荞麦螺旋面在冷冻储存过程中质量劣化的分析：脂质和蛋白质的氧化

《Food Chemistry》：Analysis of quality deterioration of buckwheat hele noodles during freezing storage: oxidation of lipids and proteins

荞麦面冷冻储存期间质量劣变机制研究：系统分析表明-18℃储存80天时脂质-蛋白质共氧化显著加剧，MDA和羰基含量分别升高71.9%和133.2%，巯基含量持续下降，LOX和CAT酶活性递减，蛋白质二级结构β-折叠比例增加，微观结构出现孔隙扩大，风味分析鉴定出2-壬烯醛和1-辛烯-3-醇为关键异味物质。

　　

杜婷|李雅蕾|罗瑞明|高双|姜启健|马梦瑶|张玲玲|肖玉英

宁夏大学食品科学与工程学院，中国银川

摘要

本研究系统地探讨了荞麦螺旋面（BHN）在-18°C下冷冻储存80天期间的质量变化。观察到明显的脂质-蛋白质共氧化现象，表现为丙二醛（MDA）含量增加了71.9%，羰基含量增加了133.2%。巯基含量持续下降，而关键不饱和脂肪酸的水平逐渐降低。脂氧合酶（LOX）和过氧化氢酶（CAT）的活性逐渐减弱，从而抑制了酶促氧化，但促进了非酶促氧化。显微分析显示面筋网络受到破坏，孔隙扩大，蛋白质二级结构中的β-折叠结构比例显著增加，表明蛋白质聚集和交联作用增强。风味分析表明，醛类和酮类的含量在40天时达到峰值，2-壬烯醛和1-辛烯-3-醇被确定为主要不良风味化合物。相关性分析证实，蛋白质和脂质的氧化是BHN在冷冻储存过程中质量下降的主要因素。

引言

荞麦螺旋面（BHN）是中国西北地区的一种传统主食，主要由荞麦粉制成。它们不仅风味独特，还因其丰富的营养成分和功能性成分而被广泛认为是健康食品（Xue等人，2022年），因此受到消费者的喜爱。近年来，现代生活方式的加速和消费模式的改变显著增加了预包装冷冻面条产品的需求，为传统面条的工业发展创造了新的机遇。然而，荞麦粉本身缺乏形成面筋的蛋白质，这阻碍了连续稳定面筋网络的形成（Wang等人，2024年）。与小麦粉相比，荞麦粉不仅缺乏面筋蛋白，还具有较高的油脂含量，尤其是易氧化的亚油酸和亚麻酸（Zhu，2016年）。这使得脂质氧化成为BHN加工和储存过程中质量下降的核心生化过程（Hidalgo & Brandolini，2008年）。

这些特性使得BHN在加工和储存过程中极易发生质量下降，主要表现为颜色变深、质地变硬和风味丧失，从而限制了其工业化生产和市场扩展（Puligundla & Lim，2021年）。

在食品保存中，低温冷冻被广泛用于抑制微生物生长和减缓酶促反应，从而延长产品保质期。然而，冷冻不能完全防止食品质量的下降。大量研究表明，冷冻会引起一系列复杂的物理化学变化，包括冰晶形成和再结晶、冻浓缩效应以及氧化反应的加速（Liu, Chen等人，2023年）。对于富含不饱和脂肪酸的荞麦制品来说，脂质氧化是导致风味下降的主要因素。多不饱和脂肪酸（PUFAs）氧化后形成的氢过氧化物会分解成低分子量的挥发性化合物（如醛类、酮类和醇类）。这些挥发性化合物不仅会直接产生不良气味，还会与蛋白质侧链反应，引发氧化、聚集和交联（Wang等人，2021年）。这最终破坏了面团网络结构，降低了质地性能（Liu, Yang等人，2023年）。

尽管关于冷冻小麦面条质量下降的研究很多，但由于原料基质和变质机制的根本差异，其结论不能直接应用于荞麦面条系统（Wang等人，2014年）。首先，就基质而言，传统小麦面条依赖连续的面筋蛋白网络来保持结构完整性，冷冻过程中的变质主要源于冰晶造成的物理损伤（如网络破裂）和淀粉回生（Zhu，2016年）。相比之下，本研究中研究的荞麦面条（高比例荞麦粉或全荞麦粉）完全缺乏面筋网络，使其结构更加脆弱。此外，荞麦粉本身较高的不饱和脂肪酸含量使其更容易发生氧化。其次，现有文献主要研究的是以“小麦粉为主要成分，添加少量荞麦粉”的混合面条。在这些配方中，强大的小麦面筋网络部分掩盖或缓冲了荞麦成分（如可氧化脂质）的负面影响（Bardini等人，2018年）。然而，当荞麦粉的比例显著增加或成为主要原料时，由脂质氧化引起的化学变质以及与脆弱蛋白质网络的相互作用成为质量下降的主要因素（Cao等人，2021年）。因此，系统地阐明冷冻储存如何触发和加速这种独特的无面筋、高不饱和脂质基质中的脂质-蛋白质共氧化过程，以及其对多方面质量（颜色、风味、质地、微观结构）的共同不利影响，对于开发真正高质量的冷冻荞麦主食产品至关重要。此外，冻浓缩效应显著增加了未冻结相中反应物的浓度，从而加速了氧化反应，形成了质量下降的恶性循环（Pan等人，2019年）。

已有大量关于传统小麦面条在冷冻储存期间的物理化学性质、质地特征和回生行为的研究。例如，Liu等人（2019年）报告称，冷冻煮熟后的面条质地和烹饪质量随时间恶化。显微观察显示结构变粗、孔隙扩大和面筋网络破碎，这些都对面条的质地和烹饪质量产生了负面影响。这些研究为理解面条产品的冷冻储存稳定性提供了重要基础。然而，由于荞麦粉缺乏形成面筋的蛋白质和较高的油脂含量，其冷冻储存稳定性与小麦粉存在显著差异。

关于BHN在长期冷冻储存过程中多方面质量参数（如颜色、氧化水平、关键酶活性、微观结构、蛋白质二级结构和挥发性风味化合物）的动态演变，系统而全面的研究仍然有限。此外，这些因素之间的内在关联和协同机制尚未得到充分理解。特别是蛋白质构象变化与脂质氧化产物之间的相互作用及其对宏观质量的影响尚未阐明。因此，本研究旨在全面评估BHN在-18°C下不同储存时间内的质量演变。研究目的是表征颜色、脂质和蛋白质氧化、关键酶活性、微观结构、蛋白质二级结构和风味化合物的动态变化，并揭示这些参数之间的内在关系及其变质机制。

材料与化学品

荞麦粉（甜荞麦，学名：Fagopyrum esculentum Moench）是使用0.5毫米筛网的超细离心粉碎机（中国济宁玉台世真汇英农业科技有限公司）以28,000转/分钟的速度研磨荞麦颗粒制成的。根据美国官方分析化学家协会（AOAC）的方法测定，标准荞麦粉的成分如下（湿基）：水分：12%；蛋白质：18%；

不同储存时间下BHN的破损率和煮熟损失率

为了系统评估BHN在冷冻储存过程中的质量变化，本研究测量了储存不同时间的样品的煮熟损失率和破损率。煮熟损失率和破损率是评估面条质量的关键指标。煮熟损失率间接反映了煮制过程中损失的物质量；较低的煮熟损失率表明面条中营养成分的保留能力更强。相反，较低的破损率表明

结论

通过全面的多指标分析，本研究系统阐明了BHN在-18°C下储存0-80天期间的质量降解模式和潜在机制。面条的L*值显著增加并保持在较高水平，这归因于冰晶形成和解冻过程中的水分损失。相反，与红绿色和黄蓝色成分相关的a*和b*值由于脂质氧化而持续下降。

显微

CRediT作者贡献声明

杜婷：撰写——初稿，可视化，数据管理。李雅蕾：资金获取，正式分析，数据管理。罗瑞明：撰写——审稿与编辑，资源协调，项目管理。高双：正式分析，数据管理。姜启健：可视化，软件应用，正式分析，数据管理。马梦瑶：可视化，软件应用，正式分析，数据管理。张玲玲：可视化，实验设计。肖玉英：方法学设计，正式分析。

未引用的参考文献

Estévez和Luna，2017

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本工作得到了自治区重点科技（支持）计划项目和宁夏风味预制餐关键技术的支持。