面条制作工艺简单,食用方便,营养丰富,既可主食又可快餐,深受世界人民喜爱。当前,面条消费市场巨大,预计2020年年底面条终端市场规模将达1800亿元。无论是以筋道口感著称的拉面、意大利面还是以速煮性能著称的方便面,典型面条生产技术都已高度成熟,面条加工领域长期没有大的变化和发展,非技术革新难有重大技术进步。螺杆挤压技术集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌及成型为一体,高效节能、经济实用,在面条加工方面具有广阔的应用前景。鉴于此,本研究引入高分子物理相关概念和原理,基于激光传输法建立挤压面条（Extruded Noodles,EN）取向度测定方法,构建取向度高阶响应优化模型,探索面筋蛋白-淀粉网络复合结构挤压取向形成机理,进而结合Ca²⁺调控的α-淀粉酶挤压技术制备EN,兼顾质构品质和复水品质,多角度深入剖析EN品质提升的机理,从而为EN的工业化生产创建技术路线,摸清技术脉络,建立研究方法,探索关键机理。各章节主要研究内容和结论如下:（1）根据激光传输原理构建取向度定量、无损测定方法:借助自主设计、搭建的激光传输系统采集激光散射图像,编制MATLAB程序进行图像分析得到表征取向度的B值。图像采集参数如下:相机曝光时间1/1600 s,激光入射角度45°,激光传输方向平行于取向方向。此法测得中筋面粉挤压面条（PF-EN）,低筋面粉挤压面条（CF-EN）和市售面条（PN）的取向度B值分别为1.525,1.435和1.127,数据差异显著。该方法可以稳定、可靠、无损测定取向度,定量判断肉眼看不到的各种面条内部组织方向,还可以进一步应用于各类食品内部组织结构的方向性测定,具有广泛的应用前景。（2）EN取向度越高,口感越筋道,因此充分利用已构建的取向度测定方法优化挤压工艺。首先,宽幅调节各个挤压操作参数（机筒温度90–130°C,螺杆转速80–120 r/min,加水量47–56%,喂料速度7–11 kg/h）得到面条取向度的基本变化规律,在此基础上构建面条取向优化高阶响应模型。所得模型F值极显著,失拟不显著,信噪比高,拟合度好,可解释94.51%的响应值变化,预测得到取向效果优良的EN最优挤压操作参数如下:机筒温度121.47°C,螺杆转速102.20 r/min,加水量50.42%,喂料速度8.26 kg/h。在此条件下测得EN平均取向度为1.531,与模型预测值仅差0.39%。（3）在上述研究的基础上,将高聚物力学状态和流动行为等高分子物理原理应用于面条取向变化规律研究,推测面筋蛋白-淀粉网络复合结构取向机理如下:玻璃态面粉蛋白质、淀粉组分在机筒内随环境温度、压力、剪切力的升高而迅速吸水,发生“低水糊化”。这一阶段,麦醇溶蛋白、麦谷蛋白相互交联、聚合,部分非共价键断裂,游离巯基和半胱氨酸减少,α-螺旋、无规则卷曲、β-折叠含量降低,初步形成具有弹性的面筋蛋白链段;与此同时,淀粉颗粒层状晶体结构被破坏,双螺旋链段打开与面筋蛋白链段缠绕交联,形成高弹态面筋蛋白-淀粉共混物。共混物到达机筒末段熔融区时,面筋蛋白链段柔顺性增加,二硫键、β-转角含量升高,主要化学交联键形式转变为二硫键与非共价键的交互作用,淀粉分子各个双螺旋间的结构有序程度降低,链长分布向低聚合度（DP）方向偏移,物料力学状态由高弹态转变为黏流态,表现出粘性流动特征。受螺杆剪切法向应力作用,面筋蛋白包裹着淀粉发生韦森堡效应而不断取向。已初步取向的聚合物进入具有收缩状流道的模头,受模头壁剪切、拉伸作用沿流动方向进一步取向。最后聚合物到达模头定型段温度开始下降,挤出模孔瞬间压力骤降,剪切力消失,水分急剧蒸发,物料温度迅速降低,具有取向的面筋蛋白-淀粉网络复合结构被瞬间“冻结”。开展的蛋白质、淀粉性质与结构研究支持了上述机理推测。（4）采用酶法挤压技术进一步调控、提升EN的质构品质和复水品质。高温、中温α-淀粉酶（TS-αA和MS-αA）对面条关键品质的影响机理分析表明,酶法挤压过程中小部分淀粉分子被降解为水溶性低聚糖和糊精。水溶性成分在复水过程中快速溶出赋予面条良好的蜂窝状多孔结构,大大加快复水时的热质传递速度,显著改善EN的复水品质。经α-淀粉酶修饰后的淀粉分子链长度和强度降低,在一定程度上弱化了淀粉高分子链取向效果,起到侧面调整和修饰面条整体质构品质的作用。少量TS-αA或MS-αA可以促进淀粉糊化,而过量的α-淀粉酶则会覆盖或粘附在颗粒表面抑制淀粉糊化。经0.8‰TS-αA和1.6‰MS-αA修饰后的EN整体品质特性明显优于未加酶EN。其中,添加有1.6‰MS-αA的EN复水时间短（5.40 min）、蒸煮损失小（6.14%）、质量保留率高（3.67g/g）,质构品质整体可接受性最好。（5）基于上述研究结果,兼顾质构品质和复水品质构建Ca²⁺调控的酶法EN工艺多目标优化模型,掌握关键技术参数。在EN中添加少量Ca²⁺显著提高了MS-αA的相对酶活,酶促反应效率的变化显著影响EN的复水时间。最终选择0.08%的Ca²⁺协同0.12‰MS-αA制备Ca²⁺调控的酶法EN,构建取向度B值、复水时间与挤压操作参数（机筒温度、螺杆转速及加水量）之间的多目标响应模型。当目标函数权重系数均为0.5时得到最佳挤压条件如下:机筒温度105.78°C,螺杆转速102.48 r/min,加水量51.89%,所得EN平均取向度1.506,复水时间5.30 min。该优化工艺制备的EN质构品质接近于拉面,复水品质类似并优于挂面,说明本论文提出的EN品质提升工艺存在技术和工程可行性,所做研究工作为EN的产业化发展奠定了方法和理论基础。（6）更进一步,采用分子动力学（MD）模拟技术探索金属离子调控α-淀粉酶相对酶活的作用机理,为解释CA(Ca²⁺)的引入降低了MS-αA添加量提供理论依据。研究结果表明,CA与α-淀粉酶的稳定结合是淀粉酶二级结构、构象在高温环境下保持基本稳定,相对酶活显著提高的关键原因。特别是结合在CA-NA-CA金属三联体相应位点的CA或NA,对提高α-淀粉酶对热稳定性起至关重要的作用。与α-淀粉酶稳定结合的金属离子结合位点附近包含大量带负电荷的Asp、Glu,其次是带有强极性羧基的His以及空间位阻较小的Ala。金属离子与其配位基相结合的主要作用力来源于强极性羧基氧原子、羰基氧原子、酰胺基氧原子以及甲硫基硫原子与金属离子之间的静电引力。此外,高温环境和过量金属离子的扰动会导致部分α-淀粉酶侧链运动模式转变,关键残基相对位置迁移,分子内部动力学改变,因此试验中测得过量CA的添加反而导致α-淀粉酶相对酶活降低。