《Carbohydrate Polymers》：Mechanistic insights into how wheat flour mill streams affect Chinese steamed bread quality: A perspective from starch multi-scale structure and physicochemical properties
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淀粉多尺度结构与物理化学特性随小麦制粉系统变化及其对中式馒头品质的影响，揭示了破碎系统产生的机械力显著破坏淀粉颗粒表面和层状结构，降低结晶度（22.8%→18.1%）和双螺旋含量（40.8%→36.2%），导致尾粉系淀粉吸水率、膨胀力等特性提升，而筛分和减磨系淀粉因结构保存较好赋予馒头更高的体积（
宋梦坤|倪永吉|高俊辉|李向杰|张莹莹|张彦彦|刘星莉|沈慧山|张华|王宏伟
郑州轻工业大学食品与生物工程学院，中国郑州科学路136号，450001
摘要
本研究探讨了从破碎系统、筛分系统、精制系统和尾料系统中提取的淀粉的多尺度结构及其理化性质的变化，以及这些变化对中国蒸面包质量的影响。破碎系统中使用带齿的滚筒对淀粉颗粒表面造成了严重损伤，使半结晶层变薄，降低了结晶度和分子有序性。随着研磨过程从筛分系统进入精制系统，机械力的增强导致了表面裂纹的产生和层状结构的破坏。此外，这些力还可能引起有序结晶结构、短程有序结构和双螺旋结构的无序化或非晶化。淀粉的相对结晶度（R1047/1022）和双螺旋结构的比例分别从22.8%降至18.1%，从0.89降至0.77%，以及从40.8%降至36.2%。这种结构无序化增强了淀粉与水之间的相互作用，显著提高了淀粉的吸水性、膨胀能力和特性粘度，尤其是来自尾料系统的淀粉。使用筛分系统和精制系统处理后的淀粉制成的蒸面包具有更高的比体积和更低的硬度，这归因于其较好的结构稳定性。这些发现为优化小麦面粉加工过程和调节蒸面包质量提供了理论基础。
引言
2023年全球小麦产量达到7.98亿吨，中国是最大的生产国（FAO，2025年）。大约70%的小麦被加工成面包、面条和其他小麦面粉制品，这些食品是世界上约三分之一人口的主食（Dong等人，2024年）。小麦加工过程是影响小麦面粉技术性能和最终产品质量的关键因素（Jiang等人，2025年）。
在加工过程中，通过四个系统（破碎系统、筛分系统、精制系统和尾料系统）从小麦颗粒的不同部分产生不同的面粉流（Qiang等人，2025年）。破碎系统的主要作用是通过一对以不同速度旋转的波纹滚筒来破碎和剥离小麦颗粒。速度较快的滚筒施加剪切力以破碎颗粒，而速度较慢的滚筒则有助于进一步减小颗粒尺寸。破碎系统能够高效地释放含淀粉的胚乳，同时尽量减少麸皮和胚芽的污染（Cappelli等人，2020年）。筛分系统的主要目的是将麸皮颗粒从胚乳块上刮除，为后续的研磨过程生成不同粒度的中间产物（Jiang等人，2025年；Nkurikiye等人，2024年）。作为加工过程的主要阶段，精制系统贡献了约60-70%的总面粉产量，将来自破碎系统和筛分系统的纯化淀粉颗粒细磨成面粉。该过程使用平滑的滚筒进行，其旋转速度差低于破碎系统（Cappelli等人，2020年）。位于加工过程的最后阶段，尾料系统主要去除来自前序系统的含淀粉胚乳中的残留麸皮，并回收少量面粉，从而略微提高整体面粉产量（Jiang等人，2025年）。不同面粉流的粒度和成分各不相同，因此需要按特定比例进行混合，以生产各种专用小麦面粉（Nkurikiye等人，2024年）。
作为小麦颗粒的主要成分，淀粉占干物质的60-70%（Leal-Lazareno等人，2025年）。淀粉主要由线性直链淀粉和高度分支的支链淀粉组成，其复杂的多尺度结构源于这些分子链的有序排列和空间布局。具体来说，这些多尺度结构可以分为分子结构、结晶结构、层状结构、生长环和颗粒结构（Wang等人，2021年）。这些内在的层次结构可以调控淀粉的水合作用、糊化、凝胶化及流变性质，进而决定小麦产品的加工性能和烹饪品质，包括吸水性、硬度和内部结构（Wang等人，2020年）。
中国蒸面包（CSB）是一种具有两千多年历史的传统发酵主食，具有独特的文化意义（Zhu，2014年）。作为CSB的主要成分，淀粉在蒸煮过程中会发生糊化。这种糊化破坏了淀粉的有序层次结构，增强了淀粉分子链的构象灵活性和分段流动性，从而促进了其与水的相互作用，促进了面包的膨胀和体积增加。冷却后，淀粉分子链通过分子间相互作用形成与面筋蛋白的紧密结合网络，赋予面包坚实度和结构稳定性。关于淀粉的特性（包括受损淀粉含量、直链淀粉含量、支链淀粉含量以及粒径分布）对CSB质量的影响已经进行了广泛研究（Guo等人，2014年；Liu等人，2014年；Song等人，2023年）。
许多研究关注了不同面粉流的组成和理化特性及其在各种小麦面粉产品中的加工适应性（Dornez等人，2006年；Lewko等人，2023年；Liu等人，2011年）。然而，小麦加工过程中机械力对淀粉多尺度结构的影响尚未得到系统阐释。此外，不同面粉流中淀粉结构变化调节CSB质量性能的分子机制仍不完全清楚。因此，本研究旨在通过探讨淀粉的多尺度结构和理化特性来阐明面粉流对CSB质量的影响。本研究获得的见解有望为优化小麦面粉加工过程、开发专用面粉以及进一步提高基于小麦产品的质量提供理论基础。
材料
来自破碎系统（B）、筛分系统（S）、精制系统（M）和尾料系统（T）的小麦面粉样品由河南豫宁面粉工业有限公司（中国河南商丘）提供。不同面粉流中的灰分、蛋白质、淀粉、脂质、表观直链淀粉和受损淀粉的含量总结在补充材料中（表S1）。小麦面筋来自山东滨州的中裕食品有限公司。酵母购自湖北宜昌的Angel酵母有限公司。
颗粒形态
图1显示了通过扫描电子显微镜（SEM）观察到的来自不同面粉流的淀粉的微观结构图。B型、S型、M型和T型淀粉主要由大型A型淀粉颗粒（主要为椭圆形或盘状）和小型B型淀粉颗粒（球形或不规则形状）组成。值得注意的是，不同面粉流中的淀粉颗粒表面形态存在差异，反映了加工过程中所受机械损伤程度的不同。
结论
本研究探讨了来自不同面粉流的淀粉的多尺度结构及其理化性质，并研究了其对重组CSB质量的影响。结果表明，破碎系统中带齿滚筒产生的强烈机械力显著破坏了颗粒完整性，降低了半结晶层的厚度，以及长程有序结构、短程有序结构和双螺旋结构的有序程度。
作者贡献声明
宋梦坤：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、实验设计、资金获取、数据管理。倪永吉：撰写——初稿、可视化、软件使用、方法论、数据分析。高俊辉：软件使用、数据分析、方法论、数据分析。李向杰：撰写——初稿、验证、软件使用、方法论、数据分析。张莹莹：验证、方法论、数据分析。张彦彦：验证、软件使用。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（U22A20537）、国家自然科学基金（32472388）、河南省高等教育科技创新计划（25HASTIT040）、河南省高等教育青年骨干教师培训计划（2024GGJS078）以及河南省国际科技合作计划的财政支持。
