《Food Hydrocolloids》：Beyond molecular hydrophilicity: ice recrystallization inhibition and matrix-level hydrophilicity in cellulose-derivative cryoprotection of fresh wet rice noodles
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•冷冻保护剂的水亲和性需要在基质层面而非分子层面进行评价•有效的冷冻保护需要同时具备冰重结晶抑制（IRI）活性与基质层面的水亲和性•HPMC 经过 7 次冻融循环可保护鲜湿米粉（FWRN）•延缓淀粉老化在 FWRN 冷冻保护中仅起次要作用引言鲜湿米粉（Fresh Wet Ri
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冷冻保护剂的水亲和性需要在基质层面而非分子层面进行评价
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有效的冷冻保护需要同时具备冰重结晶抑制（IRI）活性与基质层面的水亲和性
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HPMC 经过 7 次冻融循环可保护鲜湿米粉（FWRN）
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延缓淀粉老化在 FWRN 冷冻保护中仅起次要作用
引言
鲜湿米粉（Fresh Wet Rice Noodles, FWRN）是一种高水分米基主食，经浸泡、研磨、挤压、老化和蒸制等工序顺序加工而成（C. M. Li 等, 2021）。其高含水量（60%–70%）使其免去了干米粉所需的复水步骤，从而可快速烹煮；预计到 2030 年全球 FWRN 市场规模将达到约 126.5 亿美元（C. M. Li 等, 2021）。然而，这一高含水量也使其在常温下极易腐败，必须采用冷冻储存和配送方式（Liu 等, 2019）。冷冻储存过程中的温度波动难以避免，会引发一系列相互关联的过程，包括冰重结晶、水分迁移和淀粉老化（Ye 等, 2018; Zhang 等, 2018），最终破坏其微观结构并降低烹煮品质。因此，提高 FWRN 的冻融稳定性仍然是工业界面临的重要挑战。
添加亲水胶体是提高淀粉类食品冻融稳定性最广泛采用的策略之一（Zhao 等, 2025）。其保护作用被认为源于三种机制：(i) 冰重结晶抑制（Ice Recrystallization Inhibition, IRI），可限制生长中的冰晶所致的机械损伤（Sun 等, 2022）；(ii) 调节水的可利用性，减少可冻结水的生成以及随后的脱水收缩（Jian 等, 2016）；以及 (iii) 通过氢键、黏度升高和空间位阻限制淀粉链的重新排列，从而延缓淀粉老化（X. Y. Li 等, 2024; Xie 等, 2023）。
在这类亲水胶体中，纤维素类多糖已在不同结构尺度上显示出作为冷冻保护剂的应用前景，包括纳米尺度的纤维素纳米晶体与纳米纤维（Wang 等, 2027）、微米尺度的微晶纤维素（Xin 等, 2025），以及分子尺度的水溶性衍生物，如羧甲基纤维素钠（CMC）、甲基纤维素（MC）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）（Xin 等, 2018; Xuan 等, 2017）。其中纳米纤维素受到的研究最为广泛，其冰重结晶抑制（IRI）活性已被系统研究，涵盖颗粒浓度（M. Li 等, 2023a）、形貌（Wang 等, 2027）、蔗糖浓度（M. Li 等, 2021）和热历史（M. Li 等, 2023b）等影响因素。纳米纤维素的一个显著特点是在低至 0.1 wt% 的浓度下即表现出强烈的 IRI 活性（Wang 等, 2027），这通常归因于其吸附在冰晶表面，进而形成位阻或网络屏障，限制冰晶之间的水分迁移（M. Li 等, 2021; M. Li 等, 2023b; Wang 等, 2027）。相比之下，关于水溶性纤维素衍生物的研究主要集中于复杂食品基质，且大多为经验性的，机理认识仍然有限。据报道，CMC 和 HPMC 可减少不可冻结水向可冻结水的转变，并改善面团的冷冻储藏品质（Xin 等, 2018; Xuan 等, 2017）。然而，它们的冷冻保护机理尚不明确，且在不同食品体系中报告的结果存在较大差异。例如，CMC 在冷冻面团中可有效抑制冰晶的形成与重结晶（Xin 等, 2018），但在动态冷冻冰淇淋模型中却几乎未表现出 IRI 活性（Regand & Goff, 2002）。非纤维素类亲水胶体也观察到类似的基质依赖性行为。黄原胶能抑制普通马铃薯淀粉的老化，却会促进蜡质马铃薯淀粉的老化（Dobosz 等, 2020）。这些相反的效应源于亲水胶体与淀粉组分之间热力学相容性的差异。较高的相容性有利于形成连续互穿网络，从而限制分子重排；而相容性较差则可能促进相分离，导致淀粉局部富集并加速老化和脱水收缩（Dobosz 等, 2020; Xie 等, 2023; Zheng 等, 2019）。因此，亲水胶体的冷冻保护效果不仅取决于其自身性质，还取决于其与周围食品基质的相互作用方式。与冷冻保护相关的水亲和力因此应当在基质层面进行评价，本文后文将其称为基质层面水亲和性（matrix-level hydrophilicity），该性质源自加工过程中亲水胶体—淀粉—水之间的相互作用，且可能与添加剂本身固有的分子水亲和性存在较大差异（Regand & Goff, 2002; Zheng 等, 2019）。
由此留下两个尚未解决的问题。第一，用于筛选冷冻保护剂的分子水亲和性和 IRI 活性，能否真正转化为在食品基质层面的保护作用？第二，是否存在单一机制就足以发挥冷冻保护作用，还是必须多种机制共同起作用？为回答这两个问题，本研究选取了三种结构不同的纤维素衍生物作为 FWRN 的冷冻保护剂，包括含有离子型羧甲基的 CMC、含有疏水甲基的 MC，以及同时含有疏水甲基和亲水羟丙基的 HPMC。预计它们的分子水亲和性顺序为 CMC > HPMC > MC，因为 CMC 是唯一具有离子特性的衍生物，而 HPMC 和 MC 为非离子型，且 MC 以疏水甲基为主（Kamide & Saito, 1987）。在 7 次冻融循环中，考察了这些衍生物的 IRI 活性及其对基质层面水亲和性、凝胶微观结构、脱水收缩、淀粉老化和 FWRN 烹煮品质的影响，以确定 IRI 活性与基质层面水亲和性是否需共同具备才能实现冻融保护。
章节摘要
材料
早籼稻米（总淀粉含量 85.70%，直链淀粉含量 22.93%，干基）由金龙达粮油有限公司（中国广州）提供。羟丙基甲基纤维素（HPMC, Benecel K4M, Hypromellose 2208 型；按 USP 标准，甲氧基含量 19.0–24.0%，羟丙基含量 4.0–12.0%；重量平均分子量 400,000 Da；2% w/w 水溶液在 20 °C 时的标称黏度为 2,700–5,040 mPa·s）购自 Ashland 公司（美国肯塔基州）。羧甲基纤维素钠（CMC，
纤维素衍生物的 IRI 活性及 FWRN 基质中的冰晶
本研究采用两种互补的测定方法评价三种纤维素衍生物的 IRI 活性。蔗糖夹心法在较高蔗糖浓度（30%）下进行，此时冰晶被黏稠的未冻结相隔开，主要通过受扩散限制的 Ostwald 熟化过程发生粗化。相比之下，溅冷法在较低蔗糖浓度（3%）下进行，此时较大的冰相体积使冰晶粗化过程转向晶界迁移，该过程
结论
本研究揭示，纤维素衍生物对鲜湿米粉（FWRN）实现有效的冻融保护，需要同时具备冰重结晶抑制（IRI）活性和增强的基质层面水亲和性。在所考察的三种衍生物中，只有 HPMC 同时具备这两种特性，并在 7 次冻融循环中始终保持粉条品质；CMC 则这两种性质均不具备，而 MC 尽管维持了基质层面水亲和性
CRediT 作者贡献声明
Jianyong Wu：写作–审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念设计。Jiangping Ye：方法论。Chengmei Liu：资源提供、项目管理。Chengjian Shi：写作–原稿撰写、方法论、调查研究。Songsong Li：方法论。Hong Xiao：写作–原稿撰写、方法论、调查研究。Shunjing Luo：写作–审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念设计
未引用参考文献
Li 等, 2021; Yan 等, 2025; Zhu 等, 2025.
利益冲突声明
? 作者声明不存在已知可能与本论文所报告工作产生影响的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金委员会（编号 32460599 和 32360591）；江西省重大科技开发专项项目（20223AAF02017）；以及江西省优秀青年科学基金（编号 20252BAC220071）的资助。
Hong Xiao|Chengjian Shi|Songsong Li|Jiangping Ye|Chengmei Liu|Jianyong Wu|Shunjing Luo
