食品減鹽研究中掛面的鈉/鉀溶出及力學(xué)性質(zhì)

邢宇*，田紅美，賈高鵬，趙晨曦，劉振新

鄭州輕工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院河南省表界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（鄭州 450000）

著名醫(yī)學(xué)期刊《柳葉刀》評(píng)價(jià)1990—2017年度全球195個(gè)國(guó)家和地區(qū)不同的飲食結(jié)構(gòu)造成的疾病負(fù)擔(dān)和死亡率，其中中國(guó)因?yàn)轱嬍辰Y(jié)構(gòu)問題造成的心血管疾病死亡率和癌癥死亡率均排在世界前列；在中國(guó)、日本和泰國(guó)，高鈉攝入（以鈉元素計(jì)每天超過3 g，相當(dāng)于7.5 g食鹽）是導(dǎo)致死亡和疾病的主要飲食風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。中國(guó)居民飲食問題主要在于高鈉鹽、低雜糧、低水果及低omega-3脂肪酸，而且北方的情況嚴(yán)重于南方[1-2]。世界衛(wèi)生組織建議的人均鈉鹽攝入量為4 g/d（以食鹽計(jì)），而我國(guó)人均鈉鹽的攝入量約10.5 g/d，屬于高鈉攝入的情況[3]。

掛面是我國(guó)居民家中常備的主食類食品。我國(guó)的掛面食品，絕大部分在生產(chǎn)過程中添加了食鹽，屬于白鹽面條[4]。食鹽是一種親水性的中性鹽，可以改良面條品質(zhì)，如加強(qiáng)面條蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而增加筋力等[5-6]。部分國(guó)產(chǎn)掛面除了含有食鹽，還含有碳酸鈉等堿性食品添加劑。中國(guó)自2011年正式實(shí)施《預(yù)包裝食品營(yíng)養(yǎng)標(biāo)簽通則》以來，強(qiáng)制要求預(yù)包裝食品標(biāo)注鈉含量。在主食和方便速食食品中，掛面、方便面和速凍餛飩均屬于高鈉食品。主食膳食的攝入量較大，居民的消費(fèi)頻次也較高，因此高鈉主食類食品應(yīng)引起足夠注意，開展預(yù)包裝主食類食品在減鹽方面的相關(guān)研究非常有必要[7]。西方國(guó)家對(duì)健康和環(huán)境的要求較高，其掛面類食品（如意大利面）很少人工添加食鹽，鈉含量為零或接近零。

離子色譜（IC）在實(shí)質(zhì)上系一種高效液相色譜，適用于小分子極性有機(jī)物和陰、陽離子的分析，在水溶性無機(jī)離子等分析方面具有選擇性好、靈敏度高、分離簡(jiǎn)單快速的優(yōu)點(diǎn)[8-13]。由于掛面食品煮制過程的鈉離子分布研究仍鮮見，試驗(yàn)用離子色譜分析不同含鈉量掛面煮制后鈉離子的分布情況，并用萬能材料試驗(yàn)機(jī)[14-15]測(cè)試干基掛面的單軸抗壓強(qiáng)度，為食品材料的無機(jī)鹽與力學(xué)性質(zhì)檢測(cè)、居民的鈉鹽攝入量控制提供一定的方法和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

使用小麥粉、水、食鹽制備的5種掛面，記為M1～M5，其干基掛面含鈉量分別為1 200，800，457，50和10 mg/100 g。樣品M1～M5均不含碳酸鈉或碳酸氫鈉，其鈉元素源自食鹽中的氯化鈉。使用小麥粉和水制備，不含鈉，記為M6。

使用小麥粉、水、食鹽、碳酸鉀（K2CO3）制備的掛面，記為N1，其干基掛面含鈉量為796 mg/100 g、干基掛面含鉀量為499 mg/100 g。干基掛面中的元素含量使用Agilent 725 ICP-OES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定。

1.2 掛面煮制過程

取兩瓶娃哈哈純凈水（由離子色譜分析儀廠家指定，系蒸餾水，共1 192 g），加入鍋中煮沸。任意選取一種掛面，稱取100 g，放入沸水鍋中，微沸煮制8 min，將煮制后的熟面條和面湯進(jìn)行分離和稱重。對(duì)面湯進(jìn)行離心分離和過濾后得到溶膠狀的面湯溶液。

1.3 離子色譜分析過程

1.3.1 主要儀器和試劑

使用青島普仁儀器有限公司PIC-10/10A型離子色譜儀分析面湯溶液中的鈉離子含量。離子色譜儀由高壓平流泵、色譜主機(jī)、色譜柱等流路系統(tǒng)、工作站（美國(guó)LOTUS SCREEN SCAN漢化色譜工作站）4部分組成。陽離子交換色譜柱填充料為磺酸基磺化的PS-DVB共聚物。

陽離子儲(chǔ)備液的配置：量取19.7 mL甲烷磺酸于1 000 mL容量瓶中，用娃哈哈純凈水定容，放置一夜后用。陽離子淋洗液的配置：移取10 mL陽離子儲(chǔ)備液于1 000 mL容量瓶中，用娃哈哈純凈水定容，然后脫氣10 min，現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.3.2 鈉離子標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用NaCl和娃哈哈純凈水配制鈉離子濃度為1 000 mg/L的NaCl溶液，進(jìn)行不同程度的稀釋，得到不同鈉離子濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。將不同濃度的鈉離子標(biāo)準(zhǔn)溶液分別手動(dòng)進(jìn)樣至離子色譜儀中進(jìn)行分析處理，以鈉離子的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 離子色譜條件及分析方法

離子色譜分析儀測(cè)試過程中通入上述陽離子淋洗液。分析儀的抑制器電流設(shè)定值為80 mA，進(jìn)樣方式為手動(dòng)進(jìn)樣，進(jìn)樣量為2.0 mL。用標(biāo)準(zhǔn)曲線外標(biāo)法對(duì)溶液中的鈉元素進(jìn)行分析，以保留時(shí)間對(duì)鈉離子進(jìn)行定性分析，以峰面積對(duì)鈉離子進(jìn)行定量分析。

1.4 單軸壓縮試驗(yàn)

用上海松頓機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LDW-1微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)來對(duì)6種干基掛面（M1～M6）進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)。選取任意一種掛面，測(cè)定掛面的橫截面面積和長(zhǎng)度，并稱定掛面的質(zhì)量，數(shù)據(jù)列于表1。將每根掛面截取3 cm掛面段，水平放置在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行向下方向的單軸壓縮試驗(yàn)，得到每種掛面的11組最大抗壓強(qiáng)度。對(duì)每種掛面的11組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，擯棄最大值和最小值，對(duì)余下的9組有效數(shù)據(jù)取算數(shù)平均值，分別得到6種掛面的平均最大抗壓強(qiáng)度，列于表1。

表1 不同鈉含量市售掛面及單軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果

2 結(jié)果與討論

2.1 掛面煮制后鈉離子的分布

煮制之前，100%鈉元素存在于干基掛面之中。煮制之后，鈉元素一部分存在于固相，一部分存在于液相。煮制之后，液相中鈉元素的量在此次試驗(yàn)中稱為鈉溶出量，固相中鈉元素的量稱為鈉保留量。鈉溶出量用離子色譜法測(cè)得。鈉保留量等于干基掛面含鈉量減去鈉溶出量的差值。煮制之后，鈉溶出量占干基掛面含鈉量的比例稱為鈉溶出率，鈉保留量占干基掛面含鈉量的比例稱為鈉保留率。鈉溶出率與鈉保留率之和為100%。

5種含鈉掛面（M1～M5）煮制后的鈉溶出率和鈉保留率曲線示于圖1。煮制之后，鈉溶出率與干基掛面含鈉量呈正方向關(guān)系；其中在干基掛面含鈉量為50～800 mg/100 g的較寬區(qū)間內(nèi)，鈉溶出率與干基掛面含鈉量近似呈線性正方向關(guān)系（擬合結(jié)果為y=0.064 2x+9.509 6，R2=1）。煮制之后，鈉保留率與干基掛面含鈉量呈反方向關(guān)系；其中在干基掛面含鈉量在50～800 mg/100 g的較寬區(qū)間內(nèi)，鈉保留率與干基掛面含鈉量近似呈線性反方向關(guān)系（擬合結(jié)果為y=-0.064 2x+90.49，R2=1）。數(shù)據(jù)表明，煮制過程中，雖然液相對(duì)于鈉離子有很強(qiáng)的溶解能力，但是熟面條本身對(duì)鈉離子也顯示一定吸附能力。干基掛面含鈉量較低時(shí)，煮制后大部分鈉離子會(huì)保留在熟面條中，溶出到液相的鈉離子占比較低。干基掛面含鈉量較高時(shí)，煮制后超出熟面條吸附能力的鈉離子會(huì)溶出釋放到液相中，導(dǎo)致溶出到液相的鈉離子占比較高。

圖1 不同鈉含量掛面煮制后的鈉保留率和鈉溶出率曲線

5種含鈉掛面（M1～M5）煮制后的鈉溶出量和鈉保留量曲線示于圖2。煮制之后，鈉溶出量和鈉保留量與干基掛面含鈉量均呈正方向關(guān)系。干基掛面含鈉量在10～457 mg/100 g時(shí)，鈉溶出量低于鈉保留量，鈉保留量在該區(qū)間呈顯著增高的趨勢(shì)；當(dāng)干基掛面含鈉量高于457 mg/100 g時(shí)，鈉溶出量逐漸變得顯著高于鈉保留量，鈉保留量在該區(qū)間的增高趨勢(shì)變緩。干基掛面含鈉量457 mg/100 g位于鈉保留量曲線的拐點(diǎn)。在干基掛面含鈉量由457 mg/100 g增至1 200 mg/100 g（增高163%）的較寬區(qū)間，鈉保留量?jī)H從280 mg/100 g增至360 mg/100 g（增高28%），表明360 mg/100 g可能比較接近所制熟面條對(duì)鈉元素的最大吸附能力。在干基掛面含鈉量由457 mg/100 g增至1 200 mg/100 g區(qū)間，鈉溶出量與干基掛面含鈉量近似呈線性正方向關(guān)系（擬合結(jié)果為y=0.892 6x-229.39，R2=0.999 9）。

2.2 掛面抗壓強(qiáng)度特性分析

單軸壓縮試驗(yàn)中，掛面樣品呈水平放置，其抗壓強(qiáng)度即為掛面抵抗向下方向壓力的強(qiáng)度，量綱為MPa。應(yīng)力是指物體由于外因（如受外力）而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復(fù)到變形前的位置，應(yīng)力等于單位面積上所承受的力，量綱是N/mm2即MPa。掛面的最大抗壓強(qiáng)度即是指掛面在被壓碎過程中的最大應(yīng)力。

6種掛面（M1～M6）在單軸壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線示于圖3。各種掛面在持續(xù)施加外力載荷的過程中，基本上依次經(jīng)歷了彈性變化區(qū)域（應(yīng)力近似線性上升）、彈塑性過渡區(qū)（應(yīng)力衰減）、塑性變化區(qū)域（應(yīng)力非線性上升然后下降）的變化過程。每種掛面的最大抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值示于表1。6種掛面中，樣品M1和樣品M6的橫截面積和密度均較為接近，其含鈉量分別為1 200 mg/100 g和0，其平均最大抗壓強(qiáng)度分別為2.36和1.32 MPa，說明在掛面中添加食鹽可以增加掛面的抗壓強(qiáng)度。由樣品M1和M6的數(shù)據(jù)可知，與不含鹽的掛面相比，在100 g掛面中，在橫截面積和密度均相似情況下每增加100 mg鈉當(dāng)量的食鹽，可將掛面的抗壓強(qiáng)度提高約6.5%。

圖2 不同鈉含量掛面煮制后的鈉保留量和鈉溶出量曲線

圖3 不同鈉含量掛面的單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2.3 掛面煮制后鉀離子的分布

碳酸鉀是黃堿面條/掛面中常用的人工添加劑，也是天然添加劑蓬灰的主要有效成分[16]。如表2所示，含鉀掛面（N1）的鈉含量為796 mg/100 g，其煮制后的鈉溶出率為59.14%，與擬合結(jié)果y=0.064 2x+9.509 6的鈉溶出率數(shù)值60.61%接近，表明碳酸鉀的施加對(duì)于掛面中鈉離子的溶出率影響很小。用擬合結(jié)果y=0.064 2x+9.509 6計(jì)算，干基掛面鈉含量為499 mg/100 g，其鈉溶出率約41.55%。根據(jù)表2，含鉀掛面（N1）的鉀含量為499 mg/100 g，其煮制后的鉀溶出率為16.42%。這說明以干基掛面的鈉含量和鉀含量均為499 mg/100 g計(jì)，煮制后鉀溶出率僅為鈉溶出率的約40%，也就是說鉀元素更易保留在煮制后的熟面條中。根據(jù)《蘭氏化學(xué)手冊(cè)》的數(shù)據(jù)[17]，碳酸鉀在100 g水中的溶解度為111.0 g/100 mL（20 ℃）和156.0 g/100 mL（100 ℃），氯化鈉在100 g水中的溶解度為35.9 g/100 mL（20 ℃）和39.2 g/100 mL（100 ℃）。碳酸鉀在水中的溶解度顯著高于氯化鈉，假設(shè)熟面條對(duì)鉀元素和鈉元素具有相同的吸附能力，則掛面煮制后鉀溶出率應(yīng)該顯著高于鈉溶出率，然而掛面煮制后實(shí)測(cè)鉀溶出率僅為鈉溶出率的約40%，說明熟面條對(duì)鉀元素的吸附能力很可能會(huì)顯著高于對(duì)鈉元素的吸附能力，或者說鉀元素在熟面條上的附著能力很可能會(huì)顯著高于鈉元素在熟面條上的附著能力。

表2 含鉀掛面的鈉鉀離子溶出結(jié)果

3 結(jié)論

分別使用離子色譜法和單軸壓縮試驗(yàn)法解析了掛面食品煮制后鈉元素在固液兩相中的分布及干基掛面的力學(xué)性質(zhì)。煮制之后，在干基掛面含鈉量為50～800 mg/100 g的較寬區(qū)間內(nèi)，鈉溶出率與干基掛面含鈉量近似呈線性正方向關(guān)系，鈉保留率與干基掛面含鈉量近似呈線性反方向關(guān)系。在干基掛面含鈉量為10～457 mg/100 g的區(qū)間內(nèi)，鈉保留量高于鈉溶出量；在干基掛面含鈉量高于457 mg/100 g的區(qū)間內(nèi)，鈉保留量的增高變得趨緩，鈉保留量逐漸變得顯著低于鈉溶出量。所測(cè)掛面在單軸壓縮試驗(yàn)過程中，經(jīng)歷彈性變化區(qū)域、彈塑性過渡區(qū)、塑性變化區(qū)域等變化過程。在掛面中添加食鹽可以增高掛面的抗壓強(qiáng)度，在可比情況下100 g掛面中每增加100 mg鈉當(dāng)量的食鹽，大約可將掛面的抗壓強(qiáng)度增高6.5%。煮制后鉀溶出率約為鈉溶出率的40%，鑒于鉀對(duì)人體健康亦有影響而且相異于鈉的影響，因此建議食品監(jiān)督部門要求食品企業(yè)在食品包裝上能夠同時(shí)標(biāo)明鉀含量。試驗(yàn)結(jié)果為食品材料的無機(jī)鹽分布與力學(xué)性質(zhì)檢測(cè)、健康飲食觀念下的鈉鹽攝入量控制提供一定的方法和依據(jù)。