过热蒸汽与传统热处理对比：水分回软对全粒青稞糕点品质的影响

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Superheated steam versus conventional heat treatments: Effects of tempering moisture on whole-grain highland barley cake quality

　　

摘要

本研究调查了三种热处理（过热蒸汽、蒸煮和烘焙）和回火水分含量（11.8%、20%和28%）对青稞（HB）面粉、面糊和蛋糕的理化性质、结构及体外淀粉消化率的影响。热处理提高了青稞面粉的持水力、膨胀力、粒径、糊化温度及G"，其中20%水分含量的过热蒸汽（SS）处理变化最为显著。XRD和FTIR结果表明，热处理后淀粉的相对结晶度（RC）和短程分子有序性降低，并在约20°（2θ）处出现特征XRD峰，可能形成V型淀粉-脂质复合物及蛋白质二级结构发生变化。热处理提高了青稞面糊的G'和G"。在青稞蛋糕中，SS-20%处理表现出良好的比容、孔洞均匀性和水分 immobilization，而SEM显示其具有更均匀的海绵体微观结构，孔壁连续且局部塌陷区域较少。与蒸煮和烘焙相比，过热蒸汽处理对淀粉分子有序性的破坏最大，分子间氢键最多。热处理使快速消化淀粉（RDS）从43.51%降至41.18%，慢速消化淀粉（SDS）从45.65%降至40.16%，而抗性淀粉（RS）从10.84%增至18.66%；SS-28%处理的体外淀粉水解率最低。总体而言，SS-20%处理适用于改善青稞面粉、面糊和蛋糕的理化性质。这些发现支持过热蒸汽作为生产高质量全谷物青稞产品的有前景的短时预处理技术。

引言

青稞（HB, Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f）是中国特有的谷物作物，主要分布在青藏高原的高山地区（Bai, Zhou, Zhu, & Li, 2021）。青稞含有49.14-68.62%的淀粉、9.07-13.70%的蛋白质、1.18-3.09%的脂质、15.14-27.78%的膳食纤维、4.24-5.59%的β-葡聚糖和2.05-3.36 mg/g的多酚（Wu et al., 2025; Guo, Horvath, Chen, Chen, & Zheng, 2020），可能具有抗氧化、抗癌、降脂和降血糖作用（Yang, Zhang, Xiong, Zhou, & Zhang, 2025）。此外，将青稞添加到蛋糕中提供了一种实用的方法，既能扩大其食品利用范围，又能提供大麦来源的膳食纤维和益生元成分，可能对肠道健康和微生物群调节有益（Khawar et al., 2025）。然而，青稞仍主要用作酿造原料或饲料来源，只有约2%直接加工成食品（Du et al., 2022）。其低麸质和高纤维特性会损害面糊的粘弹性和持气性，导致海绵体致密且质地粗糙。当替代谷物或植物来源的配料被添加到烘焙产品中时，也报告了类似的挑战（Alahmed et al., 2025; Kaur, Kaur, Kaur, Mehta, & Rehal, 2025）。因此，改善青稞蛋糕结构对于促进其高值化利用具有重要意义。

以往的研究探讨了各种改善低麸质蛋糕品质的策略，如小米蛋糕的挤压处理（Zhang et al., 2024）、燕麦蛋糕的发芽处理（Sergiacomo, Bresciani, & Marti, 2025）以及藜麦和全麦小米蛋糕中添加氨基酸或多糖（Cao et al., 2025; Zhu et al., 2025）。加工条件也可以定制替代谷物配料的工艺技术功能（Kalahal, Gavahian, & Lin, 2024）。热处理已被证明是提高谷物理化性质和降低其体外消化率的有效方法（Li et al., 2026）。热处理改变了淀粉的颗粒、结晶和分子结构，从而影响糊化、流变和消化特性（He, Li, Obadi, & Ou, 2025）。研究表明，青稞的热湿处理可以增强淀粉-蛋白质相互作用，促进复合面团中更致密基质的形成（Bao, Li, Yang, Lv, & Ma, 2024）。值得注意的是，最近关于蒸燕麦蛋糕的研究表明，燕麦面粉中部分糊化的淀粉通过形成致密的淀粉凝胶-蛋白质双网络，提高了蒸燕麦蛋糕的品质（Qian, Sun, Gu, Ma, & Wang, 2023）。尽管传统的蒸煮和烘焙等热处理方法在一定程度上可以改善谷物的品质和储存稳定性，但它们往往受热传递不均匀和加工时间长的限制。作为一种新兴的热处理技术，过热蒸汽提供了优越的热传递、限氧环境，非常适合工业化大规模生产以改善谷物食品的品质（Liu et al., 2023; Wang, Li, Wang, Cui, & Qiu, 2022）。过热蒸汽可以在基于传送带或滚筒的系统中实施，实现连续、高通量加工和蒸汽回收，从而可能提高工业可扩展性、经济可行性和加工效率。过热蒸汽处理已成功调节了各种小麦制品中面团的麸质网络强度，如蛋糕（Ma et al., 2021）、饼干（Han et al., 2026）和面条（Guo, Wu, & Zhu, 2020）。蒸煮属于热湿处理，通过饱和蒸汽冷凝传递热量，从而增加表面水分。而烘焙主要依靠干热空气对流，过热蒸汽则使用加热至饱和温度以上的蒸汽，这导致了对青稞籽粒的不同影响。以往的研究表明，过热蒸汽改变了谷物面粉中的淀粉结构和蛋白质构象。然而，将这些面粉水平变化与青稞面糊流变性以及最终蛋糕结构和质量联系起来的湿度依赖性关系尚未得到系统建立。

谷物的水分含量是决定处理效果的关键因素。水促进分子运动和链重排，从而调节淀粉糊化程度、蛋白质变性以及基质成分间的分子间缔合构建。具体而言，水分不足会限制淀粉膨胀和蛋白质展开，而水分过多则可能促进过度糊化和聚集，改变所得面粉的吸水性和网络形成特性（Li, 2022）。Lv, Ma, Yan, Sun, and Wang (2022)证实，调节水分含量可以显著改变青稞面粉的糊化粘度、淀粉结晶度和酶敏感性。最近的研究进一步表明，面粉理化性质的变化会改变松饼的高度和质地，凸显了面粉功能特性在决定烘焙产品质量中的重要性（Zailani et al., 2026）。因此，我们假设在过热蒸汽处理前精确控制回火水分可以调节淀粉糊化和蛋白质构象重排，并增强淀粉-蛋白质相互作用，从而提高青稞蛋糕品质。然而，SS-20%如何通过淀粉结构和蛋白质构象的变化在青稞面粉-面糊-蛋糕体系中提供更优的平衡仍不清楚。

本研究系统地调查了三种热处理（过热蒸汽、蒸煮、烘焙）和不同回火水分水平（11.8%、20%和28%）对青稞面粉、面糊和蛋糕的影响。为了阐明热处理引起的结构和品质变化的湿度依赖性机制，系统表征了青稞面粉的理化和结构特性、面糊流变性，以及青稞蛋糕的品质、水分分布、分子结构和体外消化性。用于确定最佳处理的主要响应变量是蛋糕质地和孔洞分布，因为这些变量直接反映了产品品质和营养功能。这些发现也为过热蒸汽作为一种新兴热处理技术在谷物食品中的应用提供了见解。

章节片段

材料

青稞籽粒（品种：藏青320；颜色：紫色）于2023年收获，由拉萨绿润农业科技发展有限公司（中国日喀则）生产。籽粒在4°C储存时的初始湿基（w.b.）组成为11.80%水分、9.80%蛋白质、57.90%淀粉和2.10%脂肪。蔗糖（≥99.0%）、碳酸氢钠（≥99.0%）、单硬脂酸甘油酯（≥90%）购自山东绿叶健康产业集团有限公司（山东，中国）。糖化酶（28 U/mL），

持水力和持油力

表1的结果表明，青稞面粉的持水力（WHC）和持油力（OHC）受热处理方式和回火水分水平的显著影响（P < 0.05）。原生青稞面粉的持水力为1.21 g/g。与蒸煮和烘焙处理相比，过热蒸汽处理使持水力增加最大，在SS-28%处理下达到最高持水力（1.59 g/g）。这可能是由于淀粉结构被破坏所致。热处理暴露了更多的羟基和亲水性结合位点以结合水分

结论

本研究调查了不同热处理（过热蒸汽、蒸煮和烘焙）在不同回火水分含量下如何影响青稞面粉、面糊和蛋糕。热处理，特别是过热蒸汽处理，改变了淀粉糊化、蛋白质构象和分子组织，其中SS-20%处理表现出最高的G′和G″。XRD和FTIR结果表明，RC和峰比降低，表明淀粉的长程和短程有序结构减少。对于青稞蛋糕，SS-20%处理表现出良好的比容

CRediT作者贡献声明

Jiaran Zeng：撰写初稿、可视化、软件、调查、数据整理。Yujie Wang：撰写初稿、可视化、软件、调查、数据整理。Xin Wang：方法学、调查。Ju Qiu：监督、资源、项目管理、资金获取。Haoran Wang：撰写—审阅与编辑、验证、项目管理、方法学、调查、资金获取、概念构思。Tingjun Ma：项目管理、正式分析。

未引用参考文献

Liu, Duan, Zhu and Liu, 2023

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本论文报告的工作。

致谢

本研究得到中国国家重点研发计划（2022YFF1100504）、北京市教委科研项目（编号：KM202410020002）和北京农学院青年教师科研与创新能力提升计划（QJKC-2022066）的支持。

Jiaran Zeng|Yujie Wang|Xin Wang|Ju Qiu|Haoran Wang|Tingjun Ma

北京农学院食品科学与工程学院，北京昌平102206，中国