《Journal of Cereal Science》：Visualization of water penetration in somen using synchrotron micro-CT with bromine-based contrast agent: Effects of salt on texture of noodles
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荞麦面加盐通过改变内部结构影响水分渗透与口感形成，同步辐射微CT可视化显示加盐面条结构更紧密孔隙更大，水分渗透更快更均匀，导致硬度增加弹性增强；未加盐面条孔隙多且小渗透慢，质地较软。
安田美登里|米山昭男|武谷智史|德留間康明|田畑正明
日本佐贺县金崎市大崎4490-9，西九州大学健康与营养科学系，842-8585
摘要
日本小麦面条（素面）的质地受到添加盐分的影响显著；然而，盐分在煮沸过程中对内部水分渗透以及随后浸泡过程中的影响尚未被直接可视化。本研究旨在阐明盐分引起的内部微观结构差异如何控制水分渗透和素面的质地形成。采用基于同步辐射的微计算机断层扫描（micro-CT）技术，并结合溴基造影剂来观察水分分布。在相同条件下制备的加盐（S）和未加盐（SF）素面在物理性质、盐分释放、微观结构及水分渗透行为方面进行了比较。未加盐的素面在煮沸初期表现出更高的硬度和弹性硬度。微CT分析显示，加盐的素面具有更密集且连续的基质，孔隙较少但较大；而未加盐的素面则具有由众多小孔隙组成的高度多孔结构。增强对比度的成像结果显示，加盐的素面水分渗透更快且更均匀，而未加盐的素面水分渗透则较慢。这些结果表明，盐分促进了结构的连续性，从而有助于内部水分传输并影响煮沸后的质地形成。本研究展示了同步辐射微CT技术在连接面条产品内部结构、水分动态和物理性质方面的实用性。
引言
面条的质地特征通常通过硬度、弹性硬度和脆性来描述。硬度表示材料在受力时的抗变形能力，影响最初的咬感和口感；弹性硬度指的是面条在咀嚼初期感觉柔软但随后变得有弹性的特性（Huang等人，2024年）。脆性则指面条容易断裂的特性，导致口感不佳。这些性质取决于制作面条所使用的具体成分和工艺（Katagiri等人，2011年）。
素面是一种传统的日本细小麦面条，直径小于1.3毫米，其特点是面团中添加了盐分（Katagiri和Kitabatake，2010年）。根据制造方法，素面可分为手工拉制的面条和机制成的面条两种类型：手工拉制的面条通过反复陈化和拉伸制成，而机制成的面条则是将面团擀平后切成细条（Katagiri和Kitabatake，2010年）。手工拉制的面条比机制成的面条具有更强的弹性硬度（Yasuda等人，2023年）。
面条的弹性硬度与小麦面筋和淀粉的行为有关。面筋由麦谷蛋白和醇溶蛋白组成，形成了一个粘弹性网络，从而影响面条的质地（Chen等人，2025年）。制造和煮沸过程也会影响面筋的发育和分布（Zhang等人，2022年）。此外，淀粉的结构特性，包括其膨胀行为，也会影响面条的性质（An等人，2024年；Jia等人，2023年）。
在煮沸过程中，水分从面条表面渗透到中心，形成水分梯度，即外层含水量高于核心部分，这种现象在中国小麦面条中也有报道（An等人，2024年；Ling等人，2020年）。此外，水分分布的差异归因于盐浓度（Ogawa和Adachi，2016年）。已有研究使用核磁共振（NMR）微成像技术研究面条中的水分渗透和扩散（Liu等人，2023年），但水分梯度与面条质地之间的详细关系仍不明确。
基于同步辐射的微计算机断层扫描（micro-CT）是一种强大的工具，能够实现食品内部微观结构的高分辨率三维（3D）非破坏性可视化（Yoneyama等人，2021年）。例如，微CT分析显示，手工拉制的面条具有中央延伸的孔隙，而机制成的面条则具有均匀分布的小孔隙（Yasuda等人，2023年）。这些微观结构可能导致了质地的差异。然而，由于水和固体成分之间的X射线吸收对比度较低，仅使用micro-CT难以直观观察和量化水分分布及动态，通常需要结合质子NMR等技术（Roh等人，2020年）。
盐分可以抑制面筋蛋白之间的静电排斥，从而增强面团的粘弹性和延展性，并促进面筋网络的致密化（Fan等人，2020年；Wang等人，2020年）。这些效应还有助于提高面条的持水能力并降低硬度（Tan等人，2020年）。这种强化的基质在煮沸过程中抑制了结构变形，从而增加了面条的硬度和弹性硬度（Obadi等人，2022年；Han等人，2021年）。此外，盐分还提高了淀粉的糊化温度并抑制了淀粉的膨胀，有助于在煮沸过程中保持淀粉的结构（Chen等人，2023年）。这些协同效应被认为有助于素面的质地形成。然而，盐分在煮沸后及随后浸泡过程中的影响，这些过程与最终质地密切相关，目前尚未得到全面阐明。
本研究的目的是阐明盐分引起的内部微观结构差异如何影响煮沸后素面的水分渗透和质地形成。本研究的独特之处在于通过结合基于同步辐射的微CT技术和溴基造影剂，直接可视化了煮沸后素面内部的水分渗透行为。通过将内部水分分布的3D成像与质地测量和盐分释放分析相结合，本研究提供了关于盐分添加如何影响煮沸后素面的水分动态、微观结构和质地稳定性的机制性见解。
样本
本研究使用了在佐贺县金崎的一家工厂中，在相同条件下制造的两种机制成的素面。一种是在面团中添加了盐分的素面（S素面），另一种是不加盐的素面（SF素面）。S素面的盐浓度为4%，这符合日本市场上销售的机制成素面的标准成分（Yasuda等人，2023年）。每100克素面的营养成分见表1。水分含量是通过……方法测定的。
通过断裂强度测量评估的物理性质
图1A和1B显示了煮沸2分钟后并在水中浸泡0-30分钟的S素面和SF素面的应力与应变率之间的关系（1分钟和3分钟煮沸的结果分别见补充图S1和S2）。对于这两种样品，随着浸泡时间的增加，应力逐渐减小，反映了由于水分渗透导致的内部结构软化和松弛。
值得注意的是，对于浸泡15分钟或更长时间的样品，应力在大约80%时达到最大值。
结论
本研究使用基于同步辐射的微CT技术和溴基造影剂，非破坏性地三维可视化了素面的内部孔结构和煮沸后的水分渗透行为。结果表明，盐分的添加改变了干燥状态下的孔结构，影响了水分渗透速率和盐分释放，进而影响了煮沸后的物理性质。在S素面中，相对较大的孔隙促进了快速且均匀的水分渗透。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
作者贡献声明
田畑正明：撰写——审稿与编辑、方法学、实验设计。米山昭男：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、方法学、实验设计、数据分析、数据管理。安田美登里：撰写——初稿撰写、可视化、项目监督、方法学、实验设计、资金申请、数据分析、概念化。德留間康明：撰写——审稿与编辑、验证、资源管理、方法学。武谷智史：
资助
本研究部分由Elizabeth Arnold-Fuji公共基金会在2022年提供资助。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢金崎素面合作协会提供用于本研究的素面。使用同步辐射的实验是在SAGA光源的BL07光束线上进行的（提案编号210104 K/BL07和230103K/BL07）。
