《食品科学》：农业农村部规划设计研究院李媛媛工程师等：超微粉碎协同梯度添加麦谷蛋白改善麦麸品质特性

全麦粉常用的加工方式是将麦麸和胚分离，经稳定化处理后再按照天然谷物的比例进行回填重组制成。研究发现，麦麸韧性的质构使其采用常规的粉碎方式难以获得与小麦粉相同的粒径，导致回填后颗粒细度不均匀；此外，麦麸回填后会影响小麦粉面筋蛋白网络结构的形成，导致面筋质量较差、面团成型能力减弱等问题。

超微粉碎技术是由粉体工程学、生物工程与食品工程等交叉而成的常规改性技术手段。研究发现，麦麸经超微粉碎后，粉体的粒径显著减小，颗粒分布更加均匀，比表面积和孔隙率明显增加，粉体的持水性、持油性、吸水溶胀性、水溶性、阳离子交换能力发生一定的改善。

农业农村部规划设计研究院的王宝仪、胡雪芳、李媛媛*等构建梯度添加麦谷蛋白-麦麸超微共粉体系，通过测定麦麸超微改性复合粉的粒径分布、色泽变化、水合特性、填充特性、流动特性及微观形态等，研究超微粉碎过程中梯度麦谷蛋白添加对麦麸超微粉品质特性的影响；表征面团拉伸特性，研究梯度添加麦谷蛋白-麦麸超微粉对面团特性的影响，获得超微粉碎协同麦谷蛋白改善麦麸品质特性的调控策略，最终实现为全麦食品加工提供优质新型原料的目的。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸粒径分布的影响

粒径分布是衡量粉末样品质量的重要参数。由表1可知，与WBUP相比，添加麦谷蛋白显著降低麦麸超微粉的粒径（P＜0.05），改善粉体粒径分布；其中，WBCP-4的Dv50以及D[4,3]与D[3,2]间的差值均显著减小，Span值也由2.49降低至2.08。且随着粒径的减小颗粒数量增加，比表面积由389.60 m2/g增加至517.01 m2/g。D[4,3]和D[3,2]间的差值越小意味着样品具有更加规则且均一的颗粒形态。如图1所示，所有粉体的粒径均呈单峰分布，表明麦麸经过超微粉碎后能很好地保持粒径的集中度与均一化。因此，本研究结果表明超微粉碎协同麦谷蛋白可以有效降低麦麸超微粉颗粒大小，促使其粒径分布变窄，均一性增强。

微细化是一个涉及断裂、破碎和聚集的动态过程，这意味着在球磨过程中强烈的机械力可能会造成颗粒团聚，从而使颗粒的分布变得不均匀。当超微粉碎时间过长，粉体颗粒细碎状态达到一定程度时，部分粉体之间很易发生相互黏结团聚的现象，导致样品的理化特性会有所下降。由表1所示，在麦麸超微粉碎过程中添加麦谷蛋白，粉体粒径显著减小，表明超微粉碎协同梯度麦谷蛋白在一定程度上可以改善麦麸的团聚行为。粉体团聚主要是粉末表面电性的增加和粒子间范德华力的吸引所致。因此，在超微粉碎时加入麦谷蛋白，麦谷蛋白和麦麸中的膳食纤维在超微粉碎力的作用下，与不锈钢铁辊相互摩擦，产生相同的正电荷，增大了粉体之间的电荷斥力，使粉体不易发生团聚，显著降低粒径。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸色泽的影响

色泽是表征粉体感官品质的一项重要指标。梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉的色泽变化如图2和表2所示。添加麦谷蛋白前后麦麸超微粉的颜色存在一定的差异，其中WBUP组（图2A）颜色较暗沉，随着麦谷蛋白添加量的增加，麦麸超微粉的颜色逐渐由米褐色变为米黄色（图2B～F），说明麦麸超微粉碎过程中添加麦谷蛋白显著提高了麦麸超微粉的白度。通过色度测定发现添加麦谷蛋白显著提高麦麸超微粉的亮度（L*），促使超微粉的色泽趋向红色；与WBUP组相比，麦麸超微粉的黄蓝（b*）值也有显著增加，即色泽趋向黄色。因此，麦谷蛋白的增加显著提高麦麸超微粉的亮度，黄度和红度也有所提高，麦麸超微粉的色泽呈现出明显的改观。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸水合性质的影响

持水力和持油力是衡量样品在外界离心力作用下保水能力和保油能力的指标，其对麦麸超微粉的加工特性至关重要。如图3A所示，麦谷蛋白添加对麦麸超微粉的持水力无显著影响。本研究中随着麦谷蛋白的添加，麦麸超微粉颗粒尺寸减小，颗粒空隙变小导致堆积效应减小，对持水力同时存在负面影响。然而，麦谷蛋白本身具有较好的持水力，因此尽管麦麸-麦谷蛋白超微复合粉粒径降低，其持水力和麦麸超微粉相比没有显著差异，说明添加麦谷蛋白弱化了超微粉碎对颗粒较小的麦麸持水力较弱现象的影响。如图3B所示，添加麦谷蛋白后，麦麸超微粉的持油力显著提升。麦谷蛋白-麦麸超微复合粉在加工过程中能在一定程度上减少脂肪流失，同时更好地吸附肠道中的脂类，降低血清胆固醇含量，实现降血脂的目的。

溶解度通常可以反映食用品质，与食品中组分的消化和吸收有关，其大小主要与粉体和水溶液之间的接触面积有关。由图3C可以看出，麦谷蛋白添加量增加至4%时，麦麸超微粉的溶解度显著增加。研究发现，粉体粒径减小，比表面积增大，亲水性基团暴露增多，颗粒与水的接触面积和接触位点增多，因此溶解度增加。

膨胀力是衡量食品中膳食纤维品质特性的关键指标。膨胀力越大，粉体溶于水后的稳定性、悬浮性越好。由图3D可知，与WBUP相比，添加麦谷蛋白后，麦麸超微粉的膨胀力显著提高。然而，随着麦谷蛋白添加量的增加，麦麸超微粉膨胀力呈现先增大后减小的趋势，最高时达到3.88 mL/g。这可能是由于麦谷蛋白抑制了颗粒间的团聚行为以及黏附作用，对水的束缚能力减弱，使粉末的体积膨胀有所减小。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸堆积密度和振实密度的影响

超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸堆积密度和振实密度的影响如图4所示。随着麦谷蛋白添加量的增加，麦麸超微粉的堆积密度由0.313 g/mL上升至0.377 g/mL，振实密度由0.433 g/mL增加至0.523 g/mL，说明超微粉碎协同麦谷蛋白可以提高麦麸超微粉的充填物性。研究发现，麦麸超微粉粒度较大时，不具有规则且均一的颗粒形态，在敲击振动过程中粉体堆积效应有所保留，而随着粉体颗粒变小，在受到外部敲击振动时，粉体中的架空、空洞等结构被破坏，从而使粉体的振实密度增大。同时，随着粉体粒度的减小，颗粒以及颗粒间的缝隙减小，颗粒间的内部结构更加紧密，导致堆积及振实密度增加。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸休止角和滑角的影响

休止角和滑角通常用来反映粉体的流动性，其值越小表明粉体流动性越好。如图5所示，随着麦谷蛋白添加量的增加，麦麸超微粉样品的休止角和滑角逐渐减小，休止角由40.15°减小至37.54°，滑角由34.18°减小至28.69°，说明超微粉碎协同麦谷蛋白处理显著提升了麦麸超微粉的流动性。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸晶体结构的影响

X射线衍射图谱分析可有效反应晶体结构与特性。如图6A所示，所有麦麸超微粉样品在2θ＝22°附近均出现了强烈的衍射信号峰，峰形较为圆钝，为纤维素I型的002晶面，可以判断为纤维素I型结构，为结晶区与非结晶区两相共存的状态。此外，各样品的峰形基本保持一致，且衍射峰强度无显著差异，说明梯度麦谷蛋白的添加不会引起晶型的转变。

由图6B所示，随着麦谷蛋白添加量的增加，麦麸超微粉样品的结晶度指数先增大后减小，其中WBCP-4样品结晶度指数达到最大，为26.19%。Hong等研究表明，普通粉碎、超微粉碎和低温冷冻-超微粉碎的柳叶栎粉膳食纤维结晶度指数分别为26.73%、30.57%、38.10%；超微粉碎和低温冷冻-超微粉碎显著提高了柳叶栎膳食纤维粉的结晶度指数，破坏了纤维素I型晶体中的无定形结构，从而导致持水力、膨胀力、持油力等理化性质的变化。此外，部分大晶体被破坏成小晶体后在加工过程中可以重新构建，从而提高结晶度指数。因此可以推测，本研究超微粉碎促进了麦谷蛋白和麦麸膳食纤维相互作用，促使被破坏的晶体结构重新形成了新的晶体结构，从而提高了麦麸超微粉的结晶度指数。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸中蛋白质二级结构的影响

经过超微粉碎协同麦谷蛋白处理后，麦麸最直接的变化是颗粒大小的减小，这一过程可能涉及化学键和分子间相互作用的破坏，以及内部官能团的暴露和相互作用。可以通过傅里叶变换红外光谱有效评估样品在超微粉碎后化学官能团的变化。梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉的傅里叶变换红外光谱如图7所示，不同样品的傅里叶变换红外光谱显示出高度的相似性，各样品特征基团吸收峰的形状没有明显差异，没有引起新的吸收峰出现，表明样品具有共同的官能团。

在麦麸超微粉的主要特征峰中，3 270 cm-1附近的峰归因于麦麸超微粉中纤维素和半纤维素中—OH的伸缩振动，这是半纤维素（木聚糖）中的典型键。此外，在2 923 cm-1附近产生的吸收峰可能是C—H的伸缩振动引起的；酰胺I带的吸收峰出现在1 650 cm-1左右，对应C＝O伸缩振动和N—H弯曲振动，代表乙酰基的醛吸收。如图7所示，与WBUP相比，WBCP样品（2%～4%）在1 650 cm-1和3 270 cm-1频段有轻微偏移。本研究中超微粉碎协同适度梯度麦谷蛋白添加（2%～4%）进一步促进了麦麸超微粉纤维素和半纤维素的分子内糖苷键断裂，这与梯度添加麦谷蛋白后，麦谷蛋白-麦麸超微复合粉粒径显著降低结果一致。

酰胺I带（1 700～1 600 cm-1）通常用于估计蛋白质的二级结构，通过去卷积化计算出各结构的相对含量如表3所示。梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉的蛋白质二级结构以β-折叠结构占比最高，然后依次为β-转角和α-螺旋。与对照组相比，引入麦谷蛋白后，麦麸超微粉中蛋白质二级结构的相对含量略微发生变化，随着蛋白含量的增加，α-螺旋及无规卷曲含量降低，β-折叠含量先升高后降低，β-转角含量增加。因此，适度麦谷蛋白添加（2%～4%）增强了梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉体系氢键作用，为后续提升面团拉伸特性提供了结构基础。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对麦麸微观结构的影响

利用扫描电子显微镜在放大倍数为500 倍和5 000 倍条件下分别观察梯度麦谷蛋白添加对麦麸超微粉微观结构的影响，形貌结果如图8所示。如图8A1～F1所示，在500 倍的放大条件下，可观察到各组样品呈片状分布。WBUP组粒径较大且分布不均，存在无定形大碎片，有孔隙分布（图8A1）。随着麦谷蛋白添加量的增加，颗粒出现大碎片向小碎片的转变（图8B1～D1）。当麦谷蛋白添加量增加至4%时，颗粒明显变小且相较于WBUP颗粒更加圆滑，颗粒分布均匀（图8E1）。在放大5 000 倍的条件下，样品的显微图像更加清晰，那些光滑的球形或椭圆形物质和片层状物质可能是淀粉和粗糙的蛋白质，而具有不规则尺寸和形状的薄片可能是纤维的结构特征。如图8A2所示，麦麸超微粉表面出现孔洞结构，片状结构尺寸较大，不规则形状薄片大小分布不均；然而，在超微粉碎麦麸的过程中协同添加麦谷蛋白发现其微观结构连接比较紧密，无较多孔状结构（图8B2～F2）。因此，在超微粉碎麦麸的过程中适度添加麦谷蛋白，会对麦麸的结构产生一定影响，粉体颗粒尺寸减小且均一性增强，颗粒堆积状态更加紧密，颗粒间孔隙减少。

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超微粉碎协同麦谷蛋白对全麦面团拉伸特性的影响

由表4可知，随着梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉中麦谷蛋白添加量的增加，全麦面团P值显著增加，L值及G值显著降低，P/L逐渐增大且始终大于1，说明梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉回填显著提升了全麦面团的韧性，减弱了面团延伸性。梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉中麦谷蛋白添加改变了麦醇溶蛋白和麦谷蛋白的相对占比，因此，新型全麦面团韧性显著提高。此外，全麦面团的W值随着梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉中麦谷蛋白添加量的增加呈现先增大后减小的趋势；在麦谷蛋白添加量提升至5%时，W值反而会降低，这与傅里叶变换红外光谱、X射线衍射的结果一致，说明适度麦谷蛋白添加增强了梯度麦谷蛋白-麦麸超微复合粉体系氢键作用，有利于面筋蛋白网络结构的形成，增强全麦面团的面筋强度及弹性，减少麦麸直接回填对面筋蛋白结构的影响，有助于提升面团的成型能力。

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结 论

为提升麦麸加工过程中的理化和功能特性，本实验研究了超微粉碎过程中梯度麦谷蛋白添加对麦麸超微粉品质特性的影响，结果显示，超微粉碎协同梯度麦谷蛋白添加促进了麦麸细胞壁基质破碎，有效降低麦麸超微粉的颗粒尺寸且增强其均一性，改善了麦麸超微粉团聚行为，提升了其白度、持油力、溶解度和膨胀力等特性，增加了粉体填充特性、流动性。重要的是，超微粉碎协同适度麦谷蛋白添加（2%～4%）促进了麦麸超微粉中无定形纤维素和部分结晶纤维素的解构，提高了麦麸超微粉的结晶度指数；促使麦麸超微粉纤维素和半纤维素的分子内糖苷键断裂，增强了共粉体系氢键作用，进而改善粉体品质特性，提高全麦面团的韧性、弹性及面筋强度，减少麦麸直接回填对面筋蛋白结构的影响。通过本研究可知，超微粉碎协同适度麦谷蛋白添加为改善麦麸超微粉加工适宜性、提升全麦面团的拉伸特性提供了新思路。后续研究应聚焦超微粉碎协同梯度麦谷蛋白添加改性麦麸粉回填制备全麦粉对全麦面团品质特性及全麦产品加工特性的影响，以期通过该技术的应用解决传统全麦馒头等产品口感粗糙、质地干硬等关键问题。

第一作者：

王宝仪硕士研究生

农业农村部规划设计研究院农产品加工工程研究所

王宝仪，女，中共党员，研究方向为加工副产物高值化利用。2019—2023年，就读于哈尔滨商业大学，食品科学与工程专业，获工学学士学位；2023年推免至中国农业大学攻读硕士学位，食品工程专业，期间在农业农村部规划设计研究院农产品加工工程研究所实习1 年。获得荣誉：2020-2021学年度本科生国家奖学金，2023—2024学年中国农业大学硕士二等学业奖学金。

通信作者：

李媛媛工程师

农业农村部规划设计研究院农产品加工工程研究所

李媛媛，博士，农产品加工技术研发工程师，研究方向为功能活性物质开发与利用。近5 年，主持国家自然科学基金青年基金项目1 项，厅局级课题2 项；参与国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目等省部级以上项目课题10 余项，获中国技术市场协会金桥奖项目一等奖等荣誉奖励5 项；第一/通信作者发表SCI/EI论文20余篇，申请发明专利7 项，授权实用新型专利3 项；参编论著2 部；参与编制《大连现代农业产业中心概念性方案》等农业规划咨询项目10余项。

本文《超微粉碎协同梯度添加麦谷蛋白改善麦麸品质特性》来源于《食品科学》2025年46卷第8期283-292页，作者：王宝仪，胡雪芳，裴海生，翟晓娜，梁亮，李媛媛。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241021-126.。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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