《食品科学》：青岛农业大学李曼教授等：盐碱面条品质形成及差异机制的对比分析

  面条起源于中国，是中国的传统主食之一，因其制作简便、食用方便、营养丰富而深受我国人民的青睐。中式面条往往以普通小麦粉和水为原料，经过复合、醒发、压延和切条制成。为增加面条的风味，生产的全部过程中通常会添加不一样的种类的添加剂。盐（NaCl）和碱（通常为Na2CO3或K2CO3）作为面条中很常见的配料，使面条在颜色、质构、口感和风味上均存在很明显的差异，依据这一些差异，面条被分为白盐面条和黄碱面条。

  青岛农业大学食品科学与工程学院的贾若兵、马萌*、李曼*等以典型食用盐碱NaCl和K2CO3为研究对象，系统探讨盐和碱对面条宏观品质与微观特征的影响，并探讨造成其品质和风味差异的内在机制，以期为工业化生产提供理论指导与科学依据。

  如表1所示，添加食用盐明显降低了面团的吸水率，而碱使面团吸水率增加。NaCl的这些作用使面粉吸水均匀且容易形成黏弹性的面团，以此来降低了面团的吸水率。添加碱后使得面团pH值升高，高于蛋白质等电点后使得蛋白溶解度增加，蛋白展开，从而造成了其吸水率增加；另外，碱也可能会导致淀粉溶解性增加，导致吸水率增加。部分研究得到和本研究相同的吸水率变化，但对于变化的原因并不进行系统详细的解释。

  添加2% NaCl和0.5% K2CO3明显地增加了面团的形成时间，而不同添加量的盐和碱均使稳定时间显著延长，这还在于盐和碱促进了面筋蛋白的聚合，增强了面筋强度，面团耐搅拌能力增强，使得面团弹性和韧性增加。添加0.5% K2CO3的样品稳定时间延长至10.2 min，而添加量增加至1%时又显而易见地下降，这是由于过量的碱导致面筋聚集迅速，反而不利于网络结构的充分形成，降低了面团的耐搅拌性能。

  如表1所示，添加盐使面团的延伸性和拉伸阻力均明显提高；而添加0.5% K2CO3使面团最大拉伸阻力显著增加，但其延伸距离明显降低，可初步推测食用碱最大的作用于麦谷蛋白组分，使面团韧性和强度增加，而使其整体延伸性下降；而盐主要是增强了面团的延伸性。拉伸特性也从侧面反映了煮后盐碱面条在质构和口感上的差别。

  不同添加量的盐和碱对面粉中淀粉糊化特性的影响如表2所示。添加NaCl对淀粉的糊化温度、峰值黏度、衰减值均无显著影响。小麦品种或淀粉糊浓度的不同可能导致研究结果中糊化特性的差异。另外，添加2%的NaCl使淀粉回生值会降低，这原因是高浓度的盐与淀粉中羟基作用增强，从而抑制了淀粉的回生。添加0.5%和1% K2CO3使淀粉糊化温度分别由69.1 ℃升高到74.0 ℃和89.3 ℃，这说明碱抑制了淀粉与水的相互作用，提高了其吸水膨胀的温度。碱的添加也会促进淀粉峰值黏度、谷值黏度和最终黏度的增加，这一方面由于碱的存在增强了淀粉的膨胀能力，另一方面也与面筋蛋白结构的改变有关。

  如图1所示，盐和碱对面条吸水率有不同程度的提高，其中添加0.5% K2CO3的面条吸水率明显地增加。盐和碱均使面筋网络结构增强，分子聚合度增加，其中碱还增强了小麦粉淀粉的溶胀能力，因此导致面条蒸煮时能够吸收更多的水。与空白相比，添加盐或碱都会导致面条蒸煮过程中的蒸煮损失。当K2CO3加量为1%时，其蒸煮损失是空白的1.2 倍。这一方面是由于盐碱本身及一些盐溶性/碱溶性蛋白的溶出，另一方面，过量碱引起的面筋蛋白网络对淀粉颗粒较稀疏的包裹方式也是导致淀粉溶出的重要原因。

  如图2所示，碱的加入显著地增强了煮后面条的硬度、拉断力与最大剪切力，加盐后面条拉伸距离明显地增加，而加碱则降低了其拉伸距离，这与盐碱对面团拉伸特性的影响规律类似；盐和碱均使面条弹性有所增加。由以上结果可知，盐碱诱导了不同模式的面条质构。因此，盐碱面条也呈现出不同的口感，加盐面条柔软有弹性，加碱面条较硬有嚼劲。

  面条色泽是评价面条品质的重要指标。首先，从图3A能够准确的看出，添加盐使面条L*值增加，而对b*值无显著影响。添加碱后b*值明显地增加，相对于空白和白盐面条，碱面条整体呈现亮黄色，这是由于碱与面粉中黄酮类化合物反应而形成。其次，贮藏过程中，加盐能够显著抑制L*值的下降，延缓生鲜面条的褐变，而加碱则加速了面片褐变；这主要与加碱后引起的面条pH值的改变有关，添加0.5% K2CO3后面条pH值为8.5，接近面条基质中多酚氧化酶的最适pH值，因此0.5%碱面条24 h内褐变程度最大。添加盐和碱后生鲜面条中菌落总数的增加均得到非常明显抑制，其中添加2% NaCl由于渗透压的增加，压制效果最明显。对碱面条而言，1% K2CO3样品由于pH值较高（9.7），对微生物的抑制作用更明显。

  面筋网络结构是决定小麦面团物理和化学性质的重要基础，面团的微观网络结构决定其宏观品质。空白样品表面面筋网络结构均匀统一（图4A），添加盐的面条样品表面（图4B）比空白样品更致密，更光滑，这有助于白盐面条形成更好的外观和更光滑的口感。而加碱面条（图4C）的表面较为粗糙，有明显的凹陷，这可能是由于强面筋网络的迅速形成，导致表面连接较少，这也解释了加碱面条蒸煮损失显著增加的原因。

  如图5A所示，随着蒸煮时间的延长，3 组面条样品蛋白条带颜色均逐渐变浅，特别是高相对分子质量区域，说明加热引起了蛋白聚合，导致其在SDS溶液中的提取率下降；对于添加碱的面条样品，蒸煮1 min后高相对分子质量区域蛋白条带已几乎消失，低相对分子质量区域明显变浅，说明加碱后面条中蛋白质对温度更加敏感，蒸煮过程中聚合迅速且聚合程度更高。本研究还原模式下各组样品蛋白电泳条带差别不明显，仅加碱4 min样品条带颜色略浅（图5B），可以推测加热导致的盐碱面条中蛋白质提取率下降的根本原因是二硫键聚合，而碱会促进这一聚合作用，这一结果能够进一步解释加碱面条煮后硬度和拉断力的显著增加。

  如图6所示，红色越深，说明与空白对照相比，实验组样品对应物质浓度越高；蓝色越深则反之。能够准确的看出，加盐面条和对照样品间物质含量差异较小，而加碱面条较空白样品挥发组分浓度差异则较大。

  如图7所示，行代表一个样品的挥发性成分组成；列代表某种挥发性物质在不同样品中的信号峰；信号峰的颜色明暗代表该物质的浓度高低。与图6结果一致，基于主要挥发组分的主成分分析结果中的欧式距离表明（图8），空白和加盐面条之间风味物质的组成及含量相对接近，而与加碱面条之间的差异则较大。其中，甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸丁酯等在空白样品中的含量最高（红框所示）；2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2-戊基呋喃等在加碱面条中含量最高（绿框所示）；苯甲醛、辛醛、壬醛、(E)-2-戊烯醛、(E)-2-己烯醛、戊醛、己醛、戊醇、己醇、戊酮、庚酮、丙酸、己酸、环己酮、1-辛烯-3-醇等大量挥发性成分则在加盐面条中含量较高（黄框所示）。虽加盐面条较对照样品中浓度增加组分种类多，但均为空白样品中的原有组分且浓度变化幅度不大，而加碱面条中浓度增加组分多为新生成挥发性物质。综上所述，碱处理后上述3 种组分的大量生成是黄碱面条独特面香的主要物质来源，但气相色谱-离子迁移谱结果仅从挥发物组分构成的角度阐述不同处理后面条不同风味的可能原因，今后需采取以感官为导向的现代分子感官科学技术手段准确揭示加碱面条独特风味化学本质。

  对比研究NaCl和K2CO3对面条品质特性的影响，并探究其品质差异的内在机制。盐和碱对面团粉质拉伸特性，面条质构特性和风味有显著差异。通过测定淀粉的糊化特性、面团中面筋网络的形态、蛋白质相对分子质量分布、挥发性成分的种类和浓度，探讨了面条宏观品质变化及其差异的内在机理。NaCl提高了面条的延伸性和弹性，诱导了光滑的表面微观结构，赋予面条爽滑的口感，增加了面条中挥发性成分的浓度，加强了面条本身的风味。K2CO3使面条的拉断力和硬度明显地增加，增强了面筋强度，诱导了更加粗糙的表面结构，促进了蒸煮过程中蛋白质的聚合，使面条产生了新的醛类化合物，完全改变了面条的风味，赋予面条特殊的香气。本研究对盐和碱面条的品质差异进行了科学解答，系统探讨和揭示了盐和碱改善面条品质的调控作用和内在机制，为工业化生产提供了理论依据。

  李曼，博士，教授，硕士生导师，青岛农业大学粮食工程系主任，美国马里兰大学访问学者，美国国际谷物化学家协会（AACCI）会员，中国粮油学会食品分会理事，中国粮油学会面条制品分会理事，SCI期刊Frontiers in Nutrition编委。2014年7月毕业于江南大学食品学院谷物与淀粉工程中心，获得博士学位；2014年9月加入青岛农业大学食品科学与工程学院粮油深加工与综合利用研究团队。目前主要是做粮油制品品质调控研究，致力于推进中国传统主食的工业化生产，服务于国家粮食安全及全民营养与健康重大战略。通过深入探究工艺流程中食用品质形成与劣变的内在规律和具体机制，实现主食品生产的全部过程的精准调控；从原料、生产的基本工艺、加工装备所有的环节，保障主粮的营养、健康与安全。近5年主持国家自然基金面上项目、国家自然基金青年基金、中国科协青年人才托举工程计划等科研项目11项；并参与国家重点研发计划等国家/省部级项目的研究工作。研究成果获山东省技术发明二等奖、神农中华农业科技奖三等奖、中国粮油学会科技奖一等奖、全国商业科学技术进步一等奖以及山东省高校科学技术二等奖各1项；目前在国内外期刊上发表学术论文80余篇，ESI高被引论文4篇；以第一/通讯作者发表SCI论文29篇，其中中科院一区、二区论文25篇，h指数达33；授权发明专利16项（含美国发明专利1项）；副主编国家级规划教材1部，参编中文著作1部，爱斯维尔英文著作1部。入选中国科协青年人才托举工程、山东省高校青创科技支持计划及潍坊市“龙城英才工程”；入选美国斯坦福2022年度全球前2%顶级科学家榜单（Worlds Top 2% Scientists 2022）；获得中国粮油学会第三届青年科技奖。