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小麦与面粉趣谈

 梵高 2009-03-09
小麦与面粉趣谈

    为什么叫“趣谈”呢?大家知道,粮食作物有很多种,栽培比较多的有水稻、小麦、玉米、高粱、谷子、黍子等。但小麦跟其它粮食作物相比呢,有许多很独特的性质,例如其它粮食作物都在春夏时节种植,只有小麦(这里指冬小麦)在秋冬季节种植。在寒冷的冬季,万物凋零,百草枯萎,茫茫原野,几乎见不到一点绿色,只有麦苗能顽强地生长,这确实是很奇特的事情。另外一点呢,小麦有其它粮食所没有的面筋。面筋的主要成分是蛋白质,其它粮食都有蛋白质,但都形不成面筋。别小看这个面筋,正是有了面筋,面团才能发酵,才能拉伸碾压,才能做出水饺、面条、面包、馒头等各种美食,供我们人类享用。我们是不是可以这样说,如果没有小麦,人类的食物的多样性就要大打折扣,尤其对我们这样一个素以美食而闻名的国度来说,更是如此。

这些都是小麦的自然属性,是它自身的特点。除此之外,它还有社会属性,所谓社会属性,就是我们人类对它的看法和评价。在我们国家,千百年来,小麦在粮食家族中,就一直是人类的宠儿,人们总是给予它最多的关注和重视。每逢重大节日,人们都会用白面馍馍祭祖祭天。既然是供老天爷和祖先享用的东西,那肯定是最好的东西。改革开放以前,在我国统购统销的粮食供给体制下,面粉被称为“细粮”而其它粮食都只能叫粗粮,其地位可见一斑。而在农村,一个家庭每年只能分到二三百斤小麦,平时根本舍不得吃,只在逢年过节或来客人时才能吃上一顿白面,这已经是天大的享受了!当然,现在情况大不一样,人们顿顿吃白面,想吃多少就吃多少。但我们也不能忘乎所以,尤其是年轻一代。其实,距离那段吃不上白面的历史,才刚刚过去20来年。而且从我们的国情来说,并不是说麦子多到吃不完了,实际上我们还处在一个丰年略有盈余,欠年尚有不足的阶段,供需关系只能维持脆弱的平衡。

俗话说,“民以食为天”。而小麦又是这样一种独特奇而珍贵的粮食,在这个层面上,对从事小麦制粉技术研究和加工的人来说,这实在是天大的事业,也是莫大的荣幸。

一、我国小麦的栽培种植历史          

小麦是世界上最重要的粮食作物,它的种植面积和产量均居禾类作物之首。世界上35%的人口以小麦为主食(实际这个数字还要大),主要种植国家俄罗斯、中国、美国、印度、加拿大、法国、澳大利亚、阿根廷。面制食品提供了人类食入蛋白的25.3%,热量的18.6%,食物总量的11%,远远超过其它任何食物。

小麦、水稻、大豆等粮食作物,在最初的时候都是野生植物,在蛮荒时期,它们和其它杂草一样,春华秋实,自生自灭。后来经过人类的选择和改良,逐渐成了人类赖以生存的粮食作物。大豆、水稻都是我国最早开始栽培的,而小麦最早在现伊拉克和伊朗所在的两河流域开始栽培,后来沿着丝绸古道慢慢传入我国西部,再由西部传到东部。

我国栽培小麦,从考古学提供的材料看,大约有四千年以上的历史。60年代初,新疆天山东部巴里坤县石子乡土墩遗址发现已经碳化的小麦粒;1979年,塔里木盆地东端的罗布泊西北约70公里处的孔雀河下游的北岸,一个原始社会的墓葬的随葬篓内又发现了保存完好的小麦粒。最近我看到一个电视节目是关于新疆楼兰古城的。大家知道,楼兰古城一直是考古学界的一个谜,这里曾有过灿烂的文化,但后来却神秘消失了。最近考古活动在这里的墓葬中发现了作为陪葬品的麦粒。经科学分析在新疆考古活动中,发现的麦粒,比在安徽、湖南等中东部地区墓葬中发现的麦粒,都要早很多。通过分析这些事实,我们至少可以得出两个结论:一是小麦确是由西亚经中亚传入我国的,而且我国西部栽培历史也大大早于中东部;二是小麦既然被作为陪葬品,说明它在当时也是非常珍贵的,因为陪葬品不是随便挑选的,它一定是当时的人们最想得到的东西。

那么,小麦在我国大面积种植是什么时候呢?这个问题存有争议,有人认为是汉朝,也就是约1800~2200年以前;也有人认为是在唐朝,也就是约1100~1400年以前。也许有人问,既然小麦在4000年以前已传入我国,为什么直到一两千年以前才得以大面积种植呢?要回答这个问题,必须要知道影响小麦推广的两个因素,一是水利灌溉水平和精耕细作水平;二是小麦的加工技术。

小麦泛青后,在拔节、抽穗和灌浆期间,都需要大量的水。如果气候干旱,又没有灌溉条件,小麦很难成熟。4000年以前,小麦之所以能在新疆地区种植,是因为当时那里的气候条件与现在迥然不同。例如罗布泊原来就是一个很大的湖泊,说明那里当时相当湿润,后来气候慢慢变干燥,它也漫漫变小,直到几十年前完全消失。现在小麦的品种越来越好,但能否获得丰收,仍要受到气候的制约。在山东、河南等主产区,由于水浇条件好,小麦产量很容易就能达到700-800斤甚至超过千斤。而在山西、陕西等省的干旱少雨地区,由于缺水,小麦亩产量只有200-300斤,遇到大旱之年,往往只有几十斤甚至绝收。

小麦的加工技术也直接影响它的种植推广。可能大家都不知道,我们的先人并不知道如何加工小麦,只是简单地把它和大豆等作物一起煮熟来吃。后来随着生产力的发展,人们发明了石磨,才把麦子磨成面粉,由粒食该为面食。汉代正是石磨的普及推广时期,也是小麦由粗食到细食的转变时期。烧饼、面条、水饺、馒头、包子都是这一时期出现的,这也极大地提高了人们食物的多样性。《后汉书》记载东汉皇帝对粮食生产所下的十几次诏书,其中九次涉及到小麦,充分显示了小麦在汉代粮食生产中的地位。汉武帝时董仲舒曾上奏,建议在关中一带推广种植“宿麦”。所谓“宿麦”,秋冬种之,经岁乃熟,故云宿麦,也就是现在的冬小麦。

                      二、小麦籽粒结构和加工技术的演变    

从最初的不经任何加工整粒直接实用,到后来的用石磨研磨成粉,在到现在配备数十台先进设备,经过几十道工序,生产多个品种优质面粉的现代化粉厂,其间经过了几千年的时间,人类加工小麦的技术有了巨大的提高。但随之而来的问题是,把小小的麦粒磨成面粉,一定要采取这么复杂的工艺吗?难道就没有别的更简单,成本更低的加工方法了吗?

细想一下,尽管经过了上千年的时间,但人类加工小麦的方法并没有质的区别。不管石磨,还是现代化磨粉机,其工作原理是完全一样的,无非是“磨”、“擦”而已。之所以会这样,完全是因为小麦的籽粒结构所决定的。

    在讨论小麦的籽粒结构之前,我们不妨假设一下,假设麦粒是球形的,那么我们该如何加工小麦呢?如果真是这样,问题就简单了。我们只要用一种类似碾米机的设备把皮碾掉,剩下面球,然后再用一道2-3道工序就可以把它压细成粉,工序非常简单,而且加工过程中麦皮与面不会混合,面粉绝对纯洁。但实际小麦颗粒远不是这样,它的形状非常不规则,而且腹面有一条非常深的沟。更为不利的是,它的皮与里面的胚乳(面粉的成分),紧紧粘在一起,不能轻易分开。

     现在世界上普遍采用同样的制粉手段,即利用磨粉机的皮磨系统(1B、2B、3B、4B等),把麦粒破开,并把麦皮上粘着的胚乳颗粒刮下来;再利用心磨系统把这些刮下的颗粒压细成粉;而清粉系统则把颗粒大小相近的胚乳颗粒、麸皮、粘有胚乳的麸皮(渣)根据比重不同分开,分别送到心磨、皮磨和渣磨处理。从工作方向上讲,这是一种从内向外剥刮面粉,直到剩下麸皮的加工方法,也称由内而外制粉法。

     上世纪,世界上还出现了另外一种制粉方法,即剥皮制粉,也叫碾皮制粉。从工作方向上讲,它与上一种方法恰好相反,被称为由外向内制粉法。从结构上讲小麦颗粒从外向里分别是外果皮、果皮、种皮、珠心层、糊粉层和胚乳。通常低等级面粉由胚乳和部分糊粉层组成,而高档次面粉基本上是纯胚乳,而麸皮则包括外果皮、果皮、种皮、珠心层和部分糊粉层。剥皮制粉的本意是把小麦颗粒外面的皮层剥掉,只剩下胚乳,然后直接压细称粉即可。然而正像上面提到的那样,小麦颗粒不规则,很难达到想要的结果。剥皮机跟碾皮机相似,里面是带有螺旋槽的圆柱砂辊,外面是处于静止状态的圆筒形筛片,而小麦从一端进入后,被螺旋槽推动移向另一端出口。麦粒受到砂辊和筛片的摩擦,麦粒之间也相互摩擦,从而达到剥皮的目的。分析工作原理不难看出,小麦由于不规则,最先被摩擦掉的肯定是凸出的部分,比如小麦的两端。也就是说,经过碾皮后小麦颗粒形状的变化趋势是越来越圆。如果想把所有部位的皮都剥掉,肯定要把麦粒变成球形才能实现,这要付出小麦颗粒两端的胚乳被磨掉的代价。而且由于腹沟很深,即使小麦颗粒变成了球形,腹沟中的麸皮也毫发无损,仍然达不到全部脱皮的目的。

剥皮机能剥掉一部分皮,但不能剥掉所有的皮。这样一来,小麦颗粒进入磨粉机被压碎以后,从麸片的大小来说是变小了,而且由于先前受到摩擦被剥掉一部分,厚度也变薄了,在制粉过程中更容易破碎,使麸星进入面粉的机会大大增加,造成面粉灰分上升较快,而且粉色发黄。碾皮制粉还存在剥皮机动耗高,成品麸皮较细等问题,都不同程度影响了它的推广应用。当然,剥皮制粉法也有单位产量高,能实现麸皮分层利用,以及能把营养功能突出的糊粉层磨入面粉等优点,但这些优点还不足以弥补它先天的缺陷,最终使这次曾被称为制粉工业技术革命的尝试不了了之,至少从现在看来是这样的。

    可以说,目前的制粉技术是先进的,合理的,完善的,而且我认为在今后相当长的时间内,人类还找不到比它更好的技术。因此,对面粉加工业而言,不要再沉迷于寻找所谓的新技术,而是要领悟这项技术的精髓,发挥现有设备的潜能。在这方面,大部分面粉厂做得还远远不够。

三、面筋和面粉质量

小麦粉的蛋白质可以形成面筋,而其它谷物粉都不能,这就是小麦粉最独特的地方。判断面粉质量好不好,能不能做出好的食品,关键是要看它的面筋质量好不好。

所谓面筋,就是强烈水化了的蛋白质组合物。以干基计算,80%是蛋白质,8%是脂肪,其它的是碳水化合物和矿物质。

这里需要说明的是,小麦中有两大类蛋白质。一类是不能形成面筋的蛋白质,它主要存在于糊粉层由于它粘连在皮层上,因此在低等级面粉中,含量高一些,而在高等级面粉中,含量就低一些,这类面筋质包括清蛋白和球蛋白两种。第二类就是面筋蛋白,包括麦谷蛋白和麦醇蛋白,主要存在于胚乳中。它们吸水后涨润,形成了面筋的网络结构。其中麦谷蛋白赋予面筋良好的弹性,就是压下去能弹上来,拉长了能弹回去;而麦醇蛋白则使面筋有很好的延伸性,即使被揉塑成多种形状而不会轻易断裂。我们可以看出,这两种蛋白质的特性既是相互制约的,又是相辅相成的。如果光有弹性没有延伸性,就很难做成多种形状,反之,光有延伸性没有弹性,就不能保持多种形状。因此,只有两种蛋白质总量适中,比例平衡,面筋才会有合适的弹性和延伸性,才能做出高品质的制食品。某些品种小麦,尽管其湿面筋含量较高,但由于面筋中两种蛋白质比例不合理,过分侧重于延伸性或弹性,因此,不具有良好的加工品质和食用品质。

面筋本身既具有弹性又具有延伸性,如果在面团里再加入酵母,那发生的变化就很有意思了。大家知道,酵母发酵实际上是靠真菌产生二氧化碳。二氧化碳在面筋网络中越积越多,形成一个一个的气泡,使面团变的膨松,体积变大。接下来一个问题出现了:我们假设面团无限制地发酵,那么面团会不会无限地便大呢?答案是否定的,因为这涉及到一个面筋的持气能力问题。我们可以把每个气泡看成一个小气球,如果不停地向气球里吹气,超过了它的弹性能承受的极限,它就会爆裂。面筋有弹性,但也是有限度的,只是说有的弹性大一些,持气能力强一些,而有的弹性小一些,持气能力差一些。我们搞面粉的人经常说这个面“起个”,那个面“不起个”,其实就是这个意思。

科学实验也很好地证明了这一点,酵母在各种谷物面团中都会产生二氧化碳,而且差异不大。但只有小麦面团体积膨胀,归根结底是因为小麦粉有面筋形成,能保持住二氧化碳。用两种蛋白质含量不同的面粉进行发酵和烘焙面包实验。通过显微镜观察在不同发酵阶段和烘焙后面包切片气孔结构发现,在发酵阶段,蛋白质含量高的面团气孔随时间均匀地变大,而蛋白质含量低的面团只有少数气孔变大,绝大多数气孔只有微小的膨胀;蛋白质含量高的面包切片上可以看见大小数量都比较均匀的气孔,而蛋白质含量低的面包切片上气孔大小数量都很不均匀。

谈到这里,不少人会想,是不是蛋白质含量越高越好?其实,这不是绝对的,正像前面说的,关键是要看麦谷蛋白和麦醇蛋白的组成比例是否合理。如果麦谷蛋白含量过高,面筋的弹性大,延伸性差,面团不易起发,制成品体积小,结构紧实,但形状还不错。这就好象吹一个弹性很大的气球,是不容易把它吹大的。相反,如果麦醇蛋白含量过高,面团延伸性大,但弹性差,持气能力不足,制出的馒头或面包个头小,而且不挺拔,又塌有平。

     即使面筋质量很好的小麦,如果在储存和加工过程中处理不当,也会造成面筋数量减少,质量下降,并最终影响面粉质量。蛋白质的重要组成部分是氨基酸,在蛋白酶的作用下,蛋白质会逐渐水解成氨基酸。氨基酸可溶解于水中,不能再形成面筋质。蛋白酶的活性会随着温度升高、湿度增加和微生物数量增多而增强,从而加速蛋白质的水解过程。我们经常发现发芽、霉变和虫蚀小麦加工出的面粉质量差,就是因为这些小麦的部分蛋白质已被水解的缘故。这也能够解释为什么在炎热的夏天,如果润麦时间过长,会出现“捂仓”的现象。因为在润麦仓内部分水分和温度都很高,微生物数量急剧繁殖增加。而微生物活动加速,有会使温度急剧升高。如此互相作用,小麦中的蛋白质会加速分解。蛋白质还有受热变性的特点。什么是蛋白质变性呢?我们都知道鸡蛋的蛋清99%都是蛋白质,在生的时候,非常有弹性,能拉出很长的线都不会断。但如果把蛋清放入热水中,它马上会凝固变硬,弹性大大降低了。小麦蛋白质也是如此,在储藏和加工过程中,如果温度上升的不是很高,只是会增加蛋白酶的活性,使它慢慢水解。而一旦温度超过50度,它就会出现变性,这样的小麦加工成面粉后,其面团的起发性会大大降低。因此,我们也应控制磨粉机的轧紧程度,避免出现磨辊温度过高,而使面粉蛋白质被变性破坏的现象出现。

     通过以上分析,我们知道面筋质的质量直接影响面粉的食用品质。除此之外呢,还有两个其它因素能不同程度地影响面粉质量,一个是无面筋蛋白,一个是淀粉。

     上面提到过,无面筋蛋白包括球蛋白和清蛋白,主要存在于湖粉层中。它们虽然不能直接形成面筋,却能对面粉起到类似酶的作用,催化酵母发酵,起沫和凝结,从而提高面团的起发性能。剥皮制粉技术可以把更多的湖粉层磨入面粉。科学研究也发现,采用剥皮机制粉技术生产的面粉,起蛋白含量比常规制粉技术生产的面粉高出约1%,这大都是无面筋蛋白。常规的低等级面粉中无面筋蛋白质比高等级面粉也要多,这也从一个侧面解释了为什么往往低等级面粉的烘焙品质反而比高等级面粉好的问题。

     面粉中70%—80%都是淀粉。淀粉对面粉质量的影响虽然不像蛋白质那么明显,但也不能忽视。在小麦颗粒中,对应蛋白质有蛋白酶,对应淀粉有淀粉酶。淀粉酶可以将淀粉分解为麦芽糖和糊精,并最终分解为葡萄糖。刚收获的小麦,淀粉酶活性最低。但这种小麦加工出的面粉发酵速度慢,起发性也差一些,做出的食品颜色也不是最好,而发芽、霉变、虫蚀小麦,淀粉酶活性太高,也会使面团缺乏耐揉性,且醒发力差,制成馒头个小而不挺拔,内部结构粗糙,外观不光亮,口感发粘且没有咬劲;煮成的面条浑汤,易断条,色泽发暗;面包瓢发粘,组织结构不均匀,没有弹性。因此,刚收获的小麦最好先经过一段时间的陈化和后熟再加工,当然储存时间过长的小麦也产生不好的面粉。一般来说,在正常情况下,小麦超过三年,其品质就下降比较明显了。

    另外,在加工过程中造成的淀粉破碎也会影响面粉质量。破碎淀粉颗粒的吸水率明显高于一般淀粉。由于面团吸水过多,面筋网络不足以承担这个重量,把面筋网络压扁了,造成制成品体积小,不挺。淀粉破碎率高,也说明磨粉机碾压较紧,磨温较高,物料受到较强的机械力。在这种条件下,淀粉酶活力大大增加,把部分淀粉分解为麦芽糖和糊精,从而造成面制品不但个头小,塌陷扁平,而且吃起来发粘。因此,磨粉机过度轧紧和过分追求面粉细度对面粉质量都是不利的,这也解释了很多面粉厂经常遇到的一个问题——为什么较细面粉的烘焙性能比不上较粗的面粉?

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