《Food Chemistry》：Synergistic modification of wheat bran by fungal-enzymes: From wheat bran composition and properties modulation, gluten protein structure evolution, to wheat dough and noodle quality improvement
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•利用真菌酶对小麦麸皮进行改性可改变其成分与性质。•改性后的小麦麸皮能降低其对面筋蛋白结构的不良影响。•改性处理可提升添加了麸皮的面团及面条的品质。引言多项前瞻性研究及临床试验结果表明，与膳食纤维摄入量较低的人群相比，高膳食纤维摄入量的人群全因死亡率更低，慢性疾病发病率也更低（R
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利用真菌酶对小麦麸皮进行改性可改变其成分与性质。
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改性后的小麦麸皮能降低其对面筋蛋白结构的不良影响。
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改性处理可提升添加了麸皮的面团及面条的品质。
引言
多项前瞻性研究及临床试验结果表明，与膳食纤维摄入量较低的人群相比，高膳食纤维摄入量的人群全因死亡率更低，慢性疾病发病率也更低（Reynold等人，2019）。研究表明，膳食纤维在调节这些疾病方面的健康益处与其生理作用密切相关，比如延缓胃排空、改变微生物群多样性、改善代谢紊乱以及增强免疫系统功能（Li & Ma，2024a）。因此，增加膳食纤维摄入被视为有益于人类健康的有效干预策略。
小麦麸皮是小麦粉生产过程中的主要副产品，富含膳食纤维（Li等人，2026）。此外，它还含有其他具有健康益处的营养成分及生物活性物质（Chen等人，2023；Wang等人，2026）。这些营养成分使得小麦麸皮成为极具应用潜力的营养添加剂（Zhang等人，2025）。然而，目前它主要被用于饲料行业，未能充分发挥其在营养和经济方面的潜力，导致资源利用率较低。由于面条是中国传统的主食，将小麦麸皮应用于面条生产中，既能提升面条的营养价值，又能提高小麦麸皮的经济附加值（Sim等人，2020）。
值得注意的是，直接添加天然小麦麸皮可能会对面团和面条的品质产生不利影响。例如，黏度测试结果显示，添加天然小麦麸皮会抑制淀粉的黏合特性，从而导致黏度的峰值、最低值和最终值均下降（Chen等人，2011）。面团流变学研究也表明，天然小麦麸皮的存在会削弱面筋强度（Sun, Bu等人，2023）。对面团微观结构的观察显示，天然小麦麸皮会导致面筋网络出现不连续现象（Li, Xu等人，2025）。对面条的质地分析则表明，随着天然小麦麸皮添加量的增加，面条的硬度也会上升（Song等人，2013）。烹饪质量测试结果显示，添加天然小麦麸皮会使面条的煮失率升高（Li, Xu等人，2025）。小麦麸皮产生的这些负面效应是由多种因素共同导致的（Hemdane等人，2016）：首先，小麦麸皮会稀释面团中的成分，降低面筋蛋白和淀粉的相对含量，从而阻碍正常面筋网络的形成，削弱面筋强度，并抑制淀粉的黏合；其次，小麦麸皮会与面团中的水分发生竞争，使水分从面筋网络转移到小麦麸皮中，进而降低面筋蛋白和淀粉的可利用水分，阻碍面筋网络的形成以及淀粉的黏合；再者，小麦麸皮会对面筋蛋白之间的共价交联造成空间阻碍，破坏面筋网络的连续性。这些因素的协同作用导致了小麦面团和面条品质的下降。因此，提升添加了小麦麸皮的面条的食用品质，已成为推动其工业化发展的关键挑战。
运用酶技术和微生物技术对小麦麸皮进行改性，是一种有效提升含麸皮面团及制品品质的生物方法。例如，Liu等人（2017）研究表明，用木聚糖酶和纤维素酶处理小麦麸皮，能够显著提升面团的延展性。此外，Li, Xu等人（2025）研究了经木聚糖酶和纤维素酶改性后的小麦麸皮对面条品质的影响，发现这类改性麸皮能够减轻天然小麦麸皮对面筋网络的破坏作用，从而提升面条的质地和烹饪性能，表现为面条的弹性、黏性和咀嚼感增强，同时煮失率降低。Messia等人（2016）的进一步研究显示，将酶处理（木聚糖酶、纤维素酶和淀粉酶）与微生物发酵（乳酸菌）相结合，比单独使用某种酶处理更能显著改善面包的微观结构及比容。这些改性方法主要是通过分解小麦麸皮的细胞壁成分，促进不可溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维，以及将无法被水提取的阿拉伯木聚糖转化为可被水提取的阿拉伯木聚糖来发挥作用（Heini?等人，2016；Sun, Wu等人，2023）。这些可溶性成分可以作为改善面团及制品品质的物质，其优势在于能够缓解小麦麸皮与面团成分之间的水分竞争，同时强化面筋网络（Fan等人，2022；Li, Xu等人，2025）。因此，增加小麦麸皮中可溶性膳食纤维和可被水提取的阿拉伯木聚糖的含量，已成为提升添加了小麦麸皮的面条食用品质的关键途径。
小麦麸皮中的不可溶性膳食纤维主要由纤维素、无法被水提取的阿拉伯木聚糖和木质素组成。纤维素酶能够催化分解纤维素中(1,4)-β-D-糖苷键。而木聚糖酶则可以作用于无法被水提取的阿拉伯木聚糖中的β-1,4-糖苷键，促使该物质转化为可被水提取的阿拉伯木聚糖。因此，木聚糖酶和纤维素酶的协同作用，能够减少无法被水提取的阿拉伯木聚糖和纤维素对面团体系的负面影响。此外，我们的团队此前还筛选出一种可食用的真菌菌株——担子菌AP5.584。该菌株能够分泌多种水解酶（如纤维素酶、半纤维素酶）以及木质素酶，从而高效降解木质素。不过，担子菌的生长速度相对较慢。仅用担子菌发酵小麦麸皮，容易出现细胞破裂死亡、酶产量不足等问题，进而降低降解小麦麸皮中不可溶性膳食纤维的效率。为克服单一酶处理或单一微生物发酵在降解小麦麸皮成分方面的局限性，本研究采用了纤维素酶、木聚糖酶与担子菌相结合的协同改性技术来处理小麦麸皮。为了确定影响小麦麸皮成分变化的关键工艺参数，我们首先分析了木聚糖酶用量、纤维素酶用量、担子菌接种量、担子菌发酵时间以及pH值与小麦麸皮中不可溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维含量的关联程度。研究结果表明，木聚糖酶用量、纤维素酶用量、担子菌接种量、担子菌发酵时间以及pH值与小麦麸皮中不可溶性膳食纤维含量的相关系数分别为0.20、0.17、0.19、0.49和0.16；而与可溶性膳食纤维含量的相关系数则为0.15、0.42、0.05、0.52和0.08。其中，担子菌发酵时间与不可溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维含量的相关系数最高。因此，本研究进一步重点探讨了担子菌发酵时间对小麦麸皮改性的影响。
基于以上分析，本研究的核心内容是采用真菌酶协同改性技术处理小麦麸皮。研究旨在构建涵盖“原材料-面团体系-面条产品”的完整研究链条，系统阐明这种小麦麸皮改性方式影响小麦面条品质的机制。具体研究内容包括：1）探究不同发酵时间内改性处理对小麦麸皮成分及理化性质的影响；2）将改性后的小麦麸皮重新掺入小麦粉中，研究不同发酵时间内面筋蛋白结构的变化规律；3）分析不同发酵时间内改性小麦麸皮影响小麦面团品质及面筋网络结构的机制；4）明确不同发酵时间内改性小麦麸皮影响小麦面条品质及微观结构的机制。我们推测，这种协同改性作用能够有针对性地改变小麦麸皮的成分及理化性质，进而调控面筋蛋白的结构，最终提升面团和面条的品质。因此，本研究旨在建立“调控小麦麸皮成分及理化性质——面筋蛋白结构演变——面团及面条品质提升”之间的构效关系，为提升添加小麦麸皮的小面条品质提供理论依据和技术支持。
章节要点
材料
小麦麸皮（不可溶性膳食纤维含量：41.00%；蛋白质含量：15.89%；淀粉含量：12.14%）和小麦粉（淀粉含量：65.33%；蛋白质含量：13.32%；灰分含量：0.37%；水分含量：12.20%）分别购自中国鹤壁的众和现代农业发展集团有限公司和邯郸的五德利面粉集团有限公司。木聚糖酶（S10108，活性为6000 U/mg，CAS编号：9025-57-4）、纤维素酶（C109262，活性为10000 U/g，CAS编号：9012-54-8）以及可食用的担子菌AP.5.584由以下机构提供
成分分析
小麦麸皮的成分决定了其理化性质。我们团队的初步研究结果表明，与其他改性因素相比，担子菌发酵时间对小麦麸皮成分的变化影响最为显著，其他因素包括木聚糖酶用量、纤维素酶用量、担子菌接种量以及pH值。图1A展示了经过真菌酶协同改性处理后，不同发酵时间内小麦麸皮成分的变化情况
结论
本研究揭示了小麦麸皮协同改性的机制，即“通过调控小麦麸皮的成分及理化性质，进而引发面筋蛋白结构演变，最终提升小麦面团和面条的品质”。研究结果表明，经过改性处理后，小麦麸皮的细胞壁结构会被降解，这有助于促进不可溶性膳食纤维和无法被水提取的阿拉伯木聚糖向可溶性膳食纤维和可被水提取的阿拉伯木聚糖转化。与此同时，小麦麸皮的颗粒大小、水分保持能力和水分结合能力也会随之下降
作者贡献说明
李梦源：论文撰写——初稿撰写、软件应用、概念设计。李彦华：论文撰写——审阅与编辑。李莉：论文撰写——审阅与编辑。郑雪玲：论文撰写——审阅与编辑。孙冰华：论文撰写——审阅与编辑。马森：论文撰写——审阅与编辑、研究指导、项目管理、资金申请、概念设计。
未引用参考文献
Li等人，2025a
Li等人，2025b
Reynolds等人，2019
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32272249）以及河南省自然科学基金（项目编号：252300421032、262300422716）的支持。
Mengyuan Li|Yanhua Li|Li Li|Xueling Zheng|Binghua Sun|Sen Ma
