彩色玉米（Zea mays var. 'Everta'）、高粱（Sorghum bicolor）和苋属植物（Amaranthus sp.）热风膨化面粉的冷胶凝相关功能特性

《Food Chemistry》：Cold-gelation-related functionality of hot-air-popped flours from pigmented popcorn ( Zea mays var. ‘Everta’), sorghum ( Sorghum bicolor), and amaranth ( Amaranthus sp.)

　　

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  热空气爆米花处理降低了所有谷物面粉的淀粉有序度和结晶度。
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  爆开后的面粉表现出增强的水合能力和早期粘度发展。
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  流变学测定证实爆开后弹性行为更强。
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  多元分析揭示了谷物间基质依赖的功能路径。
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  爆开后的面粉作为清洁标签结构配料具有潜力。

引言

热处理被广泛用于修饰谷物和假谷物的理化性质与功能特性，从而扩展其在食品体系中的技术应用。在这些处理中，热空气爆米花作为一种快速、无油的膨化工艺日益受到关注——强烈的内部蒸汽压力使谷物爆裂，并引发形态、分子和超分子层面的转化。该过程通常在高温、短停留时间和中等谷物水分条件下进行，这些条件均会影响膨化效果及基质破坏程度。尽管传统上爆米花与零食生产相关联，但越来越多的证据表明，将爆开的谷粒磨成面粉后，其工艺功能特性和流变学性质会发生改变，使其可应用于新的食品领域。

玉米爆米花历史上与热空气膨化关联最为紧密，因为其致密的玻璃质胚乳和紧密的淀粉-蛋白质基质有利于内部压力积聚和高效爆开。然而，其他具有差异显著天然微结构的谷物在膨化过程中也可能经历重大结构转化，从而产生具有不同功能行为的面粉。例如，高粱具有紧密的胚乳和淀粉-蛋白质组织，这对其热响应和加工后的功能性影响显著。相比之下，苋菜的淀粉颗粒较小且嵌入富含蛋白质和脂质的基质中，这可能使其在热处理后呈现不同的结构分解和水合模式。此外，彩色玉米爆米花品种在膨化玉米基质中提供了进一步的结构多样性，使其成为比较评估的理想平台。

近期研究表明，爆米花通过部分淀粉糊化、结晶有序度丧失、蛋白质构象变化和微结构膨化等途径，改变了谷物面粉的理化、热学、流变及工艺功能性质。这些转化具有重要意义，因为它们可能促进快速水合、粘度建立以及在温和条件下的类凝胶行为。在淀粉-蛋白质基体系中，冷凝胶化通常涉及分子或超分子层面的失稳、水合、分子重排以及在室温或中等温度下形成的分子间缔合，从而生成结构化网络。在此框架下，如果膨化过程中诱导的结构变化足以增强吸水率、建立粘度并强化弹性，而无需额外的强烈加热，则爆开后的面粉有望成为清洁标签配方中有前景的低能耗结构配料。

尽管具有上述潜力，但热空气爆开面粉在冷凝胶化相关功能方面的研究仍不充分，尤其是跨那些在天然淀粉组织、蛋白质结构和微结构紧密性方面差异显著的谷物基质之间。既往研究主要聚焦于爆米花性能、营养质量或传统工艺功能性质，而对温和条件下粘度发展和类凝胶行为的结构基础关注甚少。因此，对彩色玉米爆米花、高粱和苋菜进行比较评估，可为了解热空气爆米花在谷物膨化之外如何促进功能重构提供有价值的见解。我们假设，热空气爆米花会在彩色玉米爆米花、高粱和苋菜面粉中诱导基质依赖的结构重组，导致在温和加工条件下不同水合程度、粘度发展程度和弹性增强程度。在此背景下，本研究旨在评估来自彩色玉米爆米花、高粱和苋菜的热空气爆开面粉的冷凝胶化相关功能，重点关注结构重组与功能行为之间的关系。

章节摘要

生物材料

本研究选取了六种市售彩色玉米爆米花品种，包括黑色、蓝色、紫色、红色1、红色2和黄色谷粒，购自美国俄亥俄州哥伦布市的一家商业供应商。同时使用了两种高粱品种，其中黄色高粱来自德克萨斯农工大学实验田，红色高粱则由墨西哥克雷塔罗当地供应商提供。最后，苋菜种子购自蒙特雷当地市场，

傅里叶变换红外光谱

采用傅里叶变换红外光谱检测了彩色玉米爆米花（黑色、紫色、蓝色、黄色、红色1和红色2）、高粱（黄色和红色）及苋菜经热空气爆米花处理后所经历的结构转变，以评估与热膨化相关的分子和超分子变化。特别分析了酰胺I区，以评估蛋白质二级结构的改变，因为该区域主要对应于C=O伸缩振动，对构象变化高度敏感。

结论

热空气爆米花处理改变了彩色玉米爆米花、高粱和苋菜面粉的结构组织与功能行为，且响应模式明显依赖于原始谷物基质。淀粉短程有序度和结晶度的降低、β折叠结构的增加以及多孔基质的形成，有助于解释爆开后的面粉相比生面粉表现出更高的水合能力、保油性和更早的粘度发展。响应模式，

CRediT作者贡献声明

Alexandra Rincón-Aguirre：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，方法论，形式分析，数据整理。Johanan Espinosa-Ramírez：撰写——审阅与编辑，资源，形式分析，概念化。Victor San-Juan：方法论，形式分析。Anayansi Escalante-Aburto：撰写——审阅与编辑，可视化，调查研究，概念化。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

本工作由蒙特雷理工学院2023年挑战基础研究资金计划支持。作者感谢蛋白质研究与开发中心以及健康食品保障研究组在本研究期间给予的支持。作者还衷心感谢Regina Elizabeth Vargas Mejía博士在样本形态分析中提供的宝贵合作，以及Juan de Dios Figueroa-Cárdenas博士。

Alexandra Rincón-Aguirre|Johanan Espinosa-Ramírez|Victor San-Juan|Anayansi Escalante-Aburto