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冷大气等离子体（CAP）处理显著提升小麦草全麦粉和精制白粉的 gluten 功能性，15秒处理使精制白粉面包体积达310毫升，并增强抗氧化活性及矿物质氨基酸含量。FTIR证实蛋白质二级结构变化。
作者：Ya?ar Karaduman、Kübra Kayhan、Tamer Akan
土耳其埃斯基谢希尔奥斯曼加齐大学工程学院食品工程系
摘要
黑小麦（Triticale）在营养价值上优于小麦，但其烘焙应用受到面筋功能较弱的限制。本研究探讨了利用冷大气等离子体（CAP）这一非热处理技术，在5秒、15秒和45秒的处理时间下，改善黑小麦全谷物面粉（WGF）和精制白面粉（RWF）的面筋质量和营养特性的效果。CAP处理显著提升了关键的面筋质量指标：乳酸溶剂保留能力（SRC）提高了70.7%，面筋蛋白膨胀指数达到了2.98。GlutoPeak测试显示最大扭矩和聚集能量有所增加。面团流变性能也得到显著改善：面团抗压强度（W）提高了10-15 × 10-4 J，粉质仪吸水率增加了约1%。15秒的CAP处理效果最佳，制成的面包体积最大（310.0 mL），感官品质与对照组相当。从营养角度来看，CAP处理提高了面粉的抗氧化活性（3–10 μmol TE/g）、可溶性膳食纤维含量（约1%），以及铜、铁、锌等必需矿物质和赖氨酸、缬氨酸、精氨酸、亮氨酸等氨基酸的含量。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实了蛋白质二级结构的改变。本研究证明CAP是一种新型绿色技术，能够同时提升黑小麦面粉的烘焙性能和营养价值，为其更广泛的应用提供了可行的解决方案。
引言
黑小麦（Triticale × Triticosecale Wittmack）是一种小麦-黑麦杂交品种，具有很强的气候适应性，特别适合在边缘环境中种植——这在气候变化的情况下显得尤为重要（Fra?等人，2016年）。与传统小麦相比，黑小麦具有更优的营养成分，尤其是赖氨酸含量更高，同时还含有更多的生物活性植物化学物质和微量营养素（Mosse等人，1988年；Rakha等人，2013年）。然而，由于面筋功能不足、α-淀粉酶活性过高以及面团流变性能较差，黑小麦在烘焙产品中的应用仍然有限，导致面包体积小且内部结构紧密（Dennett等人，2013年）。传统的改良方法（如使用化学氧化剂、胶体物质和酶）越来越难以满足消费者对低加工添加剂、清洁标签产品的需求（Ulutürk & Gül，2025年）。
因此，冷大气等离子体（CAP）作为一种非热处理技术应运而生，可以在不添加化学添加剂的情况下改变食品表面并提升大分子的功能性（Pandey & Chauhan，2019年）。CAP在常温常压下产生一个高度反应性的物理化学环境，其中包含离子化物种（如Oˉ、O2ˉ、N+、N2+）、自由基化合物（如OH•、NO•）、紫外线光子以及多种亚稳态激发分子（Sanguansri等人，2010年；Akan等人，2023年）。这些活性物质能够针对性地改变面粉成分。具体而言，CAP促进自由巯基氧化形成二硫键，这是增强面筋网络的关键机制（Misra等人，2015年；Bahrami等人，2016年）。此外，CAP处理还能改变蛋白质的二级结构（Held等人，2019年），并通过颗粒蚀刻和增加受损淀粉含量来改善淀粉的功能性，从而提高面团的水合能力（Li等人，2022年；Thirumdas等人，2017年）。大量研究证实了CAP在面粉改良中的有效性：早期研究证明了CAP能够通过蛋白质交联增强小麦面粉的面团强度（Misra等人，2015年），后续研究进一步证实了CAP处理提升了面筋功能和吸水率（Bahrami等人，2016年）。最新研究表明，CAP处理能够改变淀粉和蛋白质结构，从而改善基于小麦的产品的水合性和质地（Li等人，2022年；Khan等人，2023年）。值得注意的是，CAP还具有修复功能，能有效改善品质不佳的面粉（Ulutürk & Gül，2025年）。本研究的目的是系统评估5秒、15秒和45秒CAP处理对黑小麦全谷物面粉和精制面粉的物理化学性质、面筋质量、面团流变性能、营养成分及面包制作效果的影响。
材料准备
原材料准备
黑小麦颗粒（品种：Triticosecale Wittmack，Sarp）由土耳其埃斯基谢希尔过渡带农业研究所（TZARI）提供，并使用Labofix 90（Brabender GmbH & Co. KG，德国）进行清洗。精制白面粉（RWF）通过将颗粒水分调节至16%（搅拌24小时，依据AACC方法26-95.01）后进行研磨（Chopin Moulin CD1，法国），最终提取率为65 ± 2%（AACCI，2010）。全谷物面粉（WGF）则直接通过研磨获得。
物理化学性质的改变
冷大气等离子体（CAP）处理显著改变了黑小麦面粉的物理化学性质（见补充表1）。精制白面粉（RWF）在15秒处理后颜色明显变化：a*值降至0.58，b*值升至7.50，而L*值超过92.11（p < 0.01）。相比之下，全谷物面粉（WGF）的颜色保持稳定。WGF的水分活度略有增加（约0.30），而RWF的水分活度在15秒后显著升高至0.443（p < 0.01）。
结论
本研究证实，CAP是一种快速、非热处理技术，能有效提升黑小麦面粉的功能性和营养价值，克服了其在烘焙应用中的主要限制。CAP处理通过将自由巯基氧化为二硫键并重组蛋白质二级结构来改善面筋性能，这一过程通过FTIR光谱得到了直接验证。这些分子层面的改进使得面筋功能得到增强。
作者贡献声明
Tamer Akan：负责撰写、审稿与编辑、数据可视化、结果验证、软件使用、实验方法设计、实验实施及数据分析。Ya?ar Karaduman：负责撰写、初稿撰写、数据可视化、结果验证、项目监督、资源调配、实验方法设计、实验实施、资金申请、数据分析及概念构思。Kübra Kayhan：负责初稿撰写、数据可视化、实验方法设计、实验实施、数据分析及结果整理。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
数据获取说明
本研究的数据可向通讯作者Ya?ar Karaduman索取。
伦理声明
所有参与者均被告知了感官评估的内容，并在研究前表达了书面同意。参与是自愿的，参与者可以随时退出。研究过程中严格保护了参与者的隐私和数据保密性。研究过程中未收集或使用任何可识别个人身份的信息。
致谢
本研究得到了埃斯基谢希尔奥斯曼加齐大学科学研究项目协调单位的支持（项目编号：FYL-2023-2964）。作者感谢埃斯基谢希尔过渡带农业研究所（TZARI）提供的黑小麦颗粒。
