沙蒿胶（Artemisia sphaerocephala Krasch gum）对冷藏预煮碱面条质构特性、水分分布及淀粉回生的调控作用

《Food Chemistry: X》：Regulation of texture properties, water distribution, and starch retrogradation by Artemisia sphaerocephala Krasch gum in refrigerated precooked alkaline noodles

　　

本研究探究了0.5%沙蒿胶（Artemisia sphaerocephala Krasch gum, ASKG）对冷藏及复热过程中预煮碱面条的影响。结果表明，ASKG显著降低了复煮损失率，抑制硬度增加2.77 N，并在4天冷藏后使拉伸强度提升约30%。ASKG通过使强结合水增加11.4%增强了持水性，有效限制了水分迁移。显微及结构分析揭示ASKG强化了面筋网络，改善了淀粉包裹效果，并抑制了由支链淀粉（amylopectin）驱动的长期淀粉重结晶。复热后，含ASKG的预煮碱面条表现出更优的质构恢复、更低的淀粉溶出及更连续的内部结构。该发现证实ASKG作为一种天然亲水胶体，在提升冷藏面条产品保质期和便利性方面具有显著效果。

## 一、研究背景与意义

近年来，方便食品的快速发展推动了预煮面条市场的增长。预煮面条可在冷藏条件下储存并在食用前复热，既能满足便捷性需求又可保持新鲜面条的感官品质。然而，冷链过程常导致质构劣变，包括硬度增加、弹性丧失及表面黏连等问题，主要归因于淀粉回生（starch retrogradation）和面筋网络弱化。预煮碱面条作为亚洲小麦基食品的重要品类，以武汉热干面和日本拉面为代表，具有硬度高、弹性强及特征性黄色的特点，这些特性与碱性盐（主要为碳酸钠Na₂CO₃和碳酸钾K₂CO₃）的存在密切相关。碱性盐提高面团pH值，促进面筋去质子化并增强蛋白质-蛋白质相互作用，从而形成更紧密的面筋网络和更坚实、更具弹性的质构。

然而，高钠摄入是高血压和心血管疾病的重要膳食风险因素，降低谷物基食品中的钠含量已成为重要的营养目标。降低碱性盐用量常导致面筋发展弱化、面团弹性降低、质构劣化、咀嚼性下降及 undesirable 色泽。为应对这些问题，食品亲水胶体日益被用于通过改善水分结合、稳定面筋-淀粉基质及调节黏弹性来弥补结构和功能损失。沙蒿胶（Artemisia sphaerocephala Krasch gum, ASKG）是从沙蒿种子中提取的天然杂多糖，主要含L-阿拉伯糖、D-木糖、D-核糖、D-甘露糖、D-葡萄糖和D-半乳糖，其丰富的羟基赋予其强持水性和高黏度，支化分子结构有助于网络形成和增稠特性。与瓜尔胶、黄原胶及魔芋葡甘露聚糖等传统亲水胶体相比，ASKG具有持水性强、黏度高及成膜性优异等独特优势，可强化面筋网络组织、调控淀粉水合行为，并潜在提升碱面条在储存及复热过程中的质构稳定性。尽管已有研究表明ASKG在小麦淀粉基基质中可延缓淀粉回生、提高糊化焓并稳定半结晶片层结构，在含面筋体系中可增强面团黏弹性并促进更有序致密的面筋网络形成，但其对预煮碱面条冷藏及复热性能的系统性研究仍显不足。鉴于此，本研究旨在探究0.5% ASKG对预煮碱面条在冷藏和复热后质构特性、色泽、水分分布、微观结构及蒸煮特性的影响，为ASKG在预煮碱面条生产中的应用提供理论基础。该论文发表在《Food Chemistry: X》。

## 二、主要技术方法

本研究采用的技术方法主要包括：质构分析（texture profile analysis, TPA）配合P75探头进行双循环压缩测试，以及A/SPR探头测定拉伸特性；低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance, LF-NMR）采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列测定横向弛豫时间（T₂）分布以分析水分状态；扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察截面微观结构；傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）分析短程有序度；X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）分析长程有序结构及相对结晶度。样本来源于商业采购的食品级小麦面粉，由新乡粮润全谷物食品有限公司提供。

## 三、研究结果

### 3.1 色泽

ASKG对预煮碱面条色泽的影响研究表明，所有样品的L值随冷藏时间延长呈上升趋势，与水分重新分布导致表面游离水分增加、增强光散射有关；b*值先升后降，早期碱性条件下产生增强黄色色泽的化合物，后期内源性黄色色素降解导致黄色强度降低。0天时NN-ASKG的L值和b*值高于NN，a*值较低，表明ASKG使面条外观更明亮、更黄，这归因ASKG的高黏度改变了面筋网络结构从而影响光反射率。储存时间增加后，两组无显著差异。复热后NN-ASKG的L值和b*值仍高于NN，因ASKG改善了色泽稳定性。

### 3.2 蒸煮特性

蒸煮特性结果显示，两组面条的复煮损失率均随冷藏时间延长而增加，因淀粉回生形成更致密的结晶结构、降低溶胀能力，复热后更易结构破坏。ASKG添加使0、2、4天的复煮损失率分别降低18.3%、11.8%和11.7%，其三维水合网络增强基质黏聚力并限制淀粉溶出。水分吸收率在冷藏后显著增加，ASKG进一步通过羟基与水分子氢键作用提高水合能力，同时与面筋蛋白的氢键及物理缠结改善面筋网络水合，减少结构塌陷。

### 3.3 质构特性

质构特性分析表明，NN的硬度和咀嚼性随冷藏时间延长而增加，主因水分损失使内部结构致密，淀粉-面筋相互作用增强。ASKG有效抑制了硬度增加速率：冷藏初期（0和2天）ASKG略促进硬度，而4天时NN-ASKG硬度显著降低2.77 N。其机制在于ASKG与淀粉链羟基氢键作用限制链段运动，减少支链淀粉再缔合；同时束缚水分子、限制迁移，减少淀粉重结晶所需自由水；与面筋蛋白的相互作用维持网络连续性。复热后两组硬度均降低，NN-ASKG的硬度和咀嚼性增加幅度（8.67 N和6.95 mj）显著低于NN（15.13 N和14.2 mj），表明ASKG增强的持水性改善了结构稳定性。

### 3.4 拉伸特性

拉伸特性结果显示，随冷藏时间延长，两组面条的最大拉伸阻力和断裂距离均逐渐降低，因淀粉-面筋相互作用弱化及自由水增加对面筋蛋白的塑化作用。ASKG使同冷藏期面条的最大拉伸阻力和断裂距离增加，4天时NN-ASKG拉伸阻力较NN提升约30%，主因ASKG的增稠效应及其与面筋蛋白和淀粉分子的相互作用促进了更多氢键形成。复热后两组拉伸性能整体提升，微波热效应使未完全糊化的淀粉颗粒内部压力增加、膨胀并与面筋网络形成更致密结构。

### 3.5 水分分布

低场核磁共振分析表明，随冷藏时间延长，两组A₂₁和A₂₂均降低、A₂₃增加，因淀粉回生和持水能力下降促进水分从内部基质向表面迁移。NN-ASKG的A₂₁值在2天和4天后较NN分别增加7.4%和11.4%，有效保留更多强结合水、延缓水分流失，这与储存期间观察到的较高L值一致。复热后NN-ASKG的A₂₁值增加、A₂₂和A₂₃降低，微波能量引发的分子振动促进水分子重组并增强与淀粉和蛋白链的氢键作用。

### 3.6 微观结构

扫描电子显微镜观察显示，0天储存样品孔隙较小、面筋网络连续；随冷藏时间延长，孔隙更明显、面筋基质断裂、内部结构不连续，多数淀粉颗粒暴露于表面而非紧密包埋。ASKG添加改善了结构连续性，无断裂观察，多数淀粉颗粒包埋于基质中，面筋网络更致密、黏聚性更强。复热后0天NN-ASKG出现裂纹，因快速水分蒸发导致内外层不均匀胀缩；2天和4天后复热面条淀粉颗粒减少、面筋网络更连续，微波复热促进了面筋交联。

### 3.7 短程有序结构

傅里叶变换红外光谱分析表明，随冷藏时间延长至4天，NN的R_1047/1022比值逐渐升高11.3%，表明淀粉回生程度增加。ASKG对短程有序的影响呈独特模式：冷藏早期高黏度增强淀粉分子相互作用导致短程有序弱增强；持续冷藏后ASKG与淀粉竞争水分，削弱淀粉-淀粉相互作用、降低短程有序。复热后微波能量使水分子快速振动破坏淀粉分子间氢键，分子结构更松散，短程有序进一步降低。

### 3.8 长程有序结构

X射线衍射分析显示，所有样品在20°处出现V型结晶结构衍射峰，表明淀粉-脂质复合物形成；17°处的峰表明B型结晶存在，可用于评估淀粉回生程度。相对结晶度（relative crystallinity, RC）随冷藏时间延长逐渐增加。0天时NN-ASKG的RC值较NN高2.4%，ASKG通过氢键促进淀粉重排；4天后NN-ASKG的RC较NN低1.8%，表明ASKG促进短期回生但抑制长期回生，通过限制支链淀粉再缔合从而限制其结晶。微波处理进一步降低RC值，因微波热效应导致淀粉颗粒微晶体区域解聚或熔融。

## 四、讨论与结论

该研究系统阐明了ASKG在预煮碱面条中的作用机制。在冷藏储存期间，淀粉回生和水分重新分布逐步改变面条基质稳定性。无ASKG时，支链淀粉链逐渐再缔合重结晶，水分从内部基质向高迁移率区域迁移，削弱面筋水合、降低网络连续性。ASKG添加后，其丰富羟基和支化多糖结构表现出强水合能力，与水分子形成广泛氢键，限制水分迁移；与淀粉分子竞争可用水分，限制支链淀粉再缔合和重结晶所需水分，有效抑制长期淀粉回生；与面筋蛋白氢键及物理缠结增强网络连续性和稳定性。因此，NN-ASKG样品保持了更致密连续的微观结构、更低的硬度增加、更优的持水性及更低的蒸煮损失。

研究结论指出：ASKG有效改善了预煮碱面条的冷藏和复热性能，促进了更均匀的水分分布和面筋网络稳定性，缓解了冷藏储存诱导的结构缺陷并帮助维持面条亮度。尽管冷藏因水分损失和淀粉回生增加面条硬度，ASKG有效缓解了长期硬化并改善了复热后的质构恢复。此外，ASKG通过限制淀粉溶出降低了复煮损失并增强了吸水能力。这些效应主要归因于ASKG的强水合能力：其丰富羟基与水分子形成氢键，限制水分迁移并减少支链淀粉再缔合和重结晶所需的自由水；同时ASKG与面筋蛋白的相互作用有助于维持储存期间面筋网络的连续性和稳定性。微观结构和晶体学分析进一步证明ASKG促进短期分子有序化同时抑制长期淀粉重结晶，揭示了分子相互作用与冷藏碱面条宏观品质变化之间的明确关系。这些发现表明ASKG在冷藏即食面条的工业生产中具有实际应用潜力，为未来优化配方比例及量化长期储存条件下结构-功能机制的研究提供了基础。未来研究应阐明ASKG-面筋相互作用的分子基础，特别是氢键模式在增强网络连续性中的作用，以支持具有更优结构弹性预煮面条产品的开发。