8-羟基喹啉在烘焙食品中的防霉效果与面团流变学影响

8-羟基喹啉（8-Hydroxyquinoline，简称 8-HQ）是一种具有广谱抗菌活性的有机化合物，其分子结构中的羟基（-OH）与喹啉环可通过破坏微生物细胞膜、抑制酶活性实现防霉作用，同时因低毒性（符合食品添加剂安全标准）、热稳定性较好（分解温度＞200℃，适配烘焙高温工艺），在烘焙食品（如面包、蛋糕、糕点）中展现出潜在应用价值。烘焙食品因富含碳水化合物、蛋白质与水分，在储存过程中易受霉菌（如青霉、曲霉、根霉）污染，导致霉变、风味劣变，缩短货架期；而面团作为烘焙食品的基础原料，其流变学特性（如弹性、延展性、黏度）直接影响产品质构与口感。本文从8-羟基喹啉的防霉机制、烘焙食品中的防霉效果验证，以及其对面团流变学特性的影响三方面展开分析，明确其应用边界与优化方向，为烘焙食品防腐配方设计提供参考。

一、防霉机制：针对烘焙食品常见霉菌的作用原理

烘焙食品中常见的致腐霉菌（如扩展青霉、米曲霉）生长依赖“细胞膜完整性”与“代谢酶活性”，8-羟基喹啉通过“靶向破坏细胞膜+抑制关键酶系统”的双重机制，阻断霉菌生长繁殖，具体过程如下：

（一）破坏霉菌细胞膜，导致胞内物质泄漏

8-羟基喹啉分子中的喹啉环具有疏水性，可穿透霉菌细胞膜的磷脂双分子层；而羟基（-OH）的亲水性使其在膜内形成“通道”，破坏细胞膜的完整性 —— 一方面，细胞膜通透性增加，胞内关键物质（如钾离子、核酸、蛋白质）大量泄漏，导致细胞渗透压失衡；另一方面，膜结构的破坏使细胞膜失去屏障功能，外部有害物质（如烘焙食品中的其他添加剂）易进入细胞，加速霉菌死亡。针对烘焙食品中很常见的扩展青霉（污染面包后易产生蓝绿色霉斑），体外实验显示：当 8-羟基喹啉浓度为 0.05% 时，作用 24h 后青霉菌细胞膜渗透率提升 60%，胞内钾离子泄漏量达对照组的3倍，霉菌存活率从 100% 降至 25% 以下。

（二）螯合金属离子，抑制霉菌代谢酶活性

霉菌的生长繁殖依赖多种含金属离子的代谢酶（如含锌的蛋白酶、含镁的磷酸酶），8-羟基喹啉的分子结构可通过“羟基 - 喹啉环”形成螯合位点，与酶活性中心的金属离子（如 Zn²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺）强结合，使酶失去活性，阻断代谢通路：

对蛋白酶的抑制：霉菌分解烘焙食品中蛋白质（如面包中的面筋蛋白）需依赖蛋白酶，8-羟基喹啉螯合蛋白酶活性中心的 Zn²⁺后，酶活性降低 80% 以上，导致霉菌无法获取氨基酸营养，生长速率下降；

对呼吸酶的抑制：霉菌呼吸作用所需的细胞色素氧化酶（含 Fe³⁺）被 8-羟基喹啉螯合后，呼吸链中断，ATP 生成量减少 90%，霉菌因能量不足停止繁殖。例如，针对污染蛋糕的米曲霉，0.03% 的 8 - 羟基喹啉即可使米曲霉的呼吸强度降至对照组的 15%，48h 内无明显菌丝生长。

（三）抑制霉菌孢子萌发，阻断污染源头

烘焙食品的霉菌污染多源于环境中霉菌孢子的萌发（如车间空气、原料携带的孢子），8-羟基喹啉可通过“破坏孢子细胞壁+抑制萌发相关基因表达”，阻断孢子萌发过程：

孢子细胞壁的主要成分是几丁质，8-羟基喹啉可抑制几丁质合成酶活性，导致孢子细胞壁结构不完整，无法支撑萌发时的细胞膨胀；

同时，8-羟基喹啉可下调孢子萌发相关基因（如gpdA基因，调控甘油合成，维持孢子渗透压）的表达，使孢子即使在适宜湿度（RH 80%-90%，烘焙食品储存常见湿度）下也无法萌发。实验数据显示：在面包表面喷洒 0.04% 的 8-羟基喹啉溶液后，环境中青霉孢子在面包表面的萌发率从 85% 降至 10% 以下，有效减少霉斑产生。

二、在烘焙食品中的防霉效果验证：基于不同品类的应用实践

烘焙食品的水分含量、pH 值、储存环境（温度、湿度）差异显著，8-羟基喹啉的防霉效果需结合具体品类特性验证，以下针对面包、蛋糕、糕点三类典型产品展开分析：

（一）面包（水分含量 30%-40%，pH 5.5-6.5）：延缓霉菌生长，延长货架期

面包是霉菌污染高发品类，尤其在常温（25℃）、高湿度（RH 75%）环境下，未添加防腐剂的面包通常 3-5天即出现青霉、根霉污染。8-羟基喹啉通过“面团添加+表面喷洒”的复合方式，可显著提升防霉效果：

添加方式与剂量：面团中添加 0.02%-0.04% 的8-羟基喹啉（以面粉质量计），同时在面包出炉冷却后，表面喷洒 0.03% 的8-羟基喹啉水溶液（喷洒量 5-10mL/个）—— 面团添加可抑制内部霉菌生长，表面喷洒可阻断外部孢子附着；

防霉效果：在 25℃、RH 75% 条件下，未添加组面包 5天出现霉斑，添加组可延长至 10-12 天无霉斑；即使在高湿度（RH 85%）环境下，添加组的货架期也可从3天延长至 7 天，霉菌菌落总数（储存 7 天）从 10⁵ CFU/g 降至 10³ CFU/g 以下（符合GB 7099-2015《糕点、面包卫生标准》）；

风味与质构影响：低剂量（≤0.04%）添加时，面包的风味（如麦香味）无明显变化，硬度（储存 7 天）从 400g增至 550g（未添加组从 400g增至 700g），仍保持柔软口感，因8-羟基喹啉对面包老化的抑制作用（减少淀粉回生），间接提升了质构稳定性。

（二）蛋糕（水分含量 20%-30%，pH 6.0-7.0）：抑制表面霉变，保持外观品质

蛋糕因含较多油脂与糖，表面易因水分迁移形成“高湿层”，成为霉菌（如曲霉、毛霉）滋生的重点区域，且霉变后外观（如霉斑、变色）对消费者接受度影响极大。8-羟基喹啉通过“面糊添加+包装内缓释”方式，可针对性保护蛋糕表面：

添加方式与剂量：面糊中添加 0.01%-0.03% 的8-羟基喹啉（以面粉质量计），同时在蛋糕包装内放置含8-羟基喹啉的缓释片（剂量 0.05g/个，通过食品级缓释膜控制释放速率）—— 面糊添加抑制内部霉菌，缓释片可在包装内维持低浓度8-羟基喹啉氛围，阻止表面孢子萌发；

防霉效果：在 30℃、RH 80% 条件下（模拟夏季储存环境），未添加组蛋糕 7 天表面出现黄色曲霉斑，添加组可延长至 15天无霉斑；蛋糕表面的霉菌孢子附着量（储存 10 天）从 10⁴ CFU/cm² 降至 10² CFU/cm² 以下，且无明显变色（未添加组 10 天后表面泛黄率达 30%）；

口感适配性：蛋糕的口感依赖“松软、细腻”，0.03% 剂量添加时，蛋糕的比容（体积/质量）从 3.5mL/g 降至 3.3mL/g（变化率＜6%），口感无“粗糙感”，因8-羟基喹啉对鸡蛋蛋白的变性影响较小，未破坏蛋糕的泡沫结构（蛋糕松软度的核心）。

（三）糕点（以酥性糕点为例，水分含量 5%-15%，pH 5.0-6.0）：控制霉菌滋生，适配低水分环境

酥性糕点（如饼干、桃酥）水分含量低，霉菌污染风险低于面包、蛋糕，但在高湿度（RH 80%）储存时，仍可能因吸湿导致霉菌生长（如桃酥因含油脂易吸附水分，储存1个月后可能出现青霉）。8 - 羟基喹啉通过“原料预混”方式，可适配低水分环境的防霉需求：

添加方式与剂量：在面粉与油脂混合阶段，添加 0.01%-0.02% 的8-羟基喹啉（以面粉质量计），利用油脂的分散作用使8-羟基喹啉均匀分布于糕点基质中；

防霉效果：在 25℃、RH 80% 条件下，未添加组桃酥 30 天出现霉斑，添加组可延长至 60 天无霉斑；即使糕点吸湿后水分含量升至 18%，添加组的霉菌生长速率仍比未添加组慢 50%，菌落总数（储存 45天）从 10⁴ CFU/g 降至 10³ CFU/g 以下；

酥性影响：酥性糕点的核心品质是“酥脆”，0.02% 剂量添加时，糕点的断裂强度（反映酥脆度）从 200g增至 230g（未添加组为 200g），变化率＜15%，仍保持酥脆口感，因8-羟基喹啉与油脂的相容性较好，未破坏油脂形成的酥松结构。

三、对面团流变学特性的影响：从微观作用到宏观质构

面团的流变学特性（弹性模量G'、黏性模量G''、延伸性、形成时间）决定烘焙食品的最终质构（如面包的蓬松度、蛋糕的松软度），8-羟基喹啉通过与面团中的面筋蛋白、淀粉相互作用，间接影响流变学特性，需结合具体作用机制与实验数据分析：

（一）对面筋蛋白网络的影响：低剂量促进交联，高剂量抑制形成

面筋蛋白是面团弹性与延展性的核心，其通过“麦醇溶蛋白与麦谷蛋白的交联”形成三维网络结构。8-羟基喹啉的羟基（-OH）可与面筋蛋白的氨基（-NH₂）、羧基（-COOH）形成氢键，影响蛋白交联程度：

低剂量（≤0.03%）时：氢键作用可促进面筋蛋白分子间的交联，增强网络结构的完整性 —— 面团的弹性模量G'（反映弹性，G'越大弹性越强）从10⁴Pa增至1.2×10⁴Pa（流变仪测试，频率1Hz），形成时间（面筋网络形成所需时间）从 4min 缩短至 3.5min，面团的持气性提升（面包发酵体积从 200mL 增至 220mL），因更强的面筋网络可更好地包裹发酵产生的 CO₂；

高剂量（＞0.05%）时：过量的8-羟基喹啉会在面筋蛋白表面形成“吸附层”，阻碍蛋白分子间的进一步交联，导致面筋网络疏松 —— 弹性模量G'降至8×10³Pa，延伸性（面团拉伸至断裂的长度）从20cm缩短至15cm，面团持气性下降（面包发酵体积降至180mL），且易出现“面团发黏”现象（表面黏性从50g增至100g），影响后续成型工艺。

（二）对淀粉糊化与老化的影响：延缓糊化，抑制回生

淀粉是面团的主要成分，其糊化（烘焙加热时吸水膨胀）与老化（储存时淀粉结晶）直接影响烘焙食品的质构与货架期。8-羟基喹啉可通过“吸附淀粉表面+阻碍水分子进入”，影响淀粉的糊化与老化过程：

糊化特性：面团加热过程中，8-羟基喹啉可吸附于淀粉颗粒表面，减缓水分子进入淀粉内部的速率，导致淀粉糊化温度从62℃升至65℃（差示扫描量热仪 DSC 测试），糊化焓（反映糊化所需能量）从 10 J/g 增至12J/g—— 糊化温度的升高可避免烘焙初期淀粉过快糊化导致的面团塌陷，糊化焓的增加说明淀粉糊化更充分，面包芯部的细腻度提升（口感更绵密）；

老化特性：储存过程中，8-羟基喹啉可插入淀粉分子间，阻碍淀粉链的重新排列与结晶（老化的核心过程）—— 面团的黏性模量G''（反映黏性，老化时G'' 因淀粉结晶增大）在储存7天后，添加组（0.03%）从5×10³Pa增至8×10³Pa，未添加组从5×10³Pa增至1.2×10⁴Pa，老化速率降低 30%；对应面包的硬度增长速率从每天 50g降至每天 30g，有效延长了柔软口感的保持时间。

（三）对 dough 整体流变学特性的综合影响：剂量依赖的“双向调节”

结合面筋蛋白与淀粉的作用，8-羟基喹啉对面团流变学特性的影响呈现“剂量依赖”的双向调节：

适宜剂量（0.02%-0.04%）：面团的弹性与黏性平衡（G'/G'' 比值从 1.5增至 1.8，比值接近2时面团质构良好），延伸性保持在 18-20cm，形成时间 3.5-4min，稳定时间（面团抵抗机械搅拌的时间）从 5min 延长至 6.5min—— 此流变学特性适配面包、蛋糕的加工需求：面包发酵时持气性好，蛋糕打发时泡沫稳定性高（打发体积从 300mL 增至 320mL）；

过量剂量（＞0.05%）：面团弹性过弱（G'/G'' 比值降至 1.2），延伸性缩短（＜15cm），稳定时间缩短至 3min—— 面团易在搅拌过程中“断筋”，面包烘烤后易塌陷（体积减少 20%），蛋糕表面易出现“裂纹”，无法满足加工与品质要求。

四、应用注意事项与优化方向

8-羟基喹啉在烘焙食品中的应用需兼顾防霉效果、面团流变学特性与食品安全，需注意以下核心事项，并通过优化提升应用价值：

（一）严格控制添加剂量，平衡防霉与品质

基于上述分析，8-羟基喹啉的适宜添加剂量为0.02%-0.04%（以面粉质量计）：低于0.02%时防霉效果不足（面包货架期仅延长2-3天），高于0.04% 时易影响面团流变学特性（如弹性下降、口感粗糙）。实际应用中，需根据烘焙食品的水分含量调整剂量：高水分食品（如面包，水分30%-40%）选上限（0.03%-0.04%），低水分食品（如酥性糕点，水分 5%-15%）选下限（0.01%-0.02%），避免剂量过高或过低导致的问题。

（二）优化添加方式，提升分散均匀性

8-羟基喹啉的疏水性较强，直接添加易团聚，影响防霉效果与面团均匀性。优化添加方式包括：

预分散处理：将8-羟基喹啉与少量油脂（如黄油、植物油，质量比 1:5）混合，经高速剪切（1000rpm，5min）制成预分散液，再加入面团中 —— 油脂可提升8-羟基喹啉的分散性，避免团聚导致的局部剂量过高（如面团某区域8-羟基喹啉浓度达0.08%，引发局部发黏）；

分步添加：面包面团中，先将8-羟基喹啉与面粉混合均匀，再加入水、酵母等其他原料；蛋糕面糊中，先将8-羟基喹啉与糖、鸡蛋混合，再加入面粉 —— 分步添加可减少它与面筋蛋白的直接接触，降低对蛋白网络的过度影响。

（三）复配其他防腐剂，协同提升防霉效果

为降低8-羟基喹啉的单独使用剂量（减少对面团流变学的影响），可与其他食品级防腐剂复配，利用协同效应提升防霉效果：

与脱氢乙酸钠（0.01%-0.02%）复配：脱氢乙酸钠可抑制酵母与霉菌，与8-羟基喹啉协同后，面包的防霉效果提升 50%（货架期从10天延长至15天），且它的剂量可降至 0.015%-0.025%，对面团流变学的影响减小（G' 变化率从20%降至10%）；

与ε-聚赖氨酸（0.005%-0.01%）复配：ε-聚赖氨酸是天然防腐剂，与8-羟基喹啉复配后，可覆盖更广的霉菌种类（如对根霉的抑制率从 70% 提升至95%），且提升烘焙食品的安全性（减少化学防腐剂的单独用量）。

8-羟基喹啉在烘焙食品中通过“破坏霉菌细胞膜、螯合金属离子、抑制孢子萌发”实现广谱防霉效果，可将面包、蛋糕、糕点的货架期分别延长 50%-140%、110%-150%、50%-100%，且在适宜剂量（0.02%-0.04%）下，可通过促进面筋蛋白交联、延缓淀粉老化，优化面团流变学特性（提升弹性与持气性，抑制老化）。但其应用需严格控制剂量（避免高剂量导致的面团弹性下降、口感粗糙），并通过预分散、复配等方式提升效果与安全性。相比传统烘焙防腐剂（如丙酸钙，易影响面团发酵），8 - 羟基喹啉在防霉持久性与面团适应性上具备优势，未来可通过分子改性（如提升水溶性）进一步降低使用剂量，拓展在高水分、高糖分烘焙食品中的应用场景。

本文来源于黄骅市信诺立兴精细化工股份有限公司官网 http://www.xnlxgroup.com/