《Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre》：PHYSICOCHEMICAL AND TECHNOLOGICAL CHARACTERIZATION OF SPRAY-DRIED SORGHUM PYRODEXTRIN POWDERS FOR USE IN FOOD SYSTEMS
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吡喃果胶通过高粱淀粉残渣热转化制备，研究其喷雾干燥条件下的物理化学特性及稳定性，发现水分保持能力1.76-1.87 g/g，水溶指数61.5%-65.4%，降解温度293.9-303.1°C，流动性能良好（Carr指数10.5%-24.0%，Hausner比1.12-1.31），表明其适用于功能性食品开发。
玛丽亚·阿戈斯蒂娜·比安基（María Agostina BIANCHI）|劳拉·塞西莉亚·戈麦斯·帕米耶斯（Laura Cecilia GóMEZ PAMIES）|巴勃罗·丹尼尔·里博塔（Pablo Daniel RIBOTTA）|迭戈·利布金德·弗拉蒂（Diego LIBKIND FRATI）|埃莉萨·伊内斯·贝尼特斯（Elisa Inés BENíTEZ）
阿根廷查科省雷西斯滕西亚市法国414号（H3506），国家技术大学区域雷西斯滕西亚分校
摘要
在啤酒类饮料生产过程中产生的高粱淀粉残渣可以用来制备焦糊精。从之前的研究中选取了五种在不同喷雾干燥条件下制备的焦糊精粉末样本，对其物理、化学和微生物稳定性进行了评估。本研究旨在评估这些粉末的特性，以探索其在改善食品营养和功能特性方面的潜在应用。结果表明：水溶性指数为61.5%至65.4%，悬浮液粘度为6.78至16.41 mPa·s，持水能力为每克干物质1.76至1.87克水，分散性吸光度在0.98至1.75之间。这些粉末的降解温度在293.9至303.1°C之间，流动性指标（Carr指数和Hausner比率）分别处于10.5%至24.0%和1.12至1.31的范围内。焦糊精粉末所展现的特性使其成为功能性食品的理想成分，特别是在需要稳定性和纤维贡献的场合。
引言
高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）是一种营养丰富的作物，也是全球最重要的谷物之一，产量排名第五。它具有较强的气候适应性，能够在恶劣的环境条件下生长，包括温度和水资源受限的情况（Dhar等人，2024年）。由于高粱不含麸质，其淀粉成为开发符合当前功能性食品趋势产品的宝贵资源，既有利于乳糜泻患者，也有助于人们追求更健康的生活方式。特别是，高粱可以用来生产焦糊精——这种由淀粉衍生的物质因在人体胃肠道中具有抗酶水解性而被视为膳食纤维（Gómez Pamies等人，2021年）。这些抗性糊精是通过在酸性环境中对淀粉进行热处理获得的，过程中形成了新的糖苷键（如1→2、1→3和1→6键），同时减少了1→4键的数量（Lovera等人，2020年）。作为膳食纤维，焦糊精已被证明具有多种生理益处，如降低餐后血糖水平、维护肠道健康、改善糖和脂肪代谢以及减少体脂（Chen等人，2020年）。研究表明，抗性糊精的血糖指数显著低于葡萄糖、麦芽糖和麦芽糊精，这归因于焦化过程中淀粉中形成的特殊键结构，这些键能够抵抗消化酶的降解（Toraya-Avilés等人，2017年）。此外，关于不同来源焦糊精的物理化学、流变学和热性质的研究表明，它们具有良好的溶解性、低粘度和较高的降解温度（Lovera等人，2020年；Wojcik等人，2024年；Zhen等人，2021年）。
焦糊精的特性使其成为食品配料和添加剂领域的潜在替代品，可以替代某些传统添加剂以提升食品的营养和功能价值。例如，在碳水化合物类别中，常用的麦芽糊精因其多种功能（如增稠剂）而备受关注。然而，由于其高血糖指数（105–185），糖尿病患者或低血糖患者需谨慎使用。因此，用焦糊精替代它们可能有助于提升某些食品的营养价值。
高粱常用于生产无麸质产品（如啤酒类饮料），发酵后会产生湿淀粉残渣。将这些淀粉转化为焦糊精并经过喷雾干燥处理后，可得到高附加值的产品。脱水后的材料具有良好的物理、化学和微生物稳定性，从而延长食品的保质期。此外，粉末形式的产品在运输和储存方面更加方便（Ueda等人，2023年）。喷雾干燥技术可将焦糊精制成干粉，便于将其添加到食品配方中。这一过程还带来了其他优势，如颗粒大小可控、溶解度高，且复水后产品能保持与原样相同的新鲜度（Kumoro等人，2024年）。
在本研究中，分析了五种通过不同喷雾干燥工艺制备的焦糊精粉末。这些样本是根据之前研究（Bianchi等人，2025年）中选出的，基于其良好的稳定性参数。这些焦糊精是从适合乳糜泻患者的啤酒类饮料生产过程中剩余的淀粉残渣中通过热转化获得的。本研究的主要目的是评估焦糊精粉末的物理化学和技术特性，以便了解其在食品加工中的潜在应用。
尽管已有研究探讨了焦糊精的相关性质，但本研究的重点在于经过喷雾干燥处理的材料，这一工艺有助于其保存。因此，重新评估其复水性、流动性和热稳定性非常重要，因为这些性质可能因热转化工艺、淀粉来源和干燥条件的不同而有所差异。研究结果将有助于指导焦糊精的合理应用及干燥工艺的选择。从环保角度来看，本研究旨在利用其他生产过程中产生的废弃物，提高资源利用效率并促进可持续发展。
焦糊精的制备
本研究使用了来自阿根廷查科省东北部地区的高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）。将5公斤高粱颗粒浸泡在10升0.5%（体积比）次氯酸钠（NaOCl）溶液中，浸泡时间为18小时，然后在75°C下加热4小时以降低单宁含量（Acquisgrana等人，2019年）。焦糊精的制备方法参考了Gómez Pamies等人（2021年）的研究方法。
傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析
对五种焦糊精粉末样品的FTIR光谱进行了分析，并与原始高粱淀粉的光谱进行了比较。观察到的差异证实了热转化过程中发生的结构变化，这些变化可能解释了部分实验结果。五种样品的FTIR光谱没有显著差异。分析主要集中在900–1200 cm-1波段。
结论
研究表明，通过喷雾干燥制备的高粱焦糊精粉末具有良好的复水性、热稳定性和流动性。根据具体的干燥条件，这些特性使其在多种应用中具有潜力。它们能够保持和分散水分，从而改善食品的质地和稳定性；同时，其粘度使其适用于需要流体或略微浓稠稠度的食品。
作者贡献声明
玛丽亚·阿戈斯蒂娜·比安基（María Agostina Bianchi）：负责撰写初稿、数据可视化、方法验证、实验设计、数据分析及概念构建。埃莉萨·伊内斯·贝尼特斯（Elisa Inés Benitez）：负责文本审阅与编辑、数据可视化、方法验证、研究监督及资金申请。迭戈·丹尼尔·利布金德·弗拉蒂（Diego Daniel Libkind Frati）：负责文本审阅与编辑、方法设计。巴勃罗·丹尼尔·里博塔（Pablo Daniel Ribotta）：负责文本审阅与编辑。劳拉·塞西莉亚·戈麦斯·帕米耶斯（Laura Cecilia Gómez Pamies）：负责软件操作、方法设计、实验实施及数据整理。
资助
本研究得到了国家技术大学区域雷西斯滕西亚分校和国家科学技术研究委员会（CONICET）的财政支持。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢FIGMAY SRL公司提供了用于实验研究的实验室级喷雾干燥设备。
