通过射频控制的糊化程度来揭示大米面包中气体电池结构改善的机制：重点关注蛋白质-淀粉基质与面团液体的界面

《Food Research International》：Unraveling the mechanism of improved gas cell structure in rice bread by radio-frequency-controlled gelatinization degree: A focus on protein-starch matrix and dough liquor interface

本研究利用射频（RF）技术处理大米浆，调控凝胶化程度（GD），优化无麸质大米面包的气体细胞结构。实验表明GD60%时，面包具有最高特定体积（2.23 mL/g）、最低硬度（10.36 N）和均匀组织（48.13%孔洞面积），而GD超过75%则显著劣化。机制分析揭示GD60促进蛋白质-淀粉网络形成，减少表面活性剂（如脂类降低41.28%），增强泡沫稳定性（58.42%）；过高GD导致淀粉主导刚性矩阵，破坏气液界面结构。该研究为开发高质量无麸质大米面包提供了理论依据和技术支持。

　　

胡东升|田颖琪|熊倩洁|李梦歌|李瑞|王少金

中国陕西省杨凌市西北农林科技大学机械与电子工程学院，邮编712100

摘要

无麸质大米面包中的气体孔结构是其品质的主要限制因素。尽管射频（RF）技术在通过调节淀粉糊化过程来改善大米面粉品质方面显示出潜力，但其对大米面包中气体孔结构形成的具体机制仍不够明确。本研究采用射频糊化的大米浆（RFGRS，浓度为200 g/L），控制其糊化程度（GD）在30%至90%之间，作为一种“清洁标签”方法，并将其加入面包配方中，确保RF改性面粉占总面粉混合物的20%（干基）。系统地研究了GD对气体孔相关性质的影响，并通过分析蛋白质-淀粉基质和面团液体的界面性质来阐明其背后的机制。结果表明，当GD为60%时，可以获得最高的比体积（2.23 mL/g）、最低的硬度（10.36 N）以及最均匀的面包内部结构（孔隙面积占比48.13%）。当GD超过75%时，面包品质显著下降。机制分析显示，最佳的GD通过二硫键交联（自由巯基减少12.96%）和蛋白质结构有序化（α-螺旋和β-折叠增加）促进了具有凝聚力的蛋白质-淀粉网络的形成，同时通过减少面团液体中的表面活性剂（例如脂质减少41.28%）提高了泡沫稳定性和表面张力。相反，过度糊化会导致以淀粉为主导的刚性基质，限制网络灵活性并损害气液界面的完整性。本研究证明，通过RF处理精确控制GD可以同时优化整体基质和界面性质，为开发高质量的大米面包提供了一种可行的策略。

引言

大米（Oryza sativa L.）是全球近一半人口的主食，由于其低致敏性、易消化性和温和的感官特性，被广泛认为是无麸质（GF）产品的主要原料（Yan, Luo, Ye, & Liu, 2025）。随着对GF食品需求的增长，大米面包已成为乳糜泻患者或麸质不耐受者的关键食品（Ramli, Sato, Nishinari, Tsumura, & Nagano, 2025）。然而，大米面粉中天然缺乏麸质导致面团的气体保持能力差和粘弹性弱。因此，传统的大米面包通常具有不均匀的孔隙分布、低比体积、高硬度和粗糙的质地，这严重限制了其工业生产和市场接受度（Dan et al., 2022）。

常见的缓解这些缺陷的策略依赖于添加水胶体、蛋白质和酶等外源性添加剂。虽然这些添加剂在某种程度上有效，但它们违背了“清洁标签”的趋势，可能会引入不希望出现的味道或增加生产成本（Yan, Luo, Ye, & Liu, 2024）。更重要的是，这些方法未能解决大米面粉基质本身的根本结构缺陷。因此，最近的研究越来越多地集中在通过热处理技术来修改大米面粉的物理化学性质，以构建更加紧密和功能性的蛋白质-淀粉网络（Ma et al., 2025）。例如，多项研究表明，热湿处理、热水处理和挤压处理可以改善大米产品的品质（Rostamabadi et al., 2024）。与依赖缓慢热传导的传统加热方法相比，射频（RF）处理是一种新颖的介电加热技术。它通过分子偶极旋转和离子传导快速均匀地加热材料，从而最小化了由于表面过热引起的热降解风险，最终确保了更高的产品品质（Zhou, Yang, Tian, Kang, & Wang, 2023）。一些研究表明，RF处理可以显著改善各种GF谷物（包括大米、玉米和荞麦）的加工性能（Hu et al., 2025a）。然而，目前关于RF改性大米面粉的研究主要集中在其糊化和流变性质上，对其在GF产品中的烘焙适应性的系统研究仍然很少。

淀粉的糊化程度（GD）是决定谷物面粉功能性质的基本参数，可以作为评估RF处理效果和一致性的关键指标（Hu et al., 2025b; Yan et al., 2024）。据信，最佳的GD对GF产品的品质至关重要，因为糊化不足或过度都会对最终产品产生不利影响。例如，糊化程度为50%的燕麦面粉在蒸蛋糕中表现出最佳品质，而添加糊化程度超过30%的土豆面粉会损害蒸面包中的气体孔结构（Li et al., 2022; Sun, Qian, Ma, Liu, & Wang, 2024）。尽管我们之前的工作建立了一个用于精确控制RF处理后大米面粉GD的机器学习模型，但这种受控GD在调控大米面包中气体孔的形成和稳定性方面的确切作用尚未完全理解（Hu et al., 2025c）。

气体孔的稳定性对于实现均匀的面包内部结构至关重要（Song, Guo, & Zhu, 2024a）。在小麦面包烘焙中，这种稳定性被认为依赖于两种机制：面筋网络和薄液层结构（Qian, Sun, Ma, Liu, & Wang, 2024）。虽然大米面团和面包缺乏面筋蛋白，但RF处理可以诱导淀粉糊化、蛋白质热聚集以及淀粉-蛋白质复合物的形成（Hu et al., 2025b）。鉴于含有RF改性面粉的大米面包品质有所改善，可以假设糊化的淀粉和变性的蛋白质会促进大米面团内的复杂相互作用。此外，在GF发酵面团中，由面团液体组成和界面性质决定的薄液层可能在气体孔稳定性中起关键作用。例如，Sun等人（2024）表明，GF燕麦面包的品质取决于其面团液体的组成，其中高脂质含量和低表面张力会导致不均匀的面包内部结构。同时，Janssen, Wouters, Pauly和Delcour（2018）将GF面包中的不均匀面包内部结构与特定的面团液体性质联系起来，进一步强调了层状结构的重要性。因此，阐明RF处理后大米面包中气体孔稳定性改善的机制需要双重视角的研究：蛋白质-淀粉基质网络的发展，以及决定薄液层稳定性的面团液体性质。

基于这一理念，本研究旨在：（1）通过精确调节RF加热温度制备糊化程度为30–90%的大米浆（200 g/L），并将其加入GF大米面包配方中；（2）系统研究其对大米面包气体孔结构相关品质的影响；（3）通过分析蛋白质-淀粉基质网络和决定薄液层稳定性的面团液体界面性质来揭示其背后的机制。这些发现可能为高质量GF大米面包的工业生产提供理论基础和技术支持，同时扩展RF技术在谷物深度加工中的应用范围。

材料

原材料

来自中国黑龙江省五常市的商用粳米（品种Wu Youdao No.4）含水量为11.68%（湿基），淀粉含量73.18%，蛋白质含量7.64%，脂肪含量3.36%，直链淀粉含量16.74%。活性干酵母、糖和盐从当地市场购买。所有化学品均为分析级。

制备不同GD的大米面团和面包

在连续磁力搅拌（85–2 A）条件下，将200克大米面粉悬浮在1000毫升去离子水中（密度为1 g/mL，相当于1000克），制备了200 g/L的大米浆

比体积

如图1A所示，与对照组相比，随着RFGRS糊化程度的增加，大米面包的比体积先增加后减少。RG60样品达到了最大的比体积（2.23 mL/g），表明在该条件下由RFGRS形成的淀粉-蛋白质复合网络具有适当的弹性和气体保持能力。然而，当RFGRS的糊化程度进一步增加到75%和90%时，比体积显著下降（P < 0.05），降至1.71 mL/g

结论

本研究系统阐明了RF控制的GD调节GF大米面包气体孔结构的机制。结果表明，60%的GD是一个关键的最佳值，能够协同改善面包的比体积、质地和内部结构的均匀性，而超过75%的GD会导致品质显著下降。这项工作的关键新发现在于它区分了以往仅关注单一因素改进的研究。

作者贡献声明

胡东升：撰写——原始草稿、方法论、研究、数据分析。田颖琪：验证、软件使用、数据管理。熊倩洁：数据可视化、研究、数据管理。李梦歌：数据可视化、验证、方法论。李瑞：监督、资源协调、概念构思。王少金：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢中国陕西省关键研发计划（2023-YBNY-201）、中国榆林市科技计划（2023-CXY-181）以及2023年实验技术研究及实验室管理创新项目（SY20230214）提供的财政支持。此外，我们还要感谢Scientific Compass（www.shiyanjia.com）提供的结构表征和分析服务。