高粱淀粉的研究与发展

刘庆芳，祁瑜婷，杜方岭

（1.燕京啤酒有限公司，山东莱州　261400；2.山东省农业科学院农产品研究所，山东省农产品精深加工技术重点实验室，山东济南　250100；3.山东大学生命科学学院，山东济南　250100）

高粱淀粉的研究与发展

刘庆芳1，祁瑜婷2，3，*杜方岭2

（1.燕京啤酒有限公司，山东莱州261400；2.山东省农业科学院农产品研究所，山东省农产品精深加工技术重点实验室，山东济南250100；3.山东大学生命科学学院，山东济南250100）

高粱是一种广泛分布在世界各地的耐旱杂粮作物，在非洲更有“救命之谷”的美誉。因其高产性和营养丰富的特性，使得高粱在食品、酿酒和饲料等产业方面用途广泛。淀粉是高粱最主要的组成成分，国外对高粱淀粉的研究发展很快，但国内对其研究相对较少。通过综述高粱淀粉的微观结构、化学组成、提取方法、含量测定以及目前的研究状况，展望高粱淀粉的发展前景，以期促进我国高粱淀粉的研究与发展。

高粱淀粉；结构；提取；含量测定；现状；展望

0　引言

高粱属于禾本科高粱属植物，因具有高产和高抗逆性（抗旱、抗涝、耐盐碱、耐贫瘠等）的特点而被广泛种植，其种植面积和总产量仅次于小麦、玉米、水稻和大麦，成为世界上第五大粮食作物。高粱在我国已有5 000余年的栽培历史，是我国重要的旱粮作物，在国民经济中占有极其重要的地位[1]。高粱根据用途可分为粒用高粱、甜高粱、扫帚用高粱与饲草高粱等[2]。近年来，随着高产优质品种的培育以及人们对高粱营养保健价值的深入了解，高粱的应用价值得到逐步提高，其在食品配料、工业加工等方面的应用范围也越来越广。高粱籽粒中最主要的营养成分是淀粉，其淀粉质量分数为65.3%~ 81.0%，平均值为79.5%[3]。但是，目前国内高粱淀粉还没有得到广泛的关注，其利用价值远远低于玉米淀粉、大米淀粉和马铃薯淀粉，这主要是由于高粱淀粉理化性质差异较大，加工品质差异也较大[4]。所以，深入地了解高粱淀粉的结构和性质，对进一步扩大国内高粱淀粉的应用意义深远。

1　高粱淀粉的微观结构

利用扫描电子显微镜观察高粱淀粉颗粒，研究其微观结构，将对淀粉的深加工和淀粉的品种来源有重要意义。

就淀粉颗粒形状而言，高粱淀粉颗粒大部分为类圆形和不规则形，表面内凹明显，其中部分颗粒表面呈现类蜂窝状结构，分布着无数凹凸的小孔，个别颗粒还具有棱角，其原因是淀粉颗粒相互挤压而形成；少数为卵圆状和球状，表面光滑[5]。高粱淀粉颗粒形状的差异与高粱品种和来源的不同存在着较大关系。蒋兰[6]发现南方高粱淀粉颗粒的棱角较为光滑，细孔较之与北方高粱淀粉颗粒更多；田晓红等人[7]研究了20种高粱淀粉的特性，发现有些糯高粱（如吉林白城铁单19高粱、山西晋中405高粱和贵州怀仁高粱）淀粉颗粒表面开裂，有明显的膜结构，其原因为糯高粱中淀粉颗粒和蛋白结构紧密结合，二者不易分离。

就淀粉颗粒粒径而言，高粱淀粉颗粒粒径为5~20 μm[5]，其粒径与小麦淀粉（小麦A型淀粉粒径为20~30 μm，B型淀粉粒径为2~10 μm）[8]、扁豆淀粉（8~22 μm）[9]相当，小于马铃薯淀粉颗粒粒径（5~100 μm），而略大于稻米淀粉（3~8 μm）粒径。有研究表明，高粱淀粉颗粒粒径与其淀粉品种来源有关，南方高粱淀粉粒径较小（10~22 μm），而北方高粱淀粉粒径较大（15~23 μm）[6]。

2　高粱淀粉的化学组成

淀粉是由葡萄糖脱水缩合而成，其按照葡萄糖单位的连接方式可分为直链淀粉和支链淀粉2种。直链淀粉是由α-D-葡萄糖基以α-D-1,4糖苷键连接的线性多聚物，空间结构为螺旋形；支链淀粉是一种高度分支状的大分子，是自然界中仅次于纤维素的第二大分子，其主链由葡萄糖基以α-1,4的糖苷键构成，支链再通过α-1,6糖苷键与主链相连，呈现簇状结构，其中支链占总分子的4%~5%，因此支链淀粉的结构比直链淀粉更为复杂。

完整规则胚乳的高粱淀粉中，直链淀粉占子粒胚乳总淀粉的2.7%~66.2%，支链淀粉占33.8%~ 97.3%[10]。不同高粱品种的直、支链淀粉含量存在较大差异，粳型高粱品种中直链淀粉的质量分数为12.0%~25.0%，平均质量分数为18.71%，而高直链淀粉品种的质量分数一般为40%~70%；糯型高粱品种中直链淀粉含量较低，几乎检测不到，但支链淀粉的质量分数接近100%[11]。直链淀粉、支链淀粉所占的比例对高粱淀粉的特性具有重要影响。

研究表明，淀粉中直链淀粉含量越高，淀粉的消化性能越差，这可以从2个方面来解释。一是直链淀粉、支链淀粉的链长不同，直链淀粉链较短，连接葡萄糖的氢键也较强；而支链淀粉链较长，分子间结合力弱[12]。二是直链淀粉、支链淀粉的结构不同，直链淀粉是以紧密的双螺旋结构存在；而支链淀粉是通过微晶束形成晶体的骨架结构，易被淀粉酶水解成单糖[6]。

3　高粱淀粉的提取方法

目前，提取高粱淀粉常用的方法是湿磨法，这种方法破坏淀粉颗粒的程度最小，能保持高粱淀粉的理化特性基本不变。邹剑秋等人[13]利用湿磨法提取高粱淀粉，发现对高粱籽粒浸泡12 h以上，精细粉碎时间在3~4 min，淀粉槽倾斜度为0.010 4~0.015 6时，可使淀粉的提取率达到64.7%，且回收率达到75%以上，蛋白质残留量为0.5%以下，此法已成为实验室内提取高粱淀粉最常用的方法之一。Xie Xueju采用5次湿磨法循环分离提取高粱淀粉，淀粉产率提高到69.4%，蛋白质质量分数≤0.3%，其淀粉回收率也高达92%~95%。近年来，随着科技的发展和研究的深入，一些研究学者在不断尝试提取高粱淀粉的新方法。如采用超声波萃取结合碱液浸泡高粱籽粒的方法来提取高粱淀粉，得到的淀粉品质和产量都很高[14]；也有人利用表面活性剂提取法[15]来提取高粱淀粉，这种方法的原理是表面活性剂与蛋白质和类脂物相结合，从而使淀粉得到分离，此法的效果也不错。

4　高粱淀粉的含量测定

目前，测定淀粉含量的方法有很多，常用的方法有比色法、酶解法、酸解法和旋光法等。

国标法中测定粮食、油料中淀粉含量采用的方法是酶解法，利用淀粉酶将淀粉水解成双糖，双糖再通过盐酸水解成具有还原性的单糖，最后按照还原糖测定，并折算成淀粉含量（葡萄糖与淀粉的换算系数为0.9）。酶解法专一性高、准确性好，但操作难度大，测定速度慢。酸解法除准确性比酶解法稍差外，精确性、测定速度等方面均优于酶解法，因此成为目前人们测定淀粉含量的常用方法。此外，近几年科研人员研究了新的测定淀粉含量方法，如双波长法。蒋兰[6]通过测定直链淀粉、支链淀粉以及二者混合物与碘反应在400~800 nm波长处的吸光度，发现2种高粱淀粉的紫外吸收不会相互干扰。直链淀粉的波峰在640 nm处，支链淀粉的波峰在540 nm处，因此可根据单组分的方法计算得到各自的含量。该法能够同时测定直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的含量，操作简单方便，且回收率试验结果均在95%~105%，表明该方法具有较高的准确度。

5　高粱淀粉的研究现状

淀粉是食品工业以及其他工业产品的一种重要原料，与人类的生产生活息息相关，因此专家学者们对于淀粉的研究也非常活跃。国外研究高粱淀粉起步较早，对其理化性质、功能特性及其加工利用已有较深入的研究，目前已将高粱淀粉应用于多方面的生产中，大大拓展了高粱淀粉的实际应用范围和领域。例如，把高粱淀粉作为制糖原料应用于制糖工业[16]；将高粱淀粉和面粉混合，可用于制备可食用膜；此外还可用作胶黏剂、伸展剂、填充剂、吸收剂等。国内对于高粱淀粉的研究起步较晚，且相对于玉米淀粉来说，对高粱淀粉的研究也较少，但目前国内的高粱淀粉品质和产量都高于玉米淀粉，而且成本比玉米淀粉低，其无味、色浅，还具有与大米相似的功能特性，因此高粱淀粉可能比玉米淀粉将拥有更宽广的应用领域。

6　展望

淀粉行业在我国的工业发展中占有极其重要的地位，全国各个领域对淀粉的需求量也不断加大，所以高粱淀粉将会有广阔的发展前景。研究表明，高粱淀粉中含有数量可观的抗性淀粉，抗性淀粉不仅能够降低血液中的葡萄糖浓度水平，还可以减少胰岛素的分泌，达到降低进食后血糖指数的作用，对于糖尿病人来说，可以有效地控制、缓解糖尿病病情。近年来，随着人民健康意识的增强，高粱淀粉的营养、保健价值和生产应用价值受到了越来越多的关注，因此高粱淀粉在今后的功能性食品开发方面将具有广阔的市场前景。同时，开拓高粱淀粉其他应用领域也将会成为高粱淀粉研究的新热点。

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Research and Development of Sorghum Starch

LIU Qingfang1，QI Yuting2，3，*DU Fangling2
（1.Yanjing Beer Co.，Ltd，Laizhou，Shandong 261400，China；2.Institute of Agro-food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Ji'nan，Shandong 250100，China；3.College of Life Science，Shandong University，Ji'nan，Shandong 250100，China）

Sorghum is a drought-tolerant crop which widely exists around the world.In Africa，it has been hailed as the‘life-saving’.Due to its high yield and nutrient rich characteristics，it is widely used in the food，wine and feed industries. Starch is the main component of sorghum and study of sorghum starch abroad is developed rapidly.But there is few domestic researches on them.Sorghum starch's microstructure，chemical composition，methods of extraction，content determination and the present research situation are reviewed in this paper，and the prospect for the development of sorghum starch is outlooked，to promote the research and development of sorghum starch in china.

sorghum starch；structure；extraction；content determination；current situation；outlook

TS231

Adoi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.09.045

2016-07-13

山东省农业科学院科技创新重点项目“果蔬质量安全快速检测与深加工关键技术研究”（2014CXZ03）；山东省科技重大专项项目“小麦精深加工及特殊医用食品研究与产业化”（2015ZDZX05005）；山东省良种工程项目子课题“水稻产量与品质特异性种质材料的创新与利用”（鲁财农指[2014]40号）。

刘庆芳（1970— ），女，专科，工程师，研究方向为生物应用技术。

杜方岭（1972— ），男，硕士，研究员，研究方向为特殊医学用途配方食品。