天然着色且功能性的甜点用粉末配方：流动性、质地、稳定性以及生物活性化合物

《Powder Technology》：Naturally colored and functional powder formulation for dessert: flow properties, texture, stability, and bioactive compounds

紫玉米基粉末制剂的物理化学和流变特性研究表明，三种配方（F1-F3）的水活度、吸湿性和溶胀指数均适宜储存，F3密度最高，F2流动性能最佳。复水后紫玉米糊颜色变浅与生物活性成分损失相关，但F3仍保持最高花青素（0.360mg/g）和抗氧化能力（3.118mg/g），且F2析水率最低、凝胶强度最佳。该研究证实紫玉米可通过淀粉基粉末开发为天然添加剂，推动可持续食品工业应用。

　　

Meliza Lindsay Rojas | Karla Ramirez

秘鲁特鲁希略市北方私立大学农业工程高级研究中心

摘要

本研究旨在评估基于紫玉米的粉末制剂的物理化学性质和流动特性，以及将其重新配制成粥状甜点时的颜色、收缩率、质地和生物活性化合物含量。开发了三种配方（F1 = 2.5%马铃薯淀粉 + 2.5%玉米淀粉，F2 = 2%马铃薯淀粉 + 3%玉米淀粉，F3 = 4%马铃薯淀粉 + 1%玉米淀粉），作为含有水果和香料的紫玉米提取物的载体。所有粉末的水分活度较低（0.308–0.342），吸湿性适中（11.499–12.105 gH?O/100 g干物质），水溶性指数也处于中等水平（26.982–30.319 g/100 g干物质），有利于储存稳定性。密度测试表明F3的压缩程度最高（0.935 mg/mL）。流动性测试显示F2的表现最佳（豪斯纳比 = 1.2；卡氏指数 = 16.42%）。当重新配制成粥状时，样品的颜色参数（L*、a*、b*）比对照组有所下降，这与干燥过程中生物活性化合物的损失有关。然而，F3在对照组和重新配制后的样品中均保持了最高的总单体花青素含量（0.360 和 0.272 mg cya-3-glu/g）和抗氧化能力（3.118 和 2.450 mg Trolox/g）。所有凝胶都表现出典型的收缩现象，但F2的收缩率最低且凝胶强度最高，表明其稳定性较好。质地分析显示温度不可逆地改变了凝胶的硬度和粘性，这可能是由于淀粉结构的变化所致。本研究证明了利用紫玉米开发功能性粉末产品的可行性，为合成添加剂提供了天然替代品，并促进了这种本土作物在增值食品应用中的可持续利用。

引言

每年都有新产品上市，这些产品以其吸引人的外观、用户友好性和延长的保质期而受到欢迎。根据NOVA分类系统，这些产品被归类为超加工食品（UPFs），即通过多种工业技术加工而成的混合物，其中包含着色剂、香料、增稠剂和凝胶剂等食品添加剂[1,2]。典型的例子包括碳酸饮料、包装零食、糖果、面包、人造黄油、早餐谷物、方便食品、鸡块、香肠、汉堡、速溶汤、面条和甜点[3]。尽管这类产品的消费并不新鲜，但由于城市化、快节奏的生活方式和人们对方便即食产品的需求增加，其在拉丁美洲的消费量显著上升。

超加工食品消费量的增加引发了对其潜在健康影响的担忧。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据，这些产品占全球食品供应的很大比例[4]，而且由于它们广泛可用，进一步加剧了高消费现象。虽然它们的成分（如合成或化学衍生的着色剂和香料）在食品保存和风味增强方面起着重要作用，但它们也与多种健康问题相关，包括肥胖和代谢紊乱[5,6]。

这种担忧促使人们更加关注含有天然来源添加剂的食物，尤其是有机来源的添加剂，作为一种更安全、更健康的替代品。这种方法不仅提高了人群饮食的营养价值，还支持食品产业与可持续发展目标（SDGs）的对齐，特别是SDG-3，该目标旨在减少与摄入潜在有害物质相关的疾病发病率[7]。应对这一趋势的一个策略是全面利用原材料，不仅包括传统使用的成分，还包括那些仍含有有价值化合物的废弃部分，以便进行功能性应用。

紫玉米（Zea mays L）是一种具有广泛利用潜力的原材料，它在亚洲、欧洲和美洲广泛种植。紫玉米籽粒的淀粉含量高达63.4%至78.75%[8,9]，适合用于提取淀粉并具有多种应用可能性。此外，富含花青素等生物活性化合物的紫玉米穗具有作为天然色素来源的潜力[10,11]。在秘鲁，紫玉米传统上用于制作“chicha morada”饮料和“mazamorra morada”甜点。在制作chicha morada的过程中，通过将玉米穗和籽粒煮沸来部分提取成分，但因其商业价值较低，这些剩余物常被用作动物饲料[11]。目前关于紫玉米综合利用的科学文献仍然有限。大多数研究集中在其营养特性或提取物和色素的表征上，尚未探讨提取物在食品粉末中的应用或副产品的利用[12][13][14]。

传统的mazamorra morada甜点是由新鲜紫玉米提取物与增稠剂（通常是马铃薯或红薯淀粉）、水果和香料混合制成的。而市面上用于制作这种甜点的商业粉末产品通常含有人工色素和香料，这凸显了缺乏既能保持功能性又能保持感官质量的天然替代品的需求。因此，有必要开发不含合成添加剂的紫玉米成分粉末混合物。

本研究探讨了使用天然成分开发粉末产品的方法，重点是利用含有淀粉和花青素的紫玉米组分。研究旨在评估基于紫玉米的粉末制剂的物理化学性质和流动特性，并将其重新配制后用于制作紫玉米粥。同时评估了粥的颜色、收缩率、质地和生物活性化合物含量。

试剂使用情况

在本研究中进行的各种分析中使用了以下试剂：亚硫酸钠（JTBaker, K43336, 66.3%）、石油醚（Erza, 2071374, 98%）、二甲基亚砜（Merck, K52488352 026, ≥99.9%）、碘化钾（Merck, 149527, 99.5%）、碘（Merck, B1649861 913, ≥99.9%）、氯化钠（EMSURE ACS, 170419, 99%）、柠檬酸（Merck, 0000523140, ≥99.9%）、氯化钾（Merck, K53730136 217, ≥99.5%）、醋酸钠（Merck, AM1291668923, AM1291668923）

淀粉和粉末制剂的形态与组成

通过光学显微镜观察了玉米淀粉和马铃薯淀粉的形态（图3），显示出每种淀粉的典型特征和粒径。与马铃薯淀粉相比，紫玉米淀粉的粒径更小，表面有较多的沟槽，而马铃薯淀粉呈椭圆形且表面光滑。粉末制剂的显微镜观察显示淀粉颗粒表面呈红色，表明紫玉米色素与淀粉发生了结合。

结论

本研究开发了三种粉末配方（F1、F2、F3），使用了不同比例的马铃薯淀粉和紫玉米淀粉：F1（2.5%马铃薯淀粉 + 2.5%玉米淀粉），F2（2%马铃薯淀粉 + 3%玉米淀粉），F3（4%马铃薯淀粉 + 1%玉米淀粉）。这些淀粉混合物作为含有水果风味和香料的紫玉米提取物的载体。所有粉末的水分活度较低（0.308–0.342），吸湿性和水溶性指数适中。密度分析显示F3的压缩程度最高。

作者贡献声明

Meliza Lindsay Rojas：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、监督、软件使用、方法设计、数据管理、概念构思。 Karla Ramirez：初稿撰写、可视化处理、方法设计、实验研究、数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。