高粱

高粱淀粉的研究概述

第一章引言

高粱又称乌禾、蜀黍，是重要的耐旱作物，具有高产、抗旱、抗盐碱、抗涝、耐贫瘠等特点，已有三千多年的历史，种植面积和产量仅次于小麦、水稻、玉米、大麦，居第五位，主要生产国家有印度、美国、尼日利亚和中国。从世界范围看，高粱主要分布在非洲、亚洲、美洲的热带干旱和半干旱地区，据2011年FAO（世界粮农组织）统计，高粱非洲和亚洲的种植面积分别为2045万公顷1060万公顷；在我国主要分布在吉林、辽宁、黑龙江，其次为内蒙古、山西、四川、河北、甘肃等地。

高粱有不同的分类方式，按性状和用途可分为食用高粱、糖用高粱、帚用高粱等；按其穗部性状可分成散穗和紧穗两种；按其原产地和生态类型可分成中国高粱、印度高粱、非洲高粱等；根据籽粒颜色分为褐高粱（单宁含量高达1％～2％）、黄高粱（单宁含量低，<0.4％）、白高粱（单宁含量低，籽粒小）和混合高粱等几种。生产上多根据用途不同而将其划分成粒用高粱、糖用高粱、饲用高粱、工艺用高粱等。在我国根据产区的不同，高粱可分为东北高粱、华北高粱和西北高粱。

高粱富含淀粉，一般含量在50%～70%，高者达70%以上。很长一段时间，高粱主要是用在粮食、食品、酿造(生产陈醋、酿酒)和饲料加工等方面。20世纪50年代初，高粱籽粒曾是中国东北地区的主食。高粱酿酒历史悠久，著名的茅台酒、汾酒等名酒，主要以高粱为原料。糖用高粱（甜高粱）的茎秆含有大量的汁液和糖分，是新兴的一种糖料作物、饲料作物和能源作物。随着高粱加工技术的发展，高粱淀粉广泛应用于食品工业，常作为胶黏剂、伸展剂、填充剂、吸收剂和食用膜等。然而，与高粱蛋白和酚类物质的研究相比，高粱淀粉的研究较少；相比于玉米、豆类和大米淀粉等，高粱淀粉的研究更少。但目前以淀粉为原料的大型工业多集中在玉米、大米和马铃薯，对高粱淀粉的应用价值还未得到充分的关注和利用。因此，为充分利用我国丰富的高粱资源，使高粱得到更广泛的应用，有必要深入了解高粱淀粉的理化特性和功能特性。

第二章高粱淀粉的理化特性

2.1 高粱淀粉的组成特点

高粱作为一种谷物经济作物，最主要的组分是淀粉，其次是蛋白质，质量分数为8.0%~17.0%；脂类质量分数为1.4%~6.2%；粗纤维2%~3% 。此外，高粱还含有多种植物化学物质，非淀粉多糖、原花青素、单宁、酚酸、植物固醇等，由于高粱淀粉和蛋白质的含量都高于玉米，且高粱的生物活性组分含量非常丰富，因此，许多学者认为高粱可能会部分替代玉米。

完整规则的高粱淀粉70%~80%为支链淀粉。直链淀粉含量在不同高粱品种间差异较大，普通高粱淀粉中直链淀粉的质量分数在11.98%～23.47%之间，平均值为18.71%；糯质高粱品种直链淀粉含量非常低，而支链淀粉的质量分数接近100%。

高粱中的蛋白质对淀粉的加工利用有许多不利的影响，如淀粉生产中蛋白分离困难，使用时会产生气味或臭味，蒸煮时易产生泡沫，水解时易产生颜色等。高粱淀粉中存在的脂类化合物也会引起下列不利的影响：（1）脂类化合物会抑制高粱淀粉颗粒的膨胀和溶解，使其糊化温度提高，水粘合能力降低。（2）易形成直链淀粉-脂类化合物的络合物，使淀粉糊和淀粉膜不透明度或混浊度增加，还会影响胶化淀粉的增稠能力和粘合能力。（3）不饱和脂类化合物的氧化产物会产生令人讨厌的气味。马铃薯和木薯淀粉只含有少量的脂类化合物（约0.1%），因而不会产生前面所提到的这些不利影响。

2.2 高粱淀粉的颗粒特性

高粱淀粉颗粒粒径在5～20µm，在偏光显微镜下可观察到颗粒多数为圆形和多角形，表面内凹，部分颗粒表面有类蜂窝状结构，轮纹较清晰，脐点在中央，黑十字比较规则。在常见的多种淀粉之中，高粱淀粉与玉米淀粉的相似程度最为接近。

2.3 溶解性和膨胀性

高粱淀粉的溶解性和膨胀性反应的是淀粉与水之间相互作用的重要性质。通常用来区别不同种类的淀粉或者检验淀粉改性的影响。溶解度是指在一定温度下淀粉样品分子的溶解百分数，膨润力是指每克干淀粉在一定温度下吸水的质量

数，反映的是淀粉悬浮液在糊化过程中的吸水特性和在一定条件下离心后的持水能力。高粱的品种、淀粉的加工制备方法、支链淀粉和直链淀粉的组成等都会影响这些性质。有研究表明生长在撒哈拉沙漠的白、红高粱淀粉的膨胀性和溶解度都高于小麦、大米和玉米淀粉。湿热处理高粱淀粉也能够降低其溶解性和膨胀性；但高粱淀粉的膨润力和溶解度会随温度的升高而升高，并在碱性条件下呈现较高膨胀势和溶解度。

高粱淀粉的膨胀能力与溶解特性对其蒸煮品质具有显著影响。高梁淀粉在50～70℃之间的膨胀率与溶解性比小麦淀粉低，但是在75～90℃条件下结果正好相反。与玉米淀粉相比，高粱淀粉在70～90℃条件下具有更低的持水能力与更高的膨胀能力。

2.4 凝胶性

原料的凝胶特性对食品加工有着重要作用，淀粉凝胶的形成主要是由于直链淀粉和支链淀粉通过分子间微细结构聚集形成的，因此，直链淀粉和支链淀粉的比例会影响凝胶的特性。此外，不同地域不同品种的高粱的凝胶性有很大差别，加工处理方法也会影响着淀粉的凝胶特性。有研究表明湿热处理会促进高粱淀粉凝胶的形成并增加凝胶的强度，使之更有利于食品的加工。有研究发现，非纯蜡质高粱直链淀粉含量居于蜡质高粱和普通高粱淀粉之间，支链淀粉含量与蜡质高粱淀粉相似。然而非纯蜡质高粱淀粉形成的凝胶是粘弹性凝胶，普通高粱则形成硬型凝胶，蜡质高粱淀粉形成的是黏性水凝胶。

2.5 糊化特性

高粱淀粉的糊化特性是了解其物理特性和潜在应用价值关键。高粱淀粉的糊化特性也与其直链淀粉和支链淀粉的含量有关，直链淀粉可以和脂肪形成复合结构抑制其膨润力，从而导致其黏度和糊化性改变。蜡质和非纯蜡质高粱淀粉有较低的糊化温度和较高黏度。湿热处理也可以使白高粱淀粉的糊化温度轻微升高，但其黏度则有所降低，同时其断裂性和回生度会明显降低。

高梁淀粉的糊化温度比玉米淀粉与小麦淀粉高为71～80℃，玉米淀粉为62～76℃，小麦淀粉为58～64℃。蜡质高梁淀粉的糊化温度比普通高粱淀粉高，而且具有蒸煮速度快、蒸煮稳定性差、峰值黏度高、面糊透明度高、高的水结合能力、不易形成凝胶与回生等特性。

2.6 淀粉糊的透明度和粘度