全谷物添加改性挤压辣味面筋条的结构–功能关系：对质构特性、吸油能力及淀粉消化性的影响

《Food Bioscience》：Structure–function relationships in extruded spicy wheat gluten strips modified by whole grain incorporation: Effects on texture, oil absorption capacity, and starch digestibility

　　摘要• 掺入谷物显著改变了挤压辣味小麦蛋白条的膨胀、质构和吸油行为。• 含谷物的配方在挤压后形成了孔隙率更高、相互连通的微观结构。• G25表现出较为均衡的膨胀度和弹性质构，而G30则促进更明显的软化。• 淀粉消化率提高与结晶有序度降低及基体组织结构改变有关。• 功能特性受孔隙形貌和基体连续性的共同作用支配。引言辣味小麦蛋白条（SWGS），当地称为"辣条"，是一种颇受欢迎的中国零食。它以独特的耐嚼质构和强烈的辣味著称。辣条由基于小麦的面团通过双螺杆挤压工艺制造，随后通常裹覆辣椒油和调味料，从而赋予其特有的耐嚼质构与辣味风味。除调味之外，挤压过程中形成的多孔结构在决定质构、吸油能力和整体食用品质方面起着关键作用（Ke Yuan, 2021; X. Ye, 2025; Zhang Chunli, 2023）。精制小麦粉因其加工特性稳定和面筋形成能力强而被广泛使用。然而，精制粉体系通常形成较为均一的基体，结构多样性有限。此外，精制过程中去除麸皮和胚芽会降低了营养品质和膳食纤维含量（Seal et al., 2021）。全谷物比精制小麦粉更健康。以往关于谷物挤压的研究表明，添加谷物组分或纤维可通过改变淀粉基体的连续性以及挤压过程中的水分分布，从而改变膨胀行为、质构和消化性（Brennan et al., 2008; Robin et al., 2012）。由于产品通常在挤压后经辣椒油裹覆，因此吸油率（OAC）是辣味小麦蛋白条的另一重要品质特性。具有足够内部空隙的多孔结构可提高吸油率和调味料的分布，从而增强食用过程中的风味感知。在膨化谷物产品和油炸食品体系中，孔隙结构与吸油量之间的类似关系已有报道（Bouchon et al., 2003; Leonard et al., 2020）。此外，通过改变淀粉组织结构和酶的可达性，挤压引起的结构变化也会影响淀粉消化性（Cao et al., 2024; Huang et al., 2022; Zhu, 2014）。挤压蒸煮是一种高温短时（HTST）加工技术，广泛用于谷物类食品生产。在挤压过程中，淀粉糊化、蛋白质变性和结构重组在温度与机械处理的共同作用下同时发生（Huang et al., 2022; Mahfoud et al., 2025）。模口出口处压力的骤降导致水分蒸发、气泡膨胀，从而在挤压物中形成多孔结构（Moraru & Kokini, 2003）。该多孔网络的扩展程度和均匀性在决定最终产品的力学和功能特性方面起着重要作用。尽管辣条生产的工业发展迅速，但与品质相关的若干重要挑战仍未能得到充分解决。市售辣条产品的主要难题之一是内部结构吸油能力有限，这常常导致储存期间调味料分布不均和表面出油（Yang Heng, 2021）。由于辣椒油是辣味小麦蛋白条中风味物质的主要载体，吸油不足会对风味强度和整体感官品质产生负面影响。目前的工业方法主要依赖多元醇、保湿剂和乳化剂等添加剂来改善质构、持水性和吸油行为（Yang Heng, 2021; Zhang Chunli, 2023）。然而，这些策略主要是改变配方组成，而非调控挤压过程中形成的内部结构。相比之下，本研究通过添加谷物引起的结构改性来改善吸油行为。有关挤压体系的文献显示，纤维或麸皮的组合通常会通过破坏基体连续性、抑制气泡生长而降低膨胀度（Brennan et al., 2008; Robin et al., 2012）。然而，这些研究主要集中于传统膨化零食和早餐谷物，而尽管辣条在中国大规模工业化生产并广泛消费，针对辣条的科学研究仍然有限。更重要的是，配方诱导的结构改性如何调控挤压辣味小麦蛋白条中的吸油率、质构发展和淀粉消化率的机制尚未得到系统研究。由于辣条的品质特性在很大程度上取决于挤压过程中形成的多孔结构，阐明膨胀行为、孔隙形貌、分子组织与功能特性之间的关系对于合理的产品设计至关重要。挤压过程中形成的结构改性可同时影响力学性能、吸油行为以及淀粉的酶解可达性。因此，建立这些结构–功能关系可为通过配方设计而非主要依赖加工添加剂来提升品质提供有效策略。据此，本研究考察了按不同谷物与面粉比例掺入浸泡脱皮小麦粒对挤压辣味小麦蛋白条结构、理化及功能特性的影响。结构改性通过膨胀行为、质构分析、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）进行了全面表征，而功能特性则通过吸油率和体外淀粉消化性进行评估。通过整合这些互补分析，本研究旨在阐明决定挤压辣味小麦蛋白条品质的结构–功能关系，并为这一具有重要商业价值的零食的配方改良提供科学依据。据我们所知，专门针对脱皮全麦粒掺入挤压辣味小麦蛋白条的研究，尤其涉及其结构、理化、质构及淀粉消化特性方面，仍然有限。研究结果为推动这一重要商业挤压产品的配方驱动型结构工程提供了新的见解。片段原料主要原料为精制小麦粉（一级蛋糕粉；Queen Food Co., 中国佛山）和脱皮小麦粒（河南商丘县永九面粉实业有限公司）。脱皮全麦粒仅去除不可食用的外壳，因此仍符合全谷物的定义（van der Kamp et al., 2022），其中含蛋白质11.4%、碳水化合物74.9%和脂肪0.9%（干基），而精制小麦粉含蛋白质8.2%、碳水化合物76.6%及……膨胀率（ER）与结构发展挤压物的膨胀行为受谷物与面粉比例的影响。挤压过程中熔体结构和气泡形成机制发生了根本性变化（图1；表1）。挤压样品的膨胀比（ER）见表1。谷物的掺入显著影响了挤压物的膨胀行为（p < 0.05）。对照样品（G0）的ER值最低（2.50），而G20和G25表现出显著更高的膨胀比，分别为2.65……结论谷物的添加显著改变了挤压辣味小麦蛋白条的结构和功能特性。与对照相比，含谷物的配方具有更好的膨胀行为、更低的硬度、更高的吸油率、改变的分子组织以及更高的淀粉消化性。这些功能改善伴随着具有营养意义的权衡，因为谷物的掺入同时提高了RDS并显著降低了RS含量，这可能对餐后血糖反应产生影响。CRediT作者贡献声明Farman Ali：撰写——审阅与编辑、撰写——原稿、可视化、验证、软件、方法论。Xing Zhou：撰写——审阅与编辑、监督、概念构思。Tizazu Yirga Bereka：撰写——审阅与编辑。Zhenye Sun：撰写——审阅与编辑。Eun Young Park：撰写——审阅与编辑。Ren Wang：撰写——审阅与编辑。Zhengyu Jin：撰写——审阅与编辑、项目管理、资金获取。利益冲突声明作者声明不存在利益冲突。致谢本工作由中国国家重点研发计划（编号：2022YFD2100303）资助。Farman Ali | Xing Zhou | Tizazu Yirga Bereka | Zhenye Sun | Eun Young Park | Ren Wang | Zhengyu Jin