《食品科学》：郑州轻工业大学张艳艳教授等：磁场对小麦淀粉凝胶老化特性的影响

淀粉凝胶食品（如凉皮、凉粉等）是以谷类、薯类或豆类淀粉为主要原料，经加热糊化和冷却老化形成的一类介于液态和固态之间的凝胶体，具有独特的弹性与质构强度，表现出良好的食用品质，深受消费者喜爱。然而，淀粉凝胶食品在贮藏过程中易发生老化现象，导致水分散失、硬度增加、弹性下降、口感变差等问题，严重影响产品品质和货架期。淀粉凝胶食品的老化过程受多种因素共同影响，包括淀粉来源、组分构成、水分含量、贮存温度和贮存时间等。因此，深入理解淀粉老化机理及其影响因素，开发针对性的延缓老化方法，对维持淀粉凝胶食品品质具有重要意义。

目前，抑制淀粉老化的方法主要包括物理技术（如辐照、超声波、超高压等）以及添加抗老化剂（如蛋白质、多糖、酶制剂、变性淀粉、亲水胶体等）。近年来，物理加工技术因其绿色、高效、无残留的特点，在食品保鲜与品质调控领域展现出广阔前景。其中，磁场作为一种新兴物理加工技术，已被证实可通过影响水分子排布、分子间氢键及结晶行为，干预生物大分子的聚集与重排过程，进而调控食品品质。在冷冻面团中，磁场处理能有效抑制冰晶的生长与重结晶，从而减轻对面筋网络及酵母细胞的机械损伤，维持面团的发酵潜力。在肉制品中，磁场则通过影响肌原纤维蛋白的构象与聚集状态，调控内部水分的取向与迁移，进而增强蛋白质的水合作用，提升肉制品的保水性与嫩度。此外，Li Dandan等研究发现，磁场处理可显著降低发芽糙米在贮藏过程中的水分流失并有效抑制水分的迁移与扩散；Li Yutong等指出，磁场处理提高了水分子的稳定性并抑制了冰晶的生长，显著降低了米饭的硬度，并抑制熟米饭中淀粉的老化；Cao Yucheng等发现磁场处理显著降低了紫薯淀粉的相对结晶度，有效限制了水的流动性，促进紫薯淀粉凝胶内部水分的均匀分布。然而，目前关于磁场对淀粉凝胶老化行为的影响及调控机制尚不明确。

因此，郑州轻工业大学食品与生物工程学院的张艳艳、肖倩和申慧珊*等人以小麦淀粉凝胶为对象，在4 ℃冷藏条件下分别施加不同强度的静磁场，通过测定淀粉凝胶贮藏过程中的硬度、凝胶强度、失水率、水分分布、老化度、结晶结构、短程有序结构及微观结构的变化，研究不同磁场强度对淀粉凝胶老化行为的影响及作用机制，以期为淀粉凝胶食品的品质保持与货架期延长提供一种具有应用前景的物理调控新方法。

1 硬度和凝胶强度分析

淀粉凝胶硬度和凝胶强度的增加是淀粉老化过程的显著特征，因此，可将其作为评价淀粉老化程度的指标。不同磁场强度下小麦淀粉凝胶贮藏期间的硬度和凝胶强度变化如图1所示。随着贮藏时间的延长，所有淀粉凝胶样品的硬度和凝胶强度均显著增加（P＜0.05），表明淀粉凝胶在贮藏过程中发生了老化。此过程主要归因于淀粉的短期与长期老化：在短期老化过程中，直链淀粉通过氢键作用，快速形成双螺旋结构，并进一步缔结成具有一定韧性的淀粉凝胶网络结构；而在长期老化过程中，支链淀粉侧链重新排列与堆叠，形成更稳定的层状结晶，进一步增强了网络结构的刚性，从而导致淀粉凝胶变硬。

在相同贮藏时间下，与对照组（0 mT）淀粉凝胶相比，磁场处理使淀粉凝胶的硬度和凝胶强度显著下降（P＜0.05），并且随着磁场强度的增加，淀粉凝胶的硬度和凝胶强度呈逐渐降低趋势，例如在4 ℃条件下贮藏8 d后，经3、5、10、15 mT磁场处理的淀粉凝胶的硬度分别从对照组的1 028.53 g降至959.75、905.88、828.24 g和757.16 g，凝胶强度分别从196.60 g降至191.48、174.81、160.85 g和151.15 g，与对照组（0 mT）相比，15 mT磁场处理组的硬度、凝胶强度分别降低了26.38%、23.12%。表明磁场处理能够有效抑制直链淀粉的快速重排和支链淀粉的重结晶，从而延缓了淀粉凝胶的老化。磁场处理主要通过影响体系中水分子的状态和淀粉分子间的氢键干预淀粉的老化行为。一方面，磁场能量可削弱甚至打断淀粉分子链之间、淀粉与水分子之间原有的部分弱氢键，使直链淀粉分子在凝胶网络中的运动自由度相对增加，难以快速有序重排，从而延缓短期老化。另一方面，由于磁场处理已经抑制了直链淀粉网络的快速形成，使其结构更为疏松、无序，进一步破坏了支链淀粉侧链进行有序排列与结晶的结构基础，使支链淀粉的重结晶过程变得更加困难和缓慢，进而延缓长期老化。

2 失水率分析

水分含量是影响淀粉凝胶食品贮藏过程中老化的重要因素之一，而淀粉凝胶食品在贮藏过程中均伴随着不可避免的水分流失，因此，以失水率作为评价淀粉老化的指标，可以间接判断淀粉凝胶的老化程度。图2显示了在不同磁场强度下小麦淀粉凝胶贮藏期间的失水率。在相同磁场强度下，所有淀粉凝胶的失水率均随着贮藏时间的延长而逐渐增加，表明随着贮藏时间的延长，淀粉凝胶的保水能力下降，淀粉凝胶老化程度加重。这可能是由于贮藏过程中无序的直链淀粉和支链淀粉重新排列形成有序晶体结构，破坏了淀粉分子和水分子之间的氢键，导致淀粉凝胶中的水分析出。同时，分子重排导致了三维凝胶网络的结构性变化，随着淀粉分子不断聚集、晶体区域不断扩大，整个凝胶网络发生宏观上的收缩，将之前被物理包埋在网络孔隙中的自由水强行排出体系之外，从而导致水分析出。

在相同贮藏时间下，与对照组（0 mT）淀粉凝胶相比，磁场处理组凝胶的失水率显著降低（P＜0.05），且随着磁场强度的增大呈不断下降趋势，4 ℃条件下贮藏8 d后，经3、5、10、15 mT磁场处理的淀粉凝胶的失水率分别从7.25%降至6.35%、3.93%、3.78%和3.13%。这表明在淀粉凝胶贮藏过程中磁场处理增强了淀粉凝胶的水分保留能力，延缓了淀粉分子因脱水而发生的紧密聚集，从而延缓了淀粉凝胶的老化。

3 水分分布分析

淀粉凝胶水分的流动性与淀粉老化程度呈正相关，在淀粉老化过程中，凝胶网络结构发生收缩和致密化，导致部分水分被排出，体系浓度升高，分子移动性降低，从而进一步促进淀粉分子链相互靠近和有序排列，加剧老化。依据弛豫时间的不同，淀粉凝胶中的水分可分为3 种状态：强结合水（T21，0.01～10 ms）、弱结合水（T22，40～200 ms）以及自由水（T23，1 000～10 000 ms）。各状态水分的相对含量分别通过对应峰的积分面积A21、A22、A23表示。不同磁场强度下小麦淀粉凝胶贮藏期间的水分分布变化如表1所示。在相同的磁场强度下，随着贮藏时间的延长，A21呈现逐渐下降的趋势，而A23呈现逐渐上升趋势，表明贮藏过程中淀粉凝胶的强结合水含量下降，而自由水含量显著增加。这是因为在贮藏期间，淀粉分子间氢键的作用不断增强，削弱了其与水分子的氢键作用，表现为结合水比例下降、自由水比例升高，体系持水力随之降低。

在相同贮藏时间下，随着磁场强度的增加，淀粉凝胶的A21显著提高，而A23显著降低（P＜0.05）。如表1所示，在4 ℃条件下贮藏8 d后，相比于对照组（0 mT）淀粉凝胶，经3、5、10、15 mT磁场处理的淀粉凝胶的A21分别从4.38%上升至4.60%、5.08%、5.36%和6.16%，而A23从92.19%分别下降至91.85%、91.55%、90.72%和90.13%。结果表明磁场处理有效抑制了淀粉凝胶中强结合水向自由水的转化，从而延缓了其老化过程。产生这种现象的原因是静磁场可以诱导抗磁性水分子的极化，从而改变水团簇内氢键的稳定性，进而提高水分稳定性，降低了水分迁移率。

4 老化焓和老化度分析

淀粉老化的本质是直链与支链淀粉分子发生重排，淀粉分子链从无序状态转变为有序的结晶结构。这些新形成的结晶结构在受热时会发生熔解，并伴随吸热效应。通过差示扫描量热仪测得的该熔解过程所吸收的热量，即为老化焓。老化度是老化焓与糊化焓的比值，能更标准、直观地表征淀粉的老化程度。老化焓和老化度越高，表明淀粉的重结晶和老化程度越高。

不同磁场强度下小麦淀粉凝胶贮藏期间的老化焓和老化度变化如表2所示。所有淀粉凝胶样品的老化焓和老化度均随着贮藏时间的延长呈显著上升趋势（P＜0.05），表明随着贮藏时间的延长，淀粉凝胶发生严重老化。Jiang Qianqian等在不同热处理大米淀粉凝胶贮藏期间的理化性质研究中也报道了类似的结果。这些结果表明，淀粉凝胶在长期贮存过程中发生了显著的重结晶，淀粉老化形成的有序晶态结构需要更多的能量才能熔融。

在同一贮藏时间下，老化焓和老化度随着磁场强度的增大而显著降低（P＜0.05），在4 ℃条件下贮藏8 d后，相比于对照组（0 mT）淀粉凝胶，经3、5、10、15 mT磁场处理的淀粉凝胶的老化焓从1.21 J/g分别下降至1.03、0.70、0.59 J/g和0.42 J/g，同样老化度也从11.27%分别下降至9.55%、6.49%、5.46%和3.88%，与对照组（0 mT）相比，15 mT磁场处理组的老化度降低了65.57%。这可能是由于随着磁场强度的增大，淀粉分子之间结合紧密程度逐渐降低，因此焓值降低，淀粉凝胶的老化度也随之降低。

5 结晶结构分析

不同磁场强度下小麦淀粉凝胶贮藏期间的X射线衍射图谱和相对结晶度变化如图3和表3所示。随着贮藏时间的延长，所有淀粉凝胶的相对结晶度呈显著上升趋势（P＜0.05）。贮藏初期，直链分子链运动剧烈，通过分子间氢键相互靠近、缠绕和有序排列，组装形成大量微小的、结构致密的结晶区域，导致相对结晶度增加；随着贮藏时间延长，支链淀粉外侧的短链开始缓慢地相互靠近并有序堆叠，形成更完善、更稳定的双螺旋晶体结构，从而使相对结晶度持续增加。这与Dai Zhen等的研究结果一致。

然而，随贮藏时间延长，磁场处理组淀粉凝胶的相对结晶度增长速度均低于对照组（0 mT），且此抑制效应与磁场强度呈正相关。贮藏至4 d时，对照组（0 mT）、3、5、10、15 mT磁场处理组淀粉凝胶的相对结晶度从贮藏0 d的20.39%分别增加至31.21%、29.14%、28.48%、28.20%和25.26%，贮藏至8 d时，对照组（0 mT）、3、5、10、15 mT磁场处理组淀粉凝胶的相对结晶度分别增加至32.95%、31.94%、30.89%、29.69%和27.39%。这种现象可能是因为磁场处理削弱了淀粉分子链间的氢键，从而干扰其有序排列与堆叠，最终抑制了淀粉的重结晶过程，延缓了淀粉凝胶的老化。

6 傅里叶变换红外光谱分析

傅里叶变换红外光谱技术常对淀粉分子间氢键、淀粉结晶、分子链构象及双螺旋结构的变化具有较高敏感性，因此被广泛用于研究淀粉的短程有序结构。如图4所示，所有样品均呈现出相似的傅里叶变换红外光谱特征，未出现新的吸收峰，表明磁场处理没有使淀粉凝胶产生新的化学键。1 045 cm －1 处的吸收峰与淀粉的结晶结构有关，1 022 cm －1 处的吸收峰与淀粉的无定型结构有关。1 045 cm －1 与1 022 cm －1 吸收峰强度的比值（ R 1045/1022 ）可用于表征淀粉的短程有序结构，该值越高，表示短程有序性越强。由表4可知，对照组（0 mT）淀粉凝胶的 R 1045/1022 为0.800，随着贮藏时间的延长，淀粉凝胶的 R 1045/1022 值显著增加（P＜0.05），当淀粉凝胶贮藏8 d时，对照组（0 mT）、3、5、10、15 mT磁场处理组凝胶的 R 1045/1022 值分别增加至0.906、0.897、0.873、0.840、0.824，表明淀粉凝胶的有序程度提高，这与Bai Jie等的研究结果一致，这是由于贮藏过程中直链淀粉和支链淀粉发生重结晶，形成了更有序的结构。

在相同贮藏时间下，与对照组（0 mT）相比，磁场处理组淀粉凝胶的 R 1045/1022 显著降低（P＜0.05），且该值随磁场强度的增大呈逐渐降低趋势。表明磁场处理削弱了淀粉分子链之间的氢键相互作用，抑制了贮藏过程中淀粉分子的有序重排，从而降低了淀粉凝胶的短程有序程度，延缓了其老化进程。

7 微观结构分析

如图5所示，所有淀粉凝胶均呈现蜂窝状多孔结构，这是因为淀粉分子在冷却过程中脱水缩合，最终形成了致密的凝胶网络结构。对照组（0 mT-0 d）淀粉凝胶孔壁薄，形状不规则，网络结构较为紧密。随着贮藏时间的延长，淀粉凝胶呈现疏松的网状结构，孔隙大而不均匀，这是因为淀粉凝胶在贮藏期间经历了一系列物理变化，结晶度增加和水分渗出，最终导致凝胶网络减弱。

在相同贮藏时间下，随着磁场强度的增大，观察到淀粉凝胶的孔径明显减小，孔壁变薄，网络结构更致密，这与Wang Jing等的研究结果相似。这可能是因为磁场处理削弱了淀粉分子间的氢键作用，抑制了其在贮藏过程中通过氢键进行的重排与有序聚集，有助于维持凝胶结构的完整性。同时淀粉分子与水分子间氢键作用力的增强不仅提高了系统的持水能力，而且促进了凝胶基质内更均匀的水分分布。

8 结论

本研究探讨了磁场对小麦淀粉凝胶老化特性的影响。结果表明，磁场显著降低了淀粉凝胶贮藏过程中的水分散失，失水率显著下降。此外，磁场抑制了淀粉凝胶中强结合水向自由水的迁移，更好地维持了体系的水分分布状态。经磁场处理的淀粉凝胶的硬度、凝胶强度和老化度显著低于对照组淀粉凝胶，且均随磁场强度增加呈逐渐降低趋势。结构分析结果表明，磁场有效抑制了贮藏过程中淀粉分子的重结晶和有序结构的形成，导致结晶度和短程有序度降低。综上所述，磁场能够通过调控水分迁移与淀粉分子重结晶，有效延缓淀粉的老化进程。本研究为淀粉凝胶食品在贮藏过程中品质控制与货架期延长提供了一种具有潜力的新方法。

作者简介

通信作者：

申慧珊，女，博士，郑州轻工业大学讲师，硕士生导师，研究方向为淀粉结构修饰和功能化调控。

第一作者：

张艳艳，女，郑州轻工业大学教授，硕士生导师，河南省青年骨干教师。2019年担任食品与生物工程学院食品科学与工程系副主任，2023年9月担任食品科学与工程系主任、食品科学与工程教工党支部书记。工作8年以来，深度参与了食品科学与工程特色骨干学科群建设、博士点建设、专业工程教育专业认证和一流本科专业建设。

引文格式：

张艳艳, 肖倩, 李敏, 等. 磁场对小麦淀粉凝胶老化特性的影响[J]. 食品科学, 2026, 47(11): 258-265. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251210-100.

ZHANG Yanyan, XIAO Qian, LI Min, et al. Effect of magnetic field on the retrogradation characteristics of wheat starch gel[J]. Food Science, 2026, 47(11): 258-265. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251210-100.

实习编辑：俞逸岚；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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