杜凱欣,王鳳成,2,*,SOTS Serhii,欒奇莉,王法璽,李宜鍇
(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.惠民縣宇東面粉有限公司,山東濱州 251700)
小麥的潛在污染物大多來源于環(huán)境,包括空氣、土壤、水等。大多數(shù)污染是微生物性質(zhì)的,但也包含重金屬和化學(xué)污染物。在小麥表面生長的真菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物屬于多種污染中最具毒性的污染物[1]。小麥皮層質(zhì)量僅占粒重的15%左右[2],但麥皮表面附著的微生物污染占整粒小麥的87%以上[3]。表面微生物如果進(jìn)入小麥籽粒內(nèi)部或在后續(xù)制粉工藝混入小麥粉中將導(dǎo)致食物中毒[4-5]。清理設(shè)備和工藝決定了小麥深加工或小麥制粉產(chǎn)品的品質(zhì)與安全[6]。小麥?zhǔn)斋@后依據(jù)粒徑質(zhì)量、顏色形狀、內(nèi)部強(qiáng)度等物理性質(zhì)的差異來清理不完善粒和小麥表面,據(jù)此原理設(shè)計的清理設(shè)備包括高方篩、重力分級機(jī)、色選機(jī)、精選機(jī)、打麥機(jī)等,清理工序包括篩選、比重分級、色選、打麥、刷麥等[7-9]。
其中打、剝、刷等表面處理類工序是影響小麥清理程度的基礎(chǔ)工序和關(guān)鍵步驟。Magyar 等[10]通過對比四種不同設(shè)備組合的小麥制粉流程,發(fā)現(xiàn)色選機(jī)和打麥機(jī)的組合可以最有效地降低小麥粉中的毒素濃度。在俄羅斯聯(lián)邦的工業(yè)面粉廠,主要使用打麥機(jī)和擦刷機(jī)(如R3-BMO 或A1-BSHM)清理小麥表面的污染,但經(jīng)此處理后碎粒含量顯著增加[11]。英國Henry Simon 公司生產(chǎn)的HSKKSI 型強(qiáng)力打麥機(jī)通過摩擦和打擊清理小麥外皮和雜質(zhì),分解和去除癟麥、蟲蝕粒。我國目前廣泛使用的FDMW 型臥式打麥機(jī),是“七五”國家重點科技計劃的產(chǎn)品,存在體積大、碎麥多、故障率高的缺陷[12]??紤]到外源污染物主要存在于小麥表面,同時為改善傳統(tǒng)打麥的缺陷,糧食加工行業(yè)提出谷物輕剝皮或柔性脫皮處理[13-15]。該處理不僅需要在較短的碾磨工藝中提高小麥粉的品質(zhì)[16],同時需要減少糧粒破碎,達(dá)到節(jié)糧減損的效果[17]?;诖颂嶙h開發(fā)出清理原理(轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu))相似的清理設(shè)備有Bühler 公司的MHXM-W 輕度剝皮機(jī)、漢中三益公司的FBGY 系列小麥剝皮機(jī)等[18]。
目前有大量的研究工作側(cè)重于小麥粉或制品的衛(wèi)生特性和品質(zhì)差異[19-21],然而涉及原糧小麥衛(wèi)生特性方面的研究較少,并且大多集中在剝皮率4%以上的處理[22]。如何在減少破碎、保證小麥皮層完整、保留整粒小麥營養(yǎng)成分的情況下,通過加工處理有效地清理小麥并將污染物控制在國家標(biāo)準(zhǔn)安全限量內(nèi)是十分迫切的。為了探究柔性清理技術(shù)或剝皮率小于1%的輕剝皮加工技術(shù)對小麥清理效果的影響,本文采用新型FBPY 小麥剝皮機(jī)和傳統(tǒng)FDMW 打麥機(jī)作為研究對象,模擬面粉廠實際生產(chǎn)情況,設(shè)計出三種清理工藝對小麥進(jìn)行表面清理,旨在研究輕度剝皮與打麥處理對小麥表面清理效果的差異性表現(xiàn),以期為后續(xù)制粉工藝或全麥制品加工提供符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和麩皮結(jié)構(gòu)完整的小麥產(chǎn)品,為面粉廠在實際生產(chǎn)中進(jìn)行設(shè)備選型和工藝優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。
中筋硬質(zhì)冬小麥 于2022 年6 月收獲自山東省青島市平度地區(qū),經(jīng)晾曬后貯藏于某糧庫;無水乙醇、乙酸乙酯、重氮鹽、甲醇、鹽酸、間苯三酚、冰乙酸、葡萄糖、亞鐵氰化鉀、氫氧化鈉、硫酸鋅等 分析純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂、平板計數(shù)瓊脂、酶標(biāo)工作液 生物試劑,北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。
FBPY-S-1 30 小麥剝皮機(jī) 工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子是表面帶螺紋的鍥形金剛砂板,定子是金剛砂筒[23](圖1),漢中三益科技有限責(zé)任公司;FDMW30×60打麥機(jī) 工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子是鑄鐵打板,定子是鋼絲編制篩筒[24](圖2),河北蘋樂面粉機(jī)械集團(tuán)有限公司;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;JYDB100×40 小麥硬度指數(shù)測定儀 布勒糧食檢驗儀器無錫有限公司;UV-2000 紫外-可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;WZZ-2S 自動旋光儀 上海申光儀器儀表有限公司;Co.S-3400N II 型掃描電鏡 日本HITACHI 公司;DC-12 氮吹儀 上海安譜實驗科技股份有限公司;SPX-250 生化培養(yǎng)箱 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;Scientz-II D 超聲波細(xì)胞粉碎機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司;SSBC-RE 微孔板酶標(biāo)儀 洛陽中科生物芯片技術(shù)有限公司;HJ-6A 恒溫磁力攪拌器 金壇市華峰儀器有限公司;5810R 高速離心機(jī) 德國Eppendorf儀器有限公司。
圖1 FBPY-S-1 30 小麥剝皮機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Rotor structure diagram of FBPY-S-1 30 debranner
圖2 FDMW30×60 打麥機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Rotor structure diagram of FDMW30×60 scourer
1.2.1 清理工藝流程 工藝一為原料直接清理:原糧→剝皮→篩分、原糧→打麥→篩分;
工藝二為原糧一清潤麥后二清(即在工藝一之后增加潤麥工序和一次清理工序):原糧→剝皮→篩分→潤麥→剝皮→篩分、原糧→打麥→篩分→潤麥→打麥→篩分;
工藝三為原糧先潤麥后清理:原糧→潤麥→剝皮→篩分、原糧→潤麥→打麥→篩分。
各步驟的具體操作要點及最佳運行參數(shù)如下:
原糧:根據(jù)GB/T 5491-1985《糧食、油料檢驗 扦樣、分樣法》取樣;
剝皮:使用FBPY-S-1 30 小麥剝皮機(jī),保持進(jìn)機(jī)原糧20 kg、電壓409 V、負(fù)載電流8.1 A、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速350 r/min、進(jìn)料口開度40%;
打麥:使用FDMW30×60 打麥機(jī),保持進(jìn)機(jī)原糧20 kg、電壓390 V、負(fù)載電流14.9 A、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速660 r/min、進(jìn)料口開度40%;
潤麥:根據(jù)NY/T 1094.1-2006《小麥實驗制粉第1 部分:設(shè)備、樣品制備和潤麥》,使?jié)櫤笮←溗诌_(dá)到15%;
篩分:方法見1.2.2、1.2.3。
各步驟的實驗現(xiàn)場如圖3 所示。
圖3 各步驟的實驗現(xiàn)場Fig.3 Experimental site of each step
1.2.2 增碎率的測定 小麥樣品的碎麥率參考GB/T 5494-2019 并加以修改:取小麥樣品m1約1 kg,精確至0.01 g,放入篩孔直徑為2.5 mm 的選篩上。然后將選篩放在玻璃板或光滑的桌面上,用雙手以110~120 次/min 的速度,按順時針方向和逆時針方向各篩動1 min。篩動的范圍掌握在選篩直徑擴(kuò)大8~10 cm。篩后靜止片刻,將上層篩的篩上物和下層篩的篩下物分別倒入分析盤內(nèi)??ㄔ诤Y孔中間的顆粒屬于篩上物。收集篩下碎麥粒并稱量m2,精確至0.01 g,計其中碎麥粒(每粒小麥不完整性達(dá)到80%以上)含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w0,按式(1)計算:
式中:w0為樣品的碎麥率,%;m1為取樣的質(zhì)量,g;m2為樣品中碎麥的質(zhì)量,g。
設(shè)備的增碎率w 按式(2)計算:
式中:w 為設(shè)備的增碎率,%;w1為進(jìn)機(jī)小麥的碎麥率,%;w2為出機(jī)小麥的碎麥率,%。
1.2.3 整機(jī)出雜率、去糠率、剝皮率和出灰率的測定
取設(shè)備集塵斗中的所有出機(jī)雜質(zhì)m1,精確至0.01 g,計整機(jī)出雜率為β,按式(3)計算;
式中:β為整機(jī)出雜率,%;m1為出機(jī)雜質(zhì)的質(zhì)量,g;20×103為進(jìn)機(jī)原糧的質(zhì)量,g。
剝皮機(jī)的出機(jī)雜質(zhì)包含剝下的麥糠和麥皮,麥皮又包含附著在麥皮上一同被剝下的麥灰,因此剝皮機(jī)集塵斗中除去麥糠的其它雜質(zhì)記為麥皮雜質(zhì),比例記為剝皮率。打麥機(jī)的出機(jī)雜質(zhì)包含打下的麥糠和麥灰,因此打麥機(jī)集塵斗中除去麥糠的其它雜質(zhì)記為麥灰雜質(zhì),比例記為出灰率。將所有出機(jī)雜質(zhì)放入篩孔直徑為2.0 mm 的選篩上。篩分操作同1.2.2,繼而得到篩上物麥糠m2、篩下物麥皮或麥灰m3,精確至0.01 g,計去糠率為 μ,按式(4)計算。剝皮機(jī)的剝皮率或打麥機(jī)的出灰率為ε,按式(5)計算:
式中: μ為去糠率,%; ε為剝皮率或出灰率,%;m2為篩上物的質(zhì)量,g;m3為篩下物的質(zhì)量,g;20×103為進(jìn)機(jī)原糧的質(zhì)量,g。
1.2.4 皮層微觀結(jié)構(gòu)的觀察 分別取不同處理后小麥籽粒的橫截面進(jìn)行觀察,其中上表面為自然斷面,下表面為平整面。將樣品進(jìn)行噴金處理后,置于掃描電鏡下觀察并拍照。
1.2.5 阿拉伯木聚糖(Arabinoxylan,AX)含量的測定參考Douglas[25]的方法進(jìn)行測定,稱取4.5~5.5 mg樣品于具塞試管中,依次加入2 mL 蒸餾水和10 mL顯色劑(由110 mL 冰乙酸,2 mL 濃鹽酸,5 mL 20%的間苯三酚醇溶液和1 mL 1.75%葡萄糖水溶液混合配制而成),置于沸水浴中反應(yīng)25 min 后迅速用冷水冷卻,分別在552 nm 和510 nm 處測定吸光度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算阿拉伯木聚糖含量。該實驗標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程是y=7.0137x-2.0704(R2=0.9993)。
1.2.6 烷基間苯二酚(Alkylresorcinol,ARs)含量的測定 參考彭田園等[26]的方法稍作修改,稱取全麥粉樣品0.5 g(精確至0.1 mg),置于50 mL 離心管中,加入40 mL 乙酸乙酯,使用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)進(jìn)行超聲提取2 min(開1 s,關(guān)1 s),設(shè)定功率285 W。然后將提取液在3000 r/min 條件下離心10 min,取1 mL 上清液至離心管中,用氮氣吹干。然后加入2 mL重氮鹽工作溶液,混勻后室溫避光孵育60 min。用紫外分光光度計在520 mm 處進(jìn)行檢測。該實驗標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程是y=0.2427x-0.0036(R2=0.9998)。
1.2.7 理化成分的測定 水分含量的測定參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》;灰分含量的測定參照GB 5009.4-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定》;容重的測定參照GB/T 5498-2013《糧油檢驗 容重測定》;硬度指數(shù)(Hardness index,HI)的測定參照GB/T 21304-2007《小麥硬度測定 硬度指數(shù)法》;總淀粉(Total starch,TS)含量的測定參照GB/T 20378-2006《原淀粉 淀粉含量的測定》;粗蛋白(Crude protein,PRO)含量的測定參照GB/T 24899-2010《糧油檢驗 小麥粗蛋白質(zhì)含量測定》。
1.2.8 衛(wèi)生指標(biāo)的測定 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)的測定參照GB 5009.111-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇及其乙?;苌锏臏y定》;菌落總數(shù)(Aerobic plate count)參照GB 4789.2-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》;大腸菌群(Coliforms)參照GB 4789.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 大腸菌群計數(shù)》。
采用Excel 及SPSS 22 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)分析,用Wilcoxon、Duncan 法進(jìn)行差異性檢驗,并用Origin 2018 作圖。
經(jīng)過不同設(shè)備處理后的雜質(zhì)出率是表征設(shè)備清理效果最直觀的指標(biāo)。如表1 所示,工藝一至工藝三,F(xiàn)BPY-S-1 30 小麥剝皮機(jī)的整機(jī)出雜率均顯著高于FDMW30×60 打麥機(jī)(P<0.05),剝皮機(jī)的去糠率均顯著高于打麥機(jī)(P<0.05),剝皮機(jī)的剝皮率均大于打麥機(jī)的出灰率,表明剝皮機(jī)對小麥的清雜程度高于打麥機(jī)。同時發(fā)現(xiàn)工藝一中單次剝皮處理的清雜效率最佳,整機(jī)出雜率為1.13%、去糠率為0.5%、剝皮率為0.63%,可能的原因是潤麥增加了小麥皮層的韌性,而工藝一的干法清理使麥糠和麥皮保持干燥時的脆性,所以在剝皮機(jī)的碾削機(jī)械力下麥糠和麥皮更易與小麥籽粒分離。工藝二潤后單次剝皮處理的清雜效率不及工藝一,但連續(xù)兩次剝皮處理的效率之和最高,其整機(jī)出雜率為1.93%、去糠率為0.85%、剝皮率為1.08%。對出機(jī)小麥進(jìn)行篩分得到篩上物主流小麥、篩下物碎麥。工藝一至工藝三中剝皮機(jī)的增碎率差別不大,分別為0.13%、0.11%、0.1%,但均顯著低于打麥機(jī)的0.24%、0.29%、0.38%(P<0.05)。因為剝皮機(jī)依靠金剛砂板轉(zhuǎn)子對小麥表面進(jìn)行低速磨削處理,作用力為摩擦力,打麥機(jī)依靠鑄鐵打板轉(zhuǎn)子對小麥籽粒進(jìn)行高速打擊處理,作用力為打擊力。對同一小麥籽粒而言,打麥機(jī)所施加的機(jī)械力大于剝皮機(jī),因此打麥機(jī)的增碎率遠(yuǎn)高于剝皮機(jī)。同時剝皮機(jī)通過轉(zhuǎn)子的反復(fù)搓磨將更多的麥糠和部分麥皮剝落,這對于降低小麥加工過程中的增碎率和提升清理效率具有重要意義。從工作原理和效率角度分析,小麥剝皮機(jī)優(yōu)于打麥機(jī)更適合于清理原糧小麥。
表1 不同設(shè)備處理后各組分的質(zhì)量占比結(jié)果Table 1 Mass proportion results of components treated with different equipments
2.2.1 剝皮與打麥處理后小麥的形貌變化 采用掃描電子顯微鏡在放大倍數(shù)2000 倍下分別觀察了不同工藝流程下,剝皮機(jī)和打麥機(jī)處理后小麥皮層的微觀結(jié)構(gòu)變化。如圖4 所示,兩個設(shè)備的進(jìn)機(jī)小麥皮層結(jié)構(gòu)完整(圖4a、e),表皮角質(zhì)化細(xì)胞、糊粉層細(xì)胞、胚乳細(xì)胞清晰可見。當(dāng)小麥經(jīng)過工藝一的剝皮處理后(圖4b),鱗狀角質(zhì)化表皮被輕微磨平,內(nèi)果皮及糊粉層完整,說明在此處理下外果皮被輕微地剝落。當(dāng)小麥經(jīng)過工藝二的剝皮處理后(圖4c),表皮被摩擦破裂外翻,內(nèi)果皮及糊粉層完整,外果皮進(jìn)一步被剝落。當(dāng)小麥經(jīng)過工藝三的剝皮處理后(圖4d),鱗狀角質(zhì)化表皮被磨平,內(nèi)果皮及糊粉層完整,外果皮的剝落程度與工藝一相近。以上結(jié)果表明,剝皮機(jī)對小麥籽粒的處理效果體現(xiàn)在表皮層,屬于輕剝皮處理,當(dāng)連同表面雜質(zhì)剝落下部分表皮后,既能起到對小麥的清理作用又能保證麩皮結(jié)構(gòu)的完整性,使后續(xù)的制粉工藝可以碾磨下完整的麩皮。當(dāng)小麥經(jīng)過工藝一的打麥處理后(圖4f),小麥表皮和整體結(jié)構(gòu)幾乎無變化。當(dāng)小麥經(jīng)過工藝二的打麥處理后(圖4g),皮層變得疏松,表皮、下表皮及內(nèi)果皮之間有不同程度的分離但皮層結(jié)構(gòu)完整。當(dāng)小麥經(jīng)過工藝三的打麥處理后(圖4h),小麥表皮角質(zhì)化結(jié)構(gòu)依然存在,整體結(jié)構(gòu)完整。以上結(jié)果表明,打麥機(jī)對小麥籽粒的處理效果不涉及小麥皮層,對皮層厚度無影響,但多次打麥處理后小麥皮層結(jié)構(gòu)松散。整體結(jié)果表明,工藝一和工藝三中單次剝皮處理可以將小麥外果皮輕微地剝落。單次打麥處理后小麥籽粒的整體結(jié)構(gòu)仍然完整,對皮層厚度無影響。工藝二經(jīng)過兩次剝皮處理后小麥表面雜質(zhì)連同外果皮被剝落,經(jīng)過兩次打麥處理后小麥皮層結(jié)構(gòu)松散但完整。
圖4 電鏡下不同設(shè)備處理后小麥的表層結(jié)構(gòu)(2000×)Fig.4 Surface structure of wheat treated with different equipment (2000×)
2.2.2 剝皮與打麥處理后小麥皮層成分的變化 利用掃描電鏡觀察小麥皮層的微觀結(jié)構(gòu)可以大致確定不同設(shè)備對小麥皮層的處理情況,但要更加客觀地分析外果皮乃至內(nèi)果皮的存在情況,還需要通過測定小麥皮層所含的營養(yǎng)組分來進(jìn)行分析。有文獻(xiàn)表明,外果皮和內(nèi)果皮中所含有的化學(xué)組分各不相同,尤其是AX 和ARs 的含量相差較大[27-28]。AX 是一種非淀粉多糖,富集于粗膳食纖維中,小麥中的AX 主要存在于外果皮[29],而內(nèi)果皮及外種皮中則富含一種酚類物質(zhì)——ARs,其含量隨剝皮時間的增加而減小[30]。從圖5 可以看出工藝一至工藝三每項工藝中,經(jīng)剝皮機(jī)處理后小麥的AX 含量均呈下降趨勢,降低率分別為13%、8%、11%。對比打麥機(jī)處理后小麥的AX 含量無顯著變化(P>0.05),說明小麥在干燥狀態(tài)或是潤后的濕潤狀態(tài),剝皮機(jī)的碾削處理都會剝落下一定量的小麥果皮,使小麥籽粒的AX 含量減少。不同設(shè)備處理后小麥的AX 含量變化與掃描電鏡的皮層留存情況吻合,即打麥機(jī)對小麥表皮無影響或影響很小,而剝皮機(jī)對小麥表皮有一定剝落效果,可以輕度剝皮。在工藝二中,處理前的小麥樣品取潤麥后待進(jìn)機(jī)的小麥,即工藝一的出機(jī)小麥再經(jīng)過潤麥處理,因此小麥籽粒的AX 含量與工藝一處理后小麥的AX 含量相似。且工藝二中潤后再經(jīng)剝皮處理的小麥AX 含量降低率低于工藝一和工藝三,原因是潤麥?zhǔn)果溒さ捻g度增強(qiáng),同時小麥已經(jīng)過一清處理,剝皮機(jī)對其剝皮效果降低,此變化趨勢與表1中不同工藝下剝皮機(jī)的剝皮率變化情況一致。但如圖6 所示,使用不同設(shè)備處理小麥時,小麥的ARs 含量基本不變或者變化很小,表明兩種設(shè)備在三種工藝下對小麥皮層的處理均未深入至種皮或內(nèi)果皮。綜上,潤麥工序會使剝皮機(jī)剝落外果皮的效果減弱,但減弱幅度較小。同時表面處理設(shè)備可以保證小麥外果皮不會被完全去除,麩皮整體結(jié)構(gòu)完整,這將有利于后續(xù)制粉工藝中磨粉機(jī)從完整的小麥麩皮上剝刮下胚乳粉。
圖5 不同設(shè)備處理后小麥AX 含量的變化Fig.5 Changes of AX content in wheat after treatment with different equipments
圖6 不同設(shè)備處理后小麥ARs 含量的變化Fig.6 Changes of ARs content in wheat after treatment with different equipments
兩種設(shè)備處理后小麥的理化成分變化如表2 所示?;曳趾渴切←溄?jīng)高溫灼燒后殘留的無機(jī)物含量,其主要分布在皮層[31],是鑒別小麥加工精度或確定等級的依據(jù),在表面清理階段,灰分含量的變化也可體現(xiàn)清理程度[32]。工藝一至工藝三經(jīng)剝皮機(jī)處理后小麥籽粒的灰分含量顯著降低(P<0.05),其中剝皮機(jī)在工藝一中的灰分下降0.06%、工藝二的灰分下降0.05%、工藝三的灰分下降0.09%,打麥機(jī)對應(yīng)的灰分分別下降0.05%、0.03%、004%??梢姡瑒兤C(jī)對小麥的清理程度高于打麥機(jī),進(jìn)一步可以得出工藝三的清理程度最高,這是因為潤麥時,水介質(zhì)促使混在物料中無機(jī)物雜質(zhì)強(qiáng)烈地粘附在麥皮表面,剝皮機(jī)剝落小麥果皮的同時可以將大部分灰雜去除。對于同一批次小麥來說,在形狀大小、成熟度、胚乳質(zhì)地等條件相同的情況下,容重增加意味著谷物被清理[33]。打麥機(jī)在工藝一中對小麥容重影響較大,處理后小麥容重升高42 g/L,這是因為打麥機(jī)將蟲蝕粒等不完善粒擊碎后產(chǎn)生的碎麥量多,隨著打擊產(chǎn)生的碎不完善粒和碎麥粒被篩去,主流小麥容重大幅升高。而剝皮機(jī)在工藝二中顯現(xiàn)容重優(yōu)勢,處理后小麥容重升高54 g/L,說明經(jīng)過兩次剝皮和篩分處理,皮雜被有效地清理和篩除,清理效果更佳。兩種設(shè)備處理后均對小麥的HI 影響不大,說明施加的機(jī)械力不至于改變小麥的硬度。同時主要存在于小麥胚乳中的TS 和PRO 含量在不同設(shè)備處理后變化不大,說明基于物理原理清理小麥的剝皮機(jī)和打麥機(jī)不會對小麥胚乳成分產(chǎn)生影響[34]。在實際生產(chǎn)中如果原糧表面較臟,可以考慮在潤麥前后均設(shè)置剝皮機(jī)進(jìn)行連續(xù)地清理,通過累加一清和二清工藝的結(jié)果,得出經(jīng)過兩次清理后小麥的灰分累計降低0.11%,容重累計提升84 g/L,為三種工藝中提升小麥理化品質(zhì)的最佳選擇。
表2 不同設(shè)備處理后小麥理化成分的變化Table 2 Changes of physical and chemical components in wheat after treatment with different equipments
2.4.1 剝皮與打麥處理對DON 含量的影響 DON 是小麥感染鐮刀菌屬真菌后產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物[35],俗稱“嘔吐毒素”。生長成熟的小麥在高溫高濕條件下易受鐮刀菌感染,此真菌汲取麥粒中營養(yǎng)物質(zhì)并造成麥粒表面形成霉?fàn)钗铩N覈←淒ON 的限量標(biāo)準(zhǔn)為1000 μg/kg。由圖7 得出,工藝一原糧小麥經(jīng)過一次剝皮處理后小麥籽粒的DON 含量顯著降低(P<0.05),降低率為44%。在工藝二中,處理前的小麥樣品取潤麥后待進(jìn)機(jī)的小麥,即工藝一的出機(jī)小麥再經(jīng)過潤麥處理,因此小麥籽粒的DON 含量與工藝一處理后小麥的DON 含量相似,同時經(jīng)過潤麥工序小麥DON 含量有所升高。工藝二潤后小麥再經(jīng)過一次剝皮處理的DON 含量降低39%。工藝三原糧直接經(jīng)過潤麥后進(jìn)行一次剝皮處理的DON 降低36%。工藝一的單次剝皮處理使DON 含量降低幅度最大,說明干法磨削更有利于去除小麥表面毒素。對比打麥機(jī)僅打除浮雜未進(jìn)行剝皮,工藝一DON 降低率為31%,工藝二DON 降低率為7%,工藝三DON降低率為12%。在工藝一的干法清理中毒素與麥皮粘連性低,易被打麥機(jī)的打擊機(jī)械力去除,而工藝二和工藝三小麥經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后,打麥機(jī)對DON 的去除效果明顯降低,但剝皮機(jī)對DON 的清理效果受調(diào)質(zhì)處理的影響較小。對比得出三種工藝下,剝皮機(jī)對DON 的去除率均顯著高于打麥機(jī)(P<0.05),打麥機(jī)對DON 的去除效果較差,表明磨削表皮的清理方式對降低小麥中的毒素含量方面具有很大優(yōu)勢。
圖7 不同設(shè)備處理后小麥DON 含量的變化Fig.7 Changes of DON content in wheat after treatment with different equipments
2.4.2 剝皮與打麥處理對微生物含量的影響 我國在LS/T 3248-2017 中限制小麥粉的真菌毒素、污染物和農(nóng)藥殘留的安全指數(shù) ≤0.7,但我國還未形成對小麥或小麥粉微生物含量的限制標(biāo)準(zhǔn)。從圖8 和圖9可以得出,工藝一剝皮處理后,菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量顯著降低(P<0.05),菌落總數(shù)降低率為35%,大腸菌群降低率為51%;工藝二潤后小麥再經(jīng)過一次剝皮處理,此時,設(shè)備進(jìn)機(jī)小麥的微生物數(shù)量較工藝一處理后有所上升,原因是濕潤的潤麥條件適宜微生物生長,也有研究表明小麥籽粒的微生物數(shù)量在調(diào)質(zhì)過程中會有所增加[36]。隨著基數(shù)增加,工藝二剝皮處理后菌落總數(shù)降低率為27%,大腸菌群降低率為58%。工藝三剝皮處理后,菌落總數(shù)降低率為34%,大腸菌群降低率為56%??梢钥闯鰟兤C(jī)對大腸菌群的清理效果較佳。對比打麥機(jī)在工藝一中使菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量有所降低,菌落總數(shù)降低率為17%,大腸菌群降低率為26%;工藝二菌落總數(shù)降低率為19%,大腸菌群降低率為18%。工藝三菌落總數(shù)降低率為13%,大腸菌群降低率為17%,但打麥機(jī)對兩類微生物的降低率均顯著小于剝皮機(jī)(P<0.05)。衛(wèi)生指標(biāo)實驗表明小麥果皮是有害微生物的主要富集部位,當(dāng)小麥經(jīng)過剝皮機(jī)處理后外果皮被部分剝?nèi)ィ←溩蚜5恼婢⑸锖看蠓档?。?dāng)小麥經(jīng)過打麥機(jī)處理后,微生物含量降低率較小。如果在實際生產(chǎn)中使用打麥機(jī),可以參照工藝一將打麥機(jī)設(shè)置在潤麥前的清理階段,其對毒素和微生物的降低效率高于潤麥后。雖然打麥機(jī)對小麥表面微生物有一定清理效果,但去除效果較剝皮機(jī)差。如果在實際生產(chǎn)中使用剝皮機(jī),可以參照工藝二將剝皮機(jī)設(shè)置在潤麥前和潤麥后的清理階段,這將有效改善小麥的衛(wèi)生品質(zhì)。
圖8 不同設(shè)備處理后小麥菌落總數(shù)含量的變化Fig.8 Changes of aerobic plate count of wheat after treatment with different equipments
圖9 不同設(shè)備處理后小麥大腸菌群含量的變化Fig.9 Changes of coliforms count in wheat after treatment with different equipments
本研究以未清理的原糧小麥為原料進(jìn)行表面清理試驗,采用原糧直接清理、一清潤麥后二清、原料先潤麥后清理這三種工藝進(jìn)行處理,探究了FBPYS-1 30 小麥剝皮機(jī)和FDMW30×60 打麥機(jī)在三種清理工藝中對小麥清理效果的影響,為小麥清理設(shè)備選型和工藝優(yōu)化提供一定參考。在設(shè)備選型方面,基于不同工作原理(轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu))的剝皮機(jī)的清理效率高于打麥機(jī)。整機(jī)出雜率是打麥機(jī)的3~4 倍,增碎率平均較打麥機(jī)低0.19%,以規(guī)模為500 t/d 的面粉廠為例,預(yù)計日均可節(jié)約糧食960 kg。剝皮機(jī)金剛砂板轉(zhuǎn)子的磨削作用使小麥表皮的微觀形貌發(fā)生變化,在工藝二中表面雜質(zhì)連同部分外果皮被剝落,種皮及以下組織完整。0.45%~0.63%的輕剝皮處理既保證小麥表面大部分污染物被去除,又最大限度降低雜質(zhì)進(jìn)入小麥胚乳的可能性。同時,在衛(wèi)生指標(biāo)方面,剝皮機(jī)對真菌毒素和微生物的清除效率高于打麥機(jī)近2 倍,未來面粉廠在清理工段的設(shè)備配置可以考慮將傳統(tǒng)打麥機(jī)替換成剝皮機(jī)。在工藝優(yōu)化方面,若面粉廠僅設(shè)置一道表面清理流程,可以參照工藝一進(jìn)行直接地剝皮處理,單次剝皮處理后的整機(jī)出雜率為1.13%、小麥籽?;曳纸档?.06%、DON 含量可降低44%,菌落總數(shù)減少35%、大腸桿菌減少51%。若原糧污染程度較高的情況下可以參照工藝二在潤麥前后分別設(shè)置剝皮機(jī),經(jīng)過兩次剝皮處理后的整機(jī)出雜率可達(dá)1.93%,灰分下降0.11%、DON 含量降低62%,菌落總數(shù)減少49%、大腸桿菌減少78%。以此實驗結(jié)論為理論基礎(chǔ)來提升小麥清理工序的效率,從而實現(xiàn)小麥的節(jié)糧、高效生產(chǎn)。