《Food Chemistry》：Modulating effects of calcium silicate and potassium-based compounds on the gelatinization, rheological behavior, microstructure, and texture of non-alum potato starch noodles
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本研究系统评估了钙硅（CSi）与钾alginate（PA）及钾二氢磷酸（KDP）组合对非铝湿土豆淀粉面条（WPSNs）质构的影响。当添加0.3% CSi+0.5% KDP等比例组合时，WPSNs的拉伸强度（2.85-2.96 g/mm2）与铝明矾制品相当，其增强机制源于弹性结合剂形成及淀粉-水-离子协同作用导致的更致密颗粒堆积和更强凝胶网络。研究证实了通过优化钾基化合物与钙硅的比例可有效替代铝明矾，降低成本并保障消费者健康。
张红园|孙红楠|马梦梅|穆泰华
中国农业科学院食品科学技术研究所，农业农村部农产品加工重点实验室，中国北京市海淀区圆明园西路2号，邮政信箱5109，100193
摘要
本研究评估了硅酸钙（CSi）与海藻酸钾（PA）和磷酸二氢钾（KDP）结合使用对非明矾湿马铃薯淀粉面条（WPSNs）质地的影响。含有0.3% CSi + 0.5% KDP、0.5% CSi + 0.3% KDP、0.4% CSi + 0.5% PA和0.5% CSi + 0.5% PA的配方相比纯淀粉面条（1.27 g/mm2）具有更高的拉伸强度（2.85–2.96 g/mm2），与使用明矾制成的面条（2.77 g/mm2）相当。这种增强效果归因于形成了更具弹性的粘合剂和更强的淀粉面团，从而促进了淀粉颗粒的更紧密堆积和更坚固的凝胶网络。具体而言，CSi和PA的结合增强了WPSNs中分子间的氢键作用以及凝胶网络的水分结合能力。本研究提供了一种经济有效的替代明矾的方法，利用硅酸钙与钾基化合物共同生产非明矾湿马铃薯淀粉面条。
引言
马铃薯（Solanum tuberosum L.）是继小麦、水稻和玉米之后世界上第四重要的粮食作物，其干重中70%–85%为淀粉（FAO, 2020; Reyniers et al., 2020）。由于其显著的粘度、较低的糊化温度以及出色的稳定性和透明度，马铃薯淀粉被视为多种淀粉基食品的优质原料（Chen et al., 2022; Reyniers et al., 2020）。
马铃薯淀粉面条是一种基于淀粉的主食，在中国和其他一些东方国家非常受欢迎。根据水分含量，可分为干型（水分含量<15%）和湿型（水分含量>50%）两种（Zhang et al., 2023）。与干型面条相比，湿马铃薯淀粉面条（WPSNs）因烹饪时间更短、能耗更低、更方便而越来越受到消费者的青睐（Yang, Dhital, et al., 2021; Yang, Luo, et al., 2021; Yang, Tang, et al., 2021; Zhang et al., 2023）。WPSNs的生产包括预糊化淀粉的制备、面团的形成以及通过滴落、挤出或切割等方法进行成型（Feng et al., 2020）。然而，由于淀粉分子间的交联作用，WPSNs的淀粉浓度较低，面团和粘合剂的流变稳定性较弱，导致其拉伸强度较低、断裂率较高且烹饪损失较大。通常通过添加KAl(SO?)?·12H?O（即明矾）来解决这些问题（Zhang et al., 2023）。然而，研究表明明矾中的铝离子（Al3?）可能增加患骨质疏松症和阿尔茨海默病的风险（Feng et al., 2020）。因此，迫切需要寻找更安全的替代品来提高WPSNs的质量，从而保障消费者的健康。
以往关于明矾替代品的研究主要集中在评估蛋白质和多糖对湿红薯淀粉面条质量的影响（Feng et al., 2020）。与红薯、谷物和豆类淀粉不同，马铃薯淀粉的特点是含有较高的直链淀粉含量，其中含有大量的磷酸基团（50–120 mg/100 g），这使得它比蛋白质和多糖更容易受到离子的影响（Reyniers et al., 2020）。一些研究表明，二价和多价阳离子（Fe3?、Al3?、Ca2?、Cu2?）比单价阳离子（Na?）能更好地改善马铃薯淀粉的加热稳定性和凝胶强度。这可能是由于淀粉-水与离子-淀粉之间的相互作用，类似于明矾的作用机制（Li et al., 2011; Li et al., 2015; Li et al., 2019; Reyniers et al., 2020）。我们之前的研究也表明，添加磷酸二氢钾、海藻酸钾、碳酸钙或硅酸钙可以通过降低马铃薯淀粉的粘度并增强面团稳定性来改善非明矾WPSNs的拉伸性能和烹饪过程中的断裂时间。然而，这些WPSNs的质量仍明显低于添加明矾的制品（Zhang et al., 2023）。我们假设通过调整磷酸二氢钾、海藻酸钾、碳酸钙和硅酸钙的比例，可以进一步提高WPSNs的质量。
因此，本研究系统地研究了不同化合物比例下磷酸二氢钾、海藻酸钾和硅酸钙对马铃薯淀粉糊化性能、粘合剂和面团的流变性能以及非明矾WPSNs的结构和质地特性的调节作用。相关发现有望为提高非明矾WPSNs的质量提供有价值的见解，同时兼顾人类健康保护和成本降低。
材料
本研究使用的马铃薯淀粉纯度为96.02%（干重），水分含量为16%，购自中国河南省豫宇生物科技有限公司。海藻酸钾（C??H??K?O??）、磷酸二氢钾（KH?PO?）和碳酸钙（CaCO?）购自中国河南省中兴化工有限公司，硅酸钙（CaSiO?）购自中国河南省泰康生物科技有限公司。所有添加剂均为食品级。
马铃薯淀粉粘合剂、面团和WPSNs的制备
面团和WPSNs的制备过程如下：
淀粉的糊化性能
在吸水和水热处理过程中，淀粉颗粒会先膨胀，随着温度升高，其内部结构逐渐破坏，导致直链淀粉渗出（Fu et al., 2025）。随后在冷却过程中，淀粉晶体矩阵内的氢键重新形成，使糊体粘度增加（Yang, Dhital, et al., 2021; Yang, Luo, et al., 2021; Yang, Tang, et al., 2021）。图S1A展示了添加明矾和四种化合物系统的马铃薯淀粉糊化行为曲线。
结论
本研究探讨了硅酸钙与海藻酸钾和磷酸二氢钾结合使用对马铃薯淀粉糊化性能、粘合剂糊体的流变特性以及最终WPSNs的质地、水分分布和微观结构等品质特性的影响。结果表明，含有0.3% CSi + 0.5% KDP、0.5% CSi + 0.3% KDP、0.4% CSi + 0.5% PA和0.5% CSi + 0.5% PA的WPSNs表现出更好的拉伸性能。
作者贡献声明
张红园：撰写 – 审稿与编辑、原始稿撰写、方法学设计、实验设计、数据分析。孙红楠：撰写 – 审稿与编辑、结果验证、项目监督、资金筹措、概念构思。马梦梅：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、方法学设计、数据分析、概念构思。穆泰华：撰写 – 审稿与编辑、结果验证、项目监督、概念构思。
未引用参考文献
Li, Wang, Chen, Liu and Li, 2017
Tan, Tan and Easa, 2020
利益冲突声明
作者声明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。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（编号32302256）和中国农业科学院农业科技创新项目（编号CAAS-ASTIP-202X-IFST）的支持。同时，作者也感谢中国农业科学院食品科学技术研究所提供的支持。
