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    小麦制粉系统各粉路小麦粉营养物质分布情况研究

    时间：2023-01-13 17:15:13来源：百花范文网本文已影响人

    班进福，赵彦坤，郭家宝，高振贤，曹 巧，戚茂乾，张国丛

    (1.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041；
    2.河北省小麦工程技术研究中心，河北 石家庄 050041；
    3.河北赵罗面业有限公司，河北 石家庄 050041)

    中国是世界上最大的小麦消费国，从整个世界范围来看，小麦总产量中用作食品加工的占70%以上，而在中国这个比例超过90%。这就意味着在我国有90%的小麦是被加工成粉后做成面制品，直接作为主食被人们消费[1]。小麦制粉是利用研磨、筛理、清粉等设备，将净麦的皮层与胚乳分离，并把胚乳磨成粉[2]，制粉加工过程使小麦组分得以重组，分配至不同粉路之中，皮层、糊粉层及胚等部位被归为麸皮等制粉副产物，胚乳则主要加工成不同品质的小麦粉[3]。大多数大中型制粉车间的制粉系统由皮磨、心磨、渣磨，以及重筛、打麸、吸风等数量众多的子系统组成，这些出粉系统分别剥刮小麦籽粒的不同部位，所以不同系统小麦粉的质量品质和特性都具有显著的差异[4]。铁与氧气运输和氧化还原反应密切相关，对促进生长发育、增强抵抗疾病和调节组织呼吸等有重要作用，缺铁会导致营养性贫血[5]。每人每日铁摄入量推荐标准为10～15 mg[6]。锌是多种生物酶的活性中心基团，可增强免疫功能、促进食欲、干扰病毒复制、促进伤口愈合、影响基因表达及细胞生长复制。缺锌影响生长发育和免疫力，引起各种皮肤炎症并造成心肌损伤[5]。每人每日锌摄入量推荐标准为12～15 mg[6]。钙是构成骨骼和牙齿的重要成分,有助于人体的正常发育。维生素是维持机体生命活动过程所必需的微量低分子有机化合物，一般无法由生物体自身产生，需要从食物中摄取[7]。维生素 A 缺乏是造成“夜盲症”的主要原因，可导致儿童生长迟缓、贫血、免疫力下降[8]。高膳食纤维食品可以使餐后血糖反应平稳，有助于维持肥胖症和糖尿病患者的正常身体机能[9]。欧洲国家每人每日膳食纤维的摄入量推荐标准为11～33 g[10]。本研究通过对小麦制粉过程中，不同粉路小麦粉的蛋白组成、淀粉组成、粗纤维、膳食纤维、铜、铁、锌和钙含量进行检测、分析和总结，以了解各粉路小麦粉的营养物质分布规律，为配粉生产加工需要的小麦专用粉提供技术和理论依据。

    1.1 材料与仪器

    选取河北赵罗面业有限公司制粉系统为研究对象，研磨石优20小麦。一次性在39个粉路抽取小麦粉5 kg用于营养物质检测，样品心磨粉24个(包括1M1中、1M1下、1M2上、1M2中、1M2下、1M3上、1M3中、2M1上、2M1中、2M2上、2M2中、2M2下、3M1上、3M1中、3M2上、3M2中、3M2下、4M上、4M中、5M上、5M下、6M上、6M下和7M下)，渣磨粉3个(包括1S1、1S2、2S)，尾磨粉2个(1T和2T)，皮磨粉5个(3BC、4BC、5BC、3BF、和4BF)，重筛粉5个(包括D1上、D1D2上、D1D3上、D2上和D3上)。

    CSF6膳食纤维测定仪，意大利盈盛国际控股有限公司；
    MS204S电子天平，METTLER TOLEDO；
    TU-1810D紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；
    Agilent 1260Ⅱ高效液相色谱仪、1290Ⅱ/6470A液相色谱/串联质谱联用仪，Agilent Technologies；
    SX-G07125节能箱式电阻炉，天津中环电炉股份有限公司；
    DH-101-2BY电热恒温鼓风干燥箱，天津市中环实验电炉有限公司。

    1.2 试验方法

    蛋白质含量的测定：采用GB 5009.5—2016第一法；
    淀粉含量的测定：采用GB/T 5009.9—2016；
    粗纤维(CF)的测定：采用GB/T 5009.10—2003；
    膳食纤维(DF)的测定：采用GB 5009.88—2014；
    铜含量的测定：采用GB 5009.13—2017第二法；
    铁含量的测定：采用GB 5009.90—2016 第一法；
    锌含量的测定：采用GB 5009.14—2017 第一法；
    钙含量的测定：采用GB 5009.92—2016 第一法；
    VB1的测定：采用GB 5009.84—2016 第一法；
    VB2的测定：采用GB 5009.85—2016 第一法；
    VB6的测定：采用GB 5009.154—2016 第二法。

    1.4 数据处理

    采用SAS V8对数据进行方差分析，采用Duncan multiple comparison法进行多重比较。

    2.1 制粉粉路小麦粉蛋白质及淀粉分布规律

    小麦制粉粉路小麦粉蛋白质含量见图1，小麦制粉粉路小麦粉淀粉含量见图2。

    由图1、图2可知，石优20小麦品种制粉粉路小麦粉蛋白质含量有显著性差异(P<0.05)。5BC粉路小麦粉蛋白质含量最高，显著高于其它粉路小麦粉(P<0.05)。1M1下粉路小麦粉蛋白质含量最低，显著低于其它粉路小麦粉(P<0.05)。淀粉含量在粉路间存在显著性差异(P<0.05)，M2上粉路小麦粉淀粉含量显著高于其它粉路小麦粉，7M下粉路小麦粉淀粉含量显著低于其它粉路小麦粉。

    图1 小麦制粉粉路小麦粉蛋白质质量分数

    图2 小麦制粉粉路小麦粉淀粉质量分数

    2.2 制粉粉路小麦粉矿物质含量分布规律

    小麦制粉粉路小麦粉铜含量见图3。

    图3 小麦制粉粉路小麦粉铜含量

    由图3可见，7M下粉路铜元素含量显著高于其它粉路小麦粉(P<0.05)，1M2下、D1D2上和2M1上粉路显著低于其它粉路小麦粉(除1M2中、1M1中和1M2上)(P<0.05)。Cu元素含量前5位的粉路从高到低分别为：7M下、D1D3上、6M下、2T和6M上，Cu元素含量后5位的粉路从高到低分别为：1M1中、1M2上、1M2下、D1D2上和2M1上；
    心磨粉、尾磨粉和皮磨粉系统，随着研磨次数的增加Cu元素含量逐渐增大；
    渣磨粉和重筛粉系统Cu元素含量变化不明显。说明越接近小麦籽粒皮层，Cu元素含量越大。

    小麦制粉粉路小麦粉铁含量见图4。

    图4 小麦制粉粉路小麦粉铁含量

    由图4可见，4BF粉路小麦粉铁元素含量显著高于其他粉路小麦粉，2M2上粉路显著低于其它粉路小麦粉(P<0.05)。Fe元素含量前5位的粉路从高到低分别为：4BF、7M下、2T、D1上和D1D3上，Fe元素含量后5位从高到低的粉路分别为：1M2中、2M2下、2M2中、1M2下和2M2上；
    尾磨粉、皮磨粉和心磨粉后路的Fe元素含量明显高于其他粉路小麦粉。

    小麦制粉粉路小麦粉锌含量见图5。

    图5 小麦制粉粉路小麦粉锌含量

    由图5可见，7M下粉路小麦粉锌含量显著高于其它粉路小麦粉，2M2上和1M2中粉路显著低于其它粉路小麦粉(P<0.05)。Zn元素含量前5位从高到低的粉路分别为：7M下、2T、6M下、6M上和4BF，Zn元素含量后5位的粉路分别为：1M3上、1M3中、1M1中、2M2上和1M2中；
    心磨粉、渣磨粉、尾磨粉和皮磨粉系统，随着研磨次数的增加Zn元素含量逐渐增大；
    说明越接近小麦籽粒皮层，Zn元素含量越大。

    小麦制粉粉路小麦粉Ca含量见图6。

    图6 小麦制粉粉路小麦粉钙含量

    由图6可见，4BF粉路小麦粉钙元素含量显著高于其它粉路小麦粉，1M3中和2M2下粉路小麦粉显著低于其它粉路小麦粉(P<0.05)。钙元素含量前5位的粉路从高到低分别为：4BF、D1D3上、D1上、7M下和D1D2上，钙元素含量后5位的粉路分别为：1M3上、1M2下、1M1下、1M3中和2M2下。心磨粉、渣磨粉、尾磨粉和皮磨粉系统，随着研磨次数的增加钙元素含量逐渐增大；
    说明越接近小麦籽粒皮层，钙元素含量越大。皮磨4BF 钙元素含量在制粉粉路系统中最高。

    2.3 制粉粉路小麦粉纤维素含量分布规律

    小麦制粉粉路小麦粉粗纤维含量见图7。

    图7 小麦制粉粉路小麦粉粗纤维质量分数

    由图7可见，粗纤维含量在粉路小麦粉中存在显著性差异(P<0.05)。7M下粉路小麦粉粗纤维含量显著高于其他粉路小麦粉，1M1中和1M2下显著低于其他粉路小麦粉(除2M2上、1S2、3M2上、1M2中和2M1上)(P<0.05)；
    粗纤维含量前5位从高到低的粉路分别为：7M下、6M下、5BC、5M下和2T，粗纤维含量后5位的粉路分别为：3M2上、1M2中、2M1上、1M1中和1M2下；
    说明心磨粉系统随着磨粉次数的增加，粗纤维含量逐渐增大，心磨粉后路粗纤维含量最高。

    小麦制粉粉路小麦粉膳食纤维含量见图8。

    图8 小麦制粉粉路小麦粉膳食纤维含量

    由图8可见，膳食纤维含量在粉路小麦粉中存在显著性差异(P<0.05)。7M下粉路小麦粉显著高于其他粉路小麦粉，1M2上、3M2中和2M1上粉路小麦粉膳食纤维含量显著低于其他粉路小麦粉(除1M2下)(P<0.05)。膳食纤维含量前5位从高到低的粉路分别为：7M下、6M下、5M下、2T和4BC，膳食纤维含量后5位的粉路分别为：1M1下、1M2下、1M2上、3M2中和2M1上；
    说明心磨粉系统随着磨粉次数的增加，膳食纤维含量逐渐增大，心磨粉后路膳食纤维含量最高。

    2.4 制粉粉路小麦粉维生素含量分布规律

    VB6：VB6含量在粉路小麦粉中存在显著性差异(P<0.05)。6M上粉路小麦粉VB6含量显著高于其他粉路小麦粉，1M2中、1M1中、2M2下、1M1下、1M3上和1M2下粉路显著低于其他粉路小麦粉(P<0.05)；
    VB6含量前5位的粉路从高到低分别为：6M上、2T、4BF、6M下和1T，VB6含量后5位的粉路分别为：1M1中、2M2下、1M1下、1M3上和1M2下；
    说明心磨粉系统VB6含量随着研磨次数的增加逐渐增大，心磨粉越接近小麦籽粒皮层，VB6含量越高(见表1)。

    VB1：1M1中、1M1下、1M2上、1M2中、1M2下、1M3上、1M3中、2M2上、2M2中、2M2下、3M2上、3M2中和D2上粉路中VB1含量未检出，其他粉路VB1含量存在显著性差异(P<0.05)，6M上和7M下粉路小麦粉VB1含量显著性高于其他粉路小麦粉，D1D2上和D1上粉路小麦粉VB1含量显著性低于其他粉路小麦粉(除3M2下、2M1上和未检出粉路)(P<0.05)；
    VB1含量前5位的粉路从高到低分别为：6M上、7M下、6M下、5M下和2T。说明心磨粉后路、皮磨粉后路和尾磨粉维生素B1含量明显高于其他粉路小麦粉，心磨粉前路VB1含量最低(见表1)。

    表1 石优20小麦制粉粉路小麦粉维生素含量显著性分析

    VB2：1M2中和2M2中粉路VB2含量在小麦粉中未检出，其他粉路小麦粉含量在粉路小麦粉中存在显著性差异，7M下粉路小麦粉显著高于其他粉路小麦粉(P<0.05)，3M1上、3M2中和2M2上粉路小麦粉显著低于其他粉路小麦粉(P<0.05)。VB2含量前5位的粉路从高到低分别为：7M下、2T、5M下、4BF和6M下，VB2含量后5位的粉路分别为：3M1上、3M2中、2M2上、1M2中和2M2中。说明心磨粉后路、尾磨粉和皮磨粉后路VB2含量明显高于其他粉路小麦粉(见表1)。

    2.5 主成分分析

    采用主成分分析法对39个粉路小麦粉进行分析，结果表明，前2个主成分的特征值均大于1，累计贡献率达80.577 7%(见表2)，已能综合粉路小麦粉性状的大部分信息。

    表2 主成分分析

    由主成分载荷阵(见表3)得知，第一主成分主要综合了粗纤维、膳食纤维、铜、锌、淀粉、维生素B1和维生素B2的信息，其中粗纤维、膳食纤维、铜、锌、维生素B1、维生素B2在第一主成分上呈正向分布，即PC1越大，粗纤维、膳食纤维、铜、锌、维生素B1、维生素B2取值越大，淀粉含量在第一主成分上呈负向分布，即PC1越大，淀粉含量取值越小；
    第二主成分主要综合了蛋白质含量、铁含量、钙含量和维生素B6的信息，均呈正向分布。

    表3 主成分载荷阵

    2.6 聚类分析

    根据粉路小麦粉蛋白质含量、淀粉含量、铜、铁、锌、钙、粗纤维、膳食纤维、维生素B1、维生素B2、维生素B6含量，对制粉粉路进行聚类分析。

    从聚类分析结果可知，在类间距离为10时，39个粉路小麦粉可分为三大类(见图9)。

    图9 粉路小麦粉聚类分析树状图

    由图9可见第Ⅰ类聚集了15个粉路，分别为1M1中、1M1下、1M2上、1M2中、1M2下、1M3上、1M3中、2M1上、2M1中、2M2上0、2M2中、2M2下、3M2上、3M2中和3M2下，第Ⅱ类聚集了17个粉路，分别为：3M1上、3M1中、4M上、4M中、5M上、1S1、1S2、2S、1T、3BC、4BC、5BC、3BF、D1上、D1D2上、D2上和D3上，第Ⅲ类聚集了7个粉路，分别为：5M下、6M上、6M下、7M下、2T、4BF和D1D3上。

    本研究得出，随着研磨次数的增加，制粉粉路小麦粉Cu、Fe、Zn、Ca、CF、DF、VB1、VB2和VB6含量逐渐增大。心磨粉粉路7M下Cu、Zn、VB2、CF和DF含量最高，心磨粉6M上和7M下VB1含量最高，皮磨粉4BF的Fe和Ca含量最高。总体来说，营养物质含量较高的制粉粉路为：7M下、2T、6M下、4BF、6M上、5M下、D1D3上和D1上。营养物质含量较低的制粉粉路主要是心磨粉前路粉，分别为：1M1中、1M1下、1M2上、1M2中、1M2下、1M3上、1M3中、2M1上、、2M2上、2M2中、2M2下。根据主成分分析得出2个主成分可以反映原变量80.577 7%的粉路小麦粉营养综合信息，另外聚类分析将这39个粉路粉分为3类。

    由于小麦粉在生产过程中除去了几乎全部的皮层，而研究发现，小麦中大部分的矿物质元素都存在于种子的皮层[11]，所以小麦粉与完整的小麦相比，矿物质含量很少。Tang等[12]对中国43种小麦系统粉矿物质元素分布的研究表明，麸皮和渣磨粉的矿物质元素含量最高；
    而小麦系统粉中，ⅢB含量最高，其次是3M、ⅡB和2M，ⅠB和1M的含量最低；
    王晓曦等[13]研究发现研究小麦制粉过程中，不同系统小麦粉中各矿物质的分布情况，实验结果表明：小麦中含镁、Ca、磷、钾四种矿物质元素较高，其次是钠，而Cu、Fe、锰、Zn含量极低；
    小麦中的矿物质主要集中在小麦的皮层和胚中；
    在相同的系统中，从前路到后路，矿物质的含量有逐步增高的趋势，与本研究结果一致。魏帅等[14]以小麦籽粒为研究对象，采用瑞士Buhler MLU-202型实验制粉机对铅、镉含量不同的小麦籽粒样品制粉加工，测定不同粉路产品的铅、镉、蛋白质及灰分含量，分析铅、镉、灰分、蛋白含量关系，结果表明，铅、镉和灰分呈现出粗麸>细麸>皮粉>心粉的趋势，且存在后路粉>前路粉的特点。杨居荣等[15]使用组织解剖法分离了小麦颖壳、皮层、胚和胚乳，分别测定不同部位的Pb、Cd、Cu含量，表明皮层和胚中的Pb、Cd含量显著高于胚乳。王云霞等[16]使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)研究小麦籽粒中Mn、Cu、Zn、P 4种金属元素的含量分布，结果表明，靠近小麦皮层的部位金属元素含量较高，而小麦籽粒内部胚乳部分金属元素含量较低，与本研究结果一致。

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