车前子壳凝胶对富含藜麦的全麦面团及蒸面包结构和功能的影响

《Journal of Cereal Science》：Effects of Psyllium Husk Gel on the Structure and Functionality of Quinoa-Enriched Whole Wheat Dough and Steamed Bread

提升高藜麦全麦制品质量的关键在于亚麻籽壳凝胶的多尺度重构作用，通过分子水平促进面筋蛋白β-折叠结构形成和淀粉短程有序排列，协同优化面团流变学与微观结构，最终实现面包体积、质地及抗氧化活性的显著提升。

　　

Nan Wang|Jiayi Ding|Jiaxin Lu|Mingqi Huang|Jingting Zhang|Zhenni Li|Ning Li

江苏科技大学，镇江，212100，中国

摘要

在全麦食品中大量添加藜麦会破坏面筋网络，从而影响产品质量。本研究证明，车前子壳凝胶（PHG）通过多尺度重构有效解决了这一问题。在分子层面，PHG促进了蛋白质聚合，并使蛋白质的二级结构趋向于易聚集的β-折叠片；同时通过增强淀粉的短程有序性和限制其结晶组装来改变淀粉结构。这些协同作用最终形成了一个紧密的PHG-蛋白质-淀粉复合基质，这一结果通过显微镜得到了验证。这些变化导致宏观面团性质发生浓度依赖性的改变，在保持基本粘弹性的同时改变了面团的粘附行为。因此，重构后的基质使得蒸面包的质量得到提升，表现为面包内部组织更加细腻、体积增大且口感改善。除了恢复品质外，PHG还增强了抗氧化活性，并显著增加了抗性淀粉的比例，从而提高了食品的营养价值。由此可见，PHG作为一种结构调节剂，为开发富含藜麦的高质量、高营养价值的全麦食品提供了实用策略。

引言

全麦面粉因其对健康的益处而受到广泛关注，包括降低慢性疾病的风险。然而，全麦产品的消费者接受度仍然较低，主要是因为全麦面包常常存在体积小、质地粗糙以及颜色过深等质量问题（Tebben等人，2018年）。这些感官特性对于习惯于精制白面包的消费者来说并不吸引人。解决这些问题的一个潜在方法是添加其他营养丰富的谷物，这也可以进一步提升面包的整体营养价值。藜麦作为一种营养价值极高的伪谷物，含有必需的营养素以及多种功能性成分，如植物甾醇、生物活性肽和多糖，是理想的候选材料（Guo等人，2025年）。然而，将其大量添加到小麦基食品中却面临重大挑战。多项研究一致表明，当藜麦粉的替代比例超过一定限度（通常超过30%）时，会严重损害产品质量。例如，在蒸面包中，替代比例超过20%会导致面团稳定性和粘附性能下降（Feng等人，2023年）；在烤面包（Wang等人，2021年）、面条（Huang等人，2025年）和意大利面（Xing等人，2023年）中也会观察到类似的不利影响。这种质量下降的根本原因是小麦面团中的连续面筋网络受到破坏。研究表明，过量的藜麦粉会削弱面筋中的次级化学键，减少其稳定的二级结构，这一过程可以通过扫描电子显微镜直接观察到（Mu等人，2023年；Xu等人，2019年）。

因此，开发高质量、高营养价值产品的关键在于找到既能减轻藜麦高比例添加带来的结构缺陷，又能保留其营养优势的策略。这需要使用特定的天然成分来弥补受损的面筋网络。在这方面，车前子壳——一种由β-(1,4)-连接的木糖骨架组成的高度分支的异聚糖，传统上被用作膳食纤维补充剂——展现出了巨大的潜力。这种多糖即使在低浓度下也具有出色的吸水能力，能形成高粘度溶液，赋予其独特的流变特性（Yu等人，2017年）。在无麸质体系中，它能有效替代面筋，主要得益于其能够自组装成薄膜状结构，从而使面包内部组织变得柔软且有弹性（Filip?ev等人，2021年；Mariotti等人，2009年；Ren等人，2020年）。此外，它还能改善全麦面包的感官和营养价值（Franco和Gómez，2022年）。尽管现有文献已经充分证明了车前子壳在无麸质和全麦体系中对面团结构的强化作用，但仍存在一个关键知识空白：即它是否以及如何能够抵消藜麦粉对全麦体系中面筋网络的具体负面影响。目前尚不清楚车前子壳是否以及如何能够恢复富含藜麦的全麦面团的流变和微观结构，进而改善最终产品的质量，如蒸面包。

为了解决这一空白，本研究假设车前子壳凝胶（PHG）可以减轻高比例（30%）藜麦替代带来的不利影响——这一比例是根据先前研究确定的临界值，超过该比例产品质量会显著下降。因此，本研究旨在系统探讨PHG如何调节富含藜麦的全麦体系的结构、性质和功能。研究结果有望为开发高质量、富含藜麦的食品提供可行的策略，并为车前子壳在新型食品中的应用奠定基础。

材料

全麦面粉（中国昆山益海 Kerry 食品工业有限公司）含有13.8%的蛋白质和60.1%的淀粉。藜麦面粉（中国甘肃齐连农场有机农业发展有限公司）含有12.1%的蛋白质和69.4%的淀粉。车前子壳粉末（纯度大于99%，产地：印度）由广州迈杰涛贸易有限公司提供。Angel速溶干酵母和糖则从中国镇江的当地市场采购。

试剂DTNB（5,5'-二硫代-2-硝基苯甲酸）

功能基团和淀粉结构的ATR-FTIR分析

FTIR光谱揭示了功能基团的结构变化，重点关注O–H、C–H、C–O和C–O–C键的特征区域（图1A）。随着PHG含量的增加，O–H和C–H的伸缩振动（分别位于约3285和2923 cm^-1）的波数向更高值移动，强度也有所增强。这些光谱变化主要归因于PHG引入的丰富羟基和烃基团（Yu等人，2017年）。

结论

本研究证明，车前子壳凝胶（PHG）是一种多功能成分，能够从根本上重构富含藜麦的全麦体系。它促进了蛋白质、淀粉和水之间的协同作用，促进了面筋的聚合，并使蛋白质的二级结构趋向于易聚集的β-折叠片；同时通过增强淀粉的短程有序性和限制其结晶组装来改变淀粉结构。这些分子变化对食品品质有着显著的影响。

作者贡献声明

Jingting Zhang：方法学研究、数据分析。Zhenni Li：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、指导、软件使用、资源调配、研究设计、资金申请、概念构思。Jiaxin Lu：方法学研究、数据分析。Mingqi Huang：方法学研究、数据分析。Nan Wang：初稿撰写、方法学研究、数据分析。Jiayi Ding：方法学研究、数据分析。Ning Li：撰写、审稿与编辑、方法学研究、概念构思

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

数据获取

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明没有需要披露的利益冲突。

致谢

作者感谢江苏省自然科学基金的青年项目（项目编号：BK20241008）提供的财政支持。