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1、高粱淀粉的研究概述引言 u高粱又称乌禾、蜀黍，是重要的耐旱作物，具有高高粱又称乌禾、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，已有三产、抗旱、抗盐碱、抗涝、耐贫瘠等特点，已有三千多年的历史，从世界范围看，种植面积和产量仅千多年的历史，从世界范围看，种植面积和产量仅次于小麦、水稻、玉米、大麦，居第五位。次于小麦、水稻、玉米、大麦，居第五位。u主要生产国家有印度、美国、尼日利亚和中国。在主要生产国家有印度、美国、尼日利亚和中国。在我国主要分布在吉林、辽宁、黑龙江，其次为内蒙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。古、山西、四川、河北、甘
2、肃等地。东北高粱、华东北高粱、华北高粱和西北高粱。北高粱和西北高粱。u按性状和用途可分为食用高粱、糖用高粱、帚按性状和用途可分为食用高粱、糖用高粱、帚用高粱等类等。用高粱等类等。u根据籽粒颜色分为褐高粱根据籽粒颜色分为褐高粱(单宁含量高达单宁含量高达1%2%)、黄高粱、黄高粱(单宁含量低单宁含量低 0.4%)、白高粱、白高粱(单单宁含量低，籽粒小宁含量低，籽粒小)和混合高粱等几种。和混合高粱等几种。u生产上多根据用途不同而将其划分成粒用高粱、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、工艺用高粱等糖用高粱、饲用高粱、工艺用高粱等。Index:一、高粱淀粉的理化特性一、高粱淀粉
3、的理化特性l 1、高粱的化学组成特点、高粱的化学组成特点 2、颗粒特性、颗粒特性 l 3、直链淀粉含量、直链淀粉含量 4、糊化特性、糊化特性 l 5、溶解性和膨胀性、溶解性和膨胀性 6、消化性、消化性 二、高粱淀粉的提取工艺二、高粱淀粉的提取工艺三、高粱淀粉的改性三、高粱淀粉的改性四、应用四、应用一、高粱淀粉的理化特性一、高粱淀粉的理化特性1.化学组成l 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 l 高粱中的蛋白质对淀粉
4、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。脂类化合物分子可以与直直链淀粉链淀粉分子形成一种包合物，如图。谷物淀粉中存在的直链淀粉脂类包合物会抑制谷物淀粉颗粒的膨胀和溶解，使其糊化温度提高；使淀粉糊和淀粉膜不透明；影响糊化淀粉增稠能力和粘合能力；使淀粉带有原谷物的气味。2、颗粒特性颗粒特性 不同来源的淀粉，其形状和大小都不相同：不同来源的淀粉，其形状和大小都不相同：高粱和玉米淀粉颗粒在形状和大小方面非常相高粱和玉米淀粉颗粒在形状和大小方面非常相似。高粱淀粉颗粒多数为不规则形状，表面内似。高粱淀粉颗粒多数为不规则形状，表面内
5、凹，颗粒较大，其中部分颗粒表面有类蜂窝状凹，颗粒较大，其中部分颗粒表面有类蜂窝状结构，少数为球形，表面光滑，颗粒小，淀粉结构，少数为球形，表面光滑，颗粒小，淀粉颗粒粒径在颗粒粒径在520m。在偏光显微镜下，轮。在偏光显微镜下，轮纹较清晰，脐点在中央，黑十字比较规则纹较清晰，脐点在中央，黑十字比较规则(何何钢等钢等)。小麦有两种不同形状和大小的淀粉颗粒，大的小麦有两种不同形状和大小的淀粉颗粒，大的2540m，扁豆形；小颗粒，扁豆形；小颗粒510m，呈球，呈球形。形。3、直链淀粉含量（、直链淀粉含量（%，占纯淀粉），占纯淀粉）（姚献平等）（姚献平等）名称名称直链淀粉含量直链淀粉含量名称名称直链淀粉
6、含量直链淀粉含量大米大米17糯米糯米0普通玉米普通玉米26燕麦燕麦24甜玉米甜玉米70高粱高粱27蜡质玉米蜡质玉米0糯高粱糯高粱0小麦小麦244、高粱淀粉的糊化特性、高粱淀粉的糊化特性（1）几种谷物淀粉粒的糊化温度淀粉种类淀粉种类糊化温度范围（糊化温度范围（）糊化开始温度（糊化开始温度（）大米大米586158小麦小麦6567.565玉米玉米647264高粱高粱697569（2）淀粉糊的特点）淀粉糊的特点(何晋浙等何晋浙等)淀粉品种透明度凝沉性粘度玉米淀粉不透明强中小麦淀粉不透明强低高粱淀粉不透明强中马铃薯淀粉透明中很高木薯淀粉透明弱高l 小麦淀粉具有热粘度低、糊化温度低得特性，小麦淀粉具有热粘
7、度低、糊化温度低得特性，糊化后黏度的热稳定性能较好，经长时间加热、糊化后黏度的热稳定性能较好，经长时间加热、搅拌后黏度降低仍很少，冷却后可结成强度很搅拌后黏度降低仍很少，冷却后可结成强度很高的凝胶体。可广泛应用于纺织轻工、食品、高的凝胶体。可广泛应用于纺织轻工、食品、冷饮、医药等行业。冷饮、医药等行业。l 糯高粱基本上是由支链淀粉组成，由于其高的糯高粱基本上是由支链淀粉组成，由于其高的糊化温度、低的峰值黏度与低回生特性，因此糊化温度、低的峰值黏度与低回生特性，因此非常适合于制备稠粥。非常适合于制备稠粥。l 高直链淀粉的高粱具有低的糊化温度与高的峰高直链淀粉的高粱具有低的糊化温度与高的峰值黏度与
8、回老黏度，因此非常适合于制备高品值黏度与回老黏度，因此非常适合于制备高品质非发酵面包。质非发酵面包。5、高粱淀粉的溶解性和膨胀性、高粱淀粉的溶解性和膨胀性 u 淀粉的溶解特性和膨胀特性反应的是淀粉与水之间相互作用的大小。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。u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。田晓红田晓红等研究发现随着温度的上升，高粱淀粉糊的膨胀度也在上升，在30和50时都 较低，50以后随着温度的增加，溶解度和膨润力剧增，这是高粱淀粉颗粒糊化膨胀的结果。l 高梁淀粉在
9、5070之间的膨胀率与溶解性比小麦淀粉低，但是在7590条件下结果正好相反。与玉米淀粉相比，高粱淀粉在7090条件下具有更低的持水能力与更高的膨胀能力。6、消化性l 高粱淀粉的应用未受到足够的重视，一高粱淀粉的应用未受到足够的重视，一个重要的原因是它的消化率低，一方面个重要的原因是它的消化率低，一方面由于提取得到的高粱淀粉会包含一定量由于提取得到的高粱淀粉会包含一定量的蛋白质及单宁等物质，影响淀粉消化的蛋白质及单宁等物质，影响淀粉消化特性；另外，高粱淀粉颗粒大小、蛋白特性；另外，高粱淀粉颗粒大小、蛋白质和脂类组成、直链淀粉和支链淀粉比质和脂类组成、直链淀粉和支链淀粉比例也是影响消化性的重要原因
10、例也是影响消化性的重要原因。二、高粱淀粉的提取含淀粉的农产品很多，但并不是都适用于大规模工业化生产。须满足以下条件:淀粉含量高、产量大、副产品利用率高;原料易加工、贮藏和销售;价廉;欧美国家主要以玉米、木薯、高粱玉米、木薯、高粱为原料;日本主要是利用玉米或甘薯为原料生产淀粉,中国主要以玉米、马铃薯、木薯、甘薯为原料生产淀粉。高粱淀粉的提取工艺流程 杂质 NaOH溶液 高粱籽粒 清理除杂浸泡去皮 粗破碎细破碎 浸泡液（色素和单宁）筛分 淀粉洗涤 高粱淀粉干燥l 高粱籽粒的种皮中含有大量的单宁和红色素，因此在提取淀粉时，首先要将去除种皮，常用的方法是碱法去皮，常用的碱液为NaOH溶液。l Xie等
11、采用5次湿磨法循环分离小规模提取高粱淀粉，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%。l 近年来也有人尝试其他新方法，利用超声波萃取处理后再结合浸泡方法也能较好的分离高粱淀粉。l 要满足高粱淀粉的工业化生产条件，不仅需要提高淀粉的质量，而且要提高其产量和回收率。l Wang等采用通入0.2%SO2气体和结合0.5%乳酸的浸泡方法，在50下浸泡高粱可以提取得到高质量的淀粉，产率可达60.2%、蛋白质质量分数仅为0.49%、白度为92.7。邹剑秋等采用淀粉槽的方法得到了更好的效果，在52时用0.65%重硫酸钠和0.55%的乳酸混合液作为浸泡液浸泡高粱12 h以
12、上，经粉碎打浆过筛，再精细粉碎34 min，采用0.0104 cm/cm到0.015 6 cm/cm的淀粉槽斜度，可使淀粉回收率达75以上，蛋白质残留量在0.5以下。三、淀粉改性l 改性淀粉在现行淀粉市场之中也占有重要的位改性淀粉在现行淀粉市场之中也占有重要的位置。改性淀粉相比天然淀粉有着独特的优势特置。改性淀粉相比天然淀粉有着独特的优势特性，更有利于扩大淀粉的应用范围。和玉米等性，更有利于扩大淀粉的应用范围。和玉米等谷物淀粉的改性相比，目前高粱淀粉改性研究谷物淀粉的改性相比，目前高粱淀粉改性研究相对较少，因此高粱淀粉工业应用十分有限。相对较少，因此高粱淀粉工业应用十分有限。l Olayink
13、a等研究发现不同的化学改性方法对白等研究发现不同的化学改性方法对白高粱淀粉理化特性及形态结构影响不同，化学高粱淀粉理化特性及形态结构影响不同，化学改性后的白高粱淀粉中的非淀粉物质的含量明改性后的白高粱淀粉中的非淀粉物质的含量明显降低。显降低。l 酸法、氧化和乙酰基化酸法、氧化和乙酰基化3种不同改性方法在种不同改性方法在8090时都会增加高粱淀粉的溶解性；时都会增加高粱淀粉的溶解性；乙乙酰基化酰基化还会增加淀粉的膨胀势，而酸改性和还会增加淀粉的膨胀势，而酸改性和氧化改性则正好相反；氧化改性则正好相反；琥珀酰化琥珀酰化对高粱淀粉对高粱淀粉的溶解性影响不大，但随着酸度的改变其溶解的溶解性影响不大，但
14、随着酸度的改变其溶解性发生较大变化，在性发生较大变化，在pH 12时会呈现较高的膨时会呈现较高的膨胀势和溶解性，而在胀势和溶解性，而在pH 4时溶解性会显著降时溶解性会显著降低，这也暗示琥珀酰化高粱淀粉可应用在酸性低，这也暗示琥珀酰化高粱淀粉可应用在酸性食品中。同时琥珀酰化还降低了淀粉的糊化温食品中。同时琥珀酰化还降低了淀粉的糊化温度和凝胶化温度，琥珀酰化后红白高粱淀粉凝度和凝胶化温度，琥珀酰化后红白高粱淀粉凝沉性能减弱。（申瑞玲沉性能减弱。（申瑞玲2012）四、应用 高粱传统的应用主要是用作粮食、食品、酿造高粱传统的应用主要是用作粮食、食品、酿造(生产陈醋、酿酒生产陈醋、酿酒)和饲料加工等方
15、面。随着高和饲料加工等方面。随着高粱加工技术的发展，高粱淀粉广泛应用于食品粱加工技术的发展，高粱淀粉广泛应用于食品工业：工业：1、常作为胶黏剂、伸展剂、填充剂、吸收剂和、常作为胶黏剂、伸展剂、填充剂、吸收剂和食用膜等。食用膜等。2、高粱淀粉也可以作为制糖原料应用于制糖工、高粱淀粉也可以作为制糖原料应用于制糖工业生产中；业生产中；3、将高粱面粉和淀粉混合，能够制备可食用膜。、将高粱面粉和淀粉混合，能够制备可食用膜。4、将高粱淀粉与玉米淀粉和豆类搭配，、将高粱淀粉与玉米淀粉和豆类搭配，经酿酒酵母和乳酸杆菌发酵后能够显著经酿酒酵母和乳酸杆菌发酵后能够显著降低其中的多酚和单宁含量，可用于生降低其中的多
16、酚和单宁含量，可用于生产谷物基断乳食品，能够达到营养均衡产谷物基断乳食品，能够达到营养均衡和提高消化率的目的。和提高消化率的目的。l 此外，高粱也可以和土豆、木薯、大米、此外，高粱也可以和土豆、木薯、大米、小麦粉等搭配用于生产面包、饼干、麦小麦粉等搭配用于生产面包、饼干、麦片粥、挤压食品等多种产品。如高粱粉片粥、挤压食品等多种产品。如高粱粉替代小麦粉应用于烘焙产品，替代量可替代小麦粉应用于烘焙产品，替代量可以达到以达到50而不影响烘焙产品的质构和而不影响烘焙产品的质构和风味。风味。l 总之，与高粱蛋白和酚类物质的研究相比，高总之，与高粱蛋白和酚类物质的研究相比，高粱淀粉的研究较少；同时相比于玉米、豆类和粱淀粉的研究较少；同时相比于玉米、豆类和大米淀粉等，高粱淀粉的研究更少。由于高粱大米淀粉等，高粱淀粉的研究更少。由于高粱淀粉和蛋白质的含量都高于玉米，且高粱的生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。为高粱可能会部分替代玉米。l 随着研究的深入，高粱淀粉逐渐应用到各行各随着研究的深入
