8-羥基喹啉（8-Hydroxyquinoline，簡稱 8-HQ）是一種具有廣譜抗菌活性的有機化合物，其分子結構中的羥基（-OH）與喹啉環可通過破壞微生物細胞膜、抑制酶活性實現防霉作用，同時因低毒性（符合食品添加劑安全標準）、熱穩定性較好（分解溫度＞200℃，適配烘焙高溫工藝），在烘焙食品（如面包、蛋糕、糕點）中展現出潛在應用價值。烘焙食品因富含碳水化合物、蛋白質與水分，在儲存過程中易受霉菌（如青霉、曲霉、根霉）污染，導致霉變、風味劣變，縮短貨架期；而面團作為烘焙食品的基礎原料，其流變學特性（如彈性、延展性、黏度）直接影響產品質構與口感。本文從8-羥基喹啉的防霉機制、烘焙食品中的防霉效果驗證，以及其對面團流變學特性的影響三方面展開分析，明確其應用邊界與優化方向，為烘焙食品防腐配方設計提供參考。

一、防霉機制：針對烘焙食品常見霉菌的作用原理

烘焙食品中常見的致腐霉菌（如擴展青霉、米曲霉）生長依賴“細胞膜完整性”與“代謝酶活性”，8-羥基喹啉通過“靶向破壞細胞膜+抑制關鍵酶系統”的雙重機制，阻斷霉菌生長繁殖，具體過程如下：

（一）破壞霉菌細胞膜，導致胞內物質泄漏

8-羥基喹啉分子中的喹啉環具有疏水性，可穿透霉菌細胞膜的磷脂雙分子層；而羥基（-OH）的親水性使其在膜內形成“通道”，破壞細胞膜的完整性 —— 一方面，細胞膜通透性增加，胞內關鍵物質（如鉀離子、核酸、蛋白質）大量泄漏，導致細胞滲透壓失衡；另一方面，膜結構的破壞使細胞膜失去屏障功能，外部有害物質（如烘焙食品中的其他添加劑）易進入細胞，加速霉菌死亡。針對烘焙食品中很常見的擴展青霉（污染面包后易產生藍綠色霉斑），體外實驗顯示：當 8-羥基喹啉濃度為 0.05% 時，作用 24h 后青霉菌細胞膜滲透率提升 60%，胞內鉀離子泄漏量達對照組的3倍，霉菌存活率從 100% 降至 25% 以下。

（二）螯合金屬離子，抑制霉菌代謝酶活性

霉菌的生長繁殖依賴多種含金屬離子的代謝酶（如含鋅的蛋白酶、含鎂的磷酸酶），8-羥基喹啉的分子結構可通過“羥基 - 喹啉環”形成螯合位點，與酶活性中心的金屬離子（如 Zn²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺）強結合，使酶失去活性，阻斷代謝通路：

對蛋白酶的抑制：霉菌分解烘焙食品中蛋白質（如面包中的面筋蛋白）需依賴蛋白酶，8-羥基喹啉螯合蛋白酶活性中心的 Zn²⁺后，酶活性降低 80% 以上，導致霉菌無法獲取氨基酸營養，生長速率下降；

對呼吸酶的抑制：霉菌呼吸作用所需的細胞色素氧化酶（含 Fe³⁺）被 8-羥基喹啉螯合后，呼吸鏈中斷，ATP 生成量減少 90%，霉菌因能量不足停止繁殖。例如，針對污染蛋糕的米曲霉，0.03% 的 8 - 羥基喹啉即可使米曲霉的呼吸強度降至對照組的 15%，48h 內無明顯菌絲生長。

（三）抑制霉菌孢子萌發，阻斷污染源頭

烘焙食品的霉菌污染多源于環境中霉菌孢子的萌發（如車間空氣、原料攜帶的孢子），8-羥基喹啉可通過“破壞孢子細胞壁+抑制萌發相關基因表達”，阻斷孢子萌發過程：

孢子細胞壁的主要成分是幾丁質，8-羥基喹啉可抑制幾丁質合成酶活性，導致孢子細胞壁結構不完整，無法支撐萌發時的細胞膨脹；

同時，8-羥基喹啉可下調孢子萌發相關基因（如gpdA基因，調控甘油合成，維持孢子滲透壓）的表達，使孢子即使在適宜濕度（RH 80%-90%，烘焙食品儲存常見濕度）下也無法萌發。實驗數據顯示：在面包表面噴灑 0.04% 的 8-羥基喹啉溶液后，環境中青霉孢子在面包表面的萌發率從 85% 降至 10% 以下，有效減少霉斑產生。

二、在烘焙食品中的防霉效果驗證：基于不同品類的應用實踐

烘焙食品的水分含量、pH 值、儲存環境（溫度、濕度）差異顯著，8-羥基喹啉的防霉效果需結合具體品類特性驗證，以下針對面包、蛋糕、糕點三類典型產品展開分析：

（一）面包（水分含量 30%-40%，pH 5.5-6.5）：延緩霉菌生長，延長貨架期

面包是霉菌污染高發品類，尤其在常溫（25℃）、高濕度（RH 75%）環境下，未添加防腐劑的面包通常 3-5天即出現青霉、根霉污染。8-羥基喹啉通過“面團添加+表面噴灑”的復合方式，可顯著提升防霉效果：

添加方式與劑量：面團中添加 0.02%-0.04% 的8-羥基喹啉（以面粉質量計），同時在面包出爐冷卻后，表面噴灑 0.03% 的8-羥基喹啉水溶液（噴灑量 5-10mL/個）—— 面團添加可抑制內部霉菌生長，表面噴灑可阻斷外部孢子附著；

防霉效果：在 25℃、RH 75% 條件下，未添加組面包 5天出現霉斑，添加組可延長至 10-12 天無霉斑；即使在高濕度（RH 85%）環境下，添加組的貨架期也可從3天延長至 7 天，霉菌菌落總數（儲存 7 天）從 10⁵ CFU/g 降至 10³ CFU/g 以下（符合GB 7099-2015《糕點、面包衛生標準》）；

風味與質構影響：低劑量（≤0.04%）添加時，面包的風味（如麥香味）無明顯變化，硬度（儲存 7 天）從 400g增至 550g（未添加組從 400g增至 700g），仍保持柔軟口感，因8-羥基喹啉對面包老化的抑制作用（減少淀粉回生），間接提升了質構穩定性。

（二）蛋糕（水分含量 20%-30%，pH 6.0-7.0）：抑制表面霉變，保持外觀品質

蛋糕因含較多油脂與糖，表面易因水分遷移形成“高濕層”，成為霉菌（如曲霉、毛霉）滋生的重點區域，且霉變后外觀（如霉斑、變色）對消費者接受度影響極大。8-羥基喹啉通過“面糊添加+包裝內緩釋”方式，可針對性保護蛋糕表面：

添加方式與劑量：面糊中添加 0.01%-0.03% 的8-羥基喹啉（以面粉質量計），同時在蛋糕包裝內放置含8-羥基喹啉的緩釋片（劑量 0.05g/個，通過食品級緩釋膜控制釋放速率）—— 面糊添加抑制內部霉菌，緩釋片可在包裝內維持低濃度8-羥基喹啉氛圍，阻止表面孢子萌發；

防霉效果：在 30℃、RH 80% 條件下（模擬夏季儲存環境），未添加組蛋糕 7 天表面出現黃色曲霉斑，添加組可延長至 15天無霉斑；蛋糕表面的霉菌孢子附著量（儲存 10 天）從 10⁴ CFU/cm² 降至 10² CFU/cm² 以下，且無明顯變色（未添加組 10 天后表面泛黃率達 30%）；

口感適配性：蛋糕的口感依賴“松軟、細膩”，0.03% 劑量添加時，蛋糕的比容（體積/質量）從 3.5mL/g 降至 3.3mL/g（變化率＜6%），口感無“粗糙感”，因8-羥基喹啉對雞蛋蛋白的變性影響較小，未破壞蛋糕的泡沫結構（蛋糕松軟度的核心）。

（三）糕點（以酥性糕點為例，水分含量 5%-15%，pH 5.0-6.0）：控制霉菌滋生，適配低水分環境

酥性糕點（如餅干、桃酥）水分含量低，霉菌污染風險低于面包、蛋糕，但在高濕度（RH 80%）儲存時，仍可能因吸濕導致霉菌生長（如桃酥因含油脂易吸附水分，儲存1個月后可能出現青霉）。8 - 羥基喹啉通過“原料預混”方式，可適配低水分環境的防霉需求：

添加方式與劑量：在面粉與油脂混合階段，添加 0.01%-0.02% 的8-羥基喹啉（以面粉質量計），利用油脂的分散作用使8-羥基喹啉均勻分布于糕點基質中；

防霉效果：在 25℃、RH 80% 條件下，未添加組桃酥 30 天出現霉斑，添加組可延長至 60 天無霉斑；即使糕點吸濕后水分含量升至 18%，添加組的霉菌生長速率仍比未添加組慢 50%，菌落總數（儲存 45天）從 10⁴ CFU/g 降至 10³ CFU/g 以下；

酥性影響：酥性糕點的核心品質是“酥脆”，0.02% 劑量添加時，糕點的斷裂強度（反映酥脆度）從 200g增至 230g（未添加組為 200g），變化率＜15%，仍保持酥脆口感，因8-羥基喹啉與油脂的相容性較好，未破壞油脂形成的酥松結構。

三、對面團流變學特性的影響：從微觀作用到宏觀質構

面團的流變學特性（彈性模量G'、黏性模量G''、延伸性、形成時間）決定烘焙食品的最終質構（如面包的蓬松度、蛋糕的松軟度），8-羥基喹啉通過與面團中的面筋蛋白、淀粉相互作用，間接影響流變學特性，需結合具體作用機制與實驗數據分析：

（一）對面筋蛋白網絡的影響：低劑量促進交聯，高劑量抑制形成

面筋蛋白是面團彈性與延展性的核心，其通過“麥醇溶蛋白與麥谷蛋白的交聯”形成三維網絡結構。8-羥基喹啉的羥基（-OH）可與面筋蛋白的氨基（-NH₂）、羧基（-COOH）形成氫鍵，影響蛋白交聯程度：

低劑量（≤0.03%）時：氫鍵作用可促進面筋蛋白分子間的交聯，增強網絡結構的完整性 —— 面團的彈性模量G'（反映彈性，G'越大彈性越強）從10⁴Pa增至1.2×10⁴Pa（流變儀測試，頻率1Hz），形成時間（面筋網絡形成所需時間）從 4min 縮短至 3.5min，面團的持氣性提升（面包發酵體積從 200mL 增至 220mL），因更強的面筋網絡可更好地包裹發酵產生的 CO₂；

高劑量（＞0.05%）時：過量的8-羥基喹啉會在面筋蛋白表面形成“吸附層”，阻礙蛋白分子間的進一步交聯，導致面筋網絡疏松 —— 彈性模量G'降至8×10³Pa，延伸性（面團拉伸至斷裂的長度）從20cm縮短至15cm，面團持氣性下降（面包發酵體積降至180mL），且易出現“面團發黏”現象（表面黏性從50g增至100g），影響后續成型工藝。

（二）對淀粉糊化與老化的影響：延緩糊化，抑制回生

淀粉是面團的主要成分，其糊化（烘焙加熱時吸水膨脹）與老化（儲存時淀粉結晶）直接影響烘焙食品的質構與貨架期。8-羥基喹啉可通過“吸附淀粉表面+阻礙水分子進入”，影響淀粉的糊化與老化過程：

糊化特性：面團加熱過程中，8-羥基喹啉可吸附于淀粉顆粒表面，減緩水分子進入淀粉內部的速率，導致淀粉糊化溫度從62℃升至65℃（差示掃描量熱儀 DSC 測試），糊化焓（反映糊化所需能量）從 10 J/g 增至12J/g—— 糊化溫度的升高可避免烘焙初期淀粉過快糊化導致的面團塌陷，糊化焓的增加說明淀粉糊化更充分，面包芯部的細膩度提升（口感更綿密）；

老化特性：儲存過程中，8-羥基喹啉可插入淀粉分子間，阻礙淀粉鏈的重新排列與結晶（老化的核心過程）—— 面團的黏性模量G''（反映黏性，老化時G'' 因淀粉結晶增大）在儲存7天后，添加組（0.03%）從5×10³Pa增至8×10³Pa，未添加組從5×10³Pa增至1.2×10⁴Pa，老化速率降低 30%；對應面包的硬度增長速率從每天 50g降至每天 30g，有效延長了柔軟口感的保持時間。

（三）對 dough 整體流變學特性的綜合影響：劑量依賴的“雙向調節”

結合面筋蛋白與淀粉的作用，8-羥基喹啉對面團流變學特性的影響呈現“劑量依賴”的雙向調節：

適宜劑量（0.02%-0.04%）：面團的彈性與黏性平衡（G'/G'' 比值從 1.5增至 1.8，比值接近2時面團質構良好），延伸性保持在 18-20cm，形成時間 3.5-4min，穩定時間（面團抵抗機械攪拌的時間）從 5min 延長至 6.5min—— 此流變學特性適配面包、蛋糕的加工需求：面包發酵時持氣性好，蛋糕打發時泡沫穩定性高（打發體積從 300mL 增至 320mL）；

過量劑量（＞0.05%）：面團彈性過弱（G'/G'' 比值降至 1.2），延伸性縮短（＜15cm），穩定時間縮短至 3min—— 面團易在攪拌過程中“斷筋”，面包烘烤后易塌陷（體積減少 20%），蛋糕表面易出現“裂紋”，無法滿足加工與品質要求。

四、應用注意事項與優化方向

8-羥基喹啉在烘焙食品中的應用需兼顧防霉效果、面團流變學特性與食品安全，需注意以下核心事項，并通過優化提升應用價值：

（一）嚴格控制添加劑量，平衡防霉與品質

基于上述分析，8-羥基喹啉的適宜添加劑量為0.02%-0.04%（以面粉質量計）：低于0.02%時防霉效果不足（面包貨架期僅延長2-3天），高于0.04% 時易影響面團流變學特性（如彈性下降、口感粗糙）。實際應用中，需根據烘焙食品的水分含量調整劑量：高水分食品（如面包，水分30%-40%）選上限（0.03%-0.04%），低水分食品（如酥性糕點，水分 5%-15%）選下限（0.01%-0.02%），避免劑量過高或過低導致的問題。

（二）優化添加方式，提升分散均勻性

8-羥基喹啉的疏水性較強，直接添加易團聚，影響防霉效果與面團均勻性。優化添加方式包括：

預分散處理：將8-羥基喹啉與少量油脂（如黃油、植物油，質量比 1:5）混合，經高速剪切（1000rpm，5min）制成預分散液，再加入面團中 —— 油脂可提升8-羥基喹啉的分散性，避免團聚導致的局部劑量過高（如面團某區域8-羥基喹啉濃度達0.08%，引發局部發黏）；

分步添加：面包面團中，先將8-羥基喹啉與面粉混合均勻，再加入水、酵母等其他原料；蛋糕面糊中，先將8-羥基喹啉與糖、雞蛋混合，再加入面粉 —— 分步添加可減少它與面筋蛋白的直接接觸，降低對蛋白網絡的過度影響。

（三）復配其他防腐劑，協同提升防霉效果

為降低8-羥基喹啉的單獨使用劑量（減少對面團流變學的影響），可與其他食品級防腐劑復配，利用協同效應提升防霉效果：

與脫氫乙酸鈉（0.01%-0.02%）復配：脫氫乙酸鈉可抑制酵母與霉菌，與8-羥基喹啉協同后，面包的防霉效果提升 50%（貨架期從10天延長至15天），且它的劑量可降至 0.015%-0.025%，對面團流變學的影響減小（G' 變化率從20%降至10%）；

與ε-聚賴氨酸（0.005%-0.01%）復配：ε-聚賴氨酸是天然防腐劑，與8-羥基喹啉復配后，可覆蓋更廣的霉菌種類（如對根霉的抑制率從 70% 提升至95%），且提升烘焙食品的安全性（減少化學防腐劑的單獨用量）。

8-羥基喹啉在烘焙食品中通過“破壞霉菌細胞膜、螯合金屬離子、抑制孢子萌發”實現廣譜防霉效果，可將面包、蛋糕、糕點的貨架期分別延長 50%-140%、110%-150%、50%-100%，且在適宜劑量（0.02%-0.04%）下，可通過促進面筋蛋白交聯、延緩淀粉老化，優化面團流變學特性（提升彈性與持氣性，抑制老化）。但其應用需嚴格控制劑量（避免高劑量導致的面團彈性下降、口感粗糙），并通過預分散、復配等方式提升效果與安全性。相比傳統烘焙防腐劑（如丙酸鈣，易影響面團發酵），8 - 羥基喹啉在防霉持久性與面團適應性上具備優勢，未來可通過分子改性（如提升水溶性）進一步降低使用劑量，拓展在高水分、高糖分烘焙食品中的應用場景。

本文來源于黃驊市信諾立興精細化工股份有限公司官網 http://www.nycomed.com.cn/