小麦淀粉生产工艺的新思考.pdf

收稿日期:2002 - 01 - 14 作者简介:吴红奎,男,从事小麦面粉和小麦淀粉的技术工作。 粮油深加工及食品 小麦淀粉生产工艺的新思考 吴红奎 吴红奎 (安阳恒泰小麦淀粉有限责任公司,河南 安阳 455000) 摘 要:以各类小麦淀粉生产工艺的内在联系为依据提出了一种工艺分类新方法,在新分类方法 的基础上对各类生产工艺的原理进行了理论推理。 关键词:小麦淀粉;谷朊粉;工艺 中图分类号:TS 235.1 文献标识码:A 文章编号:1003 - 6202(2002)04 - 0036 - 03 1 小麦淀粉生产工艺的新分类 小麦淀粉的工艺技术发展至今,其方法种类繁多,分类 方法也很多,笔者曾经提出过一种以淀粉与面筋蛋白的分离 原理和分离方法为基础的一种分类方法1,根据笔者近来的 思考,对以前提出的分类方法进行一些修正,如图1所示。 这个方法保留了原分类方法1的优点:既能够反映出各种工 艺方法的内在联系,又便于对工艺的理解和对工艺原理的分 析,而且思路更加明晰。小麦淀粉生产采用的原料(小麦或 者面粉)和生产过程中采用的辅助材料(水)都不应该作为工 艺分类的依据。将面粉超细粉碎后进行离心分离的方法称 为干法淀粉生产工艺或者干法蛋白粉分离工艺6,笔者不敢 苟同。因为这种方法生产出来的产品不过是高筋粉(蛋白质 质量分数20 %左右)和低筋粉(蛋白质质量分数8 %以 下) 6 ,将其称为谷朊粉、 蛋白粉和淀粉欠妥。 小麦淀粉 生产工艺 水洗工艺 马丁法(Martin) 改良的马丁法 巴特法(Batter) 离心分离 工 艺 费斯卡法(Fesca) 氨 法 卧螺法 两相卧螺法 三相卧螺法 (包括瑞休工 艺、HD工艺等) 旋流法(KSH工艺等) 图1 小麦淀粉生产工艺的分类 目前国内广泛采用的是水洗工艺,以马丁法为主,改良 的马丁法也有应用,巴特法的应用未见报导。离心分离工艺 是目前国际上比较先进的生产工艺,代表着今后小麦淀粉工 业的发展方向,目前国内已经有少数引进厂采用卧螺法和旋 流法,未见有国产化的工艺方法报导。 从水洗工艺到离心分离工艺,小麦淀粉工业在工艺技术 方面的进步可以概括为以下几个方面: (1)敞开式工艺向密闭管道式工艺转变以保证产品的卫 生安全。 (2)间歇式、 半自动化工艺向连续 自动化工艺转变以提高劳动效率、 可靠性和稳定性。 (3)降低单位产品的新鲜水的消耗量以减轻环保压力和 生产成本。 (4)不断提高谷朊粉的质量以提高产品附加值。 2 水洗工艺理论的新分析 211 水洗工艺的典型特征 面筋蛋白充分形成网络然后用足量水洗出淀粉。和面时 的加水量一般小于面粉的重量。典型的工艺框如图2所示: 和面 洗淀粉 面筋干燥 淀粉提纯 淀粉干燥 图2 水洗工艺的一般工艺过程 212 马丁法及其改良工艺的特点 在马丁法及其改良工艺中,面粉加水搅拌所形成的面团 是以面筋为中心的网状结构,淀粉、 非面筋蛋白质及其他成 分如脂质等被包围在面筋网络中。面团搅拌过程中其物理 性质的变化一般认为有以下6个阶段2: (1)水面混合阶段:面粉被水调湿,似泥状,面筋没有形 成,用手捏面团,无弹性和延伸性。 (2)面筋形成阶段:部分蛋白形成了面筋,手捏面团仍有 粘性,面团易断裂,缺少弹性,表面湿润。 (3)面筋扩展阶段:面筋逐渐形成,面团出现弹性和延伸 性,表面趋于干燥,但仍易断裂。 (4)搅拌完成阶段:面筋完全形成,表面干燥,柔软而且 具有良好的弹性和延伸性。 (5)搅拌过度阶段:如果超过了面筋的耐搅拌程度,面筋 开始断裂,面团出现粘性、 弹性和延伸性逐渐变小,面团开始 粘手。 (6)面筋破坏阶段:如果继续搅拌,面筋逐渐被完全破 坏,面团变成半透明并带有流动性,粘性非常明显。从面团 63 粮食与饲料工业/2002年第4期 CEREAL (3)湿面筋的提纯使用筛分的方法。 离心分离工艺的一般工艺流程如图3所示: 和面 均质 淀粉与蛋白分离 面筋与淀粉分离 淀粉干燥 淀粉提纯 面筋干燥 图3 离心分离工艺的一般工艺流程 312 离心分离工艺主要优点 (1)谷朊粉的质量比较高 占淀粉总量约70 %的A淀粉3在面筋形成网络前就先 分离出来,面筋蛋白形成面筋网络时淀粉被裹胁的机会大大 减少,同时湿面筋的洗涤也比较容易,因此可以获得蛋白质 含量比较高的谷朊粉;由于湿面筋在整个工艺过程中没有受 到高强度的机械搅拌,受到损伤的机会很少。 (2)A 淀粉的质量有所提高 A淀粉在面筋形成前就被分离出来,因而蛋白质等成分 混入A淀粉的几率减小,后续工艺采用高效离心洗涤设备 也有利于A淀粉纯度的提高。 (3)水的消耗量大大减少 离心分离设备的使用使分离的效率大大提高,单位产品 的水消耗量成倍减少。 313 离心分离工艺的理论推理 离心分离工艺是改善面粉中的面筋蛋白质的分离方法。 根据现代烘焙学的面团形成理论,推论蛋白质被分离的过程 中面筋蛋白质的变化过程可以使我们比较明晰地认识其优 点,也有助于分析各类工艺方法如卧螺法、 旋流法等的优劣。 实践表明,面筋蛋白质在面糊中的变化应该经过以下几个阶 段: 31311 调糊阶段 面粉与适量水均匀混合形成面糊的过程是这样的:随着 水的加入和机械搅拌作用,面粉颗粒在吸水胀润的同时被机 械搅拌力打散。面粉中的蛋白质较之淀粉颗粒而言吸水量 大而且速度快,体积增大也比较多而且快。由于面粉颗粒中 的蛋白和淀粉是相互包容嵌合的,这就加速了面粉颗粒的崩 溃。在面粉颗粒崩溃的过程中,面粉中的可溶性成分溶解, 最终面粉与水充分混合形成浓稠的面糊。 31312 均质阶段 图4 面糊中的蛋白质和淀粉 面糊中的淀粉和蛋白质并没有相互游离而是相互粘连 的,图4大致显示了面糊中的蛋白质和淀粉颗粒在面糊中的 存在状态5。要想使用离心设备分离它们,必须使二者在水 中相互游离,使面糊形成比较理想的悬浮液,所以离心分离 73吴红奎:小麦淀粉生产工艺的新思考/ 2002年第4期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 工艺中在和面之后都采用了专用的均质设备对面糊进行均 质。均质工艺采用的设备因具体工艺类型的不同而有所不 同,其共同点是机械搅拌强度大大高于和面调糊时的强度。 均质过程中蛋白质的变化过程如下: (1)蛋白质与淀粉逐渐完全分离,在分离过程中,麦谷蛋 白通过分子间二硫键交联形成线状的大分子聚合物,分子量 可达几百万;麦胶蛋白通过分子内二硫键、 氢键及疏水作用 形成球状小分子聚合物3。 需要特别说明的是,均质过程中非面筋蛋白质也通过分 子间二硫键形成强度很弱的网状聚合物,在面筋网络形成时 进入麦谷蛋白聚合物形成的网络间隙中,在外力的作用下(搅 拌、 水的冲洗等)发生着各种可逆的变化,是面筋网络中的活 跃成分。但它们与面筋网络间存在着弱共价键和疏水作用, 比淀粉要难以洗去,也就是说,非面筋蛋白质并非完全不参与 面筋的形成,在生产过程中随水完全流失的量并不是很大。 (2)麦谷蛋白聚合物、 麦胶蛋白聚合物以氢键、 疏水键等 非共价键结合形成微纤维。这个过程是不可逆的,微纤维的 强度也很高,机械搅拌很难破坏它们3。 31313 面筋网络的形成 微纤维形成初期,内部构象处于高能量状态,非常不稳 定,其中的麦谷蛋白聚合物呈无规则弯曲状,线状聚合物之 间无规则地相互缠绕,麦胶蛋白聚合物充填其间3。这时的 微纤维虽然可以形成非常脆弱的网络,但是难以形成令人满 意的面筋网络。 如果将这时的面糊停止搅拌,放置一段时间,麦谷蛋白 聚合物中的硫氢键和二硫基团就会不断发生交换反应,使内 部构象向低能量转化,内部应力逐渐松弛,线状麦谷蛋白聚 合物逐渐有序定向排列,球状麦胶蛋白聚合物充填其间,形 成构象稳定的微纤维。这个过程在离心分离工艺中大家都 称其为熟化,笔者认为和烘焙工业中的 “面团静置” 有异曲同 工之妙。 在微纤维构象稳定的过程中,由于大量的氢键和疏水键 的作用,微纤维之间相互缔合形成了粗纤维。粗纤维可以理 解为 “微纤维束” 3。在微纤维相互缔合过程中 ,部分淀粉颗 粒、 非面筋聚合物进入其间,起着 “充填物” 的作用。这部分 “充填物” 被包围在 “微纤维束” 中,除非粗纤维被破坏了,否 则外力难以将其除去。另外还有一部分淀粉颗粒粘附在粗 纤维的表面,用水洗涤可以将其除去。适度的搅拌可以加速 微纤维形成粗纤维的速度。 粗纤维一旦形成,就很容易以非共价键结合形成面筋网 络结构,适度的搅拌可以加速面筋网络的形成并且可以增加 面筋网络的强度和韧性。这个结合过程是不可逆的,过度搅 拌可以减弱乃至破坏粗纤维间的作用力,反而会导致面筋网 络的最终崩溃3。 在面筋网络形成过程中,部分淀粉颗粒、 非面筋蛋白聚 合物会进入面筋网络中。用水洗涤可以除去大部分的残留 的淀粉和部分非面筋蛋白聚合物,但要注意控制搅拌的强度 和洗涤的时间,否则会适得其反,降低湿面筋的质量。 以上过程就是湿面筋(面筋网络结构)的大致形成过程, 湿面筋和其他成分的分离用筛分设备就可以完成。 4 结语 (1)根据蛋白质被分离的过程中面筋蛋白质的变化过程 可以得出这样的结论:要获得高质量的谷朊粉必须尽可能早 地分离淀粉和蛋白质,以减少面筋网络形成过程中面筋网络 裹挟淀粉的几率;尽量降低对面筋网络的机械搅拌的强度以 减少对面筋网络的影响。 (2)以上笔者对蛋白质被分离的过程中面筋蛋白质变化 过程的推理的主要依据有2: 是生产实践; 是烘焙学中的 面团形成理论。这个推论和现有的离心分离工艺方法的实践 是比较吻合的,因条件所限,直接的理论根据尚不可得。不过 食品科学本身就是偏重实践性的科学,面团形成理论至今也 仍然是多个假说并存,不同的假说适用于不同的实践情况。 (3)离心分离工艺最不可缺少的工艺过程:均质、 淀粉分 离(与蛋白质等)、 熟化、 面筋形成、 面筋筛分,而且不同类型 的工艺,顺序也不完全一样。如旋流法采用分离旋流器分离 A淀粉和蛋白质是在熟化之后,卧螺法采用卧螺离心机分离 A淀粉和蛋白质是在熟化之前,这也是在相同条件下,卧螺 法可以得到较高质量的谷朊粉的原因之一。其次,如和面、 产品的干燥等也是必不可少的。 (4)2001年国家重大科技攻关项目将农产品加工作为重 点之一,其中分项目就有小麦淀粉项目;同年河南省重大科 技攻关项目更是直接将小麦淀粉作为项目之一,可见国家已 经开始加快小麦淀粉生产的产业化步伐。我国的小麦淀粉 生产技术与当今世界先进技术相比还是比较落后的,工艺理 论的研究几乎空白,先进生产工艺所需要的大多数设备还依 赖进口。引进国外的先进工艺和设备并进行消化吸收是在 短期内快速提高我国小麦淀粉生产工艺技术水平的捷径,但 是我们自己应该着重加强基础研究,注重消化吸收,不照搬 国外的工艺和设备制造技术,充分照顾国内相关设备的制造 水平和生产实际,做到有取有舍,才能使我们真正站在技术 的前沿。 参考文献 1 吴红奎.漫谈谷朊粉J .西部粮油科技,1999(4) . 2 吴孟.面包糕点饼干工艺学M.北京:中国商业出版社, 3 张守文.面包科学与加工工艺M.北京:中国轻工业出版社, 4 李