食品减盐研究中挂面的钠/钾溶出及力学性质

邢宇*，田红美，贾高鹏，赵晨曦，刘振新

郑州轻工业大学材料与化学工程学院河南省表界面科学重点实验室（郑州 450000）

著名医学期刊《柳叶刀》评价1990—2017年度全球195个国家和地区不同的饮食结构造成的疾病负担和死亡率，其中中国因为饮食结构问题造成的心血管疾病死亡率和癌症死亡率均排在世界前列；在中国、日本和泰国，高钠摄入（以钠元素计每天超过3 g，相当于7.5 g食盐）是导致死亡和疾病的主要饮食风险[1-2]。中国居民饮食问题主要在于高钠盐、低杂粮、低水果及低omega-3脂肪酸，而且北方的情况严重于南方[1-2]。世界卫生组织建议的人均钠盐摄入量为4 g/d（以食盐计），而我国人均钠盐的摄入量约10.5 g/d，属于高钠摄入的情况[3]。

挂面是我国居民家中常备的主食类食品。我国的挂面食品，绝大部分在生产过程中添加了食盐，属于白盐面条[4]。食盐是一种亲水性的中性盐，可以改良面条品质，如加强面条蛋白网络结构从而增加筋力等[5-6]。部分国产挂面除了含有食盐，还含有碳酸钠等碱性食品添加剂。中国自2011年正式实施《预包装食品营养标签通则》以来，强制要求预包装食品标注钠含量。在主食和方便速食食品中，挂面、方便面和速冻馄饨均属于高钠食品。主食膳食的摄入量较大，居民的消费频次也较高，因此高钠主食类食品应引起足够注意，开展预包装主食类食品在减盐方面的相关研究非常有必要[7]。西方国家对健康和环境的要求较高，其挂面类食品（如意大利面）很少人工添加食盐，钠含量为零或接近零。

离子色谱（IC）在实质上系一种高效液相色谱，适用于小分子极性有机物和阴、阳离子的分析，在水溶性无机离子等分析方面具有选择性好、灵敏度高、分离简单快速的优点[8-13]。由于挂面食品煮制过程的钠离子分布研究仍鲜见，试验用离子色谱分析不同含钠量挂面煮制后钠离子的分布情况，并用万能材料试验机[14-15]测试干基挂面的单轴抗压强度，为食品材料的无机盐与力学性质检测、居民的钠盐摄入量控制提供一定的方法和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

使用小麦粉、水、食盐制备的5种挂面，记为M1～M5，其干基挂面含钠量分别为1 200，800，457，50和10 mg/100 g。样品M1～M5均不含碳酸钠或碳酸氢钠，其钠元素源自食盐中的氯化钠。使用小麦粉和水制备，不含钠，记为M6。

使用小麦粉、水、食盐、碳酸钾（K2CO3）制备的挂面，记为N1，其干基挂面含钠量为796 mg/100 g、干基挂面含钾量为499 mg/100 g。干基挂面中的元素含量使用Agilent 725 ICP-OES电感耦合等离子体发射光谱仪测定。

1.2 挂面煮制过程

取两瓶娃哈哈纯净水（由离子色谱分析仪厂家指定，系蒸馏水，共1 192 g），加入锅中煮沸。任意选取一种挂面，称取100 g，放入沸水锅中，微沸煮制8 min，将煮制后的熟面条和面汤进行分离和称重。对面汤进行离心分离和过滤后得到溶胶状的面汤溶液。

1.3 离子色谱分析过程

1.3.1 主要仪器和试剂

使用青岛普仁仪器有限公司PIC-10/10A型离子色谱仪分析面汤溶液中的钠离子含量。离子色谱仪由高压平流泵、色谱主机、色谱柱等流路系统、工作站（美国LOTUS SCREEN SCAN汉化色谱工作站）4部分组成。阳离子交换色谱柱填充料为磺酸基磺化的PS-DVB共聚物。

阳离子储备液的配置：量取19.7 mL甲烷磺酸于1 000 mL容量瓶中，用娃哈哈纯净水定容，放置一夜后用。阳离子淋洗液的配置：移取10 mL阳离子储备液于1 000 mL容量瓶中，用娃哈哈纯净水定容，然后脱气10 min，现配现用。

1.3.2 钠离子标准曲线的绘制

用NaCl和娃哈哈纯净水配制钠离子浓度为1 000 mg/L的NaCl溶液，进行不同程度的稀释，得到不同钠离子浓度的标准溶液。将不同浓度的钠离子标准溶液分别手动进样至离子色谱仪中进行分析处理，以钠离子的质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线。

1.3.3 离子色谱条件及分析方法

离子色谱分析仪测试过程中通入上述阳离子淋洗液。分析仪的抑制器电流设定值为80 mA，进样方式为手动进样，进样量为2.0 mL。用标准曲线外标法对溶液中的钠元素进行分析，以保留时间对钠离子进行定性分析，以峰面积对钠离子进行定量分析。

1.4 单轴压缩试验

用上海松顿机械设备有限公司生产的LDW-1微机控制电子万能材料试验机来对6种干基挂面（M1～M6）进行单轴压缩试验。选取任意一种挂面，测定挂面的横截面面积和长度，并称定挂面的质量，数据列于表1。将每根挂面截取3 cm挂面段，水平放置在万能材料试验机上进行向下方向的单轴压缩试验，得到每种挂面的11组最大抗压强度。对每种挂面的11组数据进行分析处理，摈弃最大值和最小值，对余下的9组有效数据取算数平均值，分别得到6种挂面的平均最大抗压强度，列于表1。

表1 不同钠含量市售挂面及单轴压缩试验结果

2 结果与讨论

2.1 挂面煮制后钠离子的分布

煮制之前，100%钠元素存在于干基挂面之中。煮制之后，钠元素一部分存在于固相，一部分存在于液相。煮制之后，液相中钠元素的量在此次试验中称为钠溶出量，固相中钠元素的量称为钠保留量。钠溶出量用离子色谱法测得。钠保留量等于干基挂面含钠量减去钠溶出量的差值。煮制之后，钠溶出量占干基挂面含钠量的比例称为钠溶出率，钠保留量占干基挂面含钠量的比例称为钠保留率。钠溶出率与钠保留率之和为100%。

5种含钠挂面（M1～M5）煮制后的钠溶出率和钠保留率曲线示于图1。煮制之后，钠溶出率与干基挂面含钠量呈正方向关系；其中在干基挂面含钠量为50～800 mg/100 g的较宽区间内，钠溶出率与干基挂面含钠量近似呈线性正方向关系（拟合结果为y=0.064 2x+9.509 6，R2=1）。煮制之后，钠保留率与干基挂面含钠量呈反方向关系；其中在干基挂面含钠量在50～800 mg/100 g的较宽区间内，钠保留率与干基挂面含钠量近似呈线性反方向关系（拟合结果为y=-0.064 2x+90.49，R2=1）。数据表明，煮制过程中，虽然液相对于钠离子有很强的溶解能力，但是熟面条本身对钠离子也显示一定吸附能力。干基挂面含钠量较低时，煮制后大部分钠离子会保留在熟面条中，溶出到液相的钠离子占比较低。干基挂面含钠量较高时，煮制后超出熟面条吸附能力的钠离子会溶出释放到液相中，导致溶出到液相的钠离子占比较高。

图1 不同钠含量挂面煮制后的钠保留率和钠溶出率曲线

5种含钠挂面（M1～M5）煮制后的钠溶出量和钠保留量曲线示于图2。煮制之后，钠溶出量和钠保留量与干基挂面含钠量均呈正方向关系。干基挂面含钠量在10～457 mg/100 g时，钠溶出量低于钠保留量，钠保留量在该区间呈显著增高的趋势；当干基挂面含钠量高于457 mg/100 g时，钠溶出量逐渐变得显著高于钠保留量，钠保留量在该区间的增高趋势变缓。干基挂面含钠量457 mg/100 g位于钠保留量曲线的拐点。在干基挂面含钠量由457 mg/100 g增至1 200 mg/100 g（增高163%）的较宽区间，钠保留量仅从280 mg/100 g增至360 mg/100 g（增高28%），表明360 mg/100 g可能比较接近所制熟面条对钠元素的最大吸附能力。在干基挂面含钠量由457 mg/100 g增至1 200 mg/100 g区间，钠溶出量与干基挂面含钠量近似呈线性正方向关系（拟合结果为y=0.892 6x-229.39，R2=0.999 9）。

2.2 挂面抗压强度特性分析

单轴压缩试验中，挂面样品呈水平放置，其抗压强度即为挂面抵抗向下方向压力的强度，量纲为MPa。应力是指物体由于外因（如受外力）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置，应力等于单位面积上所承受的力，量纲是N/mm2即MPa。挂面的最大抗压强度即是指挂面在被压碎过程中的最大应力。

6种挂面（M1～M6）在单轴压缩试验中的应力-应变曲线示于图3。各种挂面在持续施加外力载荷的过程中，基本上依次经历了弹性变化区域（应力近似线性上升）、弹塑性过渡区（应力衰减）、塑性变化区域（应力非线性上升然后下降）的变化过程。每种挂面的最大抗压强度的算术平均值示于表1。6种挂面中，样品M1和样品M6的横截面积和密度均较为接近，其含钠量分别为1 200 mg/100 g和0，其平均最大抗压强度分别为2.36和1.32 MPa，说明在挂面中添加食盐可以增加挂面的抗压强度。由样品M1和M6的数据可知，与不含盐的挂面相比，在100 g挂面中，在横截面积和密度均相似情况下每增加100 mg钠当量的食盐，可将挂面的抗压强度提高约6.5%。

图2 不同钠含量挂面煮制后的钠保留量和钠溶出量曲线

图3 不同钠含量挂面的单轴压缩应力-应变曲线

2.3 挂面煮制后钾离子的分布

碳酸钾是黄碱面条/挂面中常用的人工添加剂，也是天然添加剂蓬灰的主要有效成分[16]。如表2所示，含钾挂面（N1）的钠含量为796 mg/100 g，其煮制后的钠溶出率为59.14%，与拟合结果y=0.064 2x+9.509 6的钠溶出率数值60.61%接近，表明碳酸钾的施加对于挂面中钠离子的溶出率影响很小。用拟合结果y=0.064 2x+9.509 6计算，干基挂面钠含量为499 mg/100 g，其钠溶出率约41.55%。根据表2，含钾挂面（N1）的钾含量为499 mg/100 g，其煮制后的钾溶出率为16.42%。这说明以干基挂面的钠含量和钾含量均为499 mg/100 g计，煮制后钾溶出率仅为钠溶出率的约40%，也就是说钾元素更易保留在煮制后的熟面条中。根据《兰氏化学手册》的数据[17]，碳酸钾在100 g水中的溶解度为111.0 g/100 mL（20 ℃）和156.0 g/100 mL（100 ℃），氯化钠在100 g水中的溶解度为35.9 g/100 mL（20 ℃）和39.2 g/100 mL（100 ℃）。碳酸钾在水中的溶解度显著高于氯化钠，假设熟面条对钾元素和钠元素具有相同的吸附能力，则挂面煮制后钾溶出率应该显著高于钠溶出率，然而挂面煮制后实测钾溶出率仅为钠溶出率的约40%，说明熟面条对钾元素的吸附能力很可能会显著高于对钠元素的吸附能力，或者说钾元素在熟面条上的附着能力很可能会显著高于钠元素在熟面条上的附着能力。

表2 含钾挂面的钠钾离子溶出结果

3 结论

分别使用离子色谱法和单轴压缩试验法解析了挂面食品煮制后钠元素在固液两相中的分布及干基挂面的力学性质。煮制之后，在干基挂面含钠量为50～800 mg/100 g的较宽区间内，钠溶出率与干基挂面含钠量近似呈线性正方向关系，钠保留率与干基挂面含钠量近似呈线性反方向关系。在干基挂面含钠量为10～457 mg/100 g的区间内，钠保留量高于钠溶出量；在干基挂面含钠量高于457 mg/100 g的区间内，钠保留量的增高变得趋缓，钠保留量逐渐变得显著低于钠溶出量。所测挂面在单轴压缩试验过程中，经历弹性变化区域、弹塑性过渡区、塑性变化区域等变化过程。在挂面中添加食盐可以增高挂面的抗压强度，在可比情况下100 g挂面中每增加100 mg钠当量的食盐，大约可将挂面的抗压强度增高6.5%。煮制后钾溶出率约为钠溶出率的40%，鉴于钾对人体健康亦有影响而且相异于钠的影响，因此建议食品监督部门要求食品企业在食品包装上能够同时标明钾含量。试验结果为食品材料的无机盐分布与力学性质检测、健康饮食观念下的钠盐摄入量控制提供一定的方法和依据。