小麥麩皮超微粉碎技術(shù)研究進(jìn)展

程 敏，劉保國，王 攀，趙 耿

（河南工業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

小麥麩皮超微粉碎技術(shù)研究進(jìn)展

程 敏，劉保國*，王 攀，趙 耿

（河南工業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

超微粉碎技術(shù)是提高小麥麩皮營養(yǎng)成分和經(jīng)濟(jì)價值的重要技術(shù)手段。小麥麩皮經(jīng)超微粉碎后能夠使外果皮、中間層的纖維狀細(xì)胞裂解和糊粉層細(xì)胞破壁，從而改善膳食纖維的營養(yǎng)特性，充分釋放細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)成分，為小麥麩皮深度開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。首先對小麥麩皮超微粉碎的基本內(nèi)涵進(jìn)行闡述，指出小麥麩皮破碎性能與機理、粉碎方法與設(shè)備、粉體特性及應(yīng)用三者之間的內(nèi)在關(guān)系。其次分析小麥麩皮的組織結(jié)構(gòu)對力學(xué)性能的影響，揭示麩皮超微粉碎的破碎機理以及低溫粉碎技術(shù)對麩皮超微粉碎性能的改進(jìn)。再次綜述超微粉碎常用方法及設(shè)備在麩皮超微加工過程中的應(yīng)用情況，并指出低溫振動破碎方法的優(yōu)越性。然后綜述超微粉碎對麩皮理化特性和食用特性的影響。最后指明當(dāng)前小麥麩皮超微粉碎存在的問題并對未來的研究方向進(jìn)行了展望。

小麥麩皮；超微粉碎；粉碎設(shè)備；破碎機理

0 引言

超微粉碎技術(shù)（Superfine/Ultrafine grinding technology）是20世紀(jì)60年代末70年代初發(fā)展起來的一項跨學(xué)科、跨行業(yè)的物料細(xì)微化加工新技術(shù)[1]。我國關(guān)于超微粉碎技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代，目前總體研究水平與美、德、日等國相比，存在一定差距，尤其在超微粉碎基礎(chǔ)理論研究方面[1-2]。利用超微粉碎技術(shù)生產(chǎn)的物料微粒具有良好的溶解性、分散性、吸附性和化學(xué)反應(yīng)活性等，被譽為“21世紀(jì)新材料”，已被廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)藥、染料、涂料、電子及航空航天等諸多領(lǐng)域[3]。近年來，該技術(shù)在食品加工領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用與研究[4-5]，并在2016年7月28日國務(wù)院發(fā)布的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中作為一項食品加工共性技術(shù)被提出，希望在“十三五”期間得到重大發(fā)展與突破。

小麥?zhǔn)俏覈钪匾霓r(nóng)作物，是三大谷物中作為糧食食用率最高的谷物。在實際的小麥制粉工藝中，通常將提取胚和胚乳后的殘留物統(tǒng)稱為麩皮，一般是指小麥籽粒的外皮層和糊粉層，此部分占籽粒的22%～25%[6]。麩皮中含有較豐富的淀粉酶系、蛋白質(zhì)、膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，應(yīng)用范圍較廣泛[7-9]。在醫(yī)療保健方面，是預(yù)防高血壓、Ⅱ型糖尿病、高血脂、冠心病等現(xiàn)代人“文明病”的重要食療資源；在食品加工方面，可以發(fā)酵生產(chǎn)醬油、制醋、釀酒，也可以添加到食品物料中開發(fā)麩皮食品；在生物化工方面，可以提取纖維素、糖類、酶類、酸類、維生素等化合物。據(jù)統(tǒng)計，我國每年麩皮產(chǎn)量達(dá)到2 000萬t以上，但目前多數(shù)面粉廠家還是將麩皮直接賣給飼料廠，很少深度開發(fā)利用[10]。這不僅造成麩皮附加值和經(jīng)濟(jì)效益的低水平，還極大浪費了麩皮中的營養(yǎng)成分。

目前，利用超微粉碎技術(shù)對小麥麩皮進(jìn)行超微加工已成為其深度開發(fā)利用的重要技術(shù)手段。由于麩皮纖維組織和細(xì)胞結(jié)構(gòu)在超微粉碎中發(fā)生斷裂，營養(yǎng)成分充分釋放，不僅提高了麩皮的營養(yǎng)保健潛力，還可作為生物化工的起始原料，高效提取各類化合物。另外，隨著我國有機小麥的種植和發(fā)展，對有機小麥麩皮進(jìn)行超微粉碎每年將會產(chǎn)生數(shù)百億元的經(jīng)濟(jì)效益。因此，開展小麥麩皮超微粉碎的研究具有重要意義。本文首先從超微粉碎加工過程的角度闡述小麥麩皮超微粉碎的基本內(nèi)涵，主要包括小麥麩皮的破碎性能與機理、粉碎方法與設(shè)備、粉體特性及應(yīng)用等3個方面，然后分別詳細(xì)綜述了這3個方面的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，最后指明當(dāng)前小麥麩皮超微粉碎存在的問題并對未來的研究方向進(jìn)行了展望。

1 小麥麩皮超微粉碎的基本內(nèi)涵

電鏡掃描結(jié)果顯示，小麥麩皮由外果皮、內(nèi)果皮、種皮、透明層和糊粉層等結(jié)構(gòu)層組成。其中，內(nèi)果皮、種皮和透明層粘連在一起，一般被整體稱為中間層[6，11]。小麥麩皮超微粉碎一般是指利用機械或流體動力方法將0.5～5 mm的麩皮粉碎至10～25 μm 以下的加工過程[1，3]。通過超微粉碎可以實現(xiàn)麩皮糊粉層細(xì)胞壁的裂解，有助于細(xì)胞中營養(yǎng)成分的高效釋放、富集，便于提取和深度利用；也可以實現(xiàn)外果皮和中間層纖維狀細(xì)胞組織的斷裂，有助于改善麩皮食品的適口性，增強麩皮的食用特性，提高麩皮的附加值。

從時間邏輯上來看，小麥麩皮超微粉碎的加工過程可分為粉碎前、粉碎中、粉碎后3個階段，分別對應(yīng)小麥麩皮超微加工的破碎性能與機理、粉碎方法與設(shè)備、粉體特性及應(yīng)用等主要研究內(nèi)容。破碎性能與機理是選擇超微粉碎方法與設(shè)備的重要理論依據(jù)，而粉碎方法與設(shè)備是影響粉體特性及應(yīng)用的重要因素，破碎性能與機理又是制約粉體功能特性和應(yīng)用性能的關(guān)鍵要素。三者之間相互聯(lián)系、互為因果，共同制約著小麥麩皮超微粉碎的品質(zhì)與效率，其關(guān)系如圖1所示。

圖1 小麥麩皮超微粉碎技術(shù)的主要研究內(nèi)容Fig.1 Main research contents of superfine grinding technology of wheat bran

破碎性能與機理（粉碎前）主要研究小麥麩皮獨特的組織結(jié)構(gòu)帶來的物理特性與破碎形式、粉碎過程、粉碎能耗之間的內(nèi)在關(guān)系，屬于超微粉碎基礎(chǔ)理論的研究范疇。通過研究小麥麩皮的結(jié)構(gòu)特性可以準(zhǔn)確把握麩皮的破碎性能和破碎機理，為選擇最佳的超微粉碎方法、粉碎設(shè)備與工藝提供理論依據(jù)。充分認(rèn)識小麥麩皮的組織結(jié)構(gòu)與特性，發(fā)展小麥麩皮超微粉碎基礎(chǔ)理論，是制備麩皮微粉、研制專用粉碎設(shè)備的前提。但當(dāng)前缺乏對麩皮物理特性與細(xì)胞破碎機理及破碎方法內(nèi)在關(guān)聯(lián)的深入研究。

粉碎方法與設(shè)備（粉碎中）主要探討小麥麩皮超微粉碎過程中粉碎與分級設(shè)備的優(yōu)選、應(yīng)用和改進(jìn)，以及加工工藝的設(shè)計、優(yōu)化等問題，屬于超微粉體制備的研究范疇。粉碎設(shè)備是制定粉碎工藝的基礎(chǔ)依據(jù)，而粉碎工藝是影響粉體特性與應(yīng)用性能最直接的因素。選擇粉碎方法與設(shè)備時應(yīng)以粉體特性及應(yīng)用為目標(biāo)，以破碎性能與機理為理論依據(jù)。現(xiàn)階段，圍繞超微粉碎設(shè)備的功能、特性及其應(yīng)用的研究成果較多，在小麥麩皮超微粉碎方面也有成功應(yīng)用案例，但未見針對小麥麩皮超微粉碎方法與工藝優(yōu)選的研究報道。

粉體特性及應(yīng)用（粉碎后）主要涉及小麥麩皮經(jīng)超微粉碎后所呈現(xiàn)的獨特功能特性及其對麩皮應(yīng)用性能的影響。將麩皮微粉作為食品原料應(yīng)用到食品加工中是超微粉碎小麥麩皮的最終目標(biāo)之一。鑒于麩皮微粉優(yōu)良的理化特性和食用特性，將麩皮微粉回添到面粉中制成全麥粉，已成為獲得全麥粉的主要途徑。這是目前國內(nèi)外研究的熱點問題。當(dāng)前主要采用對比分析方法研究超微粉碎前后粉體的功能特性以及對麩皮食品食用性能的影響，主要解決小麥麩皮超微粉碎的科學(xué)意義及研究價值問題。

2 小麥麩皮超微粉碎的破碎性能與機理

2.1 小麥麩皮的組織結(jié)構(gòu)與特性

近年來，國內(nèi)外學(xué)者繼續(xù)深入研究小麥麩皮的組織結(jié)構(gòu)及特性[11-12]，研究結(jié)果進(jìn)一步表明小麥麩皮外果皮、中間層和糊粉層形態(tài)結(jié)構(gòu)差異顯著[6，11]。外果皮由于缺少連續(xù)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，形成天然斷裂層。中間層由縱橫交錯的橫向細(xì)胞和管狀細(xì)胞組成，均為二倍體纖維狀細(xì)胞。橫向細(xì)胞呈長圓柱形，大小約為 125 μm×20 μm，其長軸與籽粒長軸垂直，細(xì)胞排列緊密，中間無間隙。管狀細(xì)胞與橫向細(xì)胞大小基本一致，但與籽粒長軸平行排列，排列不緊密，中間有空隙。糊粉層則由單層、厚實的三倍體活細(xì)胞組成，是小麥細(xì)胞授粉發(fā)育成的真谷物細(xì)胞。糊粉層細(xì)胞由細(xì)胞壁包裹細(xì)胞內(nèi)容物構(gòu)成，呈長方體，大小為 35～50 μm，其細(xì)胞內(nèi)容物中包含直徑為0.25～3.5 μm的脂肪磷脂球和蛋白碳水化合物微粒。而非糊粉層細(xì)胞幾乎不含內(nèi)容物，其細(xì)胞壁主要由阿拉伯木聚糖、纖維素和木質(zhì)素組成，多糖分子間由阿魏酸脫氫聚體聯(lián)接[13]。糊粉層細(xì)胞壁厚3～4 μm，主要由葡聚糖和木聚糖等纖維素構(gòu)成，其中不溶性與可溶性膳食纖維的比例為9∶1。由于小麥麩皮各結(jié)構(gòu)層纖維含量較高，物理特性表現(xiàn)出韌性大、脆性小的特點。因此，普遍認(rèn)為小麥麩皮屬于各向異性的柔韌性物料。

2.2 小麥麩皮的力學(xué)特性與破碎形式

小麥麩皮的力學(xué)特性直接影響超微粉碎的效率和粉體質(zhì)量，通常表現(xiàn)在強度和韌性方面。當(dāng)然，硬度和脆性也會影響強度和韌性指標(biāo)以及粉碎效果。

小麥麩皮各結(jié)構(gòu)層的細(xì)胞組織不同，其力學(xué)特性也有較大的差異。陳中偉[11]測試了麩皮外果皮、中間層和糊粉層等結(jié)構(gòu)層常溫下的力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)外果皮主要表現(xiàn)出彈性應(yīng)變過程，幾乎無塑性應(yīng)變過程；而中間層和糊粉層的應(yīng)力應(yīng)變曲線較為接近，主要表現(xiàn)出塑性應(yīng)變過程。這與Antoine等[12]的研究結(jié)果一致。在縱向上，外果皮的彈性應(yīng)力和應(yīng)變均大于中間層和糊粉層。而在徑向上，中間層的極限應(yīng)變和極限應(yīng)力均大于糊粉層和外果皮。這可能因為各結(jié)構(gòu)層的細(xì)胞方向不同造成的。因此，也可以將小麥麩皮看成是一種由三種力學(xué)性質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)層組成的三維復(fù)合材料，其破碎形式比較復(fù)雜。

物料超微粉碎的基本形式主要有彎曲折斷、壓碎、剪切破壞。從理論上來說，對于柔韌性物料不易撞擊，而用剪切研磨比較合適。對于脆硬性物料不易剪碎，而用沖擊性的折斷或壓碎比較有效。從粉碎過程來看，柔韌性物料很大部分的變形不能起到破碎作用，而脆硬性物料在變形很小的情況下就會產(chǎn)生破碎作用。由于變形需要消耗能量，變形越大，消耗能量越大[4]。因此，從粉碎能耗來看，在相同粒度及其分布要求下，柔韌性物料比脆硬性物料耗能更多。小麥麩皮屬于柔韌性物料，根據(jù)粉碎機理，應(yīng)采用以剪切為主的破碎形式，但目前也有采用彎曲折斷、壓碎等屬于脆硬性物料的破碎形式。事實上，任何超微粉碎方法或設(shè)備往往兼具兩種或兩種以上的粉碎形式。如果利用物料低溫脆化特性對小麥麩皮的力學(xué)特性進(jìn)行改造，增強脆硬性，使之更加適合脆硬性物料超微粉碎設(shè)備的性能要求，將有利于小麥麩皮大規(guī)模、低成本超微加工。為此，采用低溫粉碎技術(shù)對小麥麩皮進(jìn)行細(xì)微化處理極有發(fā)展前景。

2.3 小麥麩皮的低溫粉碎技術(shù)

低溫粉碎技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)初，美國早在1929年就有干冰與球磨機進(jìn)行低溫粉碎的加工專利技術(shù)，日本在1955年隨著液氮大量生產(chǎn)開始進(jìn)行低溫粉碎技術(shù)的研究。20世紀(jì)80年代，日本開始對食品低溫冷凍粉碎進(jìn)行研究。隨后，美國、歐洲及我國也進(jìn)行了一些開發(fā)研究。2000年以后，國內(nèi)外一些學(xué)者開始將低溫粉碎技術(shù)用于小麥麩皮的超微粉碎。陳慧等[14]在研究利用超微粉碎小麥麩皮制備全麥粉時，發(fā)現(xiàn)小麥麩皮在-10℃的工況下粉碎效果最佳。黃晟等[15]在對比研究超微及冷凍粉碎對麥麩膳食纖維理化性質(zhì)的影響時，發(fā)現(xiàn)超微及冷凍粉碎后膳食纖維的聚合物結(jié)晶狀態(tài)未發(fā)生改變，超微粉碎3 h和冷凍粉碎3 h的平均粒徑分別為 20.861 μm 和 13.382 μm，說明在獲得相同粒度的前提下，冷凍超微粉碎效率更高，粉碎效果更好。Meghwal等[16]研究發(fā)現(xiàn)常溫粉碎比低溫粉碎需要更多的電力及特殊能量，同時還發(fā)現(xiàn)低溫粉碎產(chǎn)生的顆粒較細(xì)，具有更高的揮發(fā)性油狀物含量，其粉末具有較好的新鮮度、較低的白度指數(shù)以及較高的黃度指數(shù)。以上研究均表明，利用小麥麩皮的低溫脆化特性進(jìn)行超微粉碎加工麩皮微粉是可行的、經(jīng)濟(jì)的，但目前在小麥麩皮最佳低溫脆化溫度、冷媒消耗量影響因素等方面還未開展細(xì)致的理論和實驗研究。低溫脆化對麩皮力學(xué)特性的影響還未開展系統(tǒng)研究，而這正是能否實現(xiàn)低溫超微粉碎的關(guān)鍵。

3 小麥麩皮超微粉碎的加工方法與設(shè)備

小麥麩皮的超微粉碎離不開超微粉碎加工設(shè)備。常用的超微粉碎方法主要有濕法加工和干法加工兩大類。干法加工用到的設(shè)備主要有球磨機、氣流磨機、振動磨機、沖擊粉碎機、超聲波粉碎機等；濕法加工用到的設(shè)備主要有膠體磨、均質(zhì)機等[17]。當(dāng)然，有些干法粉碎設(shè)備也可用于濕法加工。與干法相比，濕法加工需要進(jìn)行脫水、干燥等環(huán)節(jié)[4]。如果考慮節(jié)能降耗，最好采用干法粉碎設(shè)備進(jìn)行超微粉碎加工[18]。

目前，干法粉碎設(shè)備已在小麥麩皮超微粉碎方面得到一定程度的應(yīng)用。氣流磨機又稱流能磨或噴射磨，比較適合脆性物料的超微粉碎[17]，但近年來也有用在非脆性物料方面的報道[18-20]。張國真等[21]在研究超微粉碎麥麩不同組分間基本成分和物化特性差異時，利用ZNC-300氣流式實驗室超微粉碎機對麩皮進(jìn)行粉碎。Protonotariou等[22]還研究了氣流磨機的粉碎壓力、進(jìn)料速度、給料器振動速度、氣流反饋等因素對超微粉體功能特性和食品食用特性的影響。球磨機主要包括攪拌式、轉(zhuǎn)筒式、行星式、旋轉(zhuǎn)筒式等類型。其中，攪拌式球磨機是能量利用率較高的一種超微粉碎設(shè)備，已廣泛應(yīng)用在藥品、保健品、食品等領(lǐng)域[23]。吳琴燕等[24]基于攪拌式球磨機提出了一種麩皮細(xì)胞濕法粉碎細(xì)胞破壁方法。劉彩兵等[25]利用DQB-1型多維擺動式球磨機，獲得了平均粒徑約8 μm的超微麥麩。Craeyveld等[26]為了從小麥和黑麥麩皮中獲得阿拉伯木聚糖寡糖時，采用球磨機進(jìn)行納米級粉碎。黨斌等[27]在研究含有黑小麥麩皮面粉的食品加工品質(zhì)特性時，采用KQM-X4行星式球磨機對麩皮進(jìn)行超微粉碎。機械沖擊粉碎機適合中等硬度物料的粉碎，產(chǎn)量跨度大，從每小時幾百千克到幾噸[17]。盛勇等[28]在研究麥麩超微粉的功能組分變化時，采用CH-300型機械沖擊粉碎機對麩皮進(jìn)行粉碎、分級，麥麩超微粉平均粒徑達(dá)到10 μm以下，細(xì)胞充分破壁。1910年，振動磨起源于德國，20世紀(jì)五六十年代傳至英國、美國、前蘇聯(lián)和日本等國，其中最為著名的是Palla型振動磨，80年代又出現(xiàn)了轉(zhuǎn)腔式振動磨[29]。黃晟等[15]在研究超微粉碎和冷凍粉碎技術(shù)對麥麩水溶性膳食纖維的影響時，采用MZF-4L實驗振動磨機對麩皮進(jìn)行常溫和低溫超微粉碎，效果良好。另外，Luo等[30]分別利用微型振動磨機、試驗?zāi)シ蹤C和傳統(tǒng)錘式磨對脫皮小麥顆粒和全小麥顆粒進(jìn)行超微粉碎，研究發(fā)現(xiàn)，直接用微型振動磨機得到的產(chǎn)品粒度范圍更窄，平均粒徑為10～60 μm。除上述4種超微粉碎設(shè)備外，超聲波粉碎機雖然可以保證顆粒粒度在4 μm以下，且粒度分布均勻，但效率太低，限制了其應(yīng)用范圍[31]。以上超微粉碎設(shè)備的粉碎原理、給料粒度、產(chǎn)品粒度及功能特點如表1所示。

對于小麥麩皮超微粉碎來說，超微粉碎方法與設(shè)備應(yīng)滿足如下要求：（1）保證麩皮微粒在10～25 μm以下，且粒度分布比較均勻；（2）生產(chǎn)效率高，具備實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)的潛質(zhì)；（3）節(jié)能降耗，控制粉碎成本在較低價位區(qū)間；（4）保證粉碎過程金屬污染物在食品安全指標(biāo)范圍內(nèi)。由上可知，能夠同時做到上述要求的粉碎設(shè)備還未見報道。鑒于振動磨機在效率上比普通磨機高10～20倍，在速度上比常規(guī)球磨機快很多，在能耗上比普通球磨機低數(shù)倍，在粒度上能夠保證10～25 μm以下，同時由于磨機的沖擊、剪切、摩擦等粉碎機理比較適合高纖維物料的加工等優(yōu)點[33]，可以認(rèn)為振動磨機是小麥麩皮超微粉碎較為理想的設(shè)備，特別是具有低溫冷卻功能的振動磨機最有潛力。隨著粉碎溫度的降低，麩皮將呈現(xiàn)出低溫脆化現(xiàn)象，麩皮超微粉碎的破碎性能將得到大幅提高。

表1 小麥麩皮超微粉碎設(shè)備及功能特點Table1 Functions and characteristics of superfine grinding equipment for wheat bran

在根據(jù)小麥麩皮破碎性能和粉碎機理合理選擇超微粉碎設(shè)備時，還應(yīng)將超微粉碎、分級與工藝結(jié)合起來同時考慮。但鑒于當(dāng)前小麥麩皮超微粉碎還未真正實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，多數(shù)麩皮微粉是在實驗室條件下獲得的，麩皮超微粉碎工藝還未見報道。隨著對麩皮結(jié)構(gòu)特性和破碎機理的認(rèn)識不斷深入，在充分考慮微粉質(zhì)量的前提下，應(yīng)結(jié)合超微粉碎方法和設(shè)備開展工藝優(yōu)化方面的研究，提高麩皮超微粉碎的經(jīng)濟(jì)性。

4 小麥麩皮超微粉體的特性及應(yīng)用

4.1 小麥麩皮超微粉體的理化特性

超微粉碎加工后，小麥麩皮的膳食纖維含量、持水力、持油力、吸水膨脹力、吸附膽固醇能力、吸附重金屬離子能力、陽離子交換能力等理化特性指標(biāo)值通常會發(fā)生變化。近年來，國內(nèi)不少學(xué)者圍繞超微粉碎對麩皮理化特性的影響開展了相關(guān)實驗研究，具體情況如表2所示。

表2 超微粉碎對小麥麩皮理化特性的影響Table2 Effect of superfine grinding on physical and chemical properties of wheat bran

根據(jù)表2可知，總膳食纖維（TDF）含量有所下降，但可溶性膳食纖維（SDF）含量呈上升趨勢，由此可知不溶性膳食纖維（IDF）含量應(yīng)呈下降趨勢，原因可能在于麩皮細(xì)胞破壁后，大分子物質(zhì)發(fā)生熔融現(xiàn)象或部分結(jié)合鍵斷裂，轉(zhuǎn)化成水溶性聚合物成分[36]。持水力和吸附膽固醇能力實驗結(jié)果不一致，總體呈下降趨勢，原因可能在于麩皮種類、粒度分布、組分含量、制粉工藝、實驗手段等因素的多樣性。膨脹力、吸附重金屬離子能力、陽離子交換能力呈增大趨勢，持油力呈下降趨勢?？傮w來看，超微粉碎對小麥麩皮理化特性的影響顯著，其中絕大部分理化指標(biāo)得到了優(yōu)化，有利于麩皮中營養(yǎng)成分的釋放和吸收。

小麥麩皮外果皮和中間層中膳食纖維含量較為豐富，占麩皮質(zhì)量的35%～50%，是提取纖維素的重要資源。其中，SDF可以促進(jìn)人體新陳代謝，防止膽結(jié)石和糖尿病，排除有害金屬離子，降低血清和肝臟膽固醇，防止高血壓、心臟病等。IDF可預(yù)防肥胖癥、便秘、腸癌等[37]。鑒于此，李鵬飛等[38]研究發(fā)現(xiàn)小麥麩皮經(jīng)超微粉碎處理后膳食纖維含量呈上升趨勢，膳食纖維的持水力和膨脹力也得到提高。Craeyveld等[26]利用球磨機將小麥麩皮進(jìn)行超微粉碎，發(fā)現(xiàn)膳食纖維中的水溶性阿拉伯木聚糖由4%（未處理麩皮）增加到61%，增強了麩皮的食用性，更有利于人體消化吸收。小麥麩皮糊粉層中還存在一些酚酸類或酚類化合物，具有抗氧化能力，是制備抗氧化劑的重要原料。Zhu等[39]研究發(fā)現(xiàn)隨著小麥麩皮尺寸的減小，麩皮的水化性能逐漸降低，抗氧化性能則得到加強。Rosa等[40]也發(fā)現(xiàn)超微粉碎可以提高小麥麩皮的抗氧化能力，當(dāng)比表面積從0.09 m2/g增加到0.26～0.30 m2/g時，麩皮抗氧化能力從 30 mmol/kg 增加至 45 mmol/kg。Brewer等[41]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)麩皮微粒尺寸減小時，更易于提取營養(yǎng)成分，同時還提高了麩皮的抗氧化能力。以上研究表明，超微粉碎顯著影響麩皮膳食纖維含量以及抗氧化能力，這可能是因為麩皮纖維狀細(xì)胞破壁后，細(xì)胞內(nèi)的多種營養(yǎng)成分得到充分釋放，提高了麩皮的功能特性。

4.2 小麥麩皮超微粉體的應(yīng)用特點

目前，經(jīng)超微粉碎得到的麩皮微粉通常按照某一比例回添到面粉中制成全麥粉[42]，然后再做成饅頭[43]、面條[44]、面包[45]、餅干[46]等麩皮食品。一般而言，經(jīng)過超微粉碎后，麩皮的食用特性得到明顯改變，麩皮食品的口感也得到極大改善。

湯衛(wèi)東等[47]研究發(fā)現(xiàn)，麥麩超微粉的添加會使面粉的吸水率增大，面團(tuán)形成時間、弱化度均有所增加，面團(tuán)的穩(wěn)定時間呈下降趨勢。在麥麩超微粉添加比例為10%時，麥麩超微粉饅頭樣品模糊綜合評價結(jié)果為良好，其色澤、氣味、組織結(jié)構(gòu)、口感都可以被人接受。黨斌等[27]將黑小麥麩皮超微粉碎后按一定比例添加到黑小麥面粉中，實驗發(fā)現(xiàn)：添加麩皮的混合粉面團(tuán)熱糊穩(wěn)定性良好，回生速度較慢，膨脹特性降低；吸水率、面團(tuán)形成時間和弱化度提高，面團(tuán)穩(wěn)定時間和評價值降低。同時指出，添加超微黑小麥麩皮粉的混合粉適宜加工高膳食纖維餅干等酥脆類食品。Luo等[30]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)超微粉碎的麩皮具有最大穩(wěn)定時間、拉伸阻力和黏度，制作的曲奇餅干具有最高的硬度、膠著性和咀嚼性值。雖然從理論上可知麩皮微粉可以改善麩皮食品的食用性能，以上研究也證明了這一點，但應(yīng)注意麩皮微粉回添比例問題。如果回添比例選取不當(dāng)就會適得其反。Lehtinen[48]認(rèn)為利用麩皮微粉制作食品可以提供一種高含量膳食纖維的膳食方式，但這種方式也會影響食品的口感、顏色和味道。且由于為了保證膳食纖維的含量，加入麩皮微粉的比例較大，則導(dǎo)致麩皮面包的力學(xué)性能降低。因此，研究各類食品麩皮微粉的回添比例，做到適度適量，是麩皮微粉應(yīng)用中的一個重要課題，這方面的研究力度還有待加強。

5 結(jié)論及展望

從國內(nèi)外研究情況來看，針對小麥麩皮超微粉碎的研究還處于實驗室階段。已有研究成果主要集中在常溫下超微粉碎的破碎力學(xué)性能與粉碎機理、超微粉碎方法與設(shè)備應(yīng)用和超微粉體功能特性的對比分析等三個方面。還未對低溫脆化現(xiàn)象與破碎力學(xué)性能間的本構(gòu)關(guān)系、粉碎設(shè)備選型與粉碎對象間的物性關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)研究，未涉及對麩皮粉碎粒度控制、專用粉碎設(shè)備開發(fā)以及粉碎工藝優(yōu)化等方面的研究。因此，關(guān)于小麥麩皮超微粉碎的后續(xù)研究應(yīng)重點關(guān)注以下方面：（1）麩皮破碎機理及粒度控制研究。破碎機理影響麩皮專用超微粉碎設(shè)備的選型與設(shè)計，進(jìn)而影響粒度分布。（2）麩皮超微粉碎設(shè)備物性研究。已有超微粉碎設(shè)備大多以粉碎脆硬巖礦類物料為主，缺乏對植物類物料超微粉碎適宜性的研究。（3）麩皮低溫脆化改性研究。研究試驗低溫脆化對麩皮物理特性的影響，優(yōu)化麩皮超微粉碎的力學(xué)性能。（4）麩皮超微加工工藝的優(yōu)化研究。在選擇合適的加工設(shè)備后應(yīng)結(jié)合粉碎實驗對機械設(shè)備的操作參數(shù)、工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。希望通過以上幾個方面的研究能為小麥麩皮超微粉碎提供一套具有高產(chǎn)量、高細(xì)度、窄分布、低功耗特征的技術(shù)解決方案，促進(jìn)小麥麩皮的深度開發(fā)和綜合利用。

［1］ 張峻，齊崴，韓志慧．食品微膠囊、超微粉碎加工技術(shù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：213-222．

［2］ 謝瑞紅，王順喜，謝建新，等．超微粉碎技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］．中國粉體技術(shù)，2009，15（3）：64-67．

［3］ 區(qū)子弁，王琴．超微粉碎技術(shù)及其設(shè)備在糧油加工中的應(yīng)用［J］．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，37（7）：192-194．

［4］ 袁惠新，俞建峰．超微粉碎的理論、實踐及其對食品工業(yè)發(fā)展的作用［J］．包裝與食品機械，2001，19（1）：5-10．

［5］ JUNNING P Z.Technology of superfine grinding and its application in food industry［J］.Journal of Agricultural Sciences，2010，17（10）:991-1009.

［6］ 劉亞偉.糧食加工副產(chǎn)物利用技術(shù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：89-98.

［7］ CHO S S， CLARK C， URIBESAUCEDO S.Gastrointestinal and other physiological effects ofwheatbran ［J］.CerealFoods World，2004，49（3）:140-144.

［8］ ONIPE O O，JIDEANII A I O，BESWA D.Composition and functionality of wheat bran and its application in some cereal food products［J］.International Journal of Food Science&Technology，2015，50（12）:2509-2518.

［9］ SAFA Y，BHATTI H N，SULTAN M，et al.Synthesis，characterization and application of wheatbran/zinc aluminium and tea leaves waste/zinc aluminium biocomposites:kinetics and thermodynamics modeling［J］.Desalination&Water Treatment，2016:1-10.

［10］ 鄭學(xué)玲，姚惠源，李利民，等．小麥加工副產(chǎn)品——麩皮的綜合利用研究［J］．糧食與飼料工業(yè)，2001（12）：38-39．

［11］ 陳中偉．麥麩糊粉層細(xì)胞簇的機械剝離及電場富集研究［D］．無錫：江南大學(xué)，2015．

［12］ ANTOINE C，PEYRON S，MABILLE F，et al.Individual contribution of grain outer layers and their cell wall structure to the mechanical properties of wheat bran［J］.Journal of Agricultural & Food Chemistry，2003，51 （7）:2026-2033.

［13］ RIKARD L，AFAF K E，MARJATTA S M，et al.Localization of alkylresorcinols in wheat，rye and barley kernels［J］.Journal of Cereal Science，2008，48（2）:401-406.

［14］ 陳慧，張進(jìn)萍，陸婭，等．應(yīng)用超微粉碎技術(shù)制備全麥粉［J］．糧食與油脂，2008（8）：8-11．

［15］ 黃晟，朱科學(xué)，錢海峰，等．超微及冷凍粉碎對麥麩膳食纖維理化性質(zhì)的影響［J］．食品科學(xué)，2009，30（15）：40-44．

［16］ MEGHWAL M，GOSWAMI T K.Cryogenic grinding of spices is a novel approach whereas ambient grinding needs improvement［J］.Advanced Powder Technology，2010，4（1）:427-435.

［17］ 周寶魁．超微碎技術(shù)及設(shè)備在食品加工中的應(yīng)用［J］．明膠科學(xué)與技術(shù)，2010，30（2）：72-74．

［18］ HEMERY Y，CHAURAND M，HOLOPAINEN U，et al.Potential of dry fractionation of wheat bran for the development of food ingredients，part I:Influence of ultra-fine grinding［J］.Journal of Cereal Science，2011，53（1）:1-8.

［19］ 張慧，卞科，萬小樂．超微粉碎對谷朊粉理化特性及功能特性的影響［J］．食品科學(xué)，2010，31（1）：127-131．

［20］ 郭武漢，關(guān)二旗，卞科，等．超微粉碎處理對花生蛋白功能特性的影響［J］．河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，36（5）：52-56．

［21］ 張國真，何建軍，姚曉玲，等．超微粉碎麥麩及其不同組分基本成分和物化特性分析［J］．食品科技，2014，39（7）：147-152．

［22］ PROTONOTARIOU S，MANDALA I，ROSELL C M.Jet milling effect on functionality，quality and in vitro digestibility of whole wheat flour and bread ［J］.Food and Bioprocess Technology，2015，8(6):1319-1329.

［23］ 張潔，于穎，徐桂花．超微粉碎技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用［J］．農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，2010，31（1）：51-54．

［24］ 吳琴燕，莊義慶，楊敬輝．一種麩皮細(xì)胞濕法粉碎破壁方法：CN101906399 B［P］.2012．

［25］ 劉彩兵，盛勇，涂銘旌．小麥麩的超微細(xì)化研究［J］．食品科技，2003（11）：86-88．

［26］ CRAEYVELD V V，HOLOPAINEN U，SELINHEIMO E.Extensive dry ball milling of wheat and rye bran leads to in situ production of arabinoxylan oligosaccharides through nanoscale fragmentation［J］.Journal of Agricultural&Food Chemistry，2009，57（18）:8467-8473.

［27］ 黨斌，楊希娟，張國權(quán)．超微黑小麥麩皮粉與黑小麥面粉混合粉加工品質(zhì)特性研究［J］．糧食與油脂，2010（9）：20-23．

［28］ 盛勇，劉彩兵，涂銘旌．麥麩超微粉的功能組分變化探究［J］．食品科學(xué)，2004，25（6）：78-81．

［29］ 王樹林．振動超微顆粒制備技術(shù)的新進(jìn)展［J］．中國粉體技術(shù)，2001，7（5）：42-46.

［30］ LUO F，ZHANG X，HOU H，et al.Effects of debranning and ultra-fine grinding on the quality of flour and cookies from blue wheat［J］.African JournalofBiotechnnology，2012，11（44）:10232-10241.

［31］ 陳玉珊．超微粉技術(shù)在中藥現(xiàn)代化中的應(yīng)用進(jìn)展［J］．醫(yī)藥前沿，2012，2（3）：38-40．

［32］ 莊志發(fā)，季斌，馮紫慧．細(xì)胞級超微粉碎的研究應(yīng)用［J］．山東食品發(fā)酵，2000（3）：37-39．

［33］ 郝征紅，張炳文．中藥的超微細(xì)胞破壁粉碎技術(shù)［J］．中國獸藥雜志，2003，37（6）：50-52．

［34］ 王躍，李夢琴.超微粉碎對小麥麩皮物理性質(zhì)的影響［J］．現(xiàn)代食品科技，2011，27（3）：271-274．

［35］ 任順成，王瑋．超微粉碎對小麥麩皮功能特性的影響研究［J］．糧食與油脂，2016，29（12）：36-41．

［36］ 李倫，張暉，王興國，等．超微粉碎對脫脂米糠膳食纖維理化特性及組成成分的影響［J］．中國油脂，2009，34（2）：56-59．

［37］ 吳學(xué)鳳，潘麗軍，姜紹通，等．發(fā)酵法制備小麥麩皮膳食纖維［J］．食品科學(xué)，2012，33（17）：169-173．

［38］ 李鵬飛，王健，任志遠(yuǎn)．麥麩膳食纖維改性研究［J］．糧油食品科技，2009，17（6）：3-5．

［39］ ZHU K X，SHENG H，WEI P，et al.Effect of ultrafine grinding on hydration and antioxidant propertiesofwheatbran dietaryfiber［J］.Food Research International，2010，43 （4）:943-948.

［40］ ROSA N N，BARRON C，GAIANI C，et al.Ultra-fine grinding increases the antioxidant capacity of wheat bran ［J］.Journal of Cereal Science，2013，57（1）:84-90.

［41］ BREWER L R，KUBOLA J，SIRIAMORNPUN S，et al.Wheat bran particle size influence on phytochemicalextractability and antioxidant properties ［J］. Food Chemistry，2014，152（152C）:483-490.

［42］ 汪麗萍，吳飛鳴，田曉紅，等．全麥粉的國內(nèi)外研究進(jìn)展［J］．糧食與食品工業(yè)，2013，20（4）：4-8．

［43］ LIU C，LIU L，LI L，et al.Effects of different milling processes on whole wheat flour quality and performance in steamed bread making［J］.LWT-Food Science and Technology，2015，62（1）:310-318.

［44］ NIU M，HOU G G，WANG L，et al.Effects of superfine grinding on the quality characteristics of whole-wheat flour and its raw noodle product ［J］.Journalof Cereal Science，2014，60（2）:382-388.

［45］ WANG J，ROSELL C M，CBD B.Effect of the addition of different fibres on wheat dough performance and bread quality ［J］.Food Chemistry，2002，79（2）:221-226.

［46］ SUDHA M L，VETRIMANI R，LEELAVATHI K.Influence of fibre from different cereals on the rheological characteristics of wheat flour dough and on biscuit quality［J］.Food Chemistry，2007，100（4）:1365-1370.

［47］ 湯衛(wèi)東，吳敬濤，趙丹．麥麩超微粉對面團(tuán)特性及制品品質(zhì)的影響［J］．食品科學(xué)，2010，31（19）：204-208．

［48］ LEHTINEN O.Modifying wheat bran for food applications-effect of wet milling and enzymatic treatment［D］.Helsinki:Metropolia University of Applied Sciences，2012.

RESEARCH PROGRESS ON SUPERFINE GRINDING TECHNOLOGY OF WHEAT BRAN

CHENG Min，LIU Baoguo，WANG Pan，ZHAO Geng
（School of Mechanical and Electrical Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou，450001，China）

Superfine grinding technology is an important technical means to improve the nutritional composition and economic value of wheat bran. The fibrous cell of epicarp layer and the middle layers of wheat bran are fractured and the cell walls of aleuronic layer is also cracked though superfine grinding technology so that the nutritional properties of dietary fiber are improved and the nutrients of aleuronic cells are fully released. Superfine grinding technology lays the foundation for the deep development and utilization of wheat bran. The present review was first to expound the basic connotation of wheat bran superfine grinding technology，and the relationship in the breaking performance and mechanism of wheat bran，crushing method and equipment and powder characteristics and its application were also pointed out. Secondly，the influence of the structural characteristics of wheat bran on the mechanical properties was analyzed to reveal the mechanism of wheat bran superfine grinding and improvement of wheat bran superfine grinding performance by low temperature pulverization. Thirdly，the application of ultrafine grinding method and equipment in the process of wheat bran superfine processing was reviewed，and the superiority of low temperature vibration crushing method was pointed out. Then，the effects of superfine grinding on physical and chemical properties and edible characteristics of wheat bran were summarized. Finally，the existing problems were pointed out and the further study of superfine grinding technology wheat bran were prospected.

wheat bran；superfine grinding；grinding equipment；fragmentation mechanism

TS210.2

A

1673-2383(2017)06-0123-08

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20171226.1723.042.html

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017-12-26 17:24:10

2017-05-06

河南省重點科技攻關(guān)項目（152102210366）;國家自然科學(xué)基金-河南聯(lián)合基金重點支持項目（U1604254）

程敏（1984—），男，河南正陽人，講師，博士研究生，研究方向為糧食加工科學(xué)與技術(shù)。

*通信作者