粟米類(lèi)淀粉的研究進(jìn)展

崔 婷，林親錄，吳 躍，楊 濤，吳 偉，梁 盈，肖華西

（中南林業(yè)科技大學(xué)，食品科學(xué)與工程學(xué)院，稻米及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙 410004)

粟米類(lèi)淀粉的研究進(jìn)展

崔 婷，林親錄*，吳 躍，楊 濤，吳 偉，梁 盈，肖華西

（中南林業(yè)科技大學(xué)，食品科學(xué)與工程學(xué)院，稻米及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙 410004)

結(jié)合國(guó)內(nèi)外粟米淀粉的研究概況，主要介紹其分離工藝、重要的理化性質(zhì)（包括顆粒特性、溶解度、膨脹度和糊化粘度特性)以及改性研究，可為粟米淀粉日后的廣泛應(yīng)用和深層次理論研究提供基礎(chǔ)。

粟米淀粉，分離工藝，理化性質(zhì)，改性

粟類(lèi)作物，英文中統(tǒng)稱(chēng)Millet，主要包括珍珠粟（pearl millet)、龍爪稷（或稱(chēng)穇子，finger millet)、黍稷（或稱(chēng)糜子proso millet或broom corn millet)、谷子（foxtail millet)、小黍（little millet)、圓果雀稗（kodo millet)、稗子（barnyard millet)等[1]，有7300多年的栽培歷史。粟類(lèi)為世界第六大谷物，脫殼后統(tǒng)稱(chēng)“粟米”或“小米”。其種植主要分布在我國(guó)，集中在北方干旱和半干旱地區(qū)，總產(chǎn)約占世界的80%;印度其次，占世界總產(chǎn)的10%左右;澳大利亞、美國(guó)、加拿大、法國(guó)、朝鮮、日本、匈牙利等國(guó)也有少量種植[2]。目前，全國(guó)谷子年種植面積約為140萬(wàn)hm2，年總產(chǎn)280萬(wàn)t左右，種植面積較大的省區(qū)有河北、山西、內(nèi)蒙古等[3]。粟類(lèi)作物具有生育期短、適應(yīng)性廣、耐干旱、耐貧瘠等優(yōu)良特性。粟米的成分包括碳水化合物、蛋白質(zhì)和氨基酸、脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)等[4]。其主要成分是淀粉，含量約為60%～70%[5]。鐵10品種的粟米淀粉中直鏈淀粉含量高于玉米[6];蛋白質(zhì)含量高于大米和小麥，為9.28%左右[7]。另外，粟米中脂肪酸含量為2.54%～ 5.85%，高于大米和小麥，而脂肪酸組成中，不飽和脂肪酸含量在85%以上，其中亞油酸為65.05%[8]。粟米中還富含維生素B1、維生素B2，礦物質(zhì)Ca、Mg、Fe等含量均較高，胡蘿卜素含量為0.19mg/100g[9]。此外，通過(guò)研究10種珍珠粟中植酸含量，發(fā)現(xiàn)其含量特別豐富為354～796mg/g[10]?？傊?，粟米中各種營(yíng)養(yǎng)素比例適宜，且消化率很高，是良好的營(yíng)養(yǎng)源[4]。粟米不是人們的主體食品，對(duì)其加工大多處于傳統(tǒng)的作坊式加工階段[11]，且加工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)粟米中主要成分淀粉的改性和應(yīng)用研究則更少。但粟米在我國(guó)北方種植面積較大，產(chǎn)量占很大的優(yōu)勢(shì)，且可在惡劣環(huán)境生長(zhǎng)，能不占用耕地。目前，國(guó)內(nèi)使用的淀粉主要來(lái)源于大宗糧食作物，如若能充分利用粟米淀粉，可以緩解我國(guó)的糧食壓力，具有戰(zhàn)略意義。再者，近年來(lái)，由于人們對(duì)健康的持續(xù)關(guān)注，粟米及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值逐漸被發(fā)現(xiàn)，粟米在食品加工中的應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)粟米淀粉性質(zhì)的研究有利于粟米更好地應(yīng)用于食品工業(yè)。所以加大對(duì)粟米淀粉的研究開(kāi)發(fā)力度，開(kāi)發(fā)出新穎、營(yíng)養(yǎng)健康的產(chǎn)品，對(duì)豐富國(guó)民餐桌和促進(jìn)食品加工業(yè)以及推動(dòng)淀粉工業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 粟米淀粉的提取工藝研究

粟米主要可食部分是淀粉，現(xiàn)今研究的提取粟米淀粉的方法主要有酸法、堿法、酶法、表面活性劑提取法等。目前國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室提取粟米淀粉的一般工藝為：粟米清洗→浸泡→磨漿→過(guò)篩→去蛋白→水洗→干燥脫水→粟米淀粉樣品。在浸泡過(guò)程中，不同的浸泡液以及浸泡液濃度的差異均會(huì)影響粟米淀粉的提取率。在去蛋白的過(guò)程中，采用不同的試劑均會(huì)影響去蛋白的效果，從而影響淀粉樣品的純度。

國(guó)內(nèi)有人[12]采用堿法、表面活性劑法、蛋白酶法提取粟米淀粉，分析提取方法對(duì)粟米淀粉性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，NaOH提取的粟米淀粉糊化溫度較低，酶提取的較高;NaOH提取的粟米淀粉溶解度和膨脹力較大，酶法提取較小;SDS法提取粟米淀粉的得率相對(duì)于堿法和酶法高，蛋白質(zhì)殘留量低，糊化黏度較高。另外，有研究人員[13]采用NaHSO3溶液于4℃浸泡小米（冀優(yōu)小香米)20h后粉碎、過(guò)篩，加入NaOH溶液去除蛋白，得到沉淀，沉淀分4層，依次是：灰色蛋白層、黃泥層、細(xì)纖維層、白色淀粉層。刮去上面3層，離心水洗，調(diào)pH至中性，水洗，于40℃烘干得冀優(yōu)小香米淀粉。

對(duì)于粟米淀粉的提取工藝，國(guó)外很多研究人員也進(jìn)行了研究。1998年，Kumari等[14]將谷物浸泡于pH為6.5的醋酸鹽緩沖液中，軟化后的谷物用攪拌機(jī)磨碎，連續(xù)過(guò)濾后加水打漿，迅速過(guò)80目篩，重復(fù)磨碎，打漿，過(guò)濾，直到殘留于濾網(wǎng)的物質(zhì)可以自由通過(guò)為止，加入甲苯去除蛋白，得粟米淀粉樣品。Kim等[15]以狐尾草粟米為原料，粉碎過(guò)100目篩，并用100%和85%的甲醇提取淀粉，再用SDS提取5次，最后用85%甲醇和蒸餾水分別水洗3次，得到淀粉樣品。另外，Lawal[16]將龍爪稷（finger millet)于30℃在0.2%的SO2溶液中浸泡28h后粉碎過(guò)篩、離心，用甲苯分出淀粉中殘余的蛋白質(zhì)，淀粉層用丙酮洗滌，干燥得龍爪稷粟米淀粉。

2 粟米淀粉的理化特性

2.1 粟米淀粉的顆粒形貌特性

Kumari等[14]采用掃描電子顯微鏡（SEM)對(duì)黍稷（proso millet)、谷子（foxtail millet)、稗子（barnyard millet)、圓果雀稗（kodo millet)、小黍（little millet)這五種粟米淀粉顆粒進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，粟米淀粉大多數(shù)為多邊形顆粒，有少量球形顆粒;其淀粉顆粒類(lèi)似于稻米淀粉顆粒，淀粉顆粒直徑為0.8～10μm。其中，稗子淀粉顆粒偏大，黍稷淀粉顆粒偏小;五種粟米淀粉中，形態(tài)較大的淀粉顆粒表面還出現(xiàn)了蛋白體的“擠壓”而造成的深刻的壓痕。

Kim等[15]的研究與以上研究一致，采用掃描電子顯微鏡，觀察到四種當(dāng)?shù)毓茸拥牡矸垲w粒大多數(shù)是多邊形，少量有圓邊的橢圓形;這些淀粉顆粒大小分別在10.1～25.0μm和4.7～12.5μm;此外，X-射線(xiàn)衍射也顯示所有淀粉樣品均為A型晶體。

國(guó)內(nèi)，趙學(xué)偉等[17]采用SEM觀察冀優(yōu)小香米淀粉，發(fā)現(xiàn)多數(shù)淀粉粒呈不規(guī)則的多面體形，極個(gè)別為小圓形，直徑為7～12μm;少部分淀粉粒由于形成過(guò)程中蛋白體的“擠壓”作用，在淀粉粒表面留有圓形凹槽，且主要集中在棱的部位;有的淀粉粒的側(cè)面不是平面而是略微凹陷。這些與Kumari[12]的研究結(jié)果也一致。

Fujita[18]等通過(guò)對(duì)53個(gè)粟米品種的研究表明，淀粉粒的平均直徑為6.8～11.8μm，以8.1～9.9μm為中心呈正態(tài)分布。其中穇子淀粉粒的直徑為l～9μm[19];珍珠黍淀粉粒直徑為5～15μm，以10.5μm為中心呈正態(tài)分布[20]。

Linde-boom根據(jù)直徑大小將淀粉粒分為4類(lèi)：大粒淀粉（直徑大于25μm)、中粒淀粉（直徑10～25μm)、小粒淀粉（直徑5～10μm)、極小粒淀粉（直徑小于5μm)。根據(jù)這個(gè)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，粟米淀粉主要屬于小粒淀粉。

2.2 粟米淀粉的溶解度和溶脹力

Hoover等[21]的研究顯示，珍珠黍的溶脹率和溶解性在60～95℃時(shí)有2次迅速升高的過(guò)程。也有研究[17]顯示穇子淀粉在95℃時(shí)溶解性達(dá)到50%，蠟質(zhì)粟米淀粉的溶脹率、溶解性在65～95℃時(shí)也近似呈線(xiàn)性增加，在95℃時(shí)分別達(dá)到55%和23%[22]。

Lawal[16]在研究粟米原淀粉和粟米羥丙化淀粉時(shí)，發(fā)現(xiàn)粟米原淀粉溶脹力隨著溫度改變而變化，最大溶脹力在90℃時(shí)，隨著溫度的升高，溶脹力在不斷的增加，這是由于溫度升高，水滲入到了淀粉顆粒內(nèi)部更多的不定形區(qū)，并且當(dāng)溫度上升到糊化溫度時(shí)，不定形區(qū)的溶脹也加速了結(jié)晶區(qū)的破裂，使得溶脹力增大。而基團(tuán)羥丙化后，淀粉溶脹力相對(duì)于原淀粉在任何溫度都增強(qiáng)了，這是由于龐大的羥丙基團(tuán)引入到淀粉分子內(nèi)部，導(dǎo)致分子之間的排斥，促進(jìn)水滲入淀粉顆粒內(nèi)部，增強(qiáng)了溶脹力。

趙學(xué)偉等[17]以冀優(yōu)小香米為原料，研究其淀粉的溶解度和溶脹力，得到結(jié)果為粟米淀粉的溶脹力、溶解性隨著溫度變化而變化，在65℃之前，粟米淀粉的溶脹力、溶解性幾乎不變，在65～95℃時(shí)，隨溫度升高呈線(xiàn)性上升，與Hoover研究結(jié)果一致，而95℃時(shí)，溶脹率、溶解性分別達(dá)到29.1%和12.9%。

馬力等[6]曾對(duì)粟米淀粉和玉米淀粉糊性質(zhì)進(jìn)行了較詳細(xì)比較研究，得出粟米淀粉膨脹力大于玉米淀粉，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]采用布拉班德粘度儀同樣對(duì)五種粟米淀粉進(jìn)行研究，結(jié)果表明，五種粟米淀粉的糊化溫度范圍在75.8～84.9℃，其中稗子淀粉糊的糊化溫度較高，而黍稷較低;黍稷淀粉糊的峰值粘度較其余四種粟米淀粉糊高;黍稷、谷子淀粉糊的回升值較低，稗子、圓果雀稗較高，而小黍中等;稗子淀粉糊較其余四種粟米相比崩解值最低，表明其受酶解的敏感性最低。

國(guó)內(nèi)研究人員[17]對(duì)冀優(yōu)小香米、大米、小麥淀粉的RVA粘度進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)小米和大米淀粉的最低粘度和最終粘度比小麥的低。小米和小麥淀粉的峰值粘度高于大米，但小米的回生值、衰減值遠(yuǎn)高于大米淀粉和小麥淀粉，說(shuō)明小米淀粉糊不穩(wěn)定且易回生。此外，與玉米淀粉相比，還發(fā)現(xiàn)粟米淀粉具有較高峰粘度、終粘度和糊化溫度;粟米淀粉熱破損值大，說(shuō)明其熱穩(wěn)定性不好;其受pH影響與玉米淀粉相似，在pH4～10之間，糊粘度變化受pH影響不大，但在過(guò)高或過(guò)低pH條件下，糊粘度變化很大;鹽和糖添加均能提高糊的穩(wěn)定性，并對(duì)糊粘度有較大影響[6]。

王玉文等[23]對(duì)18個(gè)粟米品種的淀粉RVA譜特征值進(jìn)行測(cè)定，建立粟米適口性與RVA譜特征值之間的關(guān)系，結(jié)果表明，RVA譜中，消減值＜0時(shí)，崩解值越大、消減值越小;或消減值＞0時(shí)，崩解值越小、消減值越大，當(dāng)特征值出現(xiàn)這兩種規(guī)律時(shí)，粟米的黏度大，口渣感小，適口性好。因此，RVA分析可作為谷子品質(zhì)育種的一項(xiàng)重要的輔助選擇技術(shù)。此外，劉成等[24]對(duì)河北產(chǎn)區(qū)9個(gè)不同品種谷子的糊化特性進(jìn)行研究，比較其中的差異。結(jié)果表明，9個(gè)品種小米淀粉的糊化溫度變化范圍為74.45～77.83℃，在9個(gè)品種小米中，品種為冀谷19的谷子具有較高的崩解值為2890cP和較低的消減值為-1234.5cP，同時(shí)其直鏈淀粉含量也較低，為11.97%，說(shuō)明冀谷19品種的谷子應(yīng)該具有較好的食味品質(zhì)，與王玉文等[23]的研究結(jié)果相吻合。

3 粟米淀粉的改性研究

改性淀粉（HTMS)是以天然淀粉為原料，在其原有性質(zhì)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)特定的化學(xué)物理處理，改良其原有性能，被廣泛應(yīng)用于皮革、造紙、石油、紡織、食品、醫(yī)藥等行業(yè)，并且有望以改性淀粉制備纖維，從而大大地?cái)U(kuò)大了改性淀粉的應(yīng)用范圍[25]。淀粉改性主要有物理法和化學(xué)法。淀粉的物理改性主要有熱液處理、微波處理、電離放射線(xiàn)處理、超聲波處理、球磨處理、擠壓處理等[26]。淀粉的化學(xué)改性主要有酸改性、氧化改性、糊精化、交聯(lián)改性和引入穩(wěn)定取代基法。對(duì)于粟米淀粉的改性，國(guó)內(nèi)外研究不多，目前所進(jìn)行的少量研究?jī)H限于實(shí)驗(yàn)室中。

如Balasubramanian[27]以珍珠粟米為原料，提取其淀粉，并對(duì)其進(jìn)行熱液處理，酸化和酶改性。熱液處理的珍珠粟改性淀粉其溶脹力和溶解度有所增加;酸化和酶改性淀粉的沉降體積和保水性顯著降低。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凍融穩(wěn)定性和糊透明度有所改善。Lawal[16]對(duì)龍爪稷粟米淀粉進(jìn)行羥丙化，發(fā)現(xiàn)未改性的粟米淀粉糊的渾濁度隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)明顯增加，而改性后的淀粉糊渾濁度明顯降低，Kaur[28]對(duì)馬鈴薯淀粉進(jìn)行羥丙化，Pal[29]對(duì)玉米淀粉進(jìn)行羥丙化后，也會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象。羥丙基淀粉的糊化溫度降低，峰值黏度增加而回生值降低;改性后淀粉凍融穩(wěn)定性增強(qiáng)，利用這些性狀可將其應(yīng)用于肉汁、果汁餡、布丁等食品工業(yè)中，使之平滑、透明、口感好[30]。另外，差示掃描熱量法（DSC)顯示羥丙化后淀粉老化現(xiàn)象明顯改善。

國(guó)內(nèi)也有研究人員對(duì)粟米淀粉進(jìn)行醋酸酯化和交聯(lián)改性，研究改性后淀粉的各種性狀變化，發(fā)現(xiàn)粟米淀粉醋酸酯化后透明度明顯提高，而交聯(lián)使粟米淀粉透明度降低;同時(shí)，醋酸酯化對(duì)淀粉凍融穩(wěn)定性改善作用不明顯，但粟米淀粉經(jīng)低度交聯(lián)可獲得良好的凍融穩(wěn)定性[31]。

改性淀粉的廣泛應(yīng)用決定著淀粉的改性研究永無(wú)止境，改性研究的原淀粉范圍更應(yīng)擴(kuò)大。粟米淀粉經(jīng)不同方法改性后，很多性狀得到改善，根據(jù)改善后的不同優(yōu)良特性可將其應(yīng)用于不同行業(yè)，對(duì)于改性淀粉應(yīng)用范圍的擴(kuò)大起到了極大地推動(dòng)作用。

4 結(jié)論

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)粟米淀粉的研究取得了一定進(jìn)展，關(guān)于粟米淀粉的提取方法、顆粒特性以及淀粉糊的糊化粘度特性研究較多，這對(duì)粟米食品深加工起到一定的指導(dǎo)作用。相比之下，關(guān)于粟米淀粉的流變學(xué)特性，以及改性的研究非常少，對(duì)于粟米淀粉應(yīng)用研究更是空白，因此，需加大這幾方面的研究開(kāi)發(fā)力度。粟米淀粉通過(guò)適當(dāng)?shù)母男蕴幚恚瑫?huì)產(chǎn)生許多優(yōu)良特性，根據(jù)不同的特性將改性淀粉應(yīng)用于不同的行業(yè)，相信會(huì)有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值，對(duì)食品工業(yè)和淀粉工業(yè)的發(fā)展都具有深遠(yuǎn)的意義。

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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，F(xiàn)aculty 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 *通訊聯(lián)系人

崔婷（1987-)，女，碩士研究生，研究方向：糧食深加工。

國(guó)家自然科學(xué)基金（31050012);公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（200903043-2);湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011NK3034)。