孙辉 尹成华 赵仁勇 吴存荣

小麦品质是小麦对某种特定用途、加工产品的适合度和满意度的综合而相对的概念,与小麦的使用目的和用途,即小麦的加工利用密切相关。小麦及其相关产品的品质评价和检验是提高小麦生产质量,合理加工利用以及流通监管的基础和技术保障。

以最终加工用途评价小麦及其相关产品的品质,是小麦品质评价与质量检验的原则和目标。目前,我国在小麦质量评价和检验方法两个领域都取得了较大的进展,但与小麦生产和加工利用的产业需求相比仍有一定的差距。本文将对我国小麦品质评价与检验的发展历史和现状进行论述,为相关的科学研究、技术开发或政策制定提供参考。

1 我国小麦品质评价与检验技术的发展历程

小麦品质评价和检验主要以现行的国家和行业标准为依据。我国的小麦标准早在建国初期就已制定,以皮色分类,以水分、杂质、不完善粒定等。1962年颁布的标准则采用“半等级制半增减价”标准,即以定等项目确定等级,以水分、杂质项目增减价。随后在1976年和1986年分别对小麦标准进行修订,明确各类小麦按容重分等,将小麦分为6类,5个等级;1999年修订的小麦标准则调整了角质率、粉质率指标,增加了黑胚粒。为了适应我国市场对优质专用小麦的需求,还分别制定了GB/T 17892—1999《优质小麦强筋小麦》和GB/T 17893—1999《优质小麦弱筋小麦》的国家标准,引入了流变学特性和食品评分的评价指标,首次将小麦的品质评价与最终用途相关联。2008年修订标准则以仪器测定的硬度指数代替了感官判别的角质率指标。此外,为了适应企业生产专业粉的需求,我国于1993年发布了一系列的专用粉行业标准,为专用粉的生产和发展起到了积极的指导性作用。

2 小麦品质评价技术的发展现状

小麦品质是一个综合概念,是小麦形态品质、营养品质和加工品质的有机结合。品质评价是小麦生产、收购、储运和加工的重要技术依托,其评价指标体系在引导种植结构调整,收购定价以及指导小麦合理利用等方面具有重要的意义。独特的内在品质特性是某种小麦区别于其他小麦的基本特征与要求。原料小麦的内在品质无法凭感官鉴别。到目前为止,在世界范围内还没有任何一种方法或仪器能综合、全面地测定或反映小麦的品质。

分类定等指标是小麦品质评价的最基本、最重要的指标,是小麦贸易的主要依据。目前,小麦分类指标主要有3个:籽粒颜色,生长习性和籽粒质地。世界小麦主产国均按照这些指标对小麦进行分类。每一类小麦尽管品种不同,但其外观和内在质量高度一致,满足了不同类型小麦的市场需求的不同加工用途;同时,小麦硬度与面筋强弱密切相关,因此,同一类别小麦则可以按照容重和蛋白质含量进行定等分级,使小麦分类与最终加工品质具有非常密切的相关性。

根据GB 1351—2008《小麦》的规定,我国小麦按照籽粒颜色和质地进行分类,共分为5类:硬红麦、硬白麦、软白麦、软红麦和混合麦。但是,在品种审定时没有对其外观和内在品质按照类型提出要求,导致同一类型的小麦品种加工品质差别较大,限制了小麦分类对其加工利用的指导意义。

对小麦籽粒质地进行分类的指标有角质率和硬度指数等。目前我国采用的是通过国家“十五”科技攻关自主研发的仪器:硬度指数仪测定硬度指数值来进行分类。与传统的感官测定方法——角质率方法相比,仪器法极大地提高了检测结果的客观性和准确性,在小麦收购中起到了重要的作用,保护了农民的利益,提高了收购小麦的质量。已有研究表明,硬度指数与小麦其他加工品质有一定的相关性。但是,由于我国小麦品种混杂,质量各异,商品小麦的籽粒硬度与品质指标的相关性较差,以籽粒质地作为分类指标的应用在我国现阶段受到很大限制。

小麦品质评价是为其加工利用服务的。当我国在20世纪80年代中期实现了大幅度提高粮食产量的目标,基本解决了十几亿人民的温饱问题之后,提高小麦质量,满足社会经济发展和人们日益提高的生活水平的需要,逐渐得到了政府和行业的重视。因此,国家标准《优质小麦》(GB/T 17892—1999,GB/T 17893—1999)应运而生。在这些标准中,借鉴西方的品质评价体系,引入了面团流变学特性指标,通过面筋含量和面筋质量指标建立中国优质小麦的评价体系,并通过对降落数值的限量,对有可能由芽麦带来的品质劣变进行了规范。《优质小麦》标准的颁布实施,对于优质专用小麦品种的培育和推广,调整我国小麦种植结构,提高农民收入起到了积极的作用。但是由于面筋质量是以粉质稳定时间为评定依据,主要建立在西方面包烘焙用面团的评价基础之上,对中国传统蒸煮类面制食品的品质评价效果尚值得商榷。

自2001年开始,国家粮食局连续9年在全国主产省开展了小麦质量调查和品质测报工作,为小麦宏观调控、依质定价,指导小麦收购、加工,促进小麦生产结构调整和产销衔接,提高小麦生产的综合竞争力,有着重要的作用。通过品质测报结果可以看出,我国小麦品种繁多,同一品种在不同地区和不同年份的品质差异较大;形成商品粮的小麦与其原种相比,品质有不同程度的退化;部分地区小麦蛋白质含量较高,但质量较差;而有些地区的小麦,如河套地区春麦用来加工中式面制食品的品质很好,但是用现行标准无法体现。

当前小麦粉的质量评价主要是以加工精度、灰分和粗细度定等,并规定了各等级中面筋含量的最低限量,此外,还对水分、含砂量、脂肪酸值等进行了限量规范。在1988年制定的《高筋小麦粉》和《低筋小麦粉》国家标准中,则主要以蛋白质含量和面筋含量作为品质评价指标,与企业生产需求有一定的差距。1993年发布的9种专用小麦粉行业标准除了面筋含量指标以外,还引入了粉质稳定时间指标,将小麦粉面筋强弱与其最终加工用途相联系。这些专用粉标准的出台为我国小麦专用粉、尤其是面包专用粉的生产和发展作出了巨大的贡献,但是由于受到当时基础性理论研究成果匮乏和检验技术发展的限制,这些标准对中式蒸煮面制食品专用粉的指导意义不大。2005年开始修订的《小麦粉》(报批稿)则按照小麦粉的食品加工用途对其进行分类定等,并根据食品安全和消费需求提出禁用增白剂的要求,但由于种种原因目前尚未发布。

3 小麦质量检验技术的发展现状

小麦品质指标检验,主要包括物理特性指标(容重、千粒重、硬度以及不完善粒等)、化学特性指标(蛋白质、面筋、沉降值、酶活性等)和流变学特性指标(面团粉质、拉伸、稠度、吹泡特性和淀粉黏度曲线等)以及食用品质等。

3.1 物理特性检验

物理特性检验在小麦流通领域应用较多,要求在获得准确结果的基础上实现快速实地检验。因此,现在更多的采用标准图谱或参考样品,对一些感官检验指标进行规范。2008年发布实施的GB/T 22504.1《粮食感官检验辅助图谱第1部分:小麦》结合《小麦》国家标准规定的感官检验指标,给出粒色、杂质、不完善粒、霉变粒等粒质特征的图示,对我国小麦感官指标的检验起到必要的辅助作用。此外,小麦粉加工精度的检验也是以粉色麸星的标准样品作为检验判别的依据。为了降低检验的主观误差,提高检验水平,近年来加大了物理特性的检验仪器的开发力度,具有我国自主知识产权的硬度指数测试仪已经代替主观的角质率检测,在小麦生产和收购中得到了广泛的应用;而建立在图像处理技术的基础之上的粉色麸星测试仪也研发成功,将有可能实现小麦粉加工精度的在线或实地快速检测。

3.2 化学特性检验

小麦化学特性的检验主要包括化学成分的含量,如蛋白质、面筋、脂类等的测定以及一些与质量安全有一定相关性的品质指标,如脂肪酸值、沉淀值、酶活性等的检验。这些检验技术的发展主要有以下几个方面的特征:①将经典的化学测定方法发展为仪器测定,如凯氏定氮仪、脂肪测定仪、燃烧定氮仪等;②逐渐淘汰有毒有害试剂的使用,而用环境友好、对实验员身体健康伤害小的试剂替代,如在脂肪酸值测定中以乙醇法替代苯法等;③利用近红外技术测定小麦成分及其他品质指标的技术和方法逐渐得到应用和推广。这项技术的推广,被认为是20世纪末仅次于计算机推广的一次革命。

蛋白质含量是小麦品质的重要指标,是国际小麦贸易的主要定价依据之一,也是我国优质小麦/小麦粉标准中的重要指标之一,其测定方法的发展进程具有以上3个方面的特征。从最初的烧瓶法发展到凯氏定氮仪测定,大大提高了检验的工作效率,降低了检验员的劳动强度。但是,凯氏定氮法中强酸强碱的使用,毕竟对环境造成了较大的污染,也给操作人员的身体健康带来了一定的危害,因此,目前西方发达国家已经倾向于使用更加安全环保的燃烧定氮仪替代凯氏法测定蛋白质含量,而在我国,燃烧定氮仪的使用尚不普遍。此外,蛋白质含量是近红外技术应用于小麦品质指标测定中准确性最好的指标之一,大部分品牌和型号的近红外仪器均能够准确测定小麦中的蛋白质含量,近红外方法也得到AACC(美国谷物化学家协会)等谷物化学界主要组织的认可。在国外,近红外技术被广泛应用于小麦收购、储运等流通的各个环节,实现了小麦质量的快速检验。目前,我国也在采取一系列措施,包括制定相应的检验方法标准,进一步校准定标模型等,使近红外方法能够在小麦收购等环节得到更为广泛的应用。最近,包括《近红外分析定标模型验证和网络管理与维护通用规则》(GB/T 24895—2010)、小麦水分、粗蛋白和小麦粉灰分、粗蛋白含量的近红外测定方法国家标准已经发布(GB/T 24898—2010,GB/T 24899—2010,GB/T 24871—2010,24872—2010),并将于2011年1月1日开始实施。

以某些化学指标预测小麦最终加工品质,一直是谷物化学研究领域的重要课题。从最早的沉淀值等指标发展到后来的谷蛋白大聚合体(gluten macropolymer)的含量、谷蛋白溶胀指数(简称SIG)以及溶剂保持率(solvent retention capacity profile)等,这些指标对于预测小麦烘焙品质,如面包和糕点的加工品质具有一定的意义,但是与中式面制食品的品质的相关性不大。

3.3 面团流变学特性检验

面团流变学特性反映的是小麦粉加水之后混合的过程中面团的物理性质,包括面团形成前后所表现的耐揉性、黏弹性、延伸性等。测试面团流变学特性能够间接地评价小麦粉的食品加工品质,目前的主要仪器有粉质仪、拉伸仪、揉混仪、吹泡仪和黏度仪等。其中,黏度仪主要用于评价小麦粉中的淀粉品质特性,而其余几种则主要用于评价面筋的品质特性。

粉质仪是我国目前用量最大的用以测试小麦粉筋力强弱的仪器之一,有机械式和电子式两种不同的型号,可以通过小麦粉的吸水量,揉和面团的形成时间、稳定时间、弱化度等特性评价面团的强度。粉质曲线是评价小麦粉质量的重要依据。目前,我国主要以粉质稳定时间来评价小麦粉的质量。1999年制订的国家标准(GB/T 17892和GB/T 17893)中,将优质强筋小麦的粉质稳定时间规定为一等≥10min,二等≥7min,优质弱筋小麦的粉质稳定时间≤2.5min。拉伸仪也有机械式和电子式两种型号,可以评价面团的黏弹性——抗拉伸阻力和延伸度等性能,可广泛用于小麦品质和面团改良剂的研究,并通过不同醒发时间的拉伸曲线所表示的面团拉伸性能,指导面包生产,选择适宜的醒发时间。揉混仪可以测试和记录面团在揉混时的阻力。揉混曲线能够显示出面团最佳形成时间、耐揉性和面团的其他一些特性,并能用来估计面包吸水率。揉混仪通常被用来研究添加成分对混合特性、面团流变学特性等的作用效果以及对硬麦、软麦和杜仑麦的评价。目前常用的揉混仪有10g和35g两种型号。吹泡仪的工作原理与拉伸仪相似,可以测量面团的抗延伸性和在标准操作方法下能够伸展的程度。与拉伸仪相比,吹泡仪所需要样品量较少,耗时短,且在低筋小麦粉的评价方面具有一定的优势。

黏度仪可以测试在设定的条件下,小麦粉或全麦粉试样的水悬浮物在加热和内源性淀粉酶的协同作用下逐渐糊化(淀粉的凝胶化),并在按照一定降温速度冷却时,糊化物胶凝过程中的黏度变化,从而研究粮食淀粉的糊化特性。已有研究表明,淀粉糊化特性与中式蒸煮类面食品品质以及小麦的储存过程中的品质变化都有一定的相关性。因此,得到了越来越多的学者的关注。

Mixolab是近年来新开发的一种可以同时对小麦粉中的面筋特性和淀粉糊化特性进行研究的仪器。通过一次试验可以测试面团的揉合性能(包括吸水率、面团形成时间和稳定性等)、面筋蛋白的弱化性能(包括耐机械搅拌性和耐热性)、淀粉的糊化特性和胶凝特性等。由于这种检验方法是建立在面包面团的基础上,其糊化特性的测试结果与黏度仪所检测的面粉糊的特性有可能会有一定差别,但是二者仍然具有极好的相关性。已有研究表明,该仪器的特征参数与面条类中式食品的加工品质相关性较好,但是应如何将相应特征指标的参数值与面制食品品质相联系,尚需要更多更深入的研究。

3.4 食品品质评价

小麦的最终用途大多是食用,因此,小麦的品质评价除了对一系列物理化学特性和面团流变学特性指标进行评价外,最根本的还是对其最终食用品质进行评价。

食品的实验室制作方法和感官评价方法是食品品质评价的基本方法。按照面制食品的加工方式,小麦的食品品质评价方法可以分为两类:烘焙类食品(如面包、蛋糕等)和蒸煮类食品(面条和馒头等)。目前,我国已经参考国外先进标准(AACC方法)制定发布了面包实验室制作和评价方法(GB/T 14611,14612—2008),以及海绵蛋糕的实验室制作和感官评价(GB/T 24303—2009)的国家标准,规范了小麦的这两种食品加工品质的检验方法。

但是蒸煮类食品的制作和评价方法则只是作为国家/行业标准的附录而存在,而且只有馒头的制作和评价方法在2006年发布的《小麦储存品质判定规则》(GB/T 20571—2006)中,根据仪器设备和加工工艺的技术发展进行了重新规范,其他几种蒸煮食品的评价方法都是在九十年代初期制定小麦专用粉行业标准时发布的,与当前的面食品加工工艺的差距较大。为了满足小麦加工利用以及品种选育的需要,我国研究机构加大了对中式蒸煮食品的品质评价方法的研究,提出了以仪器操作为主,手工操作为辅的食品制作方法和更为科学合理的评价指标,为进一步完善小麦品质评价体系奠定了基础。

食品品质的感官评价对品评人员的要求较高,一般要经过严格的培训,才能够得到相对准确的结果。即便如此,品评结果依然会受到品评员试验当天的某些临时性因素的限制,致使试验结果出现漂移。因此,研究开发一些仪器方法,对食品感官品质进行评价,是小麦品质评价与检验的重要课题之一。

目前,对面制食品的感官指标的仪器评价方法,根据其仪器性能和评价内容的不同可以分为三类。

(1)利用色彩色差仪测试包括面片、馒头/面包瓤部、馒头表面等的白度和光泽,可以对感官评定中的“色泽”指标进行量化。

(2)利用物性测试仪对食品的质构特性进行评价,包括其硬度/坚实度、黏性、弹性和抗拉强度等指标,可以更加客观的评价感官评定中的相应指标。

但同时也应该看到,由于受到仪器和样品制备的限制,物性测试的某些数据(如咀嚼性)的意义与感官评定并不一致,某些指标(如黏性)受样品制备的影响较大,因而存在较大的标准误差。因此,应根据测试对象和试验目的对物性测试的程序进行调整,以获得具有实际意义的测试结果。

(3)利用图像分析技术可以对具有海绵状内部结构的食品,如面包、馒头和海绵蛋糕的内部纹理结构进行评价。通过对食品切片进行拍照和软件分析,可以获得食品内部气孔大小、形状、孔壁厚薄、气孔粗糙度以及切片色泽等大量信息,从而对食品的内部纹理结构进行客观的数据化的评价。由于是近年来发展起来的新技术,目前应用的人较少,能够查阅到的文献数量亦较少。因此,应加强此类研究,更充分的利用此项技术对发酵面食,尤其对馒头类食品进行品质评价。

由此可见,小麦加工食品的色泽、质构和内部纹理目前均可尝试用仪器的方法进行客观评价,但是,因为某些指标,如“光滑性”仍然没有仪器可以检测,而前文所述的咀嚼性和黏性等的仪器测试结果并不完全可靠,因此,就目前阶段来看,感官评定依然无法完全被替代。

4 小结

根据小麦购销、储存和加工、运输的时代需求,我国小麦品质评价与检验技术经过了半个多世纪的发展,由简单的感官指标发展到以仪器指标定等,由模仿西方烘焙用小麦品质评价体系发展到注重对中式传统食品的评价和检验,由复杂的化学检验发展到快速的仪器测试,由单纯的食品感官评价发展到探索各种仪器对感官评价的补充或部分替代,依托我国小麦产业的技术发展,努力达到满足产业的流通需求。