《Food Chemistry》：Unlocking the potential of waxy wheat: a comprehensive study on nutritional flavor, structural collapse, and practical blending strategies
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糯小麦在蒸制面包中的结构崩溃机制及其营养特性研究。通过比较糯小麦与普通小麦的淀粉特性、非淀粉成分及营养组成，发现糯小麦淀粉凝胶黏度高且非淀粉成分（β-葡聚糖、脂类、黄酮类）含量显著增加，导致蒸制过程中水分迁移和压力作用引发更严重的结构崩溃。实验表明，将糯小麦粉掺混比例控制在≤20%可有效改善蒸制面包的体积稳定性。
张志辉|李玉彤|边浩全|赵天毅|孙晓明|唐红梅|张玉红|曾兴权|罗布扎西|王涛|潘志芬|周永红|廖桥
中国科学院成都生物研究所，中国四川省成都市群贤南路23号，邮编610213
摘要
蜡质小麦具有独特的功能特性，但往往会导致以淀粉为基础的食品（尤其是蒸面包）出现严重的结构塌陷现象。其背后的机制尚不明确，关于其营养成分的全面数据也较为有限。本研究首先比较了蜡质小麦和普通小麦在营养和风味成分上的差异，进一步探讨了蒸面包和烤面包中的结构塌陷机制，重点关注了淀粉特性和非淀粉成分的作用。蜡质小麦在营养方面具有优势，如β-葡聚糖、抗性淀粉、黄酮类化合物和不饱和脂肪酸的含量较高，并且具有独特的风味。由于蜡质淀粉的特殊性质以及非淀粉成分的含量较高，在蒸煮过程中水分和压力的作用下，蒸面包的结构塌陷更为严重。将蜡质小麦以不超过20%的比例混合到普通小麦粉中可以有效减少蒸面包的塌陷现象，为蜡质小麦的实际应用提供了一条可行的策略。
引言
蜡质小麦由于颗粒结合淀粉合成酶I（GBSS I）基因失活而缺乏直链淀粉（Li等人，2014年），因此具有独特的淀粉功能特性，例如更高的膨胀能力、更低的回生倾向和更高的糊状物透明度（Apostolidis等人，2023年；Hsieh等人，2019年；Shevkani等人，2016年；Wang等人，2023年）。其优异的保水能力（Zaparenko等人，2023年）还能提高产品的柔软度和保质期（Bhattacharya等人，2002年），使其适合为老年人、儿童等特殊群体设计柔软的主食（Graybosch，1998年）。然而，将蜡质小麦应用于烤面包和蒸面包等主食时存在一个根本性的权衡：虽然口感更柔软，但结构稳定性会降低，从而导致严重的体积塌陷（Graybosch等人，2016年；Hung等人，2007年；Ma等人，2017年；Morita等人，2002年；Purna等人，2011年；Yi等人，2009年）。这一问题在蒸面包中尤为突出——蒸面包是一种传统的中国发酵小麦食品（Ma等人，2017年）——这也严重限制了蜡质小麦的商业化应用（Mouliney等人，2011年；Rooyen等人，2023年）。
研究表明，将蜡质小麦的比例控制在30-50%以内可以提高烤面包的某些品质，但超过这一比例会导致结构缺陷，如出现“钥匙孔”形状和过度收缩（Hung等人，2007年；Purna等人，2011年）。然而，关于100%蜡质小麦蒸面包的研究则相对较少，现有数据显示其最大使用比例约为15-20%（Liu等人，2021年；Ma等人，2017年）。目前针对烤面包和蒸面包中蜡质小麦的研究主要集中在宏观特性上，如延缓老化、体积变化和质地差异或配方调整（Morita等人，2002年；Park & Baik，2007年），但其结构塌陷的内在机制仍不清楚。
除了淀粉的独特性质外，蜡质小麦的营养和风味成分也尚未得到充分研究。这些非淀粉成分——尤其是脂质、β-葡聚糖和黄酮类化合物——及其相互作用也可能导致结构塌陷。具体来说，β-葡聚糖可以与淀粉和蛋白质结合，干扰水分分布并抑制淀粉膨胀和面筋交联（Zhang等人，2026年）；脂质与直链淀粉结合会影响气体稳定性并破坏面筋网络的形成（Georgopoulos等人，2003年；Janssen等人，2020年；Zhao & Xu，2022年）；而黄酮类化合物可能改变面团的发育和稳定性（Bojňanská等人，2024年；Kalinina等人，2023年）。因此，系统研究谷物成分对于全面解释蜡质小麦产品的结构塌陷行为至关重要。
本研究探讨了蜡质小麦的营养和风味特性，并将其与普通小麦进行了比较。此外，还通过分析淀粉特性和非淀粉成分来探讨蜡质小麦产品结构塌陷的原因。最后，根据质地特性和感官评价提出了蜡质小麦粉的适宜添加比例。这些发现有望为蜡质小麦在主食加工中的应用提供重要支持。
材料
本研究使用了两种小麦品种：蜡质小麦品种Zhongkenuomai258和普通小麦品种Zhongkemai138。这两种小麦均在双流试验田种植。用于制作面包的精制小麦粉是通过Chopin CD1 LabMill（CHOPIN Technologies）研磨成熟颗粒并过120目筛网得到的；用于测定营养成分和提取淀粉的全麦粉则是通过FOSS SCIND CT410（FOSS Corporation）研磨成熟颗粒制备的。
营养成分
与普通小麦全麦粉（NWF）相比，蜡质小麦全麦粉（WWF）在营养成分上存在显著差异（图1）。具体来说，WWF的总淀粉含量低4.3%，直链淀粉含量低81.5%，蛋白质含量低2.2%，膳食纤维含量低45.2%，而粗脂肪含量高33.6%（图1a-e）。
NWF和WWF中的主要脂肪酸包括亚油酸（C18:2）、棕榈酸（C16:0）、油酸（C18:1）和棕榈油酸（C16:1）。
蜡质小麦的营养与健康益处
蜡质小麦的脂质组成更为有利，其不饱和脂肪酸（UFA）与饱和脂肪酸（SFA）的比例较高（表S1）。亚油酸、α-亚麻酸和总UFA含量的升高有助于支持脂质代谢和心血管健康（Alabdulkarim等人，2012年；Benatti等人，2004年；Blondeau等人，2015年；Chang & Huang，1998年；Glick & Fischer，2013年；Krebs-Smith等人，2018年；Mensink，2016年；Tvrzicka等人，2011年）。
结论
研究表明，蜡质小麦的直链淀粉、膳食纤维和矿物质含量较低，但粗脂肪、生物活性化合物（β-葡聚糖、抗性淀粉和总黄酮类化合物）含量较高。此外，蜡质小麦的脂肪酸组成更优，尤其是不饱和脂肪酸含量较高，尤其是亚油酸和α-亚麻酸。蜡质小麦还具有独特的风味特征，其中醛类化合物和13种特定化合物的含量较高。
作者贡献声明
张志辉：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验设计、数据整理。李玉彤：数据验证、方法学设计、实验设计。边浩全：数据验证、方法学设计、实验设计。赵天毅：数据验证、方法学设计、实验设计。孙晓明：研究监督、概念构思。唐红梅：数据验证、方法学设计、实验设计。张玉红：研究监督、概念构思。曾兴权：研究监督、概念构思。罗布扎西：研究监督
伦理声明
所有参与者均为自愿参与，没有任何强迫行为。国家法律未要求对感官评估进行伦理审批，也未规定相应的伦理委员会或文件程序。所有参与者均充分了解了研究要求及潜在风险，并在参与前签署了书面同意书。我们确保不会在未经同意的情况下公开任何数据，参与者也可以随时退出研究。
未引用的参考文献
Baldwin, 2001
Hu, Li, Tan, McClements and Wang, 2022
Li等人，2023
Qiao等人，2017
Wang, Li, Guo, Zhu and Wu, 2024
Wang and Shi, 2020
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了西藏自治区科学技术厅（XZ202201ZD0001N）、国家自然科学基金（32201847）、四川省自然科学基金（2024NSFSC1205）、“优质高原大麦新品种的研发与技术培训”项目（2024JDKP0218）以及“新产品及加工技术研发”项目的支持。
