# 面粉 · 组成与原理

> 面粉（wheat flour，小麦粉）：小麦籽粒经清理、润麦、研磨、筛分，去除麸皮与胚芽、保留胚乳研磨而成的粉状食品原料。
> 数据为食品科学公认量级估算，随品种/产地/工艺存在 ±0.5~2 个百分点浮动。

## 1. 组成结构：小麦籽粒 → 面粉

```mermaid
graph TB
    subgraph KERNEL["小麦籽粒 (Wheat Kernel 100%)"]
        subgraph BRAN["麸皮 Bran ≈15%"]
            B1["果皮 Pericarp<br/>纤维素/半纤维素"]
            B2["种皮 Testa"]
            B3["糊粉层 Aleurone<br/>蛋白质+矿物质"]
        end
        subgraph ENDO["胚乳 Endosperm ≈82.5% (面粉主体)"]
            E1["淀粉体<br/>Starch 70-75%"]
            E2["面筋蛋白基质<br/>Protein 8-13%"]
        end
        subgraph GERM["胚芽 Germ ≈2.5%"]
            G1["脂质 ≈10%<br/>不饱和脂肪酸+VE"]
            G2["蛋白 ≈25% + B族维生素+酶"]
        end
    end

    ENDO -->|"研磨保留 → 白面粉"| FLOUR["白面粉 White Flour<br/>出粉率 55-82%"]
    BRAN -.->|"筛分/风选去除"| BYP["麸皮副产品<br/>(饲料/全麦粉)"]
    GERM -.->|"脂肪易酸败→去除"| BYP

    style ENDO fill:#fff2cc
    style FLOUR fill:#d5e8d4
```

## 2. 化学成分构成（白面粉，~14% 水分基）

```mermaid
graph LR
    F["白面粉 100g"] --> S["淀粉 70-75%"]
    F --> P["蛋白质 8-13%"]
    F --> W["水分 12-14%"]
    F --> L["脂肪 1-1.5%"]
    F --> A["灰分(矿物质) 0.35-0.5%"]
    F --> FB["膳食纤维 2-3%"]

    S --> S1["支链淀粉 Amylopectin ≈72-75%<br/>α-1,4 + 大量 α-1,6 分支"]
    S --> S2["直链淀粉 Amylose ≈25-28%<br/>α-1,4 线性链"]

    P --> P1["面筋蛋白 80-85%"]
    P --> P2["非面筋蛋白 15-20%<br/>白蛋白/球蛋白"]
    P1 --> G1["麦谷蛋白 Glutenin<br/>分子间 -S-S- 聚合体<br/>→ 弹性 elasticity"]
    P1 --> G2["麦醇溶蛋白 Gliadin<br/>单体/分子内 -S-S-<br/>→ 延展性 extensibility"]

    style S1 fill:#ffe6cc
    style G1 fill:#dae8fc
    style G2 fill:#dae8fc
```

## 3. 面筋网络形成机理（加水揉面）

```mermaid
flowchart TB
    D0["干面粉<br/>Gliadin/Glutenin 离散颗粒<br/>被淀粉隔开"] -->|"加水 Hydration"| D1["蛋白水合伸展<br/>暴露 -SH 巯基与疏水区"]
    D1 -->|"机械揉面 提供活化能"| D2["二硫键交联"]

    subgraph CROSS["二硫键交联 (核心化学步骤)"]
        R1["SH/SS 交换:<br/>R1-S-S-R2 + R3-SH ⇌ R1-S-S-R3 + R2-SH"]
        R2["氧化交联:<br/>2 R-SH + [O] → R-S-S-R + H₂O"]
    end
    D2 --> CROSS
    CROSS -->|"Glutenin 聚合度↑"| GMP["谷蛋白大聚合体 GMP<br/>分子量 10⁵ → 10⁶⁺ Da"]

    GMP --> NET["三维面筋网络"]
    D1 -.->|"氢键+疏水作用"| NET
    NET --> VE["面团黏弹性 Viscoelasticity<br/>弹性 G' + 黏性 G''"]

    VE -->|"过度揉面"| OVER["网络断裂 Over-mixing"]

    style CROSS fill:#f8cecc
    style VE fill:#d5e8d4
```

**核心作用力**
- 共价：二硫键 -S-S-（Glutenin 骨架，弹性来源）
- 非共价：氢键（谷氨酰胺侧链 -C(=O)-NH₂，占残基 30-40%）、疏水聚集、离子键 COO⁻…⁺H₃N-

## 4. 制粉工艺原理（辊式逐步研磨）

```mermaid
flowchart LR
    RAW["原粮小麦"] --> CLEAN["清理 Cleaning<br/>筛选/磁选/打麦"]
    CLEAN --> TEMP["润麦 Tempering<br/>加水至 15-17%,静置 6-24h<br/>麸皮增韧 / 胚乳软化脆化"]
    TEMP --> BREAK["皮磨 Break Rolls<br/>齿辊,转速差 2.5:1<br/>撕开麦粒剥离胚乳"]
    BREAK --> SIFT1["平筛+风选 Purifier<br/>按粒度/密度分级"]
    SIFT1 -->|"粗胚乳粒 Semolina"| RED["心磨 Reduction Rolls<br/>光辊碾细成粉"]
    SIFT1 -->|"麸片/胚芽"| BYP["麸皮/胚芽副产品"]
    RED --> SIFT2["筛分 出各级面粉流 Streams"]
    SIFT2 --> BLEND["配粉 Blending<br/>按蛋白/灰分调配 +改良剂/营养强化"]
    BLEND --> OUT["成品面粉"]

    style TEMP fill:#fff2cc
    style BLEND fill:#d5e8d4
```

**分离原理**：润麦增大「麸皮韧性」与「胚乳脆性」的力学差异 → 皮磨只撕剥不粉碎麸皮 → 尽量纯净地取出胚乳。

## 5. 面粉分类

```mermaid
graph TB
    subgraph BYPROT["按蛋白质含量 (筋度)"]
        H["高筋 Bread Flour<br/>蛋白 ≥12.5%<br/>面包/比萨"]
        M["中筋 All-purpose<br/>蛋白 8.5-11.5%<br/>馒头/面条/饺子"]
        L["低筋 Cake Flour<br/>蛋白 ≤8%<br/>蛋糕/饼干"]
    end
    subgraph BYASH["按出粉率/灰分 (精度)"]
        A1["特制一等 出粉55-60% 灰分≤0.55%"]
        A2["标准粉 出粉75-82% 灰分≤1.1%"]
        A3["全麦粉 出粉95-100% 灰分1.4-2.0%"]
    end
```

> 经验换算：湿面筋% ≈ 蛋白质% × 3~3.5；筋度还取决于 Glutenin/Gliadin 比例（粉质仪、拉伸仪表征）。
> 欧陆按灰分分级：T45 / T55 / T65 / T80 / T110 / T150(全麦)。

## 6. 烘焙相关物理化学反应（温度节点）

```mermaid
stateDiagram-v2
    [*] --> 发酵: 30-40°C
    发酵 --> 酵母死亡: 50°C+ 酵母失活
    酵母死亡 --> 糊化起始: 52-60°C 淀粉吸水肿胀
    糊化起始 --> 面筋凝固: 55-70°C 蛋白变性交联
    面筋凝固 --> 糊化高峰: 60-70°C α-淀粉酶活跃
    糊化高峰 --> 定型: 70-80°C 面筋完全凝固/酶灭活
    定型 --> 表皮褐变: 140-165°C 美拉德反应
    表皮褐变 --> 焦糖化: 160°C+ 糖脱水降解
    焦糖化 --> [*]: 冷却→淀粉老化 Retrogradation
```

**关键反应式**

| 反应 | 简化式 | 温度 |
|------|--------|------|
| 淀粉糊化 Gelatinization | (C₆H₁₀O₅)ₙ + H₂O + ΔT → 膨胀凝胶 + 可溶直链淀粉 | 52-85°C |
| 蛋白变性凝固 | 面筋网络氢键/疏水破坏→链展开→二硫键再交联凝固 | 55-90°C |
| 美拉德反应 Maillard | 还原糖 + 氨基酸 → 褐色素 + 香气(吡嗪/呋喃酮) | 140-165°C |
| 焦糖化 Caramelization | 糖类脱水降解 → 焦糖色/风味 | 160°C+ |
| 淀粉老化 Retrogradation | 可溶直链/支链淀粉 → 双螺旋重结晶(析水变硬) | 0-4°C 最快 |

## 7. 常见添加剂

```mermaid
graph LR
    ADD["面粉添加剂"] --> IMP["改良剂"]
    ADD --> BLE["漂白/熟化剂"]
    ADD --> NUT["营养强化剂"]

    IMP --> I1["抗坏血酸 VC<br/>氧化循环催化 -SH→-S-S-"]
    IMP --> I2["α-淀粉酶/木聚糖酶/脂肪酶<br/>产糖供酵母/改善持气"]
    IMP --> I3["ADA·葡萄糖氧化酶GOX<br/>氧化增筋(替代溴酸钾)"]
    IMP --> I4["SSL/CSL 乳化剂<br/>增柔延缓老化"]

    BLE --> B1["过氧化苯甲酰BPO(中国禁用)"]
    BLE --> B2["氯气/二氧化氯 蛋糕粉专用"]

    NUT --> N1["叶酸 Folic Acid 防神经管缺陷"]
    NUT --> N2["铁 防缺铁性贫血"]
    NUT --> N3["B1/B2/烟酸 防脚气/糙皮病"]

    style I1 fill:#dae8fc
    style NUT fill:#d5e8d4
```

> **抗坏血酸催化循环**：Ascorbic Acid + ½O₂ → Dehydroascorbic Acid(DHAA) + H₂O；DHAA + 2 R-SH → Ascorbic Acid + R-S-S-R（再生循环，加速面筋交联）。
> 精磨白面粉损失麸皮/胚芽中大部分 B 族维生素与矿物质，故 FAO/WHO 及多国立法强制面粉营养强化。

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*数据来源：FAO 食品成分表、USDA Nutrient Database、AACC 小麦标准、Hoseney《Principles of Cereal Science and Technology》、Pyler《Baking Science & Technology》。具体数值为量级估算。*