小麥的主要用途是制作食物和加工淀粉。近年來，世界上每年大約生產(chǎn)80萬噸小麥淀粉。澳洲國家生產(chǎn)20萬噸，北美和亞洲國家生產(chǎn)約30萬噸。而谷朊粉或干面筋以及蛋白質濃縮物的世界年產(chǎn)量大約為15萬噸。

    一、小麥粉的工藝特性

    我國小麥粉可分為專用粉和通用小麥粉兩類。專用小麥粉分別為面包專用粉、餅干專用粉、糕點專用粉、饅頭專用粉、餃子專用粉、面條專用粉、淀粉用專用粉等。通用小麥粉分為特制一等粉、特制二等粉、標準粉、普通粉。

    通用面粉所涉及的質量指標主要為加工精度指標和貯藏指標。其中灰分和粉色指標以及粗細度主要反映面粉中麩皮的含量，反映的是面粉的加工精度；含沙量和磁性金屬物表示面粉中外來無機雜質的含量。反映小麥清理的效率；水分、脂肪酸發(fā)及氣味、口味則反映面粉是否有利于儲藏。對面粉的品質指標濕面筋含量則沒有過細要求。而專用面粉質量指標除了對精度指標和貯藏指標作了同樣要求之外，更著重于面粉品質指標的要求，對濕面筋含量、穩(wěn)定時間、降落數(shù)值以及食品制品品質評分用了嚴格的規(guī)定。這些品質指標的制定使用小麥面粉不僅限于加工精度，而且與面制食品的最終質量聯(lián)系起來，這就使面粉生產(chǎn)有的放矢，使優(yōu)質的面制食品有了原料的保證。

    淀粉用小麥粉在我國還沒有專用標準，但生產(chǎn)證明生產(chǎn)淀粉用面粉等同于通用面粉中的特制二等粉。從經(jīng)濟角度上講，面筋質含量越高，淀粉生產(chǎn)的利潤就越高，這是由于在淀粉生產(chǎn)中可得到兩種主產(chǎn)品，即淀粉和谷朊粉（面筋粉）,其中谷朊粉的價值幾倍于小麥淀粉。

    二、 小麥淀粉生產(chǎn)工藝

    （一）面團法（馬丁法）

    馬丁法（Martin）又叫面團法，在加工中使用的原料是面粉而不是麥粒，加工過程的幾個基本步驟組成為和面、清洗淀粉、干燥面筋、淀粉提純和淀粉干燥。

    馬丁法的工藝流程見圖14-1所示。在各地實際應用中，這種加工方法的程序常有改變。面粉和水以2:1的比率放入和面機中，從而得到光滑、均勻、較硬但正無硬塊的面團。面粉和水的比率視所用面粉的種類而定。硬質小麥面粉能和成彈性很強的面團，所以要比用軟質小麥面粉多使用水；軟質小麥面粉和成的面團容易斷裂、撕開。和面所用的水須在200C左右，并含有某些礦物鹽。用含鹽量低的軟水和面使面筋變得粘滑。面團在進入洗粉階段之前應放置一定時間，使面筋飽吸水分，以提高其強度。

    （二）水力旋流法

    荷蘭的K.S.霍尼公司提出了一種水力旋流法，用于從面粉中提取淀粉和面筋。面糊和循環(huán)水放入多段10毫米水力旋流器組。清洗出的A級淀粉與麥麩隨最后一段底流排

    出。纖維經(jīng)多級曲篩系統(tǒng)去除，A級淀粉的脫水和干燥前要經(jīng)三段水力旋流器濃縮成21 Be'.多

    段水力旋流系統(tǒng)的溢流液送入三段水力旋流器。溢流液中含有凝塊狀和最長可過10厘米的線狀凝集面筋、B級淀粉和可溶物質。底流中的A級淀粉重返多級清洗系統(tǒng)。面筋采用網(wǎng)眼間隙0.5毫米的滾動式面筋過濾器收集并進行氣流干燥。面筋清洗機中部分濾出液再循環(huán)至第一道工序，用于將面粉攪成糊狀，其余部分經(jīng)回收B級淀粉后再蒸發(fā)。

    （三）面糊法

    1.面筋蛋白在面糊形成中的變化

    （1）調糊階段

    隨著水的加入和機械攪拌作用，面粉顆粒在吸水脹潤的同時被機械攪拌力打散，面粉中的蛋白質比淀粉顆粒吸水量大而且速度快，體積增大比較多。由于面粉顆粒中的蛋白和淀粉是相互包合的，這就加速了面粉顆粒的崩潰，在面粉顆粒崩潰的過程中，面粉中的可溶性成分溶解，最終面粉與水充分混合形成濃稠的面糊。

    （2）均質階段

    面糊中的淀粉和蛋白質還是相互粘連的，如要使用離心設備分離它們，必須使二者在水中相互游離，使面糊形成比較理想的懸浮液，必須采用專用的均質設備對面糊進行均質。均質過程中蛋白質與淀粉逐漸完全分離，在分離過程中，麥谷蛋白通過分子間二硫鍵交聯(lián)形成線狀的大分子聚合物；麥膠蛋白通過分子內二硫鍵、氫鍵及疏水作用形成球狀小分子聚合物。麥谷蛋白聚合物、麥膠蛋白聚合物以氫鍵、疏水鍵等非共價鍵結合形成微纖維束狀。均質過程中非面筋蛋白質也形成強度很弱的網(wǎng)狀聚合物，在面筋網(wǎng)絡形成時進入麥谷蛋白聚合物形成的網(wǎng)絡間隙中，它們與面筋網(wǎng)絡間存在著弱共價鍵和疏水作用，比淀粉要難以洗去。

    （3）面筋網(wǎng)絡的形成

    微纖維束形成初期，內部構象處于高能量狀態(tài)，非常不穩(wěn)定，其中的麥谷蛋白聚合物呈無規(guī)則彎曲狀，線狀聚合物之間無規(guī)則地相互纏繞，麥膠蛋白聚合物充填其間。這時的微纖維束雖然可以形成非常脆弱的網(wǎng)絡，但是難以形成令人滿意的面筋網(wǎng)絡。如果將這時的面糊停止攪拌，放置一段時間，麥谷蛋白聚合物中的巰基和二硫基團就會不斷發(fā)生交換反應，使內部構象向低能量轉化，內部應力逐漸松弛，網(wǎng)狀麥谷蛋白聚合逐漸有序定向排列，球狀麥膠蛋白聚合物充填其間，形成構象穩(wěn)定的微纖維束。這個過程在離心分離工藝中稱為熟絡中，用水洗滌可以除去大部分的殘留的淀粉和部分非面筋蛋白聚合物，但要注意控制攪拌的強度和洗滌的時間，否則會適得其反，降低濕面筋的質量。

    2.面糊法的工藝特點

    把面粉調和成非常軟的面團，接近糊狀，可以提高其耐攪拌時間。

    改進攪拌方法使用低轉速螺桿泵作為淀粉洗滌時的攪拌和輸送設備，攪拌對面筋網(wǎng)絡的破壞作用大大減小。

    改進面筋網(wǎng)絡的形成，逐漸形成小片狀的面筋網(wǎng)絡，在開始洗滌淀粉時只是形成了一部分面筋，在以后的洗滌過程中，隨著螺桿泵的攪拌和水的不斷加入，面筋不斷形成，不斷被曲篩篩出來。面筋受到的攪拌比較柔和，而且時間可以縮短，這樣就可提高濕面筋的質量。

    3.三相臥螺工藝方法

    三相臥螺工藝是德國開發(fā)的一種較新的小麥淀粉與谷朊粉分離方法。它因工藝中采用了獨特的專利技術-三相臥螺分離機而得名。

    （1） 面粉制備

    三相臥螺工藝同樣了是采用面粉作為原料。盡量采用高出粉率、高面筋含量、低灰分、低破損率的接近于特制二等粉的面粉。

    （2）面糊制備

    原料面粉定量后進入混合器中與水混合形成面糊，面粉與水的比例大約為1:（0.85-0.95）.混合器使面粉顆粒充分水化，形成均勻的面糊，不能存在混合不均勻的大顆�；虿痪鶆虻男∶鎴F，以便于后續(xù)均質工序的順利進行。

    （3）均質

    混合之后是均質。面糊打入均質機中，均質機的壓力可通過改變均質閥的間隙進行調整，壓力可高達100bar（1bar=105ba）.面糊通過均質閥時由高壓迅速恢復到常壓，由于壓力的驟然變化，以及均質閥的剪切作用，便面糊熟化并實現(xiàn)蛋白質網(wǎng)絡的迅速凝聚。均質使用的設備為普通的乳品工業(yè)中常用的均質機。

    （4）分離

    均質熟化后的面糊用偏心螺桿泵輸送到相臥螺離心機，進行各成分的分離。進機前可加入一定量的新鮮水或工藝水來稀釋面糊。但此工藝中所加的水比馬丁法及水力旋流法中的要少，大約每噸面粉需要0.3-0.9t就可以了。

    臥螺離心機是一種臥式離心機，內部安裝有螺旋，螺旋的轉速與轉鼓的轉速稍有不同，速差約為60r/min.這種離心機的分離因素在2000- 4000之間。三相臥螺采用雙電機雙減速器技術使得螺旋與轉鼓的速差可以隨時調節(jié)。同時，在溢流出口端設有噴嘴，可以分離出第三相――中相，這是三相臥螺離心機與普通臥螺離心機的重要區(qū)別之處。

    固體是進料中密度最大的部分，經(jīng)臥螺分離后由螺旋推進器推進，作為底流排出。溢流由一臺內置的向心泵排出，這樣可以將工藝中形成的泡沫狀物料迅速地強制排出，同時還節(jié)省了一臺輸送泵。三相臥螺離心機與普通臥螺離心機的區(qū)別在于它能夠分離出中相，中相的流量可以通過調節(jié)噴嘴的數(shù)量和位置來調節(jié)。經(jīng)三相臥螺離心機分離后三相的成分組成見表14-1.

    表14-1 三相臥螺分離所得三相的成分組成 （%）

    相 總固體 A-淀粉B-淀粉蛋白   纖維 可溶物

    進機100.069.08.512.52.87.2

    溢流 7.01.02.50.50.52.5

    中相 27.08.03.511.01.82.7

    底流 66.060.02.51.00.52.0

    因為戊聚糖的密度比較小，所以它主要分布在溢流中。這樣，在工藝的前端就將這種黏稠的物料與面筋分離開，使得工藝中所需的新鮮水量減少，而且后續(xù)面筋分離和產(chǎn)品的品質都不會再受到戊聚糖的影響。

    （5）面筋分離工序

    將面筋與水按一定比例送入連續(xù)式揉和機中混合攪拌，使物料在機器內既受軸向擠壓力，又受到一定的徑向力，經(jīng)過充分揉和，使面粉中的蛋白質與水均勻接觸，并產(chǎn)生水和作用，使其連續(xù)輸出類似牙膏狀的面粉漿。然后再將其送入熟化罐進行熟化，其目的是使面漿再加一定的水稀釋，經(jīng)過攪拌使部分淀粉游離出來；同時面筋類蛋白質聚成絲狀小面筋。此時用泵將其輸送到分離因數(shù)為3000-4000的臥式螺旋沉降機中進行分離。成熟的面漿在分離中由于淀粉與面筋的沉降速度不同，被分離成兩相。淀粉的密度較大，作為濃相從分離機的底流輸出；而面筋的密度較小，則作為輕相從分離機的溢流輸出。它是面筋與小顆粒淀粉的混合物，再經(jīng)過圓篩沖洗除去淀粉后得到濕面筋，將其送到谷朊粉干燥系統(tǒng)干燥后即得到谷朊粉。

    （6）淀粉洗滌

    由三相臥螺離心機分離出的底流通常加工藝水稀釋后，送往離心篩處理，除去殘余的纖維。然后進入多級旋流器洗滌，通常采用12級淀粉洗滌旋流器。在底流中還含有一些小的B-淀粉、戊聚糖和細纖維，為了能更好的將其分離，本工藝采用一種立式高速三相碟片噴嘴離心機放在旋流器組之前與旋流器組搭配使用，保證了淀粉洗滌的高效、徹底。

    （7）面筋收集

    三相臥螺離心機所得的底流和溢流分別由篩子處理一下，以回收更多的可以形成團塊的面筋�；厥盏拿娼钤倩毓に囍信c中相一起處理，得到的濕面筋進一步脫水、干燥制成谷朊粉。

    （8）副產(chǎn)品

    溢流中的戊聚糖可以液體狀態(tài)直接作為飼料，也可以加酶反應后分離出固體部分；液體部分與工藝廢水一起濃縮處理，再與纖維等一起烘干作為飼料。

    （9）纖維篩分工序

    從臥螺機底部得到的粗淀粉乳是含有少量的纖維及蛋白質的混合物，通過串聯(lián)的三級離心篩可將纖維篩出。然后將其送到干燥系統(tǒng)干燥即得到麩皮。

    （10）淀粉、谷朊粉的干燥

    經(jīng)過分級、精制的A級淀粉乳送到全自動刮刀離心機中脫水后，用氣流干燥系統(tǒng)干燥后即得到較純凈的A級淀粉。而從分級系統(tǒng)得到的B級淀粉乳，它的濃度較低，可利用臥螺機的濃縮效應將B級淀粉從高度分散的懸浮液中收集淀粉。從臥螺機分離出來的小面筋濾去淀粉后收集起來，再經(jīng)擠壓脫水后送到環(huán)式谷朊粉干燥系統(tǒng)干燥即得到谷朊粉。

    （11）工藝特點

    三相臥螺工藝由于采用了三相臥螺離心機，把物料分為三相，在工藝前端就將戊聚糖分離除去，因此節(jié)省了水的用量，保證了成品的質量。淀粉洗滌采用高速三相碟片噴嘴離心機與旋流器組合處理，使淀粉的純度更高。當然，本工藝多采用進口設備，工藝較復雜，操作較麻煩，成本較高。

    三、典型設備介紹

    我國目前小麥淀粉廠多采用馬丁法生產(chǎn)工藝，其主要設備為面筋機、錐形篩、面筋干燥機等。

    （一） MJ面筋機

    MJ面筋機，具有底部為雙弧形的筒體，下部裝有兩支并列的帶螺旋形的攪拌葉片，葉片系采用優(yōu)質鋼鍛成，中間無穿心轉軸，工作時兩支攪拌葉片相向旋轉，使面團從前后左右向中間推擠，從而使面團攪拌均勻并有上勁的作用。由于中間無穿心轉軸，因此在工作時不會產(chǎn)生抱軸現(xiàn)象，從而消除了一般攪拌機中易產(chǎn)生攪拌死角和面團夾生弊病，同時也減輕了割取面筋的勞動強度。由于面筋揉造和面筋的洗滌在同一體內進行，所以面筋的收率較高。

    MJ型面筋機，采用專用減速箱或擺線針輪減速電機，運轉平穩(wěn)、噪聲較低、操作方便。

    MJ型面筋機的主要技術參數(shù)見表14-2.

    MJ型面筋機是一種半自動間歇式機器，開機時應檢查電機的正反轉。操作時應注意面團的硬度不能過高，避免停機和損傷電機，和好的面團應有足夠的靜置時間，以使面筋的形成。使用應保持上水多孔管的清潔，以防噴水孔堵塞。

    MJ型面筋機常見故障有為：面團過硬而停機，應加水點動攪拌；上水管局部堵塞，面團軟硬不均勻，應清除堵塞管孔，并檢查來水含雜質情況；水壓不夠，而使加水速度緩慢，造成面團形成時間過長，致使產(chǎn)量降低，應加大水壓。

    表14-2 MJ型面筋機主要技術參數(shù)

    型號

    特性單位MJ125AMJ250AMJ250BMJ500

    容 量公斤/次125250250500

    按每次投入重量計

    投 料 量公斤/時187.5375375650

    按每小時投入重量計

    清 水 面 筋 產(chǎn) 量公斤/時85170170350

    混 水 面 筋 產(chǎn) 量公斤/時105210420

    攪 拌 軸 轉 速轉/分62.662.66363

    總 功 率千瓦4.487.515

    電機型 號--Y160M-6-

    臺 數(shù)--1-

    減速電機型 號BWD22.2-23BWD44-23--

    臺 數(shù)2222

    減速箱型 號--專用專用

    臺 數(shù)--11

    外形尺寸長（兩側）毫米20802250--

    寬（前后）毫米90011351135-

    高毫米104012151215-

    （二）LS錐型篩

    LS離心篩結構比較簡單，軸上有篩膽，膽上配有篩絹，篩絹的目數(shù)由使用單位根據(jù)實際需要選用。需要篩分的漿水通過進漿管由進料管座進入篩膽內部，漿水噴落在水分盤上。由于轉軸轉速很高，產(chǎn)生的離心力使?jié){水從分水盤沿篩娟面。不斷從篩娟小端向大端移動。經(jīng)過篩選的漿水穿過篩娟、篩膽孔，徑向射出被外殼集中，從漿水出口流出。不能過篩的渣滓則不斷被推向大端，由環(huán)板甩出，經(jīng)過外殼集中后，由排渣口排出。如果渣滓過多不易排出，則可通過噴淋水，使其變稀而便于流出。

    LS型錐體篩是有兩種型號，即為LS·40和LS·60,小麥淀粉中常用的是LS.40型錐體篩，其技術參數(shù)見表14-3.

    表14-3 LS型錐體篩技術參數(shù)

    名 稱指 標名 稱指 標

    電機功率4KW工作分離因素570

    電機轉速1430r.p.m進漿管直徑Dg50

    電機型號Y112M-4沖洗管直徑Dg25

    篩膽錐度400噴淋管直徑Dg25

    篩孔直徑0.529M2窺視窗直徑ф50

    篩孔總面積ф8排渣口尺寸Dg125

    轉軸轉速0.154M2出漿口尺寸Dg125

    1430r.p.m外形尺寸1760×850×1060

    LS型錐體篩使用時，應注意轉向，安裝電機電攬時應面對進料管，篩膽應為逆時針旋轉，電攬需用鋼管護套防止?jié){水和潮氣入浸。根據(jù)工藝選擇適宜的篩娟，縫成喇叭狀，將離心篩外殼打開，旋下篩膽上螺母，取下分水盤，將篩絹小端套上螺栓，然后用分水盤螺母壓好，篩絹的大端邊緣嵌入篩膽大端法蘭的槽內，并用φ3- φ4鋼圈或尼龍將其篩絹大端壓緊。

    LS型錐體篩常出現(xiàn)篩網(wǎng)破裂現(xiàn)象，應檢查篩筒內膽是否光滑。篩絹在篩膽上是否平整。進料管位置是否合理。篩面應定時進行清理，若發(fā)現(xiàn)篩體有劇烈振動，說明篩面有部分殘留物，可停機打開端蓋進行清理。

    （三）面筋干燥機

    面筋干燥機具有面筋脫水、面筋輸送泵、面筋選粒機、面筋揚升分離機、渦殼分離器、過濾收集器，螺旋輸送混合機、風機和空氣壓縮機組成。外加有0.5-0.8KPa的蒸汽源。

    濕面筋進入脫水螺旋擠壓機的進料斗中，然后進入到帶篩網(wǎng)的面筋脫水螺旋擠壓機中，面筋被擠壓而脫水，擠壓出來的淀粉乳循環(huán)到工藝中以回收淀粉，脫水后的面筋進入一個位于烘干喂料泵上方的小儲灌中，一部分混合物回到螺旋擠壓脫水機中，另一部分與面筋進入造料機中，造粒機是通過一轉體，將擠出的面筋切成小碎片，進入前烘干的熱空氣中，與一部分循環(huán)的干面筋混合，經(jīng)過熱空氣的干燥作用，面筋粉被分級，顆粒大，干燥不徹底的部分被循環(huán)到破碎機中，與新進入的濕面筋混合。小顆粒和干燥充分的部分物料進入布筒過濾器，將空氣分開，卸入螺旋輸送機中，將面筋粉分為兩部分。其中的一部分被循環(huán)到烘干系統(tǒng)中，循環(huán)面筋粉的量是由一臺速度可調的螺旋輸送機來控制的。而另一部分將進入檢查篩，提取成品谷朊粉。用來加熱的空氣經(jīng)過蒸汽加熱器升高到烘干的溫度。負壓操作的風機將此熱空氣吸入到面筋粉烘干氣流中，采用布袋濾塵器來分離物料和空氣�？諝鈴娘L機中排出到大氣。

    面筋干燥機操作時應注意：母粉（引粉）的數(shù)量是保證質量的關鍵，熱空氣的氣壓應保證在0.5～0.8Kpa;風機出口的溫度應在800C以下；應保證布袋過濾器的過濾效果。面筋干燥機是一個完整的系統(tǒng)，因此，各設備應嚴格按工藝要求進行。

    面筋干燥機常出現(xiàn)的故障：選粒機的堵塞，應盡可能減少選粒機的停機時間，若時間過長，應拆卸清洗；揚升器被面筋堵塞，可在不停機的情況下，拆開防堵蓋清除堵塞的面筋；母粉過少，產(chǎn)量過低可將渦殼分離器下的舌板向下移動，使其物料置于循環(huán)狀態(tài)，增加母粉數(shù)量后，再逐步抬高舌板，以調整進入布袋過濾器的干粉數(shù)量。

    國外使用著多種形式的干燥機來干燥面筋。如聯(lián)邦德國，面筋在氣力式干燥機中并利用高速斷裂機進行干燥。用泵將面筋送入外殼有孔的錐體螺旋輸送器中，在螺旋輸送器的一端裝有帶120～130個大小為4～6毫米的孔的型槽，面筋沿著螺旋輸送器運動，從面筋中榨出游離的水分，然后面筋通過型槽被擠出，所得到的面筋撒有干面筋，這就使面筋不粘在一起，并進入槽型混合器中，在混合器殼體內有帶特種葉片的軸旋轉，這些葉片將面筋破碎成在小為2～3厘米的塊狀，然后與干面筋混合。送入的干面筋數(shù)量為產(chǎn)品數(shù)量的40-50%.此時面筋的水分降至30～35%.

    從混合器出來的面筋微粒被螺旋計量器送入轉子街垂直配置的斷裂機內，轉子軸上有特種破碎用葉片和內裝式風扇。加熱到160～1700C 的空氣與面筋同時進入轉子內，空氣從上往下運動。破碎用葉片和轉子殼體之間的間隙沿面筋的進程從2～3毫米變化到0.5毫米。轉子以2000～2500轉 /分鐘的轉速回轉。面筋沿轉子運動時被粉碎、干燥，并被風機送往旋風分離裝置以分離出干面筋，然后一部分干面筋進入混合器內用于加工濕面筋，而剩余的部分送去包裝。

    這種設備的生產(chǎn)能力為100～120千克干面筋/小時。轉子驅動電機的功率為75千瓦。

    法國Balcock BSHAG公司正在研究一種加工小麥面筋的氣流干燥機。見圖14-7所示。這種干燥機由混合裝置、干燥管、旋風分離裝置、風機、螺旋計量器、分級器和空氣加熱器組成。

    含水量為65～70%的濕面筋由泵連續(xù)地送入混合裝置2中，部分干面筋也同時進入其中。在此裝置中回轉著一根帶有特種葉片的軸，葉片將濕面筋粉碎并將它與干面筋混合，然后混合物進入混合裝置3,混合裝置3的結構類似混合裝置2,但有葉片的軸的轉速與之不同。在混合裝置3中混合物進一步被搗碎，水分逐漸均勻并達到16-20%.然后物料由熱空氣沿干燥管道輸送到旋風分離裝置中，在這種情況下同時進行干燥。干燥管的分離裝置和返回管將未干透的面筋微粒沿著返回管返回送去再干燥。

    在混合裝置中濕面筋被搗碎成0.2毫米大小的微粒，此時濕干面筋的比例在1:4～1:5范圍內。干燥管中的動力是風扇造成的，在旋風過濾裝置中分離出來的干面筋部分送入混合裝置，剩余部分送入分級器以及送去包裝。

    在拉依西俄的Oy Uehno Co公司（芬蘭）的工廠中用英國Barr Marphy Int公司生產(chǎn)的環(huán)狀干燥裝置來干燥面筋。

    該干燥裝置由濕面筋喂送和制粒設備。松料器、加熱裝置、空氣濾清器、干燥管、面筋氣力運輸系統(tǒng)、閘門、旋風分離器、回轉式風檔、風機和空氣循環(huán)管組成。

    干燥機的喂料器是一個帶內裝型槽的管子。轉筒在管子內部回轉。濕面筋由螺桿泵送進喂料器中，同時壓縮空氣進入。旋轉著的轉筒將產(chǎn)品擠壓通過型槽，而壓縮空氣促使產(chǎn)品從型槽中壓出，進入松料器。干燥機的松料器是錘片式。干燥機的結構使廢氣部分再循環(huán)到加熱裝置中，這樣將使干燥產(chǎn)品的蒸汽消耗量降低。

    四、小麥谷朊粉的應用途徑

    （一）小麥谷朊粉的特性

    谷朊粉又稱活性面筋粉，其蛋白質含量在80%以上，且氨基酸組成比較齊全，是營養(yǎng)豐富、物美價廉的植物性蛋白源。谷朊粉主要由相對分子質量較小、呈球狀、具有較好延伸性的麥膠蛋白與相對分子質量較大、呈纖維狀、具有較強彈性的麥谷蛋白組成。當谷朊粉吸水后形成具有網(wǎng)絡結構的濕面筋，具有優(yōu)良的黏彈性、延伸性、熱凝固性、乳化性，以及薄膜成型性，如傳統(tǒng)產(chǎn)品中的面筋、烤麩、古老肉、素腸、素雞、素鴨、油面筋等，就是上述特性的簡單應用。在這方面我國 人民積累了豐富的經(jīng)驗，并成為我國獨特的地方風味產(chǎn)品。

    谷朊粉由于其自然資料豐富，經(jīng)濟效益好等優(yōu)點很快發(fā)展成為一個世界性商品，在小麥盛產(chǎn)地美國、加拿大、歐洲和澳大利亞等國家均有大量生產(chǎn)，在工業(yè)中早被廣泛應用，其利用與開發(fā)研究在日本、美國等國日益盛行。

    （二） 小麥谷朊粉的組成特性

    最初對面筋的研究采用的是超速離心法，認識到面筋蛋白及其麥谷蛋白是由較小的蛋白質形成的大分子聚合物，相對分子質量達幾百萬；而麥醇溶蛋白相對分子質量小，不屬于高分子聚合物。移動界面電泳研究結果表明，面筋蛋白質成分與小麥品質有關。

    面筋蛋白氨基酸分析表明，其含有較多的谷氨酰胺、半胱氨酸、非極性氨基酸，這些氨基酸以多種形式把蛋白質鍵合在一起。谷氨酰胺和非極性氨基酸是以氫鍵的方式，半胱氨酸以二硫鍵，而極性氨基酸則以靜電作用。這些鍵合方式對面筋結構的形成很重要，其中二硫鍵尤為突出。就像分解高分子聚合物一樣，斷開面筋蛋白中的二硫鍵，面筋黏度會急劇下降。面筋蛋白中產(chǎn)生的巰基在不同條件下，有可能氧化成二氧硫鍵，生成分子大小和性質不同的蛋白質。在制作面包時，混合面團并加入面團品質改良劑，面筋蛋白中的二硫鍵在氧化/還原作用下，發(fā)生重排和重組。

    （三） 谷朊粉與面粉烘烤品質的關系

    研究表明，面粉的吸水率與氧化要求，面團混合與耐柔性等流變學特性，面包的烘烤的體積，孔隙的均勻度與瓤的質地與顏色等都是面筋蛋白量和質的函數(shù)。對面粉烘烤品質影響的主要因素有蛋白質總量、麥谷蛋白與麥醇溶蛋白的比率、谷蛋白亞基聚合體的粒度分布。

    1.蛋白質總量與烘烤品質的關系

    國內外不同學者對小麥蛋白質含量與烘烤品質的相關關系進行了大量的研究，結果各異。在對大量隨機樣品的品質資料進行統(tǒng)計分析的基礎上，有的學者認為二者幾乎沒有什么相關性，而有的則認為二者的相關性極高，以至于可以用蛋白質的含量預測品種的某些烘烤品質性狀，如面包體積等，這主要是由于個人在蛋白質的提取方法或面包的烘烤程序以及所用小麥材料地理上的差異造成的。目前人們一般認為，蛋白質含量對烘烤品質有一定的貢獻，優(yōu)良的烘烤品質要求有一定的蛋白質含量作基礎，若品種的蛋白質含量極低，其面粉烘烤品質必定很差，此時提高蛋白質含量，有助于品種烘烤品質的改良。蛋白質含量受環(huán)境因素的影響較大，種植區(qū)域的氣候條件（包括氣溫高低。降水時間及降水量多少等）、土壤條件和管理水平等都能影響小麥品種的蛋白質含量。

    2.麥谷蛋白與麥醇蛋白的比對面粉烘烤品質的影響

    約占小麥蛋白質含量85%的面筋蛋白由醇溶蛋白和蛋白組成，分別決定面團的延展性和彈性，是面粉烘烤品質的決定因素。在早期的關于蛋白質組分與面粉烘烤品質的關系的研究表明，富含醇溶蛋白的小麥面粉在發(fā)面過程中有很好的持氣能力，但在烘烤過程中卻沒有，而富含谷蛋白的小麥面粉無論在發(fā)面還是在烘烤過程中都沒有持氣能力，只有醇溶蛋白和谷蛋白比率適當?shù)拿娣鄄庞泻玫暮婵酒焚|。

    3.谷蛋白亞基的含量與烘烤品質的關系

    HMW-GS的含量一般與較高的面筋強度和較大的烘烤體積相聯(lián)。一般強力面粉中面筋蛋白總量和HMW-GS含量明顯高于弱力面粉，而可溶性的面筋蛋白和HMW-GS含量均比弱力面粉少，形成的面團強度更強。HMW-GS占面粉蛋白質總量的比例越大，形成的烘烤體積就越大。對比兩種面粉的烘烤品質結果顯示面粉中HMW-GS含量越多，面粉的烘烤品質就越好。用SDS-PAGE分析得出：面團越強，可溶于SDS緩沖溶液中的面筋蛋白和HMW-GS越少。HMW-GS與烘烤體積成正比。在相同的工藝條件下，大體積中HMW-GS占面粉總蛋白的比例較高，體積小的HMW-GS含量較少。HMW-GS成為決定面粉流變學特性的主要因素之一，相對分子質量越大，相應的鏈就越長，鏈上的作用點越多，物理和化學纏結也就越復雜。相對弱力面粉而言，強力面粉含有更多的高分子麥谷蛋白聚合體，在攪拌過程形成更多的長鏈多聚體纖維，作用越多，形成的纏結點越多，因而形成的面筋網(wǎng)絡越強，越能保持氣體，烘烤體積越大。

    4.谷蛋白聚合體的粒度分布與烘烤品質的關系

    谷蛋白在面筋中以聚合體的形式存在，除了聚合體的含量以外，聚合體的粒度分布和面粉的烘烤品質也有很好的相關性，研究中通常以谷蛋白大聚合體的含量來表示聚合體的粒度分布。在用稀醋酸提取谷蛋白的，只有部分谷蛋白能被提取出來，而另外一部分谷蛋白存在于提取后的殘余物中，不溶于SDS提取液，只有加入還原劑或經(jīng)過生化處理后才能被溶液，這種聚合體稱為谷蛋白大聚合體。用SE-HPLC方法研究了谷蛋白大聚體含量與面筋強度參數(shù)及黏彈性之間的關系，結果表明谷蛋白大聚合體的含量與Rmax 值、Mixograph和面形成時間、 Farinograph及面筋的黏彈性等均呈顯著的正相關關系，其作用遠遠大于SDS-可溶性的谷蛋白聚合體或小分子的谷蛋白的聚合體。用一種多重分離膠電泳的方法可以按相對分子質量的大小分離未經(jīng)還原的谷蛋白并掃描定量，發(fā)現(xiàn)品質好的面粉不但總的谷蛋白含量高。相對分子質量最大的谷蛋白組分的含量也應高于品質差的面粉。谷蛋白大聚合體的相對含量高的小麥樣品，面筋強度大，所需和面時間也比較長。由于谷蛋白大聚合體的相對含量在各品種及品系之間存在極廣泛的遺傳變異，可以作為預測小麥面筋強弱的一個的生化指標。

    （四）谷朊粉在面粉工業(yè)中的應用

    谷朊粉的特色是明顯具有活性濕面筋各種特點，而各種面制品因品種不同對面粉的品質要求不一，我國目前生產(chǎn)面粉品種中濕面筋含量（%）特制一等> 26,特制二>25,標準粉>24,普通粉>22,這四種等級的面粉面筋含量是很難滿足各種用途的需要，特別是各種專用粉的開發(fā)利用（如面包、面條、拉面專用粉）,更需要人為地添加谷朊粉解決面粉中面筋含量不足，增加面團的網(wǎng)絡結構，改良面團品質，進而起到改善各種制品的作用。

    1.谷朊粉對面條流變學特性的影響及應用

    由表14-4可見，添加谷朊粉后面條的抗擠壓力、抗彎曲力及抗拉應力均有明顯提高，尤其是通心面效果更為顯著。

    表14-4 添加谷朊粉后面條的流變特性 [g·（mm2）-1]

    試面驗號添加量生面條掛面濕通心粉干通心粉

    水分

    （%）抗拉

    應力延伸性

    （cm）水分

    （%）抗拉

    應力抗彎曲應力

    （cm）水分

    （%）抗拉

    應力延伸

    性

    （cm）水分

    （%）抗擠壓應力抗彎曲

    應力

    [g·（cm2）-1]

    1247.25.617.414.2542223131.250817.413.0414229

    2146.87.024.613.6863025431.35.924.613.1607258

    3246.57.723.513.4558421231.47.625.113.2648273

    4347.46.922.913.5255225630.97.725.313.2661289

    2.添加谷朊粉對面團發(fā)酵時間的影響及應用

    通過對谷朊粉添加量的實驗研究，所用面粉為市售黃石生產(chǎn)的面包專用粉，儀器為布拉班德發(fā)酵儀，發(fā)現(xiàn)在一定的范圍內，隨著谷朊粉添加量的增大，面團的發(fā)酵時間逐漸縮短。

    這是因為面粉與水混合后，蛋白質與水作用形成一種富有黏彈性的三維結構，且隨著谷朊粉添加量的增大，面筋的網(wǎng)狀結構越細密，能持住更多的氣體，使面團很快能膨脹起來，如果繼續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵作用產(chǎn)生的氣體就會使蛋白質分子盤繞成的螺旋狀結構被伸展，在這個過程中會使分子間-S-S-轉化成分子內-S -S-,就像攪拌過度一樣使持氣性變劣，所以隨著谷朊粉添加量增大，面團發(fā)酵時間逐漸縮短。

    3.添加谷朊粉對焙烤制品品質的影響及應用

    選擇市場售出的面包專用粉，通過實驗測定，不同谷朊粉加量的面包的烘烤特性如表14-5.添加谷朊粉后，面包的烘焙特性變好。但要注意，其加入量不能無限制地增加，因為增加到一定程度后，其體積增加幅度變小，且面包外皮邊緣會出現(xiàn)許多紋路，使表皮不光滑，還可能使面包出現(xiàn)皮焦而瓤不熟的現(xiàn)象，并且也不經(jīng)濟。一般添加到蛋白含量在13%～14%最宜。總之，隨谷朊粉添加量的增加，面包心結構細膩，氣孔均勻呈海綿狀，品質得以改善，并且面包比容增加，更富有彈性。

    表14-5 谷朊粉添加前后面包烘焙特性

    實驗號添加量（%） 面粉用量（g ） 比容（ml·g-1）高徑比 面包心結構得分

    1 0 100 3.52 0.45 一般 8.2

    21 99 3.68 0.52 較好8.5

    3 2 98 4.08 0.85 好 9.5

    4 3 98 4.20 0.88 好 9.6

    另外焙烤制品顏色主要由于美拉德（Maillard）反應和焦糖化反應產(chǎn)生的，隨著谷朊粉的加入，其蛋白質的自由氨基與糖類接觸，更有利于美拉德反應的進行，所以谷朊粉的增加會使面包顏色加深，香味更濃，效果更好。

    （五）谷朊粉在食品工業(yè)中的應用

    谷朊粉在食品領域中的利用涉及到傳統(tǒng)產(chǎn)品中的粉末狀制品、糊狀制品、粒狀及纖維制品，如前面所提到的烤麩、霉麩、古老肉、素雞、素鴨、素腸、油面筋等。而與大豆蛋白質相比其獨特的黏彈性、乳化性是又一鮮明優(yōu)點，且營養(yǎng)豐富可大量用于食品工業(yè)中，隨著谷朊粉品質改良，尤其是熱凝固溫度驟降的變性面筋制作技術的開發(fā)，使其利用范圍進一步擴大，現(xiàn)被廣泛應用到畜肉制品與水產(chǎn)煉制品中，由于其獨特的黏彈性，又被廣泛應用到彈性加強物之中，作為蛋白強化劑進行更深一步的開發(fā)利用。

    （六）谷朊粉在畜肉類制品中的應用

    谷朊粉用于肉類制品，其熱變性（凝固）是其被延緩使用的主要原因。一般情況下，谷朊粉的熱凝固溫度在80℃以上，而畜肉加工品的加熱殺菌溫度為70-75℃，在這種低溫情況下，谷朊粉就很難發(fā)揮出其應有效果。因此，畜肉制品加工中所用的谷朊粉，一般為在某種程度上用還原劑或酶等進行加工處理的變性谷朊粉，由于變性谷朊粉的熱凝固溫度降低約為65-70℃，所以可用作香腸制品中的彈性加強物，其添加量為2%-3%.當將谷朊粉用于脂肪含量多的畜肉香腸等制品中，其乳化性被廣泛使用。

    （七）谷朊粉在水產(chǎn)制品中的應用

    在魚糕中添加谷朊粉后，由于谷朊粉吸水復原為富于延展性的面筋網(wǎng)絡結構，同時經(jīng)過捏合均勻伸到魯肉中，通過加熱，面筋不斷吸水熱變性，出現(xiàn)了強化魚糕彈性的結果。其添加量一般控制在2%-4%就足夠了，但應根據(jù)原料，使用目的等進行增減，添加后直至充分吸水之前要進行攪拌，同時根據(jù)需要添加谷朊粉添加量1-2倍的水。如油炸魚丸子中添加谷朊粉可以收到同樣的效果，尤其是對大量混合蔬菜等原料的制品效果最好，能增強黏結性，防止因蔬菜水分流出而引起的彈性下降和觸感下降。

    在魚肉香腸制作中，從食品的安全性考慮，往往不使用防腐劑，代而采用高溫加熱處理以達到高壓殺菌的目的。但如果原料中低級魚肉糜的配合比率高，那么高溫處理就很自然地容易引起制品品質下降，添加谷朊粉則可有效地達到防止這種缺陷的目的。通過向谷朊粉中加入，使之復原成面筋，然后填充到腸衣中并測定加熱到各種溫度時的凝膠強度時實現(xiàn)，加熱到130℃，凝膠強度仍未下降。谷朊粉在魚肉香腸中添加量為3%-6%,但需根據(jù)原料狀態(tài)，殺菌條件來改變添加量，向肉中添加谷朊粉的時機應選擇在添加脂肪并攪拌后，方法是直接添加谷朊粉，加水量應比對照品（未加谷朊粉）多些，攪拌時間略長些。

    （八）谷朊粉在飼料工業(yè)中的應用

    隨著人民生活水平的提高，飲食結構多樣化，人們不僅僅滿足傳統(tǒng)制品，對各種高檔水產(chǎn)品及高蛋白動物制品的需求也供不應求。谷朊粉在飼料工業(yè)中用于生產(chǎn)高檔水產(chǎn)品如螃蟹、鰻、對蝦等飼料的黏結劑和營養(yǎng)強化添加劑，不僅提高了飼料的營養(yǎng)價值，在制作懸浮飼料時，其吸水后的懸浮性，自然黏彈性還提高了飼料在飼喂中的綜合利用率。

    高質量的谷朊粉當溫度為30-80℃時能迅速吸入2倍質量的水分，其中蛋白質含量為75%-80%（干基）,干基谷朊吸水時蛋白質含量隨著吸水量的增加而下降，直到吸足水，含水量為65%,含蛋白質25.27%,這種性能能夠防止水分分離，提高保水性。當谷朊粉與飼料中的其他成分充分拌和，并由于其強力的黏附能力，很容易制造型成顆粒，投放到水中吸水后使其中的飼料顆粒被充分包絡在濕面筋網(wǎng)絡結構中并懸浮于水中，營養(yǎng)不會損失，大大提高了動物對其的利用率。

    通過前面谷朊粉的營養(yǎng)成分分析，其蛋白質含量高、氨基酸成分充分，是一種理想的天然蛋白質源。同樣，在飼料工業(yè)中，可以利用其優(yōu)良的蛋白源作為高檔動物及寵物的飼料。只要將谷朊粉與其他食物性蛋白按各種比例混合，并根據(jù)動物飼料的特性及其所缺的必需成分進行合理搭配就能制成各種動物的專用飼料。

    并且高檔谷朊粉具有"清淡醇味"或"略帶谷物口味"當其與其他成分混合制成飼料后，可以說色香味俱全，特別適合于各種寵物的口味，這樣大大增長了其飼料的利用性。

    （九）谷朊粉在素食專用食品上的應用

    無肉膳食已列入21世紀有發(fā)展趨勢的重要食品之一。食素人群數(shù)量的增大，正在推進這個趨勢。然而，食素膳食又有多種類型的膳食構成，嚴格素食、蛋品素食、奶品素食、蛋奶品素食、果實素食、大眾素食和半素食。近幾年來，素食在膳食結構組成上的比重增大較快，尤其是在西方國家。美國現(xiàn)在約有1%-2%的人口，被認定是絕對食素；約有7%的人口，被通稱為食素；約有26%的人口，已趨向于食素，盡管他們的膳食不一定是絕對素食，但他們正在中止肉食消費，其主要食品是餐館或超市的素食專用食品；約有40%的人口，正在中止紅肉消費，代之以消費禽肉和魚，有時也改用素食專用食品。消費者重視素食，其原因是多種多樣的，據(jù)有關調研報道，這些原因包括：關注身體健康（46%）,基于動物生命保障理念（15%）,環(huán)境保護（4%）,家庭和朋友影響（12%）,倫理觀念（5%）,或其他不確定原因（18%）.產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新，也已推動素食專用食品生產(chǎn)。另一方面，對于瘋牛病的憂慮，對于動物生命保障理念的增強，朝著更有利于保健膳食的趨向，改進膳食結構的要求，以及對事故發(fā)生的厭煩，這許多方面的因素，也影響了紅肉聲望下降。在 1999年度內，美國肉品和奶品由素食專用食品替代的市場，其金額估計為6.62億美元。小麥蛋白在素食專用食品上的應用，不是件新事情。早在100多年以前，以小麥蛋白為基料的肉質代用制品，在中國、俄羅斯和東南亞地區(qū)已流行應用。以黏滯彈性的小麥蛋白為基料，構成類似肉質的質構，這些制品具有甚佳的耐嚼性。應用小麥質構化蛋白，可制成多種樣式的素食專用食品，諸如素雞塊、西式素香腸、素雞色拉、素蟹餅和素烤肉。這些制品，除了結構上具有類似于肉質的質構、耐嚼性和宜人的外觀之外，還有助于提供保健膳食所需的蛋白質。經(jīng)過混合、切塊或粉碎，可保持纖維狀質構，以及形成類似肉質的外觀，并可作為較貴原料的替代物，降低產(chǎn)品的總成本。

    （十） 谷朊粉在肉制品加工上的應用

    多年來，一般活性的小麥蛋白，用作肉制品加工的黏結劑、填充料或增補劑，已有許多實際生產(chǎn)應用。用作黏結劑的配比，取決于加工肉質和產(chǎn)品的要求，一般為1%～5%,或者0.1～0.3g/cm3 .用于中式香腸和肉丸，其配比通常較小，0.1%～0.15%,可提高結構強度和改善流變性。以0.3g/cm3 配比用于炸豬排，可起到交叉連接肉質結構的作用，增強成品的黏滯彈性。用于炸牛排的配比一般為2%～3.6%,可形成黏滯彈性質構和提高色澤穩(wěn)定性。以2%～5%配比用于炸雞塊，成品的結構堅固性、肉質多汁性和持水性提高顯著，并可減少脂肪粘連和降低熟化損失。用于雞片或肉片的熟化，其配比一般為1.5%或 0.1g/cm3 可提高成品黏附性，降低熟化損失，提高產(chǎn)品出率。在肉糕制品加工上，小麥蛋白可兼作黏結劑和吸水劑，一般的配比為3%～13%,能提高可切片性。另外，小麥蛋白還常用作肉糜類制品的增補劑或填充料，一般配比為20%～80%,可提高產(chǎn)品出率和熟化穩(wěn)定性。小麥蛋白的質構化產(chǎn)品，從用作肉制品的增補劑，到用于加工營養(yǎng)強化面包和素食專用食品，在食品工業(yè)上的應用范圍更廣。多年來，在廣泛應用于肉制品的實際生產(chǎn)上，用作加工這類食品的原料包括：水解膠體/膠質、淀粉，以及質構化植物蛋白。小麥質構化蛋白產(chǎn)品，被切成薄片時，可吸收3倍于自重的水分，它們已成功地配用于漢堡包、咖喱調味食品、燉制辣味肉制品、油炸雞胸脯和雞塊等制品的加工。例如，炸雞塊可配用水化的小麥質構化蛋白30%.在肉制品加工上擴大應用小麥質構化蛋白，通�？山档蜕�產(chǎn)成本12%～26%,提高產(chǎn)品出率8%～9%,并可增進產(chǎn)品質構。小麥質構化蛋白，具有適度的香味，無須掩蓋非肉香味而另添香料，有利于降低這類肉制品的生產(chǎn)成本。小麥質構化蛋白，具有類似于肉質纖維的外觀特性，人從而增強了產(chǎn)品的整體特性、質構和口感。還可用作漢堡包的增補劑，在預熟化和未熟化的肉餅內，其配用水化的小麥質構化蛋白可高達40%.

    （十一） 谷朊粉在營養(yǎng)強化食品上的應用

    目前，人們正在不斷開發(fā)用以增加能量或增進肌肉的保健快餐或保健食品。近些年來，能量強化食品和蛋白強化食品加工業(yè)發(fā)展較快。小麥質構化蛋白，可應用于這類食品配方，例如，用于燕麥類營養(yǎng)強化的網(wǎng)絡狀質構快餐食品。這類營養(yǎng)強化食品，具有保健所需的維生素、礦物質和蛋白質。小麥質構化蛋白，在這類食品中用作營養(yǎng)強化的同時，還能產(chǎn)生松脆質軟的功效。因為小麥質構化蛋白具有適度的香味，所以生產(chǎn)這類快餐食品幾乎無需添加香料，從而經(jīng)濟性較好。

    （十二）谷朊粉的應用領域

    從國內外已有產(chǎn)品和專利，可以歸納為谷朊粉的主要應用領域有以下幾個方向。

    1.膜類材料

    谷朊粉為基質的包裝膜，是很好的可食用、可生物降解具有良好機械特性的空氣隔離層。

    2.涂層材料

    谷朊粉包層可保護食品風味、延長食品貨架期�；瘜W變性谷朊粉也可以接枝成多聚物。

    3.多聚物/樹脂類

    改性谷朊粉水解物改善某些多聚物的柔韌性和彈性，谷朊粉也可以接枝成多聚物。

    ⑷ 墨水類

    在水釋墨水中加入谷朊粉，可減緩筆尖的干結，加速墨水在某些表面的干燥。

    ⑸ 洗滌劑

    改性谷朊粉蛋白水解物，可穩(wěn)定加入清潔劑中的酶活性。

    6.化妝品和護發(fā)用品

    谷朊粉水解物作為用于化妝品，作為發(fā)泡劑和調理劑用于護發(fā)用品。

    7.膠黏劑

    改性的谷朊粉蛋白水解物可用于壓敏性膠黏劑中。

    8.橡膠制品

    改性谷朊粉可增加非輪胎橡膠的強度。

    9.代乳品

    部分水解小麥谷朊粉蛋白質可作為動物的代乳品。

    10.功能食品

    水解谷朊粉可改善其中應用的起泡性、乳化性和溶解性。

    11.成型食品容器

    面粉、淀粉、水的混合物經(jīng)加熱、加壓形成堅固、穩(wěn)定的食品容器，加入谷朊粉可形成防水層。

    12.薄壁醫(yī)藥制品

    在膠原中添加2%-50%的谷朊粉，經(jīng)擠壓或凝固，可制成生物降解的、有彈性的醫(yī)用手套、導管、綁帶和避孕手套。

    13.抗凍結水泥

    谷朊粉加入水泥中，起到摻汽的作用，防止水泥凍裂。

    14.農業(yè)病蟲防治

    控制細菌、真菌、害蟲或雜草的試劑，可以包裹在谷朊粉中，外涂油脂，保持濕度和效力。在光、水作用下，緩慢釋放有效成分。

    15.重金屬回收

    與交聯(lián)谷朊粉蛋白接觸，可有選擇地把重金屬離子提取出來。