粟米类淀粉的研究进展

崔 婷，林亲录，吴 跃，杨 涛，吴 伟，梁 盈，肖华西

（中南林业科技大学，食品科学与工程学院，稻米及副产物深加工国家工程实验室，湖南长沙 410004)

粟米类淀粉的研究进展

崔 婷，林亲录*，吴 跃，杨 涛，吴 伟，梁 盈，肖华西

（中南林业科技大学，食品科学与工程学院，稻米及副产物深加工国家工程实验室，湖南长沙 410004)

结合国内外粟米淀粉的研究概况，主要介绍其分离工艺、重要的理化性质（包括颗粒特性、溶解度、膨胀度和糊化粘度特性)以及改性研究，可为粟米淀粉日后的广泛应用和深层次理论研究提供基础。

粟米淀粉，分离工艺，理化性质，改性

粟类作物，英文中统称Millet，主要包括珍珠粟（pearl millet)、龙爪稷（或称穇子，finger millet)、黍稷（或称糜子proso millet或broom corn millet)、谷子（foxtail millet)、小黍（little millet)、圆果雀稗（kodo millet)、稗子（barnyard millet)等[1]，有7300多年的栽培历史。粟类为世界第六大谷物，脱壳后统称“粟米”或“小米”。其种植主要分布在我国，集中在北方干旱和半干旱地区，总产约占世界的80%;印度其次，占世界总产的10%左右;澳大利亚、美国、加拿大、法国、朝鲜、日本、匈牙利等国也有少量种植[2]。目前，全国谷子年种植面积约为140万hm2，年总产280万t左右，种植面积较大的省区有河北、山西、内蒙古等[3]。粟类作物具有生育期短、适应性广、耐干旱、耐贫瘠等优良特性。粟米的成分包括碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪酸、维生素、矿物质等[4]。其主要成分是淀粉，含量约为60%～70%[5]。铁10品种的粟米淀粉中直链淀粉含量高于玉米[6];蛋白质含量高于大米和小麦，为9.28%左右[7]。另外，粟米中脂肪酸含量为2.54%～ 5.85%，高于大米和小麦，而脂肪酸组成中，不饱和脂肪酸含量在85%以上，其中亚油酸为65.05%[8]。粟米中还富含维生素B1、维生素B2，矿物质Ca、Mg、Fe等含量均较高，胡萝卜素含量为0.19mg/100g[9]。此外，通过研究10种珍珠粟中植酸含量，发现其含量特别丰富为354～796mg/g[10]。总之，粟米中各种营养素比例适宜，且消化率很高，是良好的营养源[4]。粟米不是人们的主体食品，对其加工大多处于传统的作坊式加工阶段[11]，且加工工艺简单，对粟米中主要成分淀粉的改性和应用研究则更少。但粟米在我国北方种植面积较大，产量占很大的优势，且可在恶劣环境生长，能不占用耕地。目前，国内使用的淀粉主要来源于大宗粮食作物，如若能充分利用粟米淀粉，可以缓解我国的粮食压力，具有战略意义。再者，近年来，由于人们对健康的持续关注，粟米及其营养价值逐渐被发现，粟米在食品加工中的应用越来越多，对粟米淀粉性质的研究有利于粟米更好地应用于食品工业。所以加大对粟米淀粉的研究开发力度，开发出新颖、营养健康的产品，对丰富国民餐桌和促进食品加工业以及推动淀粉工业发展具有重要意义。

1 粟米淀粉的提取工艺研究

粟米主要可食部分是淀粉，现今研究的提取粟米淀粉的方法主要有酸法、碱法、酶法、表面活性剂提取法等。目前国内外实验室提取粟米淀粉的一般工艺为：粟米清洗→浸泡→磨浆→过筛→去蛋白→水洗→干燥脱水→粟米淀粉样品。在浸泡过程中，不同的浸泡液以及浸泡液浓度的差异均会影响粟米淀粉的提取率。在去蛋白的过程中，采用不同的试剂均会影响去蛋白的效果，从而影响淀粉样品的纯度。

国内有人[12]采用碱法、表面活性剂法、蛋白酶法提取粟米淀粉，分析提取方法对粟米淀粉性质的影响。结果表明，NaOH提取的粟米淀粉糊化温度较低，酶提取的较高;NaOH提取的粟米淀粉溶解度和膨胀力较大，酶法提取较小;SDS法提取粟米淀粉的得率相对于碱法和酶法高，蛋白质残留量低，糊化黏度较高。另外，有研究人员[13]采用NaHSO3溶液于4℃浸泡小米（冀优小香米)20h后粉碎、过筛，加入NaOH溶液去除蛋白，得到沉淀，沉淀分4层，依次是：灰色蛋白层、黄泥层、细纤维层、白色淀粉层。刮去上面3层，离心水洗，调pH至中性，水洗，于40℃烘干得冀优小香米淀粉。

对于粟米淀粉的提取工艺，国外很多研究人员也进行了研究。1998年，Kumari等[14]将谷物浸泡于pH为6.5的醋酸盐缓冲液中，软化后的谷物用搅拌机磨碎，连续过滤后加水打浆，迅速过80目筛，重复磨碎，打浆，过滤，直到残留于滤网的物质可以自由通过为止，加入甲苯去除蛋白，得粟米淀粉样品。Kim等[15]以狐尾草粟米为原料，粉碎过100目筛，并用100%和85%的甲醇提取淀粉，再用SDS提取5次，最后用85%甲醇和蒸馏水分别水洗3次，得到淀粉样品。另外，Lawal[16]将龙爪稷（finger millet)于30℃在0.2%的SO2溶液中浸泡28h后粉碎过筛、离心，用甲苯分出淀粉中残余的蛋白质，淀粉层用丙酮洗涤，干燥得龙爪稷粟米淀粉。

2 粟米淀粉的理化特性

2.1 粟米淀粉的颗粒形貌特性

Kumari等[14]采用扫描电子显微镜（SEM)对黍稷（proso millet)、谷子（foxtail millet)、稗子（barnyard millet)、圆果雀稗（kodo millet)、小黍（little millet)这五种粟米淀粉颗粒进行研究，结果显示，粟米淀粉大多数为多边形颗粒，有少量球形颗粒;其淀粉颗粒类似于稻米淀粉颗粒，淀粉颗粒直径为0.8～10μm。其中，稗子淀粉颗粒偏大，黍稷淀粉颗粒偏小;五种粟米淀粉中，形态较大的淀粉颗粒表面还出现了蛋白体的“挤压”而造成的深刻的压痕。

Kim等[15]的研究与以上研究一致，采用扫描电子显微镜，观察到四种当地谷子的淀粉颗粒大多数是多边形，少量有圆边的椭圆形;这些淀粉颗粒大小分别在10.1～25.0μm和4.7～12.5μm;此外，X-射线衍射也显示所有淀粉样品均为A型晶体。

国内，赵学伟等[17]采用SEM观察冀优小香米淀粉，发现多数淀粉粒呈不规则的多面体形，极个别为小圆形，直径为7～12μm;少部分淀粉粒由于形成过程中蛋白体的“挤压”作用，在淀粉粒表面留有圆形凹槽，且主要集中在棱的部位;有的淀粉粒的侧面不是平面而是略微凹陷。这些与Kumari[12]的研究结果也一致。

Fujita[18]等通过对53个粟米品种的研究表明，淀粉粒的平均直径为6.8～11.8μm，以8.1～9.9μm为中心呈正态分布。其中穇子淀粉粒的直径为l～9μm[19];珍珠黍淀粉粒直径为5～15μm，以10.5μm为中心呈正态分布[20]。

Linde-boom根据直径大小将淀粉粒分为4类：大粒淀粉（直径大于25μm)、中粒淀粉（直径10～25μm)、小粒淀粉（直径5～10μm)、极小粒淀粉（直径小于5μm)。根据这个分类标准，粟米淀粉主要属于小粒淀粉。

2.2 粟米淀粉的溶解度和溶胀力

Hoover等[21]的研究显示，珍珠黍的溶胀率和溶解性在60～95℃时有2次迅速升高的过程。也有研究[17]显示穇子淀粉在95℃时溶解性达到50%，蜡质粟米淀粉的溶胀率、溶解性在65～95℃时也近似呈线性增加，在95℃时分别达到55%和23%[22]。

Lawal[16]在研究粟米原淀粉和粟米羟丙化淀粉时，发现粟米原淀粉溶胀力随着温度改变而变化，最大溶胀力在90℃时，随着温度的升高，溶胀力在不断的增加，这是由于温度升高，水渗入到了淀粉颗粒内部更多的不定形区，并且当温度上升到糊化温度时，不定形区的溶胀也加速了结晶区的破裂，使得溶胀力增大。而基团羟丙化后，淀粉溶胀力相对于原淀粉在任何温度都增强了，这是由于庞大的羟丙基团引入到淀粉分子内部，导致分子之间的排斥，促进水渗入淀粉颗粒内部，增强了溶胀力。

赵学伟等[17]以冀优小香米为原料，研究其淀粉的溶解度和溶胀力，得到结果为粟米淀粉的溶胀力、溶解性随着温度变化而变化，在65℃之前，粟米淀粉的溶胀力、溶解性几乎不变，在65～95℃时，随温度升高呈线性上升，与Hoover研究结果一致，而95℃时，溶胀率、溶解性分别达到29.1%和12.9%。

马力等[6]曾对粟米淀粉和玉米淀粉糊性质进行了较详细比较研究，得出粟米淀粉膨胀力大于玉米淀粉，而溶解度小于玉米淀粉。

2.3 粟米淀粉糊的糊化粘度特性

Kumari等[14]采用布拉班德粘度仪同样对五种粟米淀粉进行研究，结果表明，五种粟米淀粉的糊化温度范围在75.8～84.9℃，其中稗子淀粉糊的糊化温度较高，而黍稷较低;黍稷淀粉糊的峰值粘度较其余四种粟米淀粉糊高;黍稷、谷子淀粉糊的回升值较低，稗子、圆果雀稗较高，而小黍中等;稗子淀粉糊较其余四种粟米相比崩解值最低，表明其受酶解的敏感性最低。

国内研究人员[17]对冀优小香米、大米、小麦淀粉的RVA粘度进行比较研究，发现小米和大米淀粉的最低粘度和最终粘度比小麦的低。小米和小麦淀粉的峰值粘度高于大米，但小米的回生值、衰减值远高于大米淀粉和小麦淀粉，说明小米淀粉糊不稳定且易回生。此外，与玉米淀粉相比，还发现粟米淀粉具有较高峰粘度、终粘度和糊化温度;粟米淀粉热破损值大，说明其热稳定性不好;其受pH影响与玉米淀粉相似，在pH4～10之间，糊粘度变化受pH影响不大，但在过高或过低pH条件下，糊粘度变化很大;盐和糖添加均能提高糊的稳定性，并对糊粘度有较大影响[6]。

王玉文等[23]对18个粟米品种的淀粉RVA谱特征值进行测定，建立粟米适口性与RVA谱特征值之间的关系，结果表明，RVA谱中，消减值＜0时，崩解值越大、消减值越小;或消减值＞0时，崩解值越小、消减值越大，当特征值出现这两种规律时，粟米的黏度大，口渣感小，适口性好。因此，RVA分析可作为谷子品质育种的一项重要的辅助选择技术。此外，刘成等[24]对河北产区9个不同品种谷子的糊化特性进行研究，比较其中的差异。结果表明，9个品种小米淀粉的糊化温度变化范围为74.45～77.83℃，在9个品种小米中，品种为冀谷19的谷子具有较高的崩解值为2890cP和较低的消减值为-1234.5cP，同时其直链淀粉含量也较低，为11.97%，说明冀谷19品种的谷子应该具有较好的食味品质，与王玉文等[23]的研究结果相吻合。

3 粟米淀粉的改性研究

改性淀粉（HTMS)是以天然淀粉为原料，在其原有性质基础上，经过特定的化学物理处理，改良其原有性能，被广泛应用于皮革、造纸、石油、纺织、食品、医药等行业，并且有望以改性淀粉制备纤维，从而大大地扩大了改性淀粉的应用范围[25]。淀粉改性主要有物理法和化学法。淀粉的物理改性主要有热液处理、微波处理、电离放射线处理、超声波处理、球磨处理、挤压处理等[26]。淀粉的化学改性主要有酸改性、氧化改性、糊精化、交联改性和引入稳定取代基法。对于粟米淀粉的改性，国内外研究不多，目前所进行的少量研究仅限于实验室中。

如Balasubramanian[27]以珍珠粟米为原料，提取其淀粉，并对其进行热液处理，酸化和酶改性。热液处理的珍珠粟改性淀粉其溶胀力和溶解度有所增加;酸化和酶改性淀粉的沉降体积和保水性显著降低。所有珍珠粟改性淀粉峰值粘度都降低，酸改性和酶改性淀粉的冻融稳定性和糊透明度有所改善。Lawal[16]对龙爪稷粟米淀粉进行羟丙化，发现未改性的粟米淀粉糊的浑浊度随着储藏时间的延长明显增加，而改性后的淀粉糊浑浊度明显降低，Kaur[28]对马铃薯淀粉进行羟丙化，Pal[29]对玉米淀粉进行羟丙化后，也会出现此现象。羟丙基淀粉的糊化温度降低，峰值黏度增加而回生值降低;改性后淀粉冻融稳定性增强，利用这些性状可将其应用于肉汁、果汁馅、布丁等食品工业中，使之平滑、透明、口感好[30]。另外，差示扫描热量法（DSC)显示羟丙化后淀粉老化现象明显改善。

国内也有研究人员对粟米淀粉进行醋酸酯化和交联改性，研究改性后淀粉的各种性状变化，发现粟米淀粉醋酸酯化后透明度明显提高，而交联使粟米淀粉透明度降低;同时，醋酸酯化对淀粉冻融稳定性改善作用不明显，但粟米淀粉经低度交联可获得良好的冻融稳定性[31]。

改性淀粉的广泛应用决定着淀粉的改性研究永无止境，改性研究的原淀粉范围更应扩大。粟米淀粉经不同方法改性后，很多性状得到改善，根据改善后的不同优良特性可将其应用于不同行业，对于改性淀粉应用范围的扩大起到了极大地推动作用。

4 结论

近年来，国内外对粟米淀粉的研究取得了一定进展，关于粟米淀粉的提取方法、颗粒特性以及淀粉糊的糊化粘度特性研究较多，这对粟米食品深加工起到一定的指导作用。相比之下，关于粟米淀粉的流变学特性，以及改性的研究非常少，对于粟米淀粉应用研究更是空白，因此，需加大这几方面的研究开发力度。粟米淀粉通过适当的改性处理，会产生许多优良特性，根据不同的特性将改性淀粉应用于不同的行业，相信会有很大的开发价值，对食品工业和淀粉工业的发展都具有深远的意义。

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Research progress in millet starch

CUI Ting，LIN Qin-lu*，WU Yue，YANG Tao，WU Wei，LIANG Ying，XIAO Hua-xi
（National Engineering Laboratory of Rice and By-product Deep Processing，Faculty of Food Science and Engineering，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China)

According to the research development of millet starch at home and abroad，the methods of starch isolation，physicochemical properties（including granule properties，swelling，solubility and pasting viscosity characteristics)and modification of millet starch were mainly summarized.This review could provide a foundation for the wide application and further research of the millet starch.

millet starch;isolation;physicochemical properties;modification

TS210.1

A

1002-0306（2012)14-0385-04

2011－11－02 *通讯联系人

崔婷（1987-)，女，硕士研究生，研究方向：粮食深加工。

国家自然科学基金（31050012);公益性行业（农业)科研专项经费项目（200903043-2);湖南省科技计划项目（2011NK3034)。