伽马辐照处理对藜麦粉工艺特性的影响

藜麦种子经不同剂量γ辐照后，其物理化学、流变学、热学及微观结构等特性发生变化。10 kGy辐照使持水能力（WHC）、油持能力（OHC）和水分溶指数（WSI）显著提高，淀粉结构破坏导致凝胶温度降低和粘度参数下降，FTIR证实辐照改变碳水化合物和水分吸收能力，SEM显示淀粉颗粒表面裂纹。研究证实γ辐照剂量影响藜麦技术特性，可能提升食品加工应用价值。

萨拉·萨纳伊·纳萨布（Sarah Sanaei Nasab）| 内达·莫拉克哈利利-梅博迪（Neda Mollakhalili-Meybodi）| 马苏梅赫·阿拉布（Masoumeh Arab）| 塞耶德·马尔齐耶·侯赛尼（Seyede Marzieh Hosseini）| 霍赛因·法拉赫扎德（Hossein Fallahzadeh）

伊朗亚兹德沙希德·萨杜吉医科大学（Shahid Sadoughi University of Medical Sciences）公共卫生学院食品科学与技术系

摘要

奎奴亚种子分别接受了0.5、1、2.5、5、7.5和10 kGy的辐照处理，随后对其物理化学性质、功能性、流变学特性、热性质、糊化特性、质地特性以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）和形态特征进行了分析。

结果表明，伽马辐照对淀粉的糖苷键、直链淀粉/支链淀粉比例以及蛋白质的三级结构产生了影响，这种影响随辐照剂量的增加而加剧。在10 kGy的辐照剂量下，产品的水分保持能力（WHC）为1.88 ± 0.01%、氧化氢结合能力（OHC）为1.76 ± 0.01%、糊化热（WSI）为4.09 ± 0.02 g/g，这些指标均高于对照组，说明辐照促进了淀粉的水解解聚。粘度参数（峰值粘度、保持粘度、最终粘度和恢复粘度）显著下降，而tan δ值显著增加（从1.37×10^-1±0.02增加到2.43×10^-1±0.05）。在10 kGy辐照的样品中，凝胶化起始温度、峰值温度和结束温度最低，这归因于伽马辐照对淀粉结构的严重破坏。随着辐照剂量的增加，样品的硬度降低，表明支链淀粉的结晶程度提高。FTIR分析证实了伽马辐照对碳水化合物和水吸收能力的影响，表现为O–H键伸缩振动减弱，而C–H键和C=O键伸缩振动增强，尤其是在10 kGy时。扫描电子显微镜观察发现，在7.5和10 kGy辐照的样品中，淀粉颗粒表面出现裂纹且结构减弱。这些结果表明，较高的辐照剂量会影响奎奴亚种子的技术特性，对其食品配方具有重要意义。

引言

奎奴亚（Chenopodium quinoa）是一种无麸质的伪谷物，因其高营养价值而受到重视。它含有超过15%的蛋白质，且必需氨基酸含量均衡。奎奴亚还富含脂类、维生素、矿物质、膳食纤维和生物活性化合物。与大多数谷物不同，它特别富含赖氨酸和含硫氨基酸，使其成为完整的蛋白质来源。其高蛋白质含量使其在功能性食品配方中越来越受到关注。此外，其丰富的膳食纤维有助于消化并促进大肠对营养物质的吸收。奎奴亚还含有大量的维生素，如叶酸、核黄素、α-生育酚和吡哆醇，尽管其硫胺素含量相对较低。在矿物质方面，奎奴亚比许多谷物含有更多的镁、钙、铁、铜和锌。由于其营养价值和无麸质特性，奎奴亚粉被用于无麸质食品的制备，并作为强化成分添加到饼干、意大利面和零食等小麦制品中。因此，监测奎奴亚粉的技术特性（包括蛋白质和淀粉结构、溶解度、水分保持能力及乳化能力）至关重要。

食品辐照是一种非热处理方法，被广泛认为是安全、有效且环保的。该方法通过在受控条件下使食品暴露于电离辐射下，来减少微生物污染、延长保质期并保持食品质量。食品加工中使用的电离辐射形式包括伽马射线、X射线和电子束，其中伽马射线由于具有较强的穿透能力而最为适用。国际机构如联合国粮食及农业组织（FAO）、国际原子能机构（IAEA）和世界卫生组织（WHO）已确认伽马辐照的安全性，批准其在一般应用中的使用剂量为10 kGy，某些食品产品的使用剂量可高达70 kGy。

尽管奎奴亚具有公认的营养价值和功能性潜力，但在种植、收获和储存过程中仍容易受到Peronospora farinosa和Fusarium exiguum等病原体的污染。虽然伽马辐照是一种有前景的非热杀菌方法，但目前尚缺乏关于其对奎奴亚粉技术特性影响的详细研究。因此，本研究旨在探讨伽马辐照对奎奴亚粉技术特性的影响，填补相关研究空白，并为其在食品配方和储存中的应用提供见解。本研究的新颖之处在于全面评估了伽马辐照后奎奴亚粉的技术特性。以往的研究主要关注微生物灭活或有限的物理化学变化，而本研究同时考察了其功能性、流变学、热性质、糊化特性、质地特性、FTIR和形态特征。通过整合这些参数，我们提供了关于辐照对淀粉和蛋白质结构变化的新证据，从而深入了解了奎奴亚粉在食品应用中的安全性和技术可行性。

材料

白色奎奴亚种子（Chenopodium quinoa Titicaca）购自伊朗马什哈德（Mashhad）的Elia贸易市场，并装入密封的聚乙烯袋中。所有使用的化学试剂均为分析级。

伽马辐照处理

奎奴亚种子的辐照处理在伊朗核科学技术研究院（NSTRI）进行，使用的是Co-60伽马射线源。施加的名义剂量分别为0.5、1、2.5、5、7.5和10 kGy，辐照速率为1.15 Gy/sec。

奎奴亚粉的水分保持能力和油保持能力

1显示了对照组和辐照组奎奴亚粉样品的功能特性。产品的功能特性取决于其化学组成、结构及其组分的空间排列，尤其是蛋白质。

结果表明，所有样品的水分保持能力（WHC）随着辐照剂量的增加而提高，范围为1.66±0.02%至1.88±0.01%。然而，各组之间未发现显著差异。

结论

伽马辐照处理总体上改变了并改善了奎奴亚粉的技术特性。辐照提高了水分保持能力、油保持能力、水溶性指数和C=O键伸缩转化百分比。同时，辐照降低了水分吸收指数、膨胀能力和热性质（包括凝胶化起始温度、峰值温度、结束温度及焓变）。

作者贡献声明

霍赛因·法拉赫扎德（Hossein Fallahzadeh）：软件处理。 塞耶德·马尔齐耶·侯赛尼（Seyede Marzieh Hosseini）：资源提供与验证。 马苏梅赫·阿拉布（Masoumeh Arab）：资源提供、方法论设计、监督、验证及审稿编辑。 内达·莫拉克哈利利-梅博迪（Neda Mollakhalili-Meybodi）：概念构思、方法设计、项目管理、软件应用、初稿撰写及审稿编辑。 萨拉·萨纳伊·纳萨布（Sarah Sanaei Nasab）：概念构思、数据整理、实验设计、方法实施、项目协调、软件应用、初稿撰写及审稿编辑。

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或个人关系。

数据可用性

数据可应要求提供。

写作过程中未使用生成式AI和AI辅助技术

在撰写过程中，作者未使用任何生成式AI和AI辅助技术。

资助信息

本研究得到了伊朗沙希德·萨杜吉医科大学（Shahid Sadoughi University of Medical Sciences）公共卫生学院的支持（项目编号：IR.SSU.SPH.REC.1399.167）。

致谢

作者感谢伊朗沙希德·萨杜吉医科大学公共卫生学院对本研究的支持。