APPS | 蛋清在短期低温储存中延缓米面包老化变质的机制

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Abstract

米面包（RB）因其柔和的质地和独特的风味而备受青睐，但极易受到品质下降的影响，尤其是储存过程中淀粉老化和水分流失导致的品质下降。本研究阐明了鸡蛋清（EW）如何延缓RB在短期低温储存期间的老化过程。考虑到EW卓越的功能特性，研究者利用质地分析、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）和低场核磁共振（LF-NMR）对其对水分分布和老化的影响进行了评估。结果显示，0.9%的EW显著降低了RB的硬度至（56.72 ± 1.90）N，与对照组相比降幅达59.37%。EW有效抑制了老化过程，使相对结晶度（RC）从10.65%降至9.48%，并降低了老化焓（ΔH）至1.92 J/g。此外，LF-NMR分析显示，EW改变了水分分布：它减少了结合水（A21、A22）的量，同时增加了弱结合水（A23）和自由水（A24），表明内部水分迁移存在双向平衡。本研究证明，EW通过增强内部水分的移动和分布，从而抑制淀粉分子链的聚集和再结晶，延缓RB的老化过程。这项研究提供了一种新颖、天然的RB防老化策略，具有理论和实践双重价值。

Introduction

米面包（RB）的制作过程包括配料混合、发酵、压扁、发酵和烘焙等步骤。由于其柔和的质地和独特的风味，广受欢迎。然而，RB通常面临一些挑战，例如在缺乏对网络结构形成和水分保持至关重要的蛋白质时，其老化速度加快且保质期缩短。淀粉的老化过程可分为短期老化和长期老化两种。短期老化主要由直链淀粉驱动，它经历快速且不可逆的再结晶过程，并在淀粉聚糖的结晶区域内生长，从而导致面包在冷却后变硬。另一方面，长期的老化过程则以直链淀粉为主，并持续数周之久，从而影响产品的储存特性。

近期，为改善RB的品质并延长其货架期，众多研究聚焦于各类添加剂的应用，其中包括水胶体、乳化剂、蛋白质和酶等。在这些添加剂中，基于蛋白质的添加剂通常被视为一种绝佳选择，因其具备独特的功能特性，能够带来质地改良、营养强化以及抗老化等方面的益处。蛋清（EW）蛋白能够提升面包的颜色和风味，同时还能增强其营养成分，且适用于患有乳糜泻的人群。作为烘焙中最广泛使用的天然添加剂，EW蛋白能够形成强韧、具有粘弹性的薄膜，相较于乳清蛋白和豆蛋白，这种薄膜更有效地提升了面包的结构完整性和营养价值。EW作为一种广泛可得且天然的蛋白质来源，因其卓越的功能特性而在改善面包品质方面引起了广泛关注。这些特性包括优异的凝胶化（形成稳定的3D网络）、乳化以及保水能力。这些性能可能在淀粉基食品的质地和抗老化过程中发挥关键作用。研究表明，EW蛋白能够有效抑制小麦淀粉凝胶的老化过程，其机制包括通过争夺水分子或与淀粉分子相互作用来延缓双螺旋结构的形成和淀粉分子的聚集。从结构上看，这种干扰表现为氢键结合力减弱、短程有序结构（如双螺旋结构）的形成受限，以及长程有序结构（如结晶区域）受到抑制。从热力学角度来看，这表现为淀粉老化焓显著降低。这些发现为EW在延缓RB老化过程中的应用提供了重要的理论依据。

本工作旨在通过对结构硬度演变、水分迁移动态、淀粉结晶性变化以及热焓值变化的分析，研究EW机制在短期低温储存期间对抑制RB老化的作用。此项研究将增进对淀粉基烘焙食品老化理论的认识，并为RB抗老化技术的开发提供新策略，兼具理论意义和实用价值。

Results and Discussion

EW对RB硬度的影响

硬度是评估淀粉类烘焙食品老化程度的一项关键指标。经过长期储存后，所有RB样品的硬度均显著提升（图1）。其中，对照组在4 °C储存条件下表现出最快的老化速率，于第7天达到100.95 N的硬度。相比之下，3%-EWEB、6%-EWEB、9%-EWEB和12%-EWEB组则显示出显著较低的硬度（P＜0.05），与对照组相比分别降低了18.08%、45.45%、53.97%和58.58%。这表明EW能够有效延缓RB的老化过程。通过部分替代籼型RF,EW改变了发酵过程中的水分状态和内部网络结构，最终降低了RB的硬度。此外，RB的硬度会随着EW浓度的增加而降低，这可能归因于蛋白质作用导致的淀粉微相浓度降低以及淀粉分子结晶过程的抑制。关键之处在于，9% EW与12% EW组之间并未显示出显著差异（P＞0.05），这表明9% EW能够有效抑制RB的老化过程，并代表了最佳水平。面包硬度的变化受到多种因素的影响，包括初始硬度、内部结构、结合水以及淀粉的老化过程。为进一步阐明EW抗老化作用的机理，尚需开展纳入更多指标因素的进一步研究。

图1 EW处理对RB硬度在储存期间的影响

EW-RF上的微观结构变化

淀粉和蛋白质分别在特定的激发波长下显示出绿色和红色的荧光（图2）。与0% EW-RF（图2A-C）相比，淀粉颗粒呈松散聚集状态，结构不连续，内部蛋白质分布稀疏，且存在大量空隙，这与纯RF面团的情况颇为相似。9% EW-RF（图2D-F）显示出更多EW蛋白填充了晶粒间的空隙并附着于表面。这有效填补了空隙，并增强了基质连续性，从而有助于抵御老化现象。然而，与通过双硫键以及EW与淀粉之间的非共价相互作用所形成的复合网络不同。EW原生蛋白质可能以较弱的非共价键形式充当一种微弱的黏合剂，但当添加足够的外部EW时，一种更为连续且稳定的基质结构得以形成，并且能够有效抵御在老化过程中发生硬化。

图2 CLSM显微图像显示EW-RF混合物中添加0%和9% EW的情况

EW影响了RB的含水量

水分在维持面包内部结构的弹性方面起着至关重要的作用。水分不足会阻碍淀粉的糊化过程，而过多的水分则会限制淀粉分子聚合与排列的进程，从而降低淀粉的结晶性。面包的老化是一种由内部水分流失和外部淀粉葡聚糖再结晶作用驱动的动态劣化过程。在储存过程中，所有RB样品均表现出水分逐渐减少的趋势（图3）。然而，随着EW含量的增加，水分流失速率随之降低。与对照组相比，3%-EWEB、6%-EWEB、9%-EWEB和12%-EWEBRB在第7天时的水分减少量分别为14.58%、8.41%、7.68%、6.75%和6.10%。这表明EW能够有效抑制水分流失并延缓RB的老化过程。这可能归因于EW蛋白形成了连续的网状结构，并作为物理屏障覆盖在淀粉颗粒表面，从而限制了水分从内部向外部的迁移。

图3 EW处理对RB在储存期间水分含量的影响

RB晶体结构的变化

直链淀粉和支链淀粉分子链的重排与面包的老化现象密切相关。XRD被用于分析EW对RB在储存过程中的结晶度的影响。位于20°的特征峰归因于V型晶体结构（例如淀粉-脂质和淀粉-酚类复合物），这一峰在整个储存过程中保持稳定（图4）。然而，经过24 h的储存后，一个明显的峰出现在17°，这属于典型的B型晶体结构。随着EW添加量的增加，峰强度逐渐减弱，同时伴有轻微的蓝移现象，这可能与EW-淀粉相互作用导致的淀粉直链糖分子滞后老化有关。所有样品在早期储存阶段（0～1 d）均表现出快速结晶特性，随后结晶速率逐渐放缓（1～7 d）。这很可能是因为淀粉分子的快速结晶最初主导了RB的老化过程，而淀粉束的缓慢老化则发生在后期。与对照组相比，3%-EWRB、6%-EWRB和9%-EWRB的结晶度均有所降低，表明低剂量的EW抑制了淀粉链的迁移，并破坏了淀粉分子间氢键的重构，从而延缓了RB的老化过程。有趣的是，当EW的添加量超过9%时，结晶度却出人意料地增加。这可能是因为高EW含量导致水分过度滞留，促进了淀粉链的频繁碰撞并促进了再结晶过程。

图4 EW处理对RB在储存0 d（A）、1 d（B）和7 d（C）后的XRD图谱的影响

EW影响RB的水分分布

A21和A22代表RB中结合水的相对含量，而A23和A24则分别对应于弱结合水和游离水。在短期低温储存期间，所有RB样品的水分分布趋势为：A23＞A22＞A24＞A21（图5）。这表明弱结合水水分在RB水分中占据主导地位。在对照组中，储存过程中A21的减少和A24的增加表明淀粉持水能力的下降，这促进了结合水向自由水的迁移，并加速了淀粉束晶体的老化过程，从而协同加速了RB的老化过程。A22和A23表现出显著的波动，这反映出内部水分迁移的双向动态平衡状态。与对照组相比，A21和A22降低而A23和A24升高，这反映了由EW驱动的内部水分迁移的双向动态平衡。值得注意的是，对照组A23在第7天增加了12.69%，而3%-EWRB、6%-EWRB、9%-EWRB和12%-EWRB则分别增加了11.91%、11.90%、11.29%和11.71%。EW附加RB条件下A23的较小增幅表明，EW破坏了淀粉之间的相互作用，增强了水分固定作用，并抑制了水分迁移和水相转变，从而有效延缓了RB的老化过程。

图5 EW对RB在0、1、3、5、7 d储存期间水分分布的影响

Conclusion

研究结果表明，EW能够有效减缓RB在短期冷藏储存期间质量下降的现象，其机制在于延缓淀粉的老化过程并减少水分损失。结果显示，0.9%的EW显著降低了RB的硬度，降幅达59.37%，同时降低了ΔH和RC值，并抑制了老化淀粉B型晶体的形成，从而证实了EW抑制淀粉老化的能力。机理分析显示，EW通过调节RB基质内的水分移动和分布来减缓RB的老化过程。观察到水分分布的双向变化，表现为结合水减少、弱结合水和自由水增加。这种重新分布增强了内部水分平衡，从而阻碍了淀粉分子链的聚集和再结晶。EW是一种天然、丰富的蛋白质，能够通过水介导的抗老化机制提升RB的储存稳定性。本研究为淀粉-水相互作用提供了理论见解，并为延长以大米淀粉为原料的烘焙产品的货架期提供了实用价值。

Mechanisms of egg white delaying the retrogradation of rice bread during short-term low-temperature storage

Wangyan Qin, Tian Guo, Jieyao Yuan, Hong Zhu, Yanlan Liu, Cuiping Yi*

School of Food Science and Bioengineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha, 410114, China

*Corresponding author.

Abstract

Rice bread (RB) is valued for its soft texture and special flavour but is highly susceptible to quality deterioration, particularly deterioration driven by starch retrogradation and water loss during storage. This study elucidated mechanisms by which egg white (EW) delayed RB retrogradation during short-term low-temperature storage. Considering EW's wonderful functional properties, its impact on water distribution and retrogradation was assessed using texture analysis, X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), and low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR). Results demonstrated that 0.9% EW significantly decreased the RB hardness to (56.72 ± 1.90) N, with a reduction of 59.37% compared to the control. EW effectively inhibited retrogradation, lowering relative crystallinity (RC) from 10.65% to 9.48% and reducing retrogradation enthalpy (ΔH) to 1.92 J/g. Furthermore, LF-NMR analysis revealed that EW altered water distribution: it decreased the amounts of bound water (A21, A22) while increasing weakly bound water (A23) and free water (A24), indicating a bidirectional equilibrium in internal moisture migration. This study demonstrated that EW retarded RB retrogradation by enhancing internal water mobility and distribution, thereby inhibiting the aggregation and recrystallization of starch molecular chains. The research provided a novel, natural strategy for RB anti-retrogradation with both theoretical and practical value.

Reference:

Qin, W., Guo, T., Yuan, J. et al. Mechanisms of egg white delaying the retrogradation of rice bread during short-term low-temperature storage. Agric. Prod. Process. Sto. 2, 4 (2026). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00037-1

翻译：罗敬（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：摄图网

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