挤压玉米粉通过限制水分迁移改善小麦面团的冻融稳定性

《Food Hydrocolloids》：Extruded cornmeal improves freeze-thaw stability of wheat dough by restricting water mobility

　　

摘要

在冷冻谷物类食品中，水既是结构增塑剂，又是破坏性的相变介质。冷冻储存过程中的温度波动会促进水分迁移和冰晶重结晶，从而削弱面筋-淀粉基质的完整性，导致开裂、水分流失和质构劣化。现有策略主要依赖于面筋强化或添加亲水胶体，而富含淀粉的非面筋成分通常被视为配方稀释剂，因为它们会破坏面团网络的形成。本研究探讨了挤压处理能否将玉米粉转化为一种功能性水态调节剂，从而改善小麦面团的冻融稳定性。本实验对比了小麦粉对照组（CK）、添加15%原淀粉玉米粉的小麦粉（NC-15）以及添加15%挤压玉米粉的小麦粉（ECM-15）。ECM-15显著降低了可冻结水含量（从CK组的71.85%降至51.63%，降幅达28.14%）和熔融焓，且在五个冻融循环中水分流失量最小。低场核磁共振（LF-NMR）分析显示，含ECM的面团中水分迁移性受到限制，表明挤压改性淀粉能够固定那些原本会参与冻结和迁移的水分。与之相符的是，ECM-15表现出更高的持水力、膨胀力和粉质仪吸水率，同时糊化粘度和糊化回生值更低。X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱分析表明，这些效应源于挤压引起的淀粉非晶化和短程无序化，而非单纯的玉米粉添加。值得注意的是，尽管面团混合稳定性有所下降，这一改善仍然得以实现，表明挤压引起的水态调节为冷冻面团改善提供了一种符合标签友好的策略，区别于传统的面筋强化手段。更广泛地说，物理改性的谷物成分可以被设计为冷冻主食食品中的功能性相态调节剂。

引言

冷冻谷物类食品已成为现代食品系统中不可或缺的一部分，因为它们兼具主食功能与长货架期、集中生产和便捷分销的优势（Rosell & Gómez, 2007；M. Zhang 等, 2024）。然而，冷冻并不是面团生命历程中一段无害的"暂停"。在以小麦为基础的食品体系中，水既充当支持面筋-淀粉相互作用的增塑剂，又是其结晶会破坏其所支撑的基质的相变介质（Rasheed 等, 2025）。在冷冻储存过程中——尤其是在商业冷链中常见的温度波动条件下——水分迁移、冰晶生长和重结晶会逐步破坏面筋-淀粉网络，使面筋多聚体脱水，并降低最终产品的体积与质构（M. Zhang 等, 2024；Zhao 等, 2021）。因此，控制水的状态和迁移性，而非仅仅控制储存温度，如今已被公认为稳定冷冻小麦基面团体系的核心杠杆（Rasheed 等, 2025）。

二十年来，针对这一挑战的主流应对策略一直是基于配方的方法。研究集中于强化面筋网络，或添加亲水胶体、乳化剂和化学改性淀粉以限制水分迁移（Fan 等, 2025；Fang 等, 2026；Gong 等, 2026；Z. Li 等, 2026；Wei 等, 2024）。瓜尔胶、黄原胶和羟丙基甲基纤维素等亲水胶体被用于固定水分并延缓冰晶重结晶（Ferrero, 2017；Guarda 等, 2004；Selomulyo & Zhou, 2007）；DATEM和硬脂酰乳酸钠等乳化剂被用于强化面筋网络并稳定气泡细胞（Omedi 等, 2019；Tebben 等, 2018）；化学改性淀粉则被用于提高持水力和冻融稳定性（Y. Li 等, 2021；Maity & Saxena, 2016）。这些策略虽然有效，但越来越难以与市场现实和监管现实相协调。首先是标签问题：改性淀粉（E14XX）和乳化剂（E471、E472e、E481）必须以添加剂的形式标注，这与如今主导全球烘焙市场购买决策的清洁标签期望直接冲突（Polachini 等, 2023；Vargas & Simsek, 2021）。其次是成本与复杂度：高功能性亲水胶体价格昂贵，且对用量高度敏感，通常需要多组分改良剂体系才能平衡面团的流变特性（Lazaridou 等, 2007；Tebben 等, 2018）。第三是感官代价：过度结合水会产生粘连的瓤、降低面包体积并改变口感，且任何一种亲水胶体的有效性都高度依赖于其用量以及它所引入的面粉基质（Ferrero, 2017；Guarda 等, 2004；Lazaridou 等, 2007）。因此，该领域正积极寻找标签友好、成本低廉的成分，使成分依靠自身结构而非化学改性来调节水分（Polachini 等, 2023）。

谷物来源的成分正是承担这一角色的天然候选者：它们价格低廉、供应广泛，且被消费者视为健康天然。然而，它们直接用于小麦面团受到限制，原因在于缺乏面筋形成蛋白——例如原生玉米粉会稀释面筋网络并改变糊化行为，削弱面团的操作性和稳定性（Sun 等, 2019）。挤压烹饪提供了一种绕过这一限制性的物理途径，因为它通过热、机械和剪切场的共同作用破坏淀粉颗粒、降低晶体有序度，并在不引入化学衍生的情况下重构水合和糊化特性（Ge 等, 2023；Y. Liu 等, 2017；Ye 等, 2018；X. Zhang 等, 2016）。因此，挤压谷物成分已开始出现在面团体系中。有研究表明挤压小麦麸皮和挤压小麦粉可以改变面团流变学并改善面包品质（Gómez 等, 2011；Martínez 等, 2013），挤压玉米粉可改变小麦基复合面团的流变学并改善干面条的品质（Sun 等, 2019；Xu 等, 2022）。此外，有报道表明挤压小麦粉和预糊化木薯淀粉有益于冷冻面团制作的法式面包（Ortolan 等, 2015）。与此同时，针对谷物细胞壁多糖的研究已经确立，谷物多聚物在分子结构经过适当设计时，可以充当强有力的水态调节剂（Lazaridou & Biliaderis, 2007）。

尽管已有上述进展，仍存在三个空白。第一，迄今挤压玉米成分仅在鲜复合面团和面条中被研究（Sun 等, 2019；Xu 等, 2022）；经挤压赋能的富含淀粉、非面筋成分能否稳定小麦面团以抵御冻融滥用，仍属未知。唯一一项相关的冷冻面团研究使用的是挤压小麦粉——一种含面筋的材料，其效益可能反映的是蛋白质量而非淀粉重构（Ortolan 等, 2015）。近年来的一些物理改性策略同样直接对小麦粉本身进行处理，而非针对辅料成分（Qi 等, 2026）。第二，由于原生玉米粉和挤压玉米粉具有相同的植物学来源，但在分子有序度、膨胀行为和水合能力上差异显著，因此在等量替代水平上对两者进行直接比较，才能将观察到的改善归因于挤压而非玉米粉添加本身。第三，淀粉有序度、水合行为、糊化特性、水分迁移性和冻融稳定性之间尚未建立定量的、多尺度的关联，致使物理改性的谷物成分在冷冻面团体系中起作用的机制仍未阐明。

在本研究中，我们检验了如下假设：挤压可将玉米粉从稀释面筋的成分转化为一种调节水合的功能性组分，从而改善小麦面团的冻融稳定性。本研究对比了小麦粉、添加15%原生玉米粉的小麦粉以及添加15%挤压玉米粉的小麦粉，从而将挤压引起的重构效应与玉米粉添加本身的效应分离开来。本研究整合分析了水合行为、混合特性（粉质仪）、糊化曲线（快速粘度分析）、热转变（差示扫描量热）、水的分布与迁移性（低场核磁共振）以及跨尺度淀粉有序度（X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱），并通过相关性分析将宏观冻融表现与水态和多尺度淀粉结构联系起来。研究结果提供了一种机制基础，说明物理改性的玉米粉可作为标签友好的策略用于调节水态并改善小麦基面团体系的冷冻稳定性。

章节片段

材料

玉米由山东玉星谷物（中国山东）提供。高筋小麦粉（金龙鱼牌，淀粉含量74.2%，总蛋白含量14.4%，数据为干基含量）购自益海嘉里（中国上海）。其余所有试剂和化学品，如NaOH、KBr和绝对乙醇，均为分析纯，购自索莱宝（中国北京）。

挤压玉米粉和面粉混合物的制备

对玉米粒进行筛选以去除受损籽粒和杂质，然后干磨成玉米粉并通过60目筛。然后……

实验设计：分离玉米粉组成与挤压赋予的功能性

实验设计旨在区分玉米粉添加效应与挤压加工效应（图1）。小麦粉用作对照组（CK），并在相同的替代水平下向小麦粉中添加15%的原生玉米粉（NC-15）和15%的挤压玉米粉（ECM-15）。这一设计至关重要，因为原生玉米粉和挤压玉米粉虽然植物学来源相同，但在淀粉颗粒完整性、分子有序度和水合行为等方面差异显著……

结论

本研究证明，挤压可将玉米粉从稀释面筋的填充剂转化为一种有效的水合调节性配料，用于改善小麦面团的冻融稳定性。在15%的替代水平下，ECM提高了持水力、膨胀力和粉质仪吸水率，降低了糊化粘度、糊化回生值、可冻结水含量和熔融焓，并使五个冻融循环过程中的水分流失达到最小。LF-NMR显示，ECM消除了可检测的……

CRediT作者贡献声明

Yongqiang Cheng（程永强）：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、获取经费、概念构思。Yiming Wang（王一鸣）：撰写——审阅与编辑、撰写——原稿撰写、可视化、方法论、调查研究、概念构思。Yuwei Li（李雨薇）：撰写——原稿撰写。Linwei Yu（余琳伟）：撰写——原稿撰写、可视化、方法论、数据管理。Dong-Hui Geng（耿东辉）：撰写——审阅与编辑、方法论。Ning Tang（唐宁）：撰写——审阅与编辑、形式分析、数据管理。

未引用参考文献

Ibanoglu, 1996；Li 等, 2024；Wang 等, 2025。

数据可用性

应要求提供数据。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究由国家重点研发计划（2021YFD2100200/2021YFD2100201）提供资金支持。作者亦衷心感谢中国现代农业产业体系专项资金（CARS-08-G18）的资金支持。

Yiming Wang|Linwei Yu|Yuwei Li|Ning Tang|Dong-Hui Geng|Kuaitian Wang|Yongqiang Cheng

中国农业大学食品科学与营养工程学院，植物资源功能食品北京市重点实验室，北京 100083，中国