小麦制粉过程中机械建模与粉末特性的比较研究：辊磨、锤磨与石磨的协同效应分析

为解决不同制粉方式对小麦粉理化特性影响的机制问题，研究人员系统比较了辊磨(RMF)、锤磨(HMF)和石磨(SMF)三种制粉方法的机械模型与粉末特性。通过建立力学模型结合激光粒度分析和扫描电镜表征，揭示了挤压-摩擦复合效应（辊磨）、高速冲击破碎（锤磨）和摩擦-剪切协同效应（石磨）对小麦粉双峰分布(D90<160μm vs >200μm)和微观形貌（表面光滑度、断裂特征）的差异化影响，为优化小麦加工工艺提供了理论依据。

　　

小麦作为我国占粮食总产量23%的重要作物，其加工品质直接影响面制品的口感与营养价值。然而，传统制粉工艺中辊磨、锤磨和石磨等不同机械作用方式对小麦粉颗粒特性的影响机制尚不明确，制约了专用粉的开发与加工精度调控。针对这一瓶颈，河南工业大学的研究团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表研究，通过多尺度分析揭示了三种制粉方法的力学特性与粉末形成规律。

研究采用激光粒度分析仪(NKT2020-L)测定D10/D50/D90参数，场发射扫描电镜(Sigma300)观察微观形貌，并创新性地建立了"辊磨-小麦颗粒"三阶段力学模型（初始啮合-破碎-脱离）、锤磨冲击动力学方程和石磨摩擦-剪切协同模型。

3.1 不同制粉方法的理论分析

辊磨通过快慢辊速差(100g/min vs 80g/min)产生3335kN正压力与1334kN摩擦力，形成挤压-摩擦复合效应；锤磨以40π rad/s角速度产生0.37N单颗粒冲击力，导致宽分布(D90>200μm)；石磨则通过24N总摩擦力实现层状破碎，在300mm磨盘半径下形成典型双峰分布。

3.2 制粉方式对小麦粉粒度特性的影响

所有方法均呈现30μm(A型淀粉)和110μm(淀粉-蛋白复合体)双峰特征。但锤磨HMF的D10(10.87μm)最小而D90(214.61μm)最大，石磨SMF(159.25μm)和辊磨RMF(141.80μm)则分布更集中，印证了渐进式破碎的优势。

3.3 不同制粉方法小麦粉的形态特征

电镜显示：辊磨RMF-1颗粒表面最光滑，淀粉被蛋白基质包裹；锤磨HMF-2呈现不规则断面和游离淀粉；石磨SMF-2淀粉表面出现褶皱和划痕，并伴有明显团聚现象，这与摩擦生热导致的静电作用增强有关。

该研究首次系统量化了三种制粉设备的力学参数与粉末特性的映射关系，为专用粉开发提供了理论支撑。辊磨适合高均匀度面粉生产，锤磨适用于高效率粗粉碎，而石磨独特的摩擦-剪切效应可赋予面粉特殊质地。研究结果对保留营养成分、调控加工精度具有重要指导意义，尤其为传统石磨工艺的现代化改造提供了科学依据。