菊粉诱导的多孔结构改善了挤压全青稞面的复水性

《Food Hydrocolloids》：Inulin-induced porous structure improves the rehydration performance of extruded whole highland barley noodles

　　

摘要
挤压面条致密而坚硬的内部结构是限制其复水性能的首要因素。鉴于多孔结构在增强吸水能力方面的潜力，本研究旨在通过添加菊粉改善挤压全高青稞面条（EWHBN）的复水性能。结果表明，菊粉与淀粉争夺水分，从而抑制淀粉糊化并降低体系的黏弹性。随着菊粉添加量从0%增加到15%，EWHBN的复水时间、拉伸强度和硬度分别降低了58.5%、54.9%和65.4%。这些改善主要归因于菊粉与淀粉分子之间的物理缠绕和氢键相互作用，这种作用抑制了淀粉分子链之间的交联。然而，过量添加菊粉（>6%）会导致疏松的大孔表面结构，破坏内部凝胶网络的均匀性和连续性，微观结构分析表明其结构完整性明显下降。相比之下，最优6%的菊粉添加促进了多孔蜂巢状结构的形成（孔隙率为9.6%），使复水时间减少31.6%（7.35分钟），同时保持最低烹煮损失（7.6%）。因此，添加菊粉，尤其是以适当浓度添加，可有效改善EWHBN的复水质量。这些发现为开发高质量快速复水EWHBN产品提供了理论基础，并为高纤维主食产品的结构优化提供了见解。

引言
青稞是青藏高原原生的重要主粮作物，被认为是附加值开发最有前景的全谷物资源之一。其籽粒富含膳食纤维、β-葡聚糖、蛋白质以及多种矿物质和生物活性化合物，在血糖调节、肠道健康促进和代谢稳态方面具有显著的营养优势（Dou等人，2026；Yan等人，2026）。这些特性使青稞在功能食品和健康主食产品开发领域受到越来越多的关注。然而，将青稞大规模工业化加工为主食仍面临重大挑战。与含有能够形成连续弹性网络结构的面筋蛋白的小麦不同，青稞缺乏这种结构组分，使其难以在传统面粉基产品（尤其是面条）中建立稳定框架。因此，全高青稞面条往往表现出加工性能差、结构疏松、质地粗糙和烹煮损失高，严重制约了其发展（Kuang、Yang和Dang，2026；Wang、Bao、Yang等人，2025）。

挤压蒸煮是一种整合进料、压缩、熔融和成型的过程，可在优化条件下通过模具直接生产面条状产品。所得产品通常表现出增强的韧性和烹煮时的耐断性。这主要归因于挤压过程中的淀粉糊化，其中直链淀粉和支链淀粉相互作用形成牢固的凝胶网络，部分补偿了面筋的缺失（Pan等人，2019；Xu等人，2022）。多项研究表明，挤压技术生产荞麦（Xu等人，2022）、藜麦（Wang、Guo、Zhu、Guo和Ren，2025）和大米（Guan等人，2023）等作物面条的可行性。然而，挤压面条的常见局限是其致密坚硬的倾向，这限制了水分渗透并延长了烹煮时间。通常，方便面的预期复水时间约为6分钟（Ding和Yang，2013）。尽管目前已开发出多种挤压面条产品，但大多数未能达到此复水基准。因此，挤压全高青稞面条（EWHBN）的工业化应用不仅受限于缺乏面筋基结构支撑，还受到其显著受损的复水性能制约。

为增强挤压面条产品的复水效率，已探索了多种策略，包括构建多孔结构、改变面条网络取向、改善亲水性以及调控淀粉糊化行为（Liu、Zhang、Devahastin和Wang，2020；Zhang等人，2022；Zhang等人，2024）。其中，多孔结构构建是报告最频繁的方法，可通过干燥、发酵或酶处理实现。真空冷冻干燥和深度油炸等干燥技术可快速去除面条基质的水分，产生大量孔隙（Deora、Deswal和Madhavan，2016；Wang、Gao、Qin等人，2025）。然而，这些方法面临实际局限：真空冷冻干燥成本过高，而油炸引发健康担忧。类似原理也应用于挤压过程中，模具附近的快速水分蒸发可产生多孔结构（Wang、Maximiuk和Toews，2012）。然而，仅通过参数调整难以实现均匀微孔分布，限制了此方法的工业化应用。发酵通过微生物代谢和产气产生孔隙，是另一种选择，但需要延长加工时间，增加生产成本（Ji等人，2024）。尽管这些方法在复水方面显示出一定改善，但其有效性和可扩展性仍受到制约。

亲水性添加剂的添加，如麦芽糊精（Xu等人，2022）、糖醇（Gao等人，2023）和明胶（Li等人，2024），已证明可通过溶解或发泡相关机制留下微孔，从而促进熟面条形成多孔且不那么致密的结构。菊粉是一种天然可溶性膳食纤维，具有优异的持水能力和溶解性，是有色谷物基产品结构优化和营养强化的珍贵原料（Mohite等人，2025）。与主要作为食品基质中惰性颗粒纤维且大部分不溶的纤维素不同，菊粉在挤压过程中遇到的水分和温度条件下可以溶解或部分溶解。其丰富的亲水性羟基使其能够与水强烈相互作用，允许菊粉改变淀粉基质中水分的分布和流动性。此特性预计在模具出口处尤为重要，此处快速降压引起过热水的闪蒸（Zhang、Hui、Li、Guo和Li，2024；Liu等人，2022）。此外，作为一种天然衍生的益生元膳食纤维，菊粉可能改善EWHBN的复水性能，同时帮助保持其高纤维和健康导向的产品定位。基于这些考虑，我们假设菊粉介导的水分可用性和基质黏弹性变化将促进气泡成核和生长，同时有助于在扩张和冷却过程中稳定所形成的孔隙。

尽管菊粉已作为谷物基食品中的功能性膳食纤维被广泛研究，但其在EWHBN中的结构改性效应仍理解不足。青稞在淀粉特性、膳食纤维组成和网络形成行为方面与传统小麦和大米基面条系统不同。这些差异可能显著影响菊粉与淀粉基质之间的相互作用，从而影响所得面条的复水和烹煮特性。特别是，菊粉浓度、凝胶网络发展、多孔结构形成与面条复水性能之间的关系尚未得到系统阐明。

因此，本研究旨在评估不同菊粉浓度对EWHBN复水质量的影响，重点关注青稞面粉的理化特性、淀粉结构转变、面条微观结构和复水行为。研究设计旨在检验菊粉诱导的水分分布、淀粉结构转变和凝胶网络发展变化是否有助于多孔结构形成，从而改善复水性能，同时保持可接受的烹煮质量和结构完整性。本研究结果将为开发高质量快速复水全高青稞面条提供理论基础，并为高纤维全谷物主食产品的精准结构调控提供技术见解。

材料
青稞面粉（昆仑15号品种，水分7.70%、灰分1.61%、总淀粉68.70%、粗蛋白9.83%、粗脂肪1.82%、粗纤维1.39%）由青海大学农林科学院提供。菊粉（聚合度：15，分子量：2500 - 3000 Da）购自中国上海源叶生物技术有限公司。本研究中使用的所有其他化学品均为分析纯。

水分化性质测定
样品的化性质为
水分化性质
吸水指数常用于评估样品在特定温度和时间的aqueous环境中分散后所保留的水分量，而水溶性则表示aqueous相中溶解的可溶性组分含量（Li等人，2026）。如图1A所示，评估了在25°C和100°C下菊粉添加水平对青稞面粉吸水指数的影响。值得注意的是，水的

结论
总之，添加菊粉，尤其是以适当浓度添加，可有效改善EWHBN的复水质量。中等菊粉添加量（6%）促进了面条中更均匀且类似蜂巢的多孔结构形成，从而增强了水分渗透和热传递效率。与对照组相比，此结构优化使复水时间显著减少了31.6%（7.35分钟）。值得注意的是，破损率和烹煮损失

作者贡献声明
Kuang Jiwei：撰写—审阅与编辑、监督、资源、调查、资金获取、数据管理。Yang Xijuan：监督、资金获取、数据管理。Dang Bin：监督、资源、调查

未引用参考文献
Jang等人，2016；Kumar和Prabhasankar，2015；Wang等人，2025；Wang等人，2025；Zhang等人，2024。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系可能会影响本文所述工作。

数据可用性
本研究期间生成和分析的数据集可在合理请求下从通讯作者处获得。

伦理批准与知情同意
本文不包含任何针对人类或动物对象的研究。本研究无需伦理批准。感官评价由研究组中受训评价员小组进行。所有评价员在参与前提供了知情同意。本研究未收集或报告任何个人识别信息。

资助
本工作由青海农林科学院应用基础研究专项科研计划项目（2023-NKY-02）、青海大学高原生态与农业国家重点实验室开放课题项目（2024-ZZ-04）、青海大学科研能力提升项目（2025KTSQ07）、河南工业大学食品科学与工程学院省部级研究平台开放项目计划（GO202614）和青海

利益冲突声明
我们声明没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系可能会影响本文所述工作。

致谢
本工作由青海农林科学院应用基础研究专项科研计划项目（2023-NKY-02）、青海大学高原生态与农业国家重点实验室开放课题项目（2024-ZZ-04）、青海大学科研能力提升项目（2025KTSQ07）、河南工业大学食品科学与工程学院省部级研究平台开放项目计划（GO202614）和青海

Kuang Jiwei | Yang Xijuan | Dang Bin
青藏高原农产品加工重点实验室，青海大学农林科学院，中国青海省西宁市，810000

2026年1月15日