鹽堿面條品質形成及差異機制的對比分析

賈若兵，韓傳武，孫慶杰，馬 萌，李 曼

（青島農業大學食品科學與工程學院，山東 青島 266109）

面條起源于中國，是中國的傳統主食之一，因其制作簡便、食用方便、營養豐富而深受我國人民的青睞[1]。我國每年約有40%的面粉用于生產各式各樣的面條制品[2]。中式面條往往以普通小麥粉和水為原料，經過復合、醒發、壓延和切條制成。為了增加面條的風味，生產過程中通常會添加不同種類的添加劑。鹽（NaCl）和堿（通常為Na2CO3或K2CO3）作為面條中比較常見的配料，使面條在顏色、質構、口感和風味上均存在明顯的差異，根據這些差異，面條被分為白鹽面條和黃堿面條[3-4]。

長期以來，關于食鹽或食用堿對面條品質影響的報道較多。楚炎沛[5]研究發現鹽和堿對面條蒸煮和食用品質有明顯不同的影響，其中堿顯著增強了面團的粉質特性。大量研究表明添加鹽或堿會改善面團的流變學特性，增強其儲能模量和損耗模量[6-8]。Fan Huiping等[9]研究發現小麥粉的穩定時間隨NaCl濃度的增加而延長，NaCl對面條的硬度、彈性等質構特征無明顯影響。但也有研究發現NaCl濃度的增加可以提高面條的硬度[10]。Fan Huiping等[11]發現添加堿水（Na2CO3和鉀鹽）影響淀粉糊化，增強面條面團的硬度。Li Ting等[6]研究發現堿性鹽增強了面條的斷裂力。這些研究多集中在鹽或堿對面團及面條宏觀品質的影響探究，而目前關于鹽堿面條的口感和風味是怎樣形成的系統研究還很少，對于造成其品質差異的內在原因仍不清楚。由于缺乏系統的對比研究，生產廠家在如何選擇鹽堿作為配料以及如何確定添加量上存在著一定的盲目性和隨意性，甚至使得添加效果適得其反。

本研究以典型食用鹽堿NaCl和K2CO3為研究對象，系統探討鹽和堿對面條宏觀品質與微觀特征的影響，并探討造成其品質和風味差異的內在機制，以期為工業化生產提供理論指導與科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香雪高筋特精粉，購買于中糧集團有限公司，其蛋白質、脂肪、碳水化合物質量分數分別為9.2%、1.4%及74.0%。氯化鈉、碳酸鉀、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、溴化鉀、二硫蘇糖醇等購于國藥集團化學試劑有限公司，所有化學品和試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

粉質拉伸儀 德國布拉本德有限公司；RVA4500快速黏度分析儀 澳大利亞Perten公司；JMTD-168/140試驗型面條機 北京東方孚德技術發展有限公司；CR-400型色差儀 日本柯尼卡·美能達公司；TAXT2i食品物性分析儀 英國Stable Micro Systems有限公司；JSM-7500F掃描電子顯微鏡 日本電子株式會社；FlavourSpec?風味分析儀 德國G.A.S.有限公司；7890B-5977A氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司；紫外分光光度計 上海元析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實驗分組與設計

實驗共有5 個分組：對照組為不添加鹽和堿的面粉及其制成的面條，實驗組分別為添加1%、2% NaCl和0.5%、1% K2CO3的面粉及其制成的面條。部分面條樣品冷凍干燥后磨成粉備用。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 面團粉質拉伸特性的測定

面團的粉質參數按照ICC115/1標準方法，采用布拉本德粉質儀進行測定。首先將相應質量的小麥粉加入到粉質儀的攪拌缽中，攪拌缽溫度保持在（30±0.2）℃。然后將水手動加入到攪拌缽中，測定小麥面團的粉質特性。NaCl和K2CO3溶解在蒸餾水中于30 ℃水浴保溫。

用粉質儀和面5 min，稱取150 g面團，采用ICC114/1標準方法進行拉伸實驗。將面團放在成型單元上揉圓并搓成標準的圓柱形，置于30 ℃醒發室中醒發45 min，測定面團的延伸性和拉伸阻力。

1.3.2.2 面粉糊化特性的測定

參照AACC76-21的方法，采用快速黏度分析儀測定鹽和堿對小麥粉糊化特性的影響。根據小麥粉含水量稱取一定質量的小麥粉于快速黏度分析專用鋁盒中，將小麥粉質量1%、2%的NaCl和0.5%、1%的K2CO3分別加入到鋁盒中，使用塑料攪拌槳將樣品攪拌均勻，按照設定的標準程序測定樣品的糊化特性。

1.3.2.3 面條的制作

采用Kitchen Aid攪拌機將100 g面粉和34 mL水充分混合。NaCl和K2CO3提前溶解在蒸餾水中。攪拌時先快速攪拌2 min，然后慢速攪拌5 min。攪拌后的面絮置于自封袋中靜置熟化20 min后用實驗型面條機進行壓片切條，制得1 mm寬，0.9 mm厚的面條。

1.3.2.4 面條蒸煮特性的測定

吸水率測定：取20 根長為20 cm的面條，在電子分析天平上稱量（M1）。放入500 mL沸水中（始終保持水處于微沸狀態），煮至其最佳蒸煮時間，撈出面條并用濾紙吸干表面多余水分，稱量（M2）。計算公式如下：

蒸煮損失評價：將測完面條吸水率的面湯靜置冷卻至室溫，轉入500 mL容量瓶中定容混勻，取50 mL面湯倒入燒杯中。用紫外-可見分光光度計測其吸光度，波長設置為675 nm，用吸光度表征蒸煮損失變化。

1.3.2.5 面條質構特性的測定

取長度為10 cm的面條30 根，放入500 mL沸水中，煮至最佳蒸煮時間，用濾紙吸去表面多余水分，然后進行面條質構特性的測定[12]。采用P-36R型探頭在TPA模式下測定面條的硬度和彈性，測試前、中、后速率均為0.8 mm/s，形變量為75%，感應力為5 g，兩次壓縮間隔時間為1 s。用A/SPR型號探頭測定面條的拉伸特性，拉伸前距離為50 mm，拉伸距離為100 mm，測試速率為2 mm/s。用A/LKB型號探頭測定面條的最大剪切力，形變量為75%，測試速率為1 mm/s，感應力為5 g。

1.3.2.6 面條貯藏穩定性的評價

菌落總數測定按GB/T 4789.2—2010《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》進行；色澤的變化用色差儀進行測定，將切條前的面帶剪成7 cm×7 cm面片，5 min內測定其顏色，然后每隔12 h測定其色澤變化，記錄L*、a*、b*值。

1.3.2.7 面條微觀結構的變化

采用掃描電子顯微鏡對鹽堿面條的表面進行觀察。樣品用2.5%的戊二醛溶液過夜固定，用0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液沖洗4 次，然后再用1%的四氧化鋨固定1.5 h，用磷酸鹽緩沖液沖洗4 次后，用不同體積分數乙醇溶液（30%、50%、70%、90%和100%）各沖洗5 min，然后用乙酸異戊酯置換出乙醇。之后將樣品進行臨界點干燥，干燥后的樣品用導電膠黏在樣品臺上，并用離子濺射噴金在樣品表面均勻包裹一層金顆粒（噴金3 次，每次10 min），放大倍數為300 倍。

1.3.2.8 十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）

取50 mg冷凍干燥后粉碎的面條樣品溶于1 mL pH 6.8的Tris-HCl上樣緩沖液（0.05 mol/L，含2 g/100 mL SDS、質量分數10%的甘油、0.1 g/100 mL溴酚藍）中，充分溶解后沸水浴5 min，8000×g離心5 min。分別吸取7 μL上清液于進樣孔中，采用12%分離膠（pH 8.3）及5%濃縮膠（pH 6.8）進行分離。還原電泳樣品溶解液中含5%（體積分數）2-巰基乙醇。電壓維持在100 V，溴酚藍指示劑遷移至膠底時停止電泳。取下凝膠進行染色和脫色，采用凝膠成像儀觀察樣品條帶。

1.3.2.9 面條風味成分的測定

采用氣相色譜-離子遷移譜聯用技術測定新鮮面條樣品中的揮發性成分。稱取3 g樣品置于20 mL頂空玻璃取樣瓶中，50 ℃孵育15 min后進樣800 μL，進樣針溫度為85 ℃。為避免樣品交叉污染，每次分析前用氣態氮氣自動沖洗注射器2 min。用N2將樣品送入MXT-5色譜柱（15 m×0.53 mm，1 μm，60 ℃）中，氣相色譜條件：E1（漂移器流速）150 mL/min，E2（載氣流速）0～2 min保持2 mL/min，2～20 min線性升溫至100 mL/min。分析物在45 ℃的離子質譜電離室中電離。

以n-ketones C4～C9為外標，計算了揮發性化合物的保留指數。通過比較氣相色譜-離子遷移譜文庫中標準物質的保留指數和漂移時間鑒定揮發性化合物。

1.4 數據處理

所有數據均為至少重復3 次以上的平均值，采用OriginPro 2022和Excel 2019軟件進行數據處理，SPSS 16.0進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 鹽和堿對面團粉質拉伸特性的影響

如表1所示，添加食用鹽顯著降低了面團的吸水率，而堿使面團吸水率增加。在和面過程中，由于食鹽的靜電排斥作用，導致面團中蛋白質表面電荷降低，靜電斥力減弱，使面筋蛋白可以更好地聚集；另外由于鹽的強滲透壓作用，和面時面粉吸水加快并迅速形成網絡。由于NaCl的這些作用使面粉吸水均勻且容易形成黏彈性的面團，從而降低了面團的吸水率。而添加堿后使得面團pH值升高，高于蛋白質等電點后使得蛋白溶解度增加，蛋白展開，從而造成了其吸水率增加；另外，堿也可能引起淀粉溶解性增加，導致吸水率增加。部分研究得到和本研究相同的吸水率變化，但對于變化的原因并沒有進行系統詳細的解釋[13-15]。

表1 食用鹽堿對小麥面團攪拌和拉伸特性的影響Table 1 Effects of salt and alkali on the farinograph and extensograph properties of wheat dough

面團的形成時間和穩定時間是評價面團品質的重要指標，多與煮后面條的質構品質呈正相關[16]。添加2% NaCl和0.5% K2CO3顯著增加了面團的形成時間，而不同添加量的鹽和堿均使穩定時間顯著延長，這主要是因為鹽和堿促進了面筋蛋白的聚合，增強了面筋強度，面團耐攪拌能力增強，使得面團彈性和韌性增加。添加0.5% K2CO3的樣品穩定時間延長至10.2 min，而添加量增加至1%時又明顯下降，這是由于過量的堿導致面筋聚集迅速[17-18]，反而不利于網絡結構的充分形成，降低了面團的耐攪拌性能。范會平等[19]研究認為過度添加堿反而會導致麥谷蛋白中的二硫鍵斷裂，從而破壞面團的組織結構。

如表1所示，添加鹽使面團的延伸性和拉伸阻力均顯著提高；而添加0.5% K2CO3使面團最大拉伸阻力明顯增加，但其延伸距離顯著降低，可初步推測食用堿主要作用于麥谷蛋白組分，使面團韌性和強度增加，而使其整體延伸性下降；而鹽主要是增強了面團的延伸性。拉伸特性也從側面反映了煮后鹽堿面條在質構和口感上的差別。

2.2 鹽和堿對面粉糊化特性的影響

小麥粉糊化黏度的測定對預測面條產品品質具有較高的實際應用價值，據報道，黏度參數與中式及日式面條的蒸煮和質構品質有良好的相關性[20-21]。不同添加量的鹽和堿對面粉中淀粉糊化特性的影響如表2所示。添加NaCl對淀粉的糊化溫度、峰值黏度、衰減值均無顯著影響。郇美麗等[15]認為，NaCl的存在影響淀粉-水相互作用，在過量水及低鹽濃度下，水的可用性不再是限制因素。而熊小青等[22]研究發現添加2%的NaCl后，小麥淀粉的糊化溫度有所提高，將其歸因于鹽溶液的滲透壓影響了淀粉分子和水分子的相互作用。小麥品種或淀粉糊濃度的不同可能導致研究結果中糊化特性的差異。另外，添加2%的NaCl使淀粉回生值有所下降，這可能是因為高濃度的鹽與淀粉中羥基作用增強，從而抑制了淀粉的回生[22]。添加0.5%和1% K2CO3使淀粉糊化溫度分別由69.1 ℃升高到74.0 ℃和89.3 ℃，這說明堿抑制了淀粉與水的相互作用，提高了其吸水膨脹的溫度。堿的添加也會促進淀粉峰值黏度、谷值黏度和最終黏度的增加，這一方面由于堿的存在增強了淀粉的膨脹能力，另一方面也與面筋蛋白結構的改變有關。另外堿也降低了淀粉的衰減值，說明其提高了淀粉糊的熱穩定性。通常峰值黏度高的小麥粉所制備的面條具有優越的食用品質。

表2 食用鹽堿對小麥粉淀粉糊化特性的影響Table 2 Effects of salt and alkali on the starch viscosity properties of wheat flour

2.3 鹽和堿對面條蒸煮特性的影響

如圖1所示，鹽和堿對面條吸水率有不同程度的提高，其中添加0.5% K2CO3的面條吸水率顯著增加。鹽和堿均使面筋網絡結構增強，分子聚合度增加，其中堿還增強了小麥粉淀粉的溶脹能力，因此導致面條蒸煮時能夠吸收更多的水。與空白相比，添加鹽或堿都會導致面條蒸煮過程中的蒸煮損失。當K2CO3添加量為1%時，其蒸煮損失是空白的1.2 倍。這一方面是由于鹽堿本身及一些鹽溶性/堿溶性蛋白的溶出，另一方面，過量堿引起的面筋蛋白網絡對淀粉顆粒較稀疏的包裹方式也是導致淀粉溶出的重要原因。

圖1 食用鹽堿對面條吸水率和蒸煮損失的影響Fig.1 Effects of salt and alkali on water absorption and cooking loss of noodles

2.4 鹽和堿對面條質構特性的影響

如圖2所示，堿的加入明顯增強了煮后面條的硬度、拉斷力與最大剪切力，加鹽后面條拉伸距離顯著增加，而加堿則降低了其拉伸距離，這與鹽堿對面團拉伸特性的影響規律類似；鹽和堿均使面條彈性有所增加。由以上結果可知，鹽堿誘導了不同模式的面條質構。由于鹽的滲透作用，和面時促進了面筋網絡的形成，一定含量的鹽離子強化了面筋網絡，增強了面條的拉斷力和延伸能力。堿存在下，促進了面團中二硫鍵的生成，增加了面筋蛋白之間的交聯，面筋網絡韌性增加，從而使面條拉斷力和硬度顯著增加。但是這種強烈的強筋作用，也導致面條延伸性減弱。因此，鹽堿面條也呈現出不同的口感，加鹽面條柔軟有彈性，加堿面條較硬有嚼勁。

圖2 食用鹽堿對煮后面條質構特性的影響Fig.2 Effects of salt and alkali on the texture characteristics of cooked noodles

2.5 鹽和堿對面條顏色和貯藏穩定性的影響

面條色澤是評價面條品質的重要指標。采用色差儀測定的面片顏色值中L*代表亮度指數（0代表黑色，100代表白色），a*代表紅綠色值，b*代表黃藍色值，其中L*值的下降可表征面條的褐變[23]。首先，從圖3A可以看出，添加鹽使面條L*值增加，而對b*值無顯著影響。添加堿后b*值顯著增加，相對于空白和白鹽面條，堿面條整體呈現亮黃色，這是由于堿與面粉中黃酮類化合物反應而形成。其次，貯藏過程中，加鹽能夠顯著抑制L*值的下降，延緩生鮮面條的褐變，而加堿則加速了面片褐變；這主要與加堿后引起的面條pH值的改變有關，添加0.5% K2CO3后面條pH值為8.5，接近面條基質中多酚氧化酶的最適pH值，因此0.5%堿面條24 h內褐變程度最大。添加鹽和堿后生鮮面條中菌落總數的增加均得到顯著抑制，其中添加2% NaCl由于滲透壓的增加，抑制效果最明顯。對堿面條而言，1% K2CO3樣品由于pH值較高（9.7），對微生物的抑制作用更明顯。

圖3 食用鹽堿對生鮮面條色澤（A）和貯藏穩定性（B）的影響Fig.3 Effects of salt and alkali on the color (A) and storage stability (B) of fresh noodles

2.6 鹽和堿對面條微觀結構的影響

面筋網絡結構是決定小麥面團物理和化學性質的重要基礎，面團的微觀網絡結構決定其宏觀品質[24]。空白樣品表面面筋網絡結構均勻統一（圖4A），添加鹽的面條樣品表面（圖4B）比空白樣品更致密，更光滑，這有助于白鹽面條形成更好的外觀和更光滑的口感[25]。而加堿面條（圖4C）的表面較為粗糙，有明顯的凹陷，這可能是由于強面筋網絡的迅速形成，導致表面連接較少，這也解釋了加堿面條蒸煮損失明顯增加的原因。

圖4 鹽堿面條表面掃描電子顯微鏡圖Fig.4 Scanning electron micrographs of the surface of salted and alkaline noodles

2.7 鹽和堿對蒸煮過程中面條蛋白質聚合的影響

如圖5A所示，隨著蒸煮時間的延長，3 組面條樣品蛋白條帶顏色均逐漸變淺，特別是高相對分子質量區域，說明加熱引起了蛋白聚合，導致其在SDS溶液中的提取率下降；對于添加堿的面條樣品，蒸煮1 min后高相對分子質量區域蛋白條帶已幾乎消失，低相對分子質量區域明顯變淺，說明加堿后面條中蛋白質對溫度更加敏感，蒸煮過程中聚合迅速且聚合程度更高。Basman等[26]認為面團中面筋網絡的形成主要依賴于二硫鍵的交聯作用，在加熱、擠壓等強烈作用下，二硫鍵迅速形成，使蛋白發生聚合。本研究還原模式下各組樣品蛋白電泳條帶差別不明顯，僅加堿4 min樣品條帶顏色略淺（圖5B），可以推測加熱導致的鹽堿面條中蛋白質提取率下降的主要原因是二硫鍵聚合，而堿會促進這一聚合作用，這一結果能夠進一步解釋加堿面條煮后硬度和拉斷力的顯著增加。

圖5 鹽堿面條蒸煮過程中蛋白質還原（A）、非還原（B）電泳模式變化Fig.5 Effects of salt and alkali on reducing (A) and non-reducing (B)SDS-PAGE patterns of proteins in noodles during cooking

2.8 鹽和堿對面條風味形成的影響

如圖6所示，紅色越深，說明與空白對照相比，實驗組樣品對應物質濃度越高；藍色越深則反之。可以看出，加鹽面條和對照樣品間物質含量差異較小，而加堿面條較空白樣品揮發組分濃度差異則較大。

圖6 鹽堿面條中揮發性物質成分對比差異圖Fig.6 Analysis of differential volatile compounds between salted and alkaline noodles

如圖7所示，行代表一個樣品的揮發性成分組成；列代表某種揮發性物質在不同樣品中的信號峰；信號峰的顏色明暗代表該物質的濃度高低。與圖6結果一致，基于主要揮發組分的主成分分析結果中的歐式距離表明（圖8），空白和加鹽面條之間風味物質的組成及含量相對接近，而與加堿面條之間的差異則較大。其中，甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸丁酯等在空白樣品中的含量最高（紅框所示）；2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2-戊基呋喃等在加堿面條中含量最高（綠框所示）；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、環己酮、1-辛烯-3-醇等大量揮發性成分則在加鹽面條中含量較高（黃框所示）。雖加鹽面條較對照樣品中濃度增加組分種類多，但均為空白樣品中的原有組分且濃度變化幅度不大，而加堿面條中濃度增加組分多為新生成揮發性物質，其中直鏈脂肪酸2-甲基丁醛和3-甲基丁醛具有強烈的麥芽和酵母香氣，是蛋白水解和氨基酸（異亮氨酸和亮氨酸）降解產物，它們是很多食品，包括發酵和非發酵（熱處理）產品中的重要風味化合物[27-28]。2-戊基呋喃具有豆香和焦糖香氣，是燕麥片中主要香氣貢獻組分，該物質是亞油酸的氧化產物[29-30]。綜上所述，堿處理后上述3 種組分的大量生成是黃堿面條獨特面香的主要物質來源，但氣相色譜-離子遷移譜結果僅從揮發物組分構成的角度闡述不同處理后面條不同風味的可能原因，今后需采取以感官為導向的現代分子感官科學技術手段準確揭示加堿面條獨特風味化學本質。

圖7 鹽堿面條中揮發性成分Gallery Plot指紋譜圖Fig.7 Gallery plot fingerprint of volatile compounds in salted and alkaline noodles

3 結論

對比研究NaCl和K2CO3對面條品質特性的影響，并探究其品質差異的內在機制。鹽和堿對面團粉質拉伸特性，面條質構特性和風味有顯著差異。通過測定淀粉的糊化特性、面團中面筋網絡的形態、蛋白質相對分子質量分布、揮發性成分的種類和濃度，探討了面條宏觀品質變化及其差異的內在機理。NaCl提高了面條的延伸性和彈性，誘導了光滑的表面微觀結構，賦予面條爽滑的口感，增加了面條中揮發性成分的濃度，加強了面條本身的風味。K2CO3使面條的拉斷力和硬度顯著增加，增強了面筋強度，誘導了更加粗糙的表面結構，促進了蒸煮過程中蛋白質的聚合，使面條產生了新的醛類化合物，完全改變了面條的風味，賦予面條特殊的香氣。本研究對鹽和堿面條的品質差異進行了科學解答，系統探討和揭示了鹽和堿改善面條品質的調控作用和內在機制，為工業化生產提供了理論依據。