生鲜湿面褐变影响因素、机理及控制技术研究进展

王远辉，张琼琼，张亚茹，张依琳，郭昱颖，李泽楷，蒋帅花

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

生鲜湿面是面条品类之中最基础的品种，制作过程简单，其他品种面条皆是在生鲜湿面的基础上进行加工制作，例如鲜面冷冻后制得冷冻生面、鲜面干燥后制得挂面、鲜面熟制后干燥制得方便面、鲜面熟制后冷冻制得冷冻熟面。消费者普遍认为家庭传统手法制作的手擀面口感最佳。在众多工业化生产的面条品种中，较长工艺路线制作的面条品种货架期长，但是其口感的降低不可避免。生鲜湿面煮熟后口感最佳，接近手擀面的口感，也最受消费者青睐[1]。生鲜湿面在我国的消耗量巨大，但是目前市场上销售的生鲜湿面多为小规模工厂或作坊生产，尚未成大规模生产和销售[2]。究其原因，生鲜湿面的货架期短是制约因素，生鲜湿面在微生物引起的腐败出现之前，会出现较严重的、令人厌恶的色泽变化，即褐变[3]。

生鲜湿面的褐变问题限制大型企业的销量，严重影响生鲜湿面向着集约、安全、高品质的工业化方向发展[4]。2016年11月国家发展改革委和国家粮食局联合发布《粮食行业“十三五”发展规划纲要》，提出加快推进传统蒸煮米面制品为代表的主食产业化进程。面条行业的从业者对生鲜湿面褐变问题非常关注，并对生鲜湿面褐变的产生途径、褐变过程的反应机理、抑制褐变的方法与技术等领域进行了研究和探讨，希望通过安全可靠的技术解决生鲜湿面的褐变问题，为市场提供品质好、货架期长的生鲜湿面。作者对国内外关于生鲜湿面褐变问题的研究进展进行了总结。

1 面条种类及小麦粉对面条色泽的影响

1.1 面条种类

面条是小麦粉制作的主食品中消费量较大的一类，全球范围内，不同地区形成适应各自传统饮食习惯的面条品种，东方国家以辊压切条制作为主，如中国、日本、韩国等东亚国家；西方以挤出法制作通心粉为主，如欧洲、北美洲等地区[5]。在我国，面条诞生于1 000多年前的汉朝，其制作工艺不断改进，逐渐实现机械化、自动化、工业化[6]。面条的基础配方极其简单，即小麦粉、水和盐，而不同食盐用量和碱性盐用量对面条色泽会产生不同影响。根据加盐种类的不同，可将面条分为白盐面条和黄碱面条两类，白盐面条主要指配方中包含小麦粉、食盐和水的生鲜湿面，而黄碱面条主要指配方中包含小麦粉、食盐、碱性盐和水的生鲜湿面，两者的主要差别在于碱性盐的添加。我国中部和北部地区、韩国、日本(乌冬面等)及东南亚部分地区常食用白盐面条，我国南方地区、日本(拉面)和东南亚部分地区偏好食用黄碱面条[7]。

1.2 小麦粉中色素与面条色泽的关系

日本学者指出白盐面条表现亮白色为最佳，微黄色仍可接受，而红色、棕色、灰色和暗淡无光泽都是较差的表现[8]。黄碱面条以亮黄色为最佳，具有较好的防腐表现，在潮湿炎热的环境中，保质期较长。不同品种小麦制作的小麦粉色泽存在差异，有白色也有微黄色，所制作的生鲜湿面色泽为白色或微黄色，小麦粉的原有色泽和正常加工赋予生鲜湿面的色泽是消费者乐于接受的。

2 生鲜湿面褐变的影响因素

生鲜湿面的褐变是指在储存过程中表面色泽变暗的现象，严重影响其感官品质和消费者的接受度[9]。生鲜湿面的褐变及原始色泽受内部和外部因素影响。

2.1 小麦粉中酚类物质

小麦粉含有多种酚类物质，呈现黄色或棕色，例如类胡萝卜素、绿原酸、叶黄素等[10]，经过一系列氧化反应，酚类化合物反应为醌类化合物或聚合物，呈现较深的色泽[8]。选择酚类物质含量较低的小麦品种制作小麦粉，再制作生鲜湿面，其褐变程度稍有降低[11]。

2.2 小麦粉中酶类

酶促褐变是造成白盐面条褐变的主要途径，影响面条(团)颜色稳定性[9]。小麦粉中含有多种类型的氧化酶，例如PPO、POD、LOX等[12]，这些酶会加速生鲜湿面中酚类物质氧化，其中PPO对酚类物质的氧化褐变发挥着主要作用[13]。为降低酶类对生鲜湿面色泽的不利影响，选择低PPO的小麦品种制作小麦粉，或培育低PPO含量的小麦品种[14]。

2.3 小麦粉中蛋白质

比较低蛋白质含量和高蛋白质含量小麦粉制作的生鲜湿面色泽后发现，蛋白质含量高的生鲜湿面的亮度(L*值)更低，色泽更深，褐变现象更明显[15]。Zhang等[16]发现谷蛋白和麦胶蛋白组分的含量均与面条颜色呈负相关。蛋白质含量高的小麦粉，拥有更高的吸水率，水分含量增加使PPO活性增加[13]。

2.4 小麦粉加工精度

小麦粉的加工精度影响小麦粉品质，也影响生鲜湿面的色泽。随着小麦粉出粉率的增加，干面条的色泽变暗[15]。而随着磨粉程度的增加，小麦粉中淀粉颗粒减小，破损淀粉含量增加，使小麦粉的色泽更亮白，但是对改善生鲜湿面褐变的作用较小[17]。加工精度较低的小麦粉含有较高的灰分，此类小麦粉的色泽较差，拥有较低的亮度(L*值)，制作的生鲜湿面色泽差，褐变程度较严重[15]。同时，出粉率高、加工精度低的小麦粉中含有更多的麸皮，由于麸皮中酚类物质含量较高，制作生鲜湿面后褐变更加明显[18]。

2.5 制面工艺

生鲜湿面的加水量、加盐量、加碱量是制面工艺的重要参数，影响着生鲜湿面的色泽。加水量为29%～38%时，随着加水量的增加，白盐面条的褐变程度逐渐增加；当加水量为35%时，面条色泽最佳，过高或过低时其白度均下降[19]。加盐量影响着面条的pH值，当生鲜湿面的pH值为6.0时，白盐面条褐变程度最高[20]。而黄碱面条的加碱量高于白盐面条数倍，其pH值更高，会造成黄酮类化合物的氧化，使面条的酶促褐变加深，引起面条变色[21]，PPO含量极低的小麦粉制作的黄碱面条也存在明显的褐变现象[22]。

2.6 储藏条件

生鲜湿面制成后，储藏条件对其褐变程度影响显著。存放于冷藏条件下(4 ℃)，生鲜湿面的褐变速率较慢[11]。随着存放环境中温度的升高，生鲜湿面的褐变程度逐渐升高，35～40 ℃时褐变程度最严重，储藏温度与面片存放24 h内的白度呈显著负相关[20]。随着储藏时间的延长，生鲜湿面的褐变程度增加，全麦生鲜湿面在放置0～0.5 h和4～24 h两个时间段，褐变曲线可用一次线性函数描述；而在0.5～4 h期间，褐变曲线呈非线性指数变化[20]。

2.7 其他

酶促褐变不足以解释生鲜湿面色泽的所有变化，黄碱面条中非酶促褐变占总褐变的69%[23]。在全麦生鲜湿面中检测到美拉德中间产物糠氨酸和羟甲基糠醛，说明全麦生鲜湿面存在低温美拉德反应[20]。而另一种非酶促褐变反应“焦糖化”需要较高温度(>120 ℃)、偏酸或偏碱的pH值[24]，生鲜湿面制作工艺中并不具备产生焦糖化作用的条件。

3 生鲜湿面褐变的机理

生鲜湿面褐变形成机理的研究分为两个途径，即酶促褐变机理和非酶促褐变机理，两个途径受到小麦粉中多种组分影响，作用过程复杂，可能是一个反应途径形成褐变，也可能是多个途径同时进行。

3.1 酶促褐变机理

酶促褐变被认为是生鲜湿面褐变的主要原因，对生鲜湿面中酶促褐变的研究主要集中于面条中PPO特性、酶促反应等领域[13]。研究小麦籽粒和小麦生长过程中的PPO特性，并利用基因技术改良得到高白度小麦品种[14]。生鲜湿面中酶促褐变主要由PPO促成，PPO在自然界普遍存在，根据底物的不同，分为漆酶(EC 1.10.3.2)、绿原酸酶、酚酶、酪氨酸酶(EC 1.14.18.1)等类型[25]。其他促进褐变的酶还有过氧化物酶(POD，E.C. 1.11.1.7)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和脂肪氧合酶(LOX)等[9]。

生鲜湿面中酶促褐变的主要过程是酚类物质在PPO催化作用下，氧化为醌类化合物，醌类再经过反应形成褐色或者黑色的色素类化合物[26]。同时，在植物加工过程中醌类物质与氨基酸等其他化合物发生迈克尔加成反应[27]。小麦粉蛋白质中含有酪氨酸基团，而小麦麦麸所含PPO是一种酪氨酸酶类型的酶，还含有类似酪氨酸酶结构的蛋白质[28]，Chang[29]认为小麦中酪氨酸酶是PPO的一种，由此可大胆推测，生鲜湿面褐变可能存在酪氨酸被酪氨酸酶催化氧化生成醌类物质，最终生成黑色素的反应过程。此外，宋晓燕等[30]发现小麦粉中蛋白质含量偏高时，制作的生鲜湿面的色泽较深，褐变程度较大，此现象可能与酪氨酸氧化生成黑色素存在联系。

3.2 非酶促褐变机理

黄碱面条褐变与小麦粉中PPO含量的高低并没有必然关系，PPO催化氧化并不是面条褐变的唯一原因[31]。非酶促褐变对生鲜湿面褐变的影响有不同理解：一类是非酶促褐变对白盐面条的褐变影响较小，主要由美拉德反应影响[20]；另一类是非酶促褐变对黄碱面条褐变的影响较多[22,32]。黄碱面条的非酶促褐变主要是以麦谷蛋白中酪氨酸基团为主要底物，整个褐变分为3个阶段：第1阶段似乎是由于氢键变化引起，导致蛋白质结构变化；在第2和第3阶段中，小麦蛋白中酪氨酸的氧化可能导致双胱氨酸或异二胱氨酸的形成，部分氧化产生绿色荧光蛋白的发色团，或者氧化形成羟自由基导致多巴(二羟基苯丙氨酸)形成，再与其他发色团聚合产生黑色素[23]。

制作黄碱面条时加入碱，碱性条件使生鲜湿面制作之初便呈现黄色，此现象与其所含酪氨酸氧化形成多巴色素有关[22]。由此推测，即使无PPO催化，加入碱后生鲜湿面的色泽仍会呈现黄色，随着储存时间延长，褐变程度增加[23]。此推测也可解释由低PPO小麦粉制作生鲜湿面时，仍会发生褐变；同时也可解释高蛋白质含量小麦粉制作的生鲜湿面色泽较深、褐变速率较快的现象。

4 生鲜湿面褐变的控制

4.1 小麦育种与制面技术

多种技术路线可控制生鲜湿面的褐变，在小麦育种方面，利用遗传学、基因组学、酶学等技术手段筛选低PPO、低多酚含量的小麦品种，从小麦培育方面着手降低PPO酶促褐变[14]。在生鲜湿面加工方面，尽可能减少加水量，可降低生鲜湿面褐变的程度，但是效果有限[33]。部分加工工艺处理后可降低生鲜湿面褐变的程度，例如微波加热、热风干燥，可降低PPO酶活[19]，但是过度加工会使生鲜湿面品质和口感下降。从工艺着手控制生鲜湿面褐变的效果有限，提升抑制效果难度较大。

4.2 食品添加剂

国家标准严格限制生鲜湿面中可用的食品添加剂，在允许添加的食品添加剂中，未发现具有明显抑制作用的物质。食品中常用的具有还原作用的食品添加剂如抗坏血酸及其钠盐、次氯酸盐、亚硫酸盐等，可还原褐变的中间物质多巴醌，阻断褐变反应的进行[34]。具备强氧化活性的物质也可阻断褐变反应过程，如过氧化氢[27]。但是亚硫酸盐、次氯酸盐和过氧化氢对人体危害较大，整个食品行业正在限制其使用范围。对酶具有广泛抑制作用的酸类或碱类化合物可抑制褐变过程的发展，如柠檬酸[29]，但是酸类物质的加入会影响生鲜湿面的口感。常用于防腐保鲜杀菌的乙醇也表现出抑制酪氨酸酶活性的作用，但是乙醇对人体健康不利，故极少用于生鲜湿面制作中。

4.3 其他酶抑制剂

酶抑制剂一般是通过抑制酶促褐变过程中产生的化合物而实现降低褐变程度，例如阻断褐变中间物质多巴醌的生成、清除多巴醌等[20]。曲酸表现出较好的竞争性抑制作用，常在生鲜湿面褐变研究中作为阳性对照物，常与曲酸配合使用的酶抑制剂还有环庚三烯酚酮和含羞草素[22]。

5 展望

生鲜湿面褐变问题一直困扰面条行业，备受从业者关注，希望能探明褐变机理，并提出抑制褐变的技术方案。但是，生鲜湿面褐变机理仍存在未解之谜，如酶促褐变被普遍认为是褐变的主要途径，但褐变反应过程和褐变产物分子结构并未解析清楚；再如非酶促褐变中，酪氨酸的氧化褐变过程与作用条件并不明晰；生鲜湿面的褐变是否存在其他的反应机理，并无定论。针对抑制生鲜湿面褐变的食品添加剂的缺乏，可借鉴植物学和医学领域研究酪氨酸酶抑制剂的化合物构效关系及抑制机理，研究开发抑制生鲜湿面褐变的食品添加剂，并进行毒理学和安全性评价。

延长生鲜湿面货架期，提高大规模加工销售的可行性，抑制其褐变成为面条行业亟待解决的课题。只有探明生鲜湿面褐变的形成机理，再通过有效的技术手段抑制褐变，例如选择优良的小麦粉原料、创新的加工技术、安全可靠的食品添加剂等，才能为大规模加工品质优良的生鲜湿面提供有意义的指导。