《食品科学》：河南工业大学郑学玲教授等：小麦系统粉淀粉结构差异对其理化特性的影响|支链|河南工业大学|粉淀粉|蛋白质|郑学玲|食品科学

小麦是全球最广泛种植和消费的重要粮食作物，其品质在很大程度上取决于制粉过程中的分级策略。在小麦研磨体系中，碾磨程度是区分系统粉的核心依据。皮磨粉指小麦籽粒经初次破碎（皮磨工序）后，从麸皮与胚乳结合部剥离出的粉样，碾磨程度较浅，因保留部分糊粉层和皮层组织，富含灰分、膳食纤维及非淀粉多糖；心磨粉则是对皮磨后分离出的纯胚乳颗粒进一步深度研磨（心磨工序）得到的粉样，碾磨程度更深，主要由胚乳细胞内容物组成，蛋白质纯度高且面筋质量优异；而介于两者之间的渣磨粉（碾磨程度中等，处理皮磨后残留的带麸皮胚乳颗粒）和尾磨粉（碾磨程度最深，处理心磨后剩余的细颗粒），共同构成了完整的系统粉体系。其中，心磨粉（源自胚乳内层）和皮磨粉（源自胚乳外层）最具代表性，二者在化学组分与理化性质上呈现显著差异。已有研究表明，不同系统粉中蛋白质、灰分、膳食纤维以及阿拉伯木聚糖等成分的分布规律，直接影响其加工性能及终端产品质量。特别是皮磨粉中由于贴近小麦籽粒的糊粉层与皮层，通常富含灰分与非淀粉多糖，而心磨粉则具有更高的面筋质量与蛋白可塑性，因而在面条、馒头、面包等产品中被优先使用。

尽管系统粉在面制品中的应用研究相对丰富，但对于其所提取淀粉的结构与理化特性差异的系统性探索仍然有限。淀粉是小麦面粉中的主要碳水化合物，不仅在食品质构形成中发挥关键作用，其微观结构（如粒径分布、直链/支链比例、结晶结构）也显著影响产品的凝胶性能、糊化特性与冻融稳定性。近年来的研究显示，皮磨粉中淀粉的直链淀粉含量、损伤淀粉含量与B淀粉比例普遍高于心磨粉，这一结构特征可能导致其溶解度、透明度及糊化行为与心磨粉显著不同。此外，淀粉中A/B淀粉比例、直链淀粉含量、颗粒微结构等因素也与其在烘焙、蒸煮食品中的适应性密切相关。然而，目前关于不同系统粉淀粉结构-功能关系的定量关联研究仍较为匮乏，这在一定程度上制约了小麦系统粉的精准化利用。

河南工业大学粮油食品学院的李培成、王静、郑学玲*等人以3 种不同筋力类型的小麦品种为对象，分别提取其心磨粉、皮磨粉与通粉中的淀粉，系统比较其在基本组分、粒径特征、溶解/膨润特性、透明度、糊化行为、热力学参数、结晶结构及短程有序结构等方面的差异，并基于统计分析探讨其结构属性与功能性质之间的内在关联，旨在为小麦系统粉的高效分级利用提供理论依据，并为不同功能需求的专用淀粉开发提供科学支撑。

1 淀粉基本组分的分析

不同系统粉淀粉的基本组分如表1所示。与心磨粉淀粉相比，皮磨粉淀粉的灰分、戊聚糖和B淀粉含量显著升高，而直链淀粉和损伤淀粉含量显著降低，蛋白含量差异不显著。通粉淀粉的组分与心磨粉淀粉较为接近。皮磨粉淀粉灰分较高，可能因其含有更多麸星和细胞壁等杂质，难以完全去除。蛋白质量分数普遍较低（0.70%～0.71%），表明淀粉与蛋白质分离效果良好。皮磨粉主要来源于靠近糊粉层的外胚乳区域，因此富含戊聚糖和B淀粉，直链淀粉含量相对较低。已有研究表明，戊聚糖在籽粒外围含量较高，直链淀粉越靠近皮层的部分含量越低。此外，B淀粉含量与直链淀粉呈正相关，A淀粉含量则与支链淀粉含量相关。

2 粒度分析

激光粒度仪通过激光衍射技术测定淀粉颗粒的粒径分布，主要参数包括D10（反映小粒径）、D50（中值粒径）和D90（大粒径范围）。由表2可知，各通粉淀粉样品的粒径呈显著差异，其中CF-S小粒径颗粒多，ZF-S整体粗细居中，AF-S大粒径颗粒多、小颗粒极少。皮磨粉淀粉的体积平均粒径、面积平均粒径及D10、D50、D90值均显著低于心磨粉，表明其粒径整体较小。Φ≤10 μm表示粒径≤10 μm的颗粒占比，该指标在CB-S、ZB-S和AB-S中分别达45.04%、41.36%和35.93%，高于心磨粉，反映出皮磨粉中B淀粉比例较高。粒径差异显著影响淀粉的理化特性，进而影响面制品品质。研究表明，粒径越小，淀粉凝胶的硬度、黏性、咀嚼性和回复性越强，糊体沉降体积也随之变化。小麦粉粒度减小时，色泽改善，蛋白质与灰分含量上升，但湿面筋、面团稳定性及延展性下降。粒度变化还会改变淀粉与蛋白的分布状态，进而影响蛋白组成。此外，面条品质与A、B淀粉比例显著相关，粒径结构影响其力学与质构特性。

3 溶解度与膨润力

淀粉的溶解度和膨润力反映其与水分相互作用的能力，受淀粉颗粒结构及成分影响。一般而言，在高温条件下，颗粒内氢键松弛、结晶结构破坏，使直链与支链淀粉暴露并与水结合，从而发生溶解与膨胀。如表3所示，ZF-S是通粉样品中膨润力最弱的样品，溶解度表现中等，而AF-S呈现“低溶解度、高膨润力”的反向特性，在通粉样品中特征鲜明。心磨粉淀粉（CM-S、ZM-S、AM-S）的溶解度显著高于皮磨粉淀粉（CB-S、ZB-S、AB-S），三者间差异显著。这一差异可能源于心磨粉中较高的直链淀粉含量，其在加热过程中更易溶出，增强了淀粉的水溶性。由膨润力的变化可知，心磨粉淀粉整体高于皮磨粉。AM-S膨润力最高，显著优于AB-S。心磨粉淀粉的粒径更大，损伤淀粉含量更高（表1、2），这有助于增加水分渗透与吸收面积，从而促进淀粉颗粒的膨胀。相比之下，皮磨粉淀粉由于粒径较小、结构致密及直链淀粉含量偏低，限制了其膨润能力。

4 淀粉糊透明度和凝胶特性

淀粉糊的透光率反映其对光的透过能力，受灰分含量、杂质水平及分子结构影响。图1A结果显示，通粉淀粉的透光率与心磨粉相似，而心磨粉淀粉（CM-S、ZM-S、AM-S）的透光率显著高于皮磨粉淀粉（CB-S、ZB-S、AB-S），表明其透明度更高。该差异可能与皮磨粉中较高的灰分和细胞壁残留等杂质有关，这些成分在糊化后形成悬浊结构，降低了光的透过性。

淀粉凝胶特性主要包括凝胶强度与硬度，是衡量其成胶能力和机械稳定性的重要指标。图1B结果显示，心磨粉淀粉在强度和硬度方面均显著优于皮磨粉淀粉，通粉处于两者之间。这可能归因于心磨粉中较高的直链淀粉含量与较大颗粒尺寸，有助于淀粉在糊化冷却过程中形成致密网络结构。研究表明，直链淀粉含量的增加可增强凝胶的刚性，而支链淀粉链长分布亦影响凝胶致密程度。

5 冻融稳定性

冻融稳定性是衡量淀粉在反复冷冻与解冻过程中保持结构和水分稳定性的关键指标，对冷冻食品的品质具有重要影响。一般而言，冻融循环可导致淀粉凝胶结构破坏和自由水析出，从而影响产品的质构和感官属性。图2表明，皮磨粉淀粉（CB-S、ZB-S、AB-S）的析水率显著高于心磨粉淀粉（CM-S、ZM-S、AM-S），说明后者具有更优的冻融稳定性。这一差异与淀粉的组成和结构密切相关。心磨粉淀粉中直链淀粉含量较高，能够在冷却过程中形成更稳定的分子网络，从而减少水分迁移和结构塌陷。此外，皮磨粉淀粉由于B淀粉比例较高、直链淀粉含量较低，导致其形成的凝胶结构较松散，易受冻融过程破坏，析水率上升。

6 糊化特性

淀粉糊化特性是反映其热加工行为的重要指标，包括峰值黏度、最低黏度、最终黏度、衰减值、回生值及糊化温度等参数，能够综合体现淀粉颗粒的吸水膨胀、溶解与糊体稳定性。表4显示，心磨粉淀粉（CM-S、ZM-S、AM-S）峰值黏度、最低黏度和最终黏度等参数均显著高于皮磨粉淀粉（CB-S、ZB-S、AB-S），说明其增稠能力更强。这可能源于心磨粉中A淀粉和直链淀粉含量较高，在加热过程中易膨胀吸水并释放出更多直链分子，使糊体黏度增加。相反，皮磨粉淀粉由于直链淀粉和A淀粉含量较低，黏度表现偏弱。此外，皮磨粉淀粉的糊化温度普遍高于心磨粉淀粉，表明其结晶结构更稳定，需更高能量破坏。这一现象可能与皮磨粉中较高的B淀粉比例相关。衰减值和回生值方面，皮磨粉淀粉显著降低，显示其在热剪切与冷却后具有更高的糊体稳定性和较弱的老化倾向。

7 热力学特性

热力学特性反映淀粉晶体区在加热过程中的熔融行为，包括起始糊化温度（T0）、峰值温度（Tp）、终止温度（Tc）、糊化温度范围（ΔT）及糊化焓（ΔH）。其中，ΔT代表晶体结构破坏的温度区间，ΔH反映结晶结构的稳定性和数量。表5结果显示，皮磨粉淀粉（CB-S、ZB-S、AB-S）的T0、Tp和Tc均显著高于心磨粉淀粉（CM-S、ZM-S、AM-S），说明其结晶结构更稳定，糊化所需能量更高。同时，皮磨粉淀粉的ΔT普遍较大，提示其颗粒内部结构均一性较差。心磨粉淀粉的ΔH显著高于皮磨粉淀粉，表明其具有更高比例的有序结晶结构，熔融过程中吸热更充分。这一结果与其较高的A淀粉和直链淀粉含量一致，进一步验证了心磨粉淀粉晶体结构的完整性与热响应强度。

8 短程有序结构

傅里叶变换近红外光谱可用于表征淀粉分子链段的有序性，尤其适用于评估其短程结构特征。在800～1 200 cm-1范围内，1 022 cm-1和1 047 cm-1对应于淀粉非晶区和结晶区的吸收峰，995 cm-1则与C-6位羟基形成的氢键相关。1 047/1 022 cm-1（R1 047/1 022）与1 022/995 cm-1（R1 022/995）处吸收峰强度比值可反映淀粉的结晶度和短程有序性。图3和表6结果表明，心磨粉淀粉（CM-S、ZM-S、AM-S）的R1 047/1 022显著高于皮磨粉淀粉（CB-S、ZB-S、AB-S），而心磨粉淀粉（CM-S、ZM-S）的R1 022/995则显著低于皮磨粉淀粉（CB-S、ZB-S），说明心磨粉淀粉具有更高的短程有序结构和更强的双螺旋排列有序性。这与其较高的直链淀粉和结晶度数据一致，进一步支持心磨粉淀粉结构更致密、分子链排列更规则的结论。

9 晶体结构

XRD是分析淀粉结晶结构和测定相对结晶度的重要手段，反映其长程有序排列特性。图4A显示，所有系统粉淀粉在2θ 15°、17°、18°和23°处均呈现明显衍射峰，表明样品均为典型的A型晶型。2θ＝20°附近的衍射峰可能源于淀粉-脂质复合物的存在。从结晶度分析结果（图4B）可见，心磨粉淀粉（CM-S、ZM-S、AM-S）的相对结晶度显著高于皮磨粉淀粉（CB-S、ZB-S、AB-S），通粉结晶度则处于两者之间。这一趋势与傅里叶近红外光谱所得短程结构结果一致，说明心磨粉淀粉具有更完整的晶体区结构，可能归因于其更高的A淀粉比例与较低的杂质干扰。更高的结晶度不仅提高了淀粉的热响应和糊化焓，也有助于形成更稳定的凝胶网络结构，在食品加工中具有更好的结构保持性和热稳定性。

10 相关性分析

为进一步揭示不同系统粉淀粉结构参数对其功能特性的影响，基于皮磨粉、心磨粉及通粉的理化指标及结构指标，构建理化特性与功能性能之间的相关性热图（图5）。结果显示，B淀粉相对含量是最具影响力的结构变量，与多个关键理化性能呈显著或极显著相关，且这一规律在通粉淀粉中表现尤为典型，其作为皮磨粉与心磨粉的混合体系，通粉淀粉的B淀粉含量介于皮磨粉与心磨粉之间，其各项理化特性也呈现出“中间态”特征，成为关联两类系统粉结构与性能的重要纽带。具体来看，通粉淀粉的B淀粉相对含量与糊化温度（r＝0.86）、Tc（r＝0.83）的正相关性略低于皮磨粉但高于心磨粉，与峰值黏度（r＝-0.90）、膨润力（r＝-0.88）的负相关性则介于两者之间，反映出其A/B淀粉比例对功能特性的协同调控作用：通粉中既保留了心磨粉A淀粉的高膨润力，又因混入皮磨粉的B淀粉而增强了热稳定性。同时，通粉淀粉的D50与溶解度（r＝0.79）、凝胶透光率（r＝0.82）的正相关性显著强于心磨粉，这与通粉中较大颗粒的A淀粉主导水合作用有关，但因少量B淀粉的存在，其透明度仍低于纯心磨粉，体现了混合体系中结构参数的协同效应。此外，通粉淀粉的损伤淀粉含量与凝胶硬度的负相关性较皮磨粉更明显，说明其因心磨工序引入的少量机械损伤对凝胶网络的破坏更易被A淀粉的凝胶能力抵消；短程有序性指标R1 022/995与峰值黏度的负相关性（r＝-0.73）弱于皮磨粉，进一步证实通粉通过混合平衡了结构致密性与功能灵活性。

综上，通粉淀粉作为皮磨与心磨组分的复合体系，其“结构-性能”关系既遵循B淀粉含量主导的普遍规律，又因A/B淀粉比例的中和效应呈现独特的协同调控特征。这一中间态特性使其成为验证“结构-性能”模型普适性的关键样本，也为实际生产中通过调整皮磨/心磨粉配比调控通粉功能特性提供了直接依据。例如，若需提升通粉的热稳定性，可适当提高皮磨粉比例以增加B淀粉比例；若需增强其膨润性与黏度，则可提高心磨粉占比以增加A淀粉比例。该相关性分析明确建立了系统粉淀粉“结构-性能”模型，为后续功能性专用粉开发提供了可量化的结构预测指标，尤其是B淀粉相对含量、结晶度和R1 047/1 022，可作为淀粉功能调控与分类应用的关键参数。

11 结论

本研究通过对心磨粉、皮磨粉与通粉中提取淀粉的结构与理化特性进行系统分析，明确了其组成与性能之间的本质差异。心磨粉淀粉结构有序性、直链淀粉和A淀粉含量高，因而具备良好的溶胀性和糊化能力，适合于对黏度、透明度与冻融稳定性要求较高的食品体系。相比之下，皮磨粉淀粉中B淀粉比例升高、结晶结构松散，虽在糊化过程中表现出更高的热稳定性，但其凝胶结构与加工适应性相对较弱。通过构建结构-性能相关性热图，量化了B淀粉、直链淀粉、粒径与结晶度等指标在功能性转化中的关键作用，尤其是B淀粉相对含量对糊化温度、黏度、凝胶弹性及膨润性能的关键性影响，为今后基于分子结构调控淀粉性能的研究提供了数据支撑和理论基础，对小麦系统粉的分级利用、专用淀粉筛选及低添加食品原料开发具有重要意义。

引文格式：

李培成, 王静, 梁宁杰, 等. 小麦系统粉淀粉结构差异对其理化特性的影响[J]. 食品科学, 2025, 46(23): 94-101. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250528-198.

LI Peicheng, WANG Jing, LIANG Ningjie, et al. Effects of differences in starch structure among different wheat mill streams on their physicochemical properties[J]. Food Science, 2025, 46(23): 94-101. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250528-198.

实习编辑：安宏琳；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

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国安徽合肥召开。

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