小麥清理工段麥胚提取工藝優(yōu)化

葉明星 何建華 羅云飛 白福軍 竇鑫鑫

摘要：以小麥為原料，選用玉米制糝機的搓擦作用力將麥胚從籽粒上剝離，利用篩選和風選分離來提取小麥胚芽，研究小麥清理工段麥胚提取的工藝參數(shù)。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取試驗因素為潤麥時間、潤麥水分和玉米制糝機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)中心組合試驗設(shè)計原理，采用3因素3水平的響應(yīng)面分析法，以小麥胚芽提取率為響應(yīng)值作響應(yīng)面。在分析各個因素的顯著性和交互作用后，得出最佳的工藝條件為：潤麥水分16%，玉米制糝機轉(zhuǎn)速1 050 r/min，潤麥時間21 h，該條件下小麥胚芽提取率為1.53%。

關(guān)鍵詞：小麥胚芽；玉米制糝機；響應(yīng)面法；工藝優(yōu)化；麥胚提取率

中圖分類號：TS201.1 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210328

小麥胚芽約占小麥籽粒的1.5%～3.9%[1]，是整個籽粒營養(yǎng)價值最高的部分，約含有27%～30%蛋白質(zhì)、9%～13%脂肪、15%～20%糖類物質(zhì)、4%～5%灰分、8%～10%粗纖維及礦物質(zhì)和微量生理活性成分[2-3]，被營養(yǎng)學家們譽為“人類天然的營養(yǎng)寶庫”[4-5]。在小麥制粉過程中，小麥胚芽一部分通過工藝手段提取出來（該部分只占小麥籽粒中胚含量的10%～15%）再利用；還有一部分被碾碎混入到副產(chǎn)品麩皮、次粉甚至混入到面粉中?；烊朊娣壑械柠溑吒缓睾筒伙柡椭舅?，不僅會影響面粉的粉色，而且由于活性酶作用會引起氧化酸敗，不利于面粉的長期貯藏[6]；同時，小麥胚芽也會影響面粉的烘焙特性[7]，Pomeranz等[8]的研究結(jié)果顯示，在面粉中添加麥胚可能會導(dǎo)致面包品質(zhì)劣化。而Ma等[9]研究表明，適量的麥胚可改善饅頭的品質(zhì)。

小麥胚芽可以開發(fā)成經(jīng)濟價值更高的保健品，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)代制粉工業(yè)通常根據(jù)小麥胚芽的密度、粒形及碾壓成片狀（直徑為1.5～5.0 mm）等特性，在小麥的清理和制粉過程中加以分離[10]。目前面粉企業(yè)常用的麥胚提取方法有麥間提胚工藝和粉間提胚工藝[11]。麥間提胚工藝：小麥清理過程中，經(jīng)打麥機的打擊力作用會有20%～30%的胚芽脫落，配備合適的篩網(wǎng)、胚芽磨等設(shè)備將麥胚提取出來的方法；粉間提胚工藝：小麥制粉過程中，利用磨粉機的剝刮碾磨及配備合適的篩網(wǎng)，將麥胚提取出來的方法。國外的小麥胚芽提取方式相對較多，如：加拿大在清理過程提取麥胚，英國在皮磨前提取麥胚，日本在心磨系統(tǒng)提取麥胚。美國學者認為心磨提胚將被皮磨系統(tǒng)提胚所取代[12]。而國內(nèi)企業(yè)很少采用在小麥清理過程中提胚的工藝，這是因為在潤麥后的打麥機或擦麥機的下腳料中分離麥胚，含有大量的雜質(zhì)，所得的麥胚純度低[13]。

本試驗用玉米制糝機代替打麥機模擬在小麥清理工段提高麥胚提取率，研究了潤麥時間、潤麥水分和玉米制糝機的轉(zhuǎn)速三因素對小麥胚芽提取率的影響，并在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面試驗分析對試驗條件進行優(yōu)化，從而確定在小麥清理工段用玉米制糝機提取小麥胚芽的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

中筋小麥矮抗58（硬度指數(shù)66.12，千粒重47.88 g，容重834 g/L，水分11.8%，灰分1.81%，蛋白質(zhì)13.1%，濕面筋31.9%，沉降值48.5%）：鄭州萬澤種子有限公司；無水乙醚（分析純）：天津市風船化學試劑科技有限公司；脫脂棉花、脫脂棉線：焦作聯(lián)盟醫(yī)用材料股份有限公司；定性濾紙（直徑12.5 cm）：杭州特種紙業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

6FW-D1型玉米制糝機：魯曹高新機械制造有限公司；20目、40目分樣篩：浙江上虞市五四儀器篩具廠；DT223ZH型電子天平：中國浙江常熟長青儀器儀表廠；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋：金壇市俊美儀器有限公司；101A-3E型電熱鼓風干燥箱：上海實驗儀器廠有限公司；250 mL索氏抽提器：鄭州興華玻璃儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 提取小麥胚芽的方法

（1）原理：調(diào)質(zhì)后的凈麥，借助玉米制糝機的搓、擦作用，將麥胚從小麥籽粒中脫下來，可以得到麥胚和麩皮、麥渣、麥心的混合物。配備合適的篩網(wǎng)（20目和40目）所得物料再用風選設(shè)備分離麥胚，經(jīng)過專門的壓片設(shè)備，二次風選后可以得到相對較純的麥胚。

（2）工藝流程：凈麥→玉米制糝機→篩選→風選→壓片設(shè)備→二次篩選→二次風選→純凈麥胚

1.3.2 小麥胚芽提取率的計算方法

（1）某面粉廠的小麥胚芽提取率為0.3%（生產(chǎn)中實際統(tǒng)計計量），取小麥胚芽，利用索氏抽提法測定其粗脂肪含量（約10.86%）。

（2）取1 000 g的凈小麥，在玉米制糝機的作用下，采用不同的潤麥時間、不同的潤麥水分和不同的設(shè)備轉(zhuǎn)速，可以得到麥胚的混合物，混合物經(jīng)過20目和40目的篩選，再經(jīng)過風選可以得到相對較純的麥胚混合物，將物料混合均勻后取3～5 g，測定其粗脂肪含量。

式中：R為小麥胚芽提取率，%；A為純麥胚的粗脂肪含量，%；B為混合物料粗脂肪含量，%；M為相對較純的麥胚物料質(zhì)量，g。

1.3.3 提取小麥胚芽單因素試驗方法

稱取一定量的凈小麥，采用不同的潤麥時間、潤麥水分，借助玉米脫皮制糝機的作用，比較不同潤麥時間、潤麥水分在不同轉(zhuǎn)速的作用下混合物料的粗脂肪含量，分析混合物料粗脂肪含量與麥胚含量的內(nèi)在關(guān)系，得到小麥胚芽的提取率。探究單因素潤麥時間、潤麥水分和設(shè)備轉(zhuǎn)速對小麥胚芽提取率的影響。

1.3.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗方法

根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計，以潤麥時間、潤麥水分和設(shè)備的轉(zhuǎn)速為自變量，以小麥胚芽提取率為響應(yīng)值，設(shè)計3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗，確定玉米制糝機提取小麥胚芽的最佳工藝。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥胚芽提取的單因素試驗

2.1.1 潤麥時間對小麥胚芽提取率的影響

精確稱量5份1 000 g經(jīng)清理過的小麥，調(diào)質(zhì)小麥水分為17%（大約加水62.7 mL），調(diào)節(jié)玉米脫皮制糝機的轉(zhuǎn)速為1 150 r/min，小麥的潤麥時間梯度：6、12、18、24、30 h。含有麥胚的物料再經(jīng)篩選、風選得到相對較純的原始麥胚混合顆粒，測定粗脂肪含量，進而轉(zhuǎn)化為小麥胚芽的提取率，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，潤麥時間為6～18 h時，小麥胚芽提取率有較大幅度的提高，且潤麥時間為18 h時達到最高麥胚提取率1.45%；而潤麥時間增大到30 h時，小麥胚芽提取率下降到1.16%。小麥籽粒水分滲透的路線為：水分→麥胚→內(nèi)子葉、糊粉層→胚乳[14]。小麥胚芽含有較多糖類，極易吸水，吸水速度最快。潤麥時間短時，胚芽水分含量相對較高，韌性較強[15]，在小麥破碎過程中麥胚更容易脫落；潤麥時間過長，則麥胚和胚乳都含有較多水分，小麥籽粒的質(zhì)地變軟，在小麥破碎過程中麥胚反而不容易脫落，不利于小麥胚芽的提取。因此，綜合考慮確定單因素潤麥時間為18 h。

2.1.2 潤麥水分對小麥胚芽提取率的影響

精確稱量5份1 000 g經(jīng)清理過的小麥，使其潤麥時間均為24 h，調(diào)節(jié)玉米脫皮制糝機的轉(zhuǎn)速為1 150 r/min，小麥的潤麥水分梯度：15%、16%、17%、18%、19%。含有麥胚的物料再經(jīng)篩選、風選得到相對較純的原始麥胚混合顆粒，測定粗脂肪含量，進而轉(zhuǎn)化為小麥胚芽的提取率，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，潤麥水分從15%～17%增加時，小麥胚芽的提取率也不斷提高，且潤麥水分為17%時達到最大麥胚提取率1.45%；潤麥水分增加到18%～19%時，小麥胚芽提取率有所降低。小麥水分含量過高或過低將影響小麥胚的脫落和壓扁[16]。小麥水分低，脫落下的胚極易碎裂，完整率較低，造成分離上的困難；小麥水分較高，麥胚可以充分吸水，韌性較好，易從基部脫落，胚完整率高，碾壓時容易壓成大片，提取率高且純凈[17]。但小麥水分過高時，造成皮層與胚乳的韌性增強，小麥籽粒質(zhì)地變軟，在玉米制糝機搓擦的作用下，麥胚反而不容易脫落。因此，從麥胚提取率和滿足正常生產(chǎn)的角度綜合考慮確定單因素最佳潤麥水分為17%。

2.1.3 玉米脫皮制糝機轉(zhuǎn)速對小麥胚芽提取率的影響

精確稱量5份1 000 g經(jīng)清理過的小麥，調(diào)質(zhì)小麥水分為17%（大約加水62.7 mL），使其潤麥時間均為24 h，變頻器改變玉米脫皮制糝機的轉(zhuǎn)速：1 250、1 200、1 150、1 100、1 050 r/min。含有麥胚的物料再經(jīng)篩選、風選得到相對較純的原始麥胚混合顆粒，測定粗脂肪含量，進而轉(zhuǎn)化為小麥胚芽的提取率，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，當玉米制糝機轉(zhuǎn)速為1 150 r/min時，小麥胚芽提取率達到最高值1.02%；而轉(zhuǎn)速高達1 250 r/min時，麥胚提取率卻降低為0.98%，其原因可能是轉(zhuǎn)速過大造成小麥籽粒破碎嚴重，麥胚也隨之破裂，降低了小麥胚芽的提取率。從麥胚提取率和節(jié)約能源的角度綜合考慮確定單因素最佳玉米制糝機轉(zhuǎn)速為1 150 r/min。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化小麥胚芽的提取工藝

2.2.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果

響應(yīng)面試驗因素與水平取值見表1，試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

如表3所示，回歸方程P<0.01，表示模型極顯著，而失擬項P>0.05不顯著，模型決定系數(shù)R2=0.933 2，修正系數(shù)R2Adj = 0.847 2，說明該模型數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)擬合較好，且試驗誤差主要來源試驗操作，而非模型本身。因此，該響應(yīng)面能較好地反映試驗結(jié)果，適合小麥胚芽的提取。各因素對小麥胚芽提取率影響大小順序為：B>C>A。

此外，A一次項系數(shù)不顯著，而二次項系數(shù)極顯著；B一次、二次項系數(shù)顯著；C一次項系數(shù)顯著，二次項系數(shù)不顯著。且交互項AC、BC極顯著，說明各因素對小麥胚芽提取率的影響并非簡單的線性結(jié)構(gòu)。

2.2.3 交互作用分析

潤麥時間與玉米制糝機轉(zhuǎn)速交互作用對小麥胚芽提取率影響的響應(yīng)面和等高線如圖4所示。潤麥水分與玉米制糝機轉(zhuǎn)速交互作用對小麥胚芽提取率影響的響應(yīng)面和等高線如圖5所示。

由圖4和圖5可知，潤麥時間與玉米制糝機轉(zhuǎn)速交互作用極顯著，潤麥水分與玉米制糝機轉(zhuǎn)速交互作用極顯著。對模型進一步分析得出試驗預(yù)測的最佳條件：潤麥時間21.05 h，潤麥水分16.04%，玉米制糝機轉(zhuǎn)速1 055.45 r/min，提胚率為1.29%。為使實際操作更加方便，將最佳工藝條件修正為潤麥時間21 h，潤麥水分16%，玉米制糝機轉(zhuǎn)速1 050 r/min，小麥胚芽提取為1.53%，與預(yù)測值相比，在合理的誤差范圍之內(nèi)，說明響應(yīng)面優(yōu)化得到的提取率條件參數(shù)準確可信，且具有一定的使用價值。

3 結(jié) 論

本文經(jīng)單因素試驗和響應(yīng)面回歸分析法，通過控制提取條件可以達到優(yōu)化小麥清理工段麥胚提取工藝參數(shù)目的，提高了小麥胚芽的提取率。響應(yīng)面法研究表明小麥清理工段玉米制糝機提取小麥胚芽的最佳工藝條件為：潤麥時間21 h，潤麥水分16%，玉米制糝機轉(zhuǎn)速1 050 r/min，在此條件下小麥胚芽提取率為1.53%。因此，在現(xiàn)代制粉工藝中，可以考慮采用小麥清理工段提取麥胚工藝代替粉間提取麥胚工藝，能夠大大提高小麥胚芽的提取率，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。

參 考 文 獻

[1] POMERANZ Y. Composition of the germ in wheat[M]// Chemistry and technology. 2nd ed. St Paul： AACC Inc， 1988： 90-95.

[2]王茜，馬嬌，陶海騰，等.小麥胚芽營養(yǎng)價值分析及開發(fā)利用[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學刊），2013（5）：13-15+20.

[3] ？BANO？LU E. Kinetic study on colour changes in wheat germ due to heat[J]. Journal of Food Engineering， 2002， 51（3）： 209-213.

[4] AMADO R， ARRIGONI E. Nutritive and functional properties of wheat germ[J]. International Food Ingredients， 1992（4）： 30-34.

[5] CAKMAKLI V， KOSE E， KEMAHLIOGLU K. Effects of addition of crude and stabilized wheat germ together with a mixture of improvers on dough and bread characteristics[J]. Gida， 1995（4）： 243-248.

[6]劉勝強.提取麥胚的意義及工藝控制[J].現(xiàn)代面粉工業(yè)，2012，26（4）：29.

[7]曹海岳，趙原如.小麥胚的提取工藝[J].糧食與飼料工業(yè)，1994（7）：9-10.

[8] POMERANZ Y. Wheat germ in improving bread making properties by physical and chemical methods[J]. Cereal Chem， 1970（23）： 427-429.

[9] MA Sen， WANG Xiaoxi， ZHENG Xueling， et al. Improvement of the quality of steamed bread by supplementation of wheat germ from milling process[J]. Journal of Cereal Science， 2014， 60（3）： 589-594.

[10]毛治民，鄧時榮，張平孝.小麥胚的提取及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2003（9）：48-50.

[11]程列鑫，勞民帝.提取與利用小麥胚芽的試驗研究[J].糧食科技與經(jīng)濟，2001（1）：42-43.

[12]徐斌，董英.小麥胚芽的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2011，27（S2）：341-345.

[13]賈愛霞.小麥加工過程中營養(yǎng)組分的變化和富集工藝的研究[D].鄭州：河南工業(yè)大學，2011：10.

[14]田建珍，溫紀平.小麥加工藝與設(shè)備[M].北京：科學出版社，2011：23-24.

[15]楊芳偉.小麥胚芽提取的影響因素[J].面粉通訊，2003（2）：41-42.

[16]李林軒，李碩.提取小麥胚的技術(shù)探討[J].糧食加工，2008，33（4）：24-25.

[17]李彥軍，華學東，王文廣.大型粉廠提取麥胚的研究[J].糧油食品科技，1998（3）：3-4.

Optimization of Wheat Germ Extraction Process in Wheat Cleaning Section

Ye Mingxing， He Jianhua， Luo Yunfei， Bai Fujun， Dou Xinxin

（ Sinograin Chengde Grain and Oil Quality Supervision Center Co. Ltd.， Chengde， Hebei 067000 ）

Abstract： The technology parameters of wheat germ extraction in wheat cleaning section were studied. Wheat germ was peeled from wheat grain by using the force of corn grits machine and was extracted by using the screening separation and air separation. On the basis of single factor experiments， tempering time， tempering water and corn grits machine speed were selected as the factors， applied three-factor three-level response surface methodology based on the principle of Box-Behnken Designs， and drew response surfaces by extraction rate of wheat germ as response value. After analyzing the significance and interaction effect of each factors， the optimum conditions were obtained： tempering moisture 16.04%， corn grits machine speed 1 050 r/min， tempering time 21 h； and the extraction rate of wheat germ was 1.32% under the optimum conditions.

Key words： wheat germ， corn grits machine， response surface methodology， process optimization， extraction rate of wheat germ