhì)的含量×100。

1.3.1.3 糊化度的測定

淀粉糊化度的測定按照簡易酶法（熊易強(qiáng)，2000）測定。

1.3.2 試驗設(shè)計

1.3.2.1 喂料速度對小麥粉品質(zhì)的影響

表1 喂料速度試驗設(shè)計

根據(jù)預(yù)試驗，選定蒸汽壓力0.4 MPa、原料粒度2.0 mm。設(shè)計喂料速度為8、12、16、20、24 r/min。以物料水分、蛋白溶解度、糊化度為參考指標(biāo)，討論喂料速度對小麥粉調(diào)質(zhì)后品質(zhì)的影響。

1.3.2.2 蒸汽壓力對小麥粉品質(zhì)的影響

表2 蒸汽壓力試驗設(shè)計

選定原料粒度2.0 mm、喂料速度16 r/min。設(shè)計蒸汽壓力為0.2、0.3、0.35、0.4、0.45 MPa。以物料水分，蛋白溶解度，糊化度為參考指標(biāo)，討論喂料速度對小麥粉調(diào)制后品質(zhì)的影響。

1.3.2.3 原料粒度對小麥粉品質(zhì)的影響

表3 原料粒度試驗設(shè)計

選定蒸汽壓力0.4 MPa、喂料速度16 r/min。設(shè)計原料粒度為1.2、1.5、2.0、2.5、3.0 mm。以物料水分、蛋白溶解度、糊化度為參考指標(biāo)，討論喂料速度對小麥粉調(diào)制后品質(zhì)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 喂料速度對小麥粉飼用品質(zhì)的影響

圖1 喂料速度對小麥粉水分含量的影響

由圖1可以看出，物料水分隨著喂料速度的增加呈下降趨勢，當(dāng)喂料速度從8 r/min增加到24 r/min時物料水分從18.77%降低到15.89%。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是隨著喂料速度的不斷增加，相同時間進(jìn)入調(diào)質(zhì)器的物料增多，而蒸汽量不變，導(dǎo)致接觸的蒸汽量變少，所以水分含量會降低。

由圖2、圖3可以看出，小麥粉蛋白溶解度隨著喂料速度的增加先升高后趨于緩和，糊化度隨著喂料速度的增加而降低。當(dāng)喂料速度從8 r/min增加到24 r/min時，蛋白溶解度則從50.48%上升到75.09%，最后略微下降，糊化度從40.65%下降到13.66%。主要原因是隨著喂料速度的不斷增加，同時進(jìn)入調(diào)制器的物料增多，接觸的蒸汽量減少，溫度下降，蛋白變性程度降低，蛋白溶解度升高。隨著喂料速度的增加，溫度下降，水分也在下降，胡友軍等研究發(fā)現(xiàn)，水分也是影響淀粉糊化度的重要因子之一，所以小麥粉的糊化度也降低。

圖2 喂料速度對小麥粉蛋白溶解度的影響

圖3 喂料速度對小麥粉糊化度含量的影響

通過以上試驗數(shù)據(jù)綜合考慮喂料速度為16 r/min調(diào)制效果相對較好一些。

2.2 蒸汽壓力對小麥粉品質(zhì)的影響

圖4 蒸汽壓力對小麥粉調(diào)制后水分的影響

由圖4可以看出，當(dāng)蒸汽壓力從0.2 MPa增加到0.45 MPa時，物料水分從14.87%增加至17.46%，當(dāng)蒸汽壓力為0.4 MPa時，物料水分略微下降，然后又升高。當(dāng)其他條件不變時，蒸汽對物料的作用有兩個，一是提供熱量和水分，蒸汽壓力越大，提供的蒸汽量就越多，物料溫度升高，水分增加。另一方面蒸汽的壓力對物料有一定的推進(jìn)作用，豆洪啟對大豆的調(diào)制中也發(fā)現(xiàn)，隨著蒸汽壓力的增加，調(diào)制時間減少。時間變短就不利于水分的吸收。但總體來看，隨著蒸汽壓力的增壓物料水分增加。

圖5 蒸汽壓力對小麥粉蛋白溶解度的影響

圖6 蒸汽壓力對小麥粉糊化度含量的影響

由圖5可以看出，當(dāng)蒸汽壓力從0.2 MPa增加到0.45 MPa時，小麥粉的蛋白溶解度先降低后有所升高。先從0.2 MPa的78.05%開始下降，當(dāng)蒸汽壓力為0.4 MPa時，蛋白溶解度最低，為67.11%，然后略有升高至72.77%。由圖6可以看出，隨著蒸汽壓力的不斷增加，小麥粉的糊化度出先升高后下降。當(dāng)蒸汽壓力為0.35 MPa時小麥粉的糊化度最高，為24.55%。蒸汽壓力不斷增加，物料吸收水分和熱量也不斷加大，溫度升高，糊化度增加，達(dá)到蛋白變性溫度，蛋白變性程度增加，水溶性蛋白減少，蛋白溶解度降低。但蒸汽壓力對物料有一定的推進(jìn)作用，使物料接觸蒸汽時間變短，吸收的熱量減少，蛋白變性程度降低，所以溶解度升高。同時蒸汽壓力越大，小麥粉吸收的水分和熱量越多表面越黏稠，熱量越難傳到里面，糊化度也開始降低。

根據(jù)以上試驗數(shù)據(jù)綜合分析，當(dāng)蒸汽壓力為0.35 MPa時，調(diào)質(zhì)效果較好。

2.3 原料粒度對小麥粉品質(zhì)的影響

圖7 原料粒度對小麥粉水分的影響

通過圖7可以看出，當(dāng)原料粒度從1.2 mm增加到3.0 mm時，物料水分從18.2%下降到17.11%。粉狀物質(zhì)吸收蒸汽水分時，粉狀物顆粒越大，中心區(qū)域越難軟化，粉料吸收水分就越少。

圖8 原料粒度對小麥粉蛋白溶解度的影響

調(diào)質(zhì)過程本身就是一個熱傳導(dǎo)的過程，小麥粉不斷吸收蒸汽的水分和熱量。當(dāng)粉料物粒徑增大，蒸汽的水分和熱量就越難傳遞到物料的中心，吸收的水分和熱量越少，蛋白變性程度就越低，蛋白溶解度越高。由于小麥粉面粉含量較高，當(dāng)粉碎過細(xì)，粒徑太小，遇到水蒸氣就可能會產(chǎn)生結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象，將里面的物料包裹起來，劉強(qiáng)等研究也發(fā)現(xiàn)，隨著小麥粉粒度的減小，其黏度上升，水分和熱量就很難傳到中心。圖8顯示，小麥粉的蛋白溶解度在粒徑為1.2～2.0 mm時出現(xiàn)波動，可能就是粒徑大小與結(jié)團(tuán)現(xiàn)象的綜合表現(xiàn)，當(dāng)粒徑增大，在2.0～3.0 mm之間時結(jié)團(tuán)現(xiàn)象消失，蛋白溶解度出現(xiàn)上升的趨勢。通過圖9可知，小麥粉的糊化度隨著原料粒度的增加先升高后降低。當(dāng)原料粒度為2.5 mm時糊化度出現(xiàn)最大值，為24.48%。

圖9 原料粒度對小麥粉糊化度的影響

通過以上試驗數(shù)據(jù)分析，當(dāng)原料粒度為2.5 mm時調(diào)制效果較好。

3 結(jié)論

由于小麥粉中面筋含量較高，當(dāng)蒸汽壓力過高或原料粒度過細(xì)時都會產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，使熱量和水分很難到達(dá)中心區(qū)域。而調(diào)質(zhì)的本質(zhì)就是攪拌和熱傳遞的過程，不同參數(shù)的改變所產(chǎn)生的交互作用影響著物料的特性。通過單因素試驗，分別得出當(dāng)喂料速度為16 r/min、蒸汽壓力為0.35 MPa、原料粒度為2.5 mm時調(diào)質(zhì)效果較好。且都出現(xiàn)了相應(yīng)的拐點，為采用響應(yīng)曲面法進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)制工藝參數(shù)提供了依據(jù)。