慢性疾病的日益普遍促使研究人员评估食品的营养价值。精制面粉中含有大量易消化的碳水化合物，这会增加血糖负荷，从而增加心血管疾病、2型糖尿病和脂质代谢紊乱的风险（Cheng等人，2022年）。自从“纤维假说”提出以来，后续研究证实摄入膳食纤维多糖和全谷物有助于降低这些疾病的发生率（Thakur等人，2025年）。根据溶解性不同，膳食纤维可分为不可溶性膳食纤维（IDF）和可溶性膳食纤维（SDF）。不可溶性膳食纤维具有较高的持水能力和难以消化的特性，可以通过促进肠道蠕动来减少粪便通过时间，从而缓解便秘。相比之下，可溶性膳食纤维可以通过增加肠道内容物的粘度来减缓消化酶的扩散，有效稳定血糖波动。此外，膳食纤维可作为肠道微生物群的发酵底物，促进短链脂肪酸（SCFAs）和其他生物活性化合物的生成（Li & Ma，2024年）。迄今为止，大量研究集中在通过添加外源性膳食纤维来解决食品成分中的营养不足问题（Lin, Wang, Wu, Miao, & Guo, 2025; Ma et al., 2022; Wu, Wu, Zhang, Liu, & Luan, 2025）。
在生产和日常消费过程中会产生大量副产品，如果皮、壳、麸皮、大豆残渣以及油/汁提取残渣，这些副产品富含膳食纤维。然而，它们的利用率仍然较低，通常被用作动物饲料或被丢弃，导致营养浪费和环境污染（Gan等人，2021年）。尽管如此，市场上成功的高膳食纤维产品仍然很少。这至少部分归因于：1）不可溶性膳食纤维的添加会导致面筋纤维断裂，破坏二硫键和巯基团转化以及分子间的非共价相互作用；2）不可溶性膳食纤维会破坏面团中连续的蛋白质-淀粉网络结构，从而降低面团的粘弹性（Ma等人，2022年）。适当改性不可溶性膳食纤维可以改变其化学结构、组成和聚合物相对含量，从而促进其向可溶性膳食纤维的转化。因此，许多研究致力于开发绿色且温和的改性方法，以改善不可溶性膳食纤维的功能特性，进而提高面团和最终产品的质量，满足亚健康人群对高膳食纤维产品的需求（Al Faruq等人，2025年）。与化学和生物改性方法相比，物理改性方法更符合“清洁标签”趋势，因为它相对可控、温和且不含化学试剂残留。膳食纤维的物理改性方法包括高温、高压、高速剪切、挤压及其协同处理等。这些过程主要通过剪切力、冲击力、压缩力、摩擦力、空化效应和热效应破坏膳食纤维的内部结构，导致糖苷键断裂，释放出可溶性成分和其他生物活性化合物（例如多酚），从而影响膳食纤维的物理化学和功能特性（Ranasinghe, Stathopoulos, Sundarakani, & Maqsood, 2024年）。
物理改性方法包括热处理（如微波、挤压、蒸汽爆炸和空化喷射处理）和非热处理（如超高压、高压均质化、超声波和超细研磨）。这些技术通过增加可溶性膳食纤维与不可溶性膳食纤维的比例来改善高膳食纤维面团的流变性能。例如，在脉冲压缩和摩擦作用下，膳食纤维-麦谷蛋白复合物起到了“桥梁”作用，有助于维持面筋网络的连续性，从而提升面团的粘弹性（Li等人，2025年）。微细化处理通过将游离巯基团转化为二硫键来促进面筋蛋白聚集，从而提高面团的稳定性和致密性（Xiong, Zhang, Niu, & Zhao, 2017年）。实验表明，微细化处理提高了面团的粘弹性参数和粘度，这表明微细化处理有助于修复面筋网络（Gutierrez等人，2023年）。此外，挤压处理提高了小麦麸皮中可溶性膳食纤维的含量，并改善了其吸水性。研究结果显示，挤压处理使麸皮从β-折叠结构转变为β-片层结构，形成了更稳定的面筋网络（Sui, Xie, Liu, Wu, & Zhang, 2018年）。小麦粉和秋葵粉的共挤压处理使面包的比体积增加了约46%，并且改善了面包内部的细胞结构，面包硬度降低了73%（Xu等人，2021年）。
已有系统性的研究探讨了各种改性方法对膳食纤维结构的影响（Gan等人，2021年）、膳食纤维成分和结构特性的分析技术（Hell, Kneifel, Rosenau, & Boehmdorfer, 2014年）、膳食纤维在慢性疾病中的健康益处（Li & Ma, 2024年）以及提高可溶性膳食纤维含量的可持续方法（Al Faruq等人，2025年）。然而，膳食纤维不仅具有自身的特性，还会与面团中的淀粉和麦谷蛋白相互作用，共同影响面团的流变性能，最终影响产品的整体质量和消费者接受度。因此，本研究首先探讨了物理改性技术对不同来源膳食纤维多尺度结构的影响，然后研究了这些改性膳食纤维在高纤维面团中的应用，重点关注小变形流变学和大变形流变学，并进一步阐述了其在面粉产品中的应用。进行这项研究的两个主要原因如下：（i）作为一种环保的改性方法，目前关于不同物理改性技术对膳食纤维多尺度结构影响的研究还不够充分；（ii）物理改性膳食纤维在面团流变学中的作用及其在提高高膳食纤维产品质量中的作用机制尚未完全明了。本研究旨在补充有关物理改性膳食纤维在面团中的应用及其在高纤维产品中的信息，从而促进高纤维产品市场的发展和扩展。
