高粱營養(yǎng)品質(zhì)及在食品和飼料方面開發(fā)應(yīng)用研究進展

摘要：高粱曾是我國主要糧食，因適口性差，含有抗營養(yǎng)因子等問題而退出了主食行列。近年來，隨著對高粱研究的深入，高粱的價值被重新認識。高粱中的多酚類物質(zhì)——單寧受到前所未有的重視。隨著多種新的酚類衍生物被發(fā)現(xiàn)，高粱作為保健食品原料具有較好的發(fā)展前景。本文系統(tǒng)概述了不同顏色高粱中新發(fā)現(xiàn)的多酚化合物，總結(jié)了高粱在飼料、釀酒和食品方面的研究進展及開發(fā)應(yīng)用潛力，展望了高粱的未來研發(fā)方向及發(fā)展前景，可為高粱在食品及飼料領(lǐng)域的深入開發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞：高粱；營養(yǎng)品質(zhì)；單寧；食品；飼料；開發(fā)應(yīng)用

收稿日期：2024-10-25

基金項目：安順市科技計劃項目（安市科農(nóng)重〔2023〕01號；安市科平〔2023〕07號）。

第一作者：楊煥春（1978－），女，碩士，實驗師，從事食品質(zhì)量安全研究。E-mail：541557434@qq.com。

通信作者：孫向東（1965-），男，博士，研究員，從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估研究。E-mail：xdsun65@yahoo.com。

高粱[Sorghum bicolor （L.） Moench]為世界上栽培較早的禾谷類作物之一，主要分布在熱帶干旱和半干旱地區(qū)，是亞洲、非洲地區(qū)重要的糧食作物和飼料作物，在溫帶和寒溫帶也有廣泛種植^[1]。高粱具有產(chǎn)量高、抗逆性強（抗旱、抗?jié)场⒛望}堿、耐瘠薄、耐高溫和寒冷等）及用途廣泛的特點。主要品種有紅高粱、白高粱、黑高粱、糯高粱等。高粱在人類的發(fā)展史上曾發(fā)揮相當重要的作用。在亞洲地區(qū)如印度及非洲地區(qū)的許多國家，因農(nóng)業(yè)及環(huán)境條件不適于種植其他農(nóng)作物，高粱至今仍是當?shù)鼐用竦闹匾Z食來源^[2]。美國是目前世界高粱生產(chǎn)第一大國，產(chǎn)量高達1 137萬t^[3]，這些高粱主要用作飼料^[4]。2021年全球高粱產(chǎn)量較大的國家排序依次為美國、尼日利亞、墨西哥、埃塞俄比亞、印度、蘇丹、阿根廷、巴西、中國和澳大利亞^[3]。高粱在我國是重要的旱地作物，栽培歷史悠久。我國高粱單產(chǎn)居世界第3位，總產(chǎn)量為300萬t左右，居世界第9位^[3]。

高粱籽粒中主要養(yǎng)分含量為：粗蛋白8%～11%、淀粉65%～70%、粗纖維2%～3%、粗脂肪3%。與其他糧食作物相比，高粱的特點是丹寧含量高，一般含丹寧0.2%～2.0%。丹寧也稱鞣酸，屬水溶性多酚化合物，具有強烈的苦澀味，影響適口性。丹寧能與蛋白質(zhì)和消化酶結(jié)合，影響蛋白質(zhì)和氨基酸的利用率。高粱因其含較多的抗營養(yǎng)因子，我國用作飼料的不多。20世紀80年代以前我國因糧食總產(chǎn)量不足，生活水平較低，高粱飯一度是人們餐桌上的常見主食，但因其適口性較差，80年代開始逐漸淡出人們的食譜。近年來研究發(fā)現(xiàn)，高粱中的丹寧具有抗氧化作用，對心腦血管疾病有良好的保健作用，高粱食品對過度營養(yǎng)而導(dǎo)致的慢性疾病具有潛在的保健功效，因而越來越受到關(guān)注^[5]。我國在高粱育種栽培研究方面水平較高，處于世界前列。本文總結(jié)了高粱在飼料、釀酒和食品方面的研究進展及開發(fā)應(yīng)用潛力，展望了高粱的未來研發(fā)方向及發(fā)展前景，為我國高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定參考。

1 高粱營養(yǎng)品質(zhì)

高粱的營養(yǎng)成分主要有淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、礦物質(zhì)、功能活性成分（如多酚、花青素、植物固醇等），從近年在食品和飼料領(lǐng)域發(fā)表的研究文獻看，主要聚焦于其中的淀粉、蛋白質(zhì)及多酚研究，故本文僅討論此三方面研究成果。

1.1 蛋白質(zhì)

高粱蛋白質(zhì)含量略高于玉米，但品質(zhì)較差，因缺乏賴氨酸和色氨酸這兩種必需氨基酸，導(dǎo)致氨基酸配比不平衡，營養(yǎng)價值較低。另外，高粱蛋白質(zhì)的消化率也較低，高粱中的蛋白質(zhì)以醇溶蛋白為主，因高粱醇溶蛋白分子間交聯(lián)較多，且蛋白質(zhì)與淀粉間存在很強的化學(xué)鍵，導(dǎo)致酶難以進入分解，不利于蛋白質(zhì)和淀粉的消化吸收。盡管已經(jīng)開發(fā)出一些高粱食品，但關(guān)于高粱醇溶蛋白功能性方面的研究卻很少。高粱蛋白質(zhì)中含量最多的組分是醇溶谷蛋白（prolamins），被命名為高粱醇溶蛋白（kafirins） ，這種蛋白存在于胚乳的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中。高粱醇溶蛋白占整個籽粒中蛋白總量的48%～70%，占脫殼籽粒蛋白總量的80%。這些蛋白可用乙醇提取，而形成交聯(lián)的高粱醇溶蛋白用乙醇加還原劑提取^[6]。高粱醇溶蛋白是疏水性蛋白，按照分子量大小分為α-高粱醇溶蛋白 （23～27 kDa）， β-高粱醇溶蛋白 （16， 18和20 kDa） 和γ-高粱醇溶蛋白（28 kDa）。含量最豐富的α-高粱醇溶蛋白占高粱總醇溶蛋白的80%，位于蛋白質(zhì)的核心區(qū)域，而β-和γ-高粱醇溶蛋白則位于外圍區(qū)域。這兩種組分分別占高粱總醇溶蛋白的7%～8%和12%^[2]。醇溶蛋白較難消化，高粱的養(yǎng)分利用較差與之有直接關(guān)系^[7]。另外，高粱醇溶蛋白還會影響淀粉糊化，導(dǎo)致淀粉的消化性降低^[8-10]。

因高粱醇溶蛋白具有疏水特性，在生產(chǎn)生物聚合物膜和涂料方面有應(yīng)用潛力^[11-12]， 也可作為賦形劑應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域^[13]。另外，因其具有類似玉米醇溶蛋白的黏彈特性，近年來人們開始關(guān)注高粱醇溶蛋白的分離提取及其在焙烤食品行業(yè)的應(yīng)用潛力^{[2，6，14-15]}。有研究表明在焙烤食品中高粱醇溶蛋白可以發(fā)揮黏彈性，從而對面團強度和面包體積產(chǎn)生影響^[16]，無麩質(zhì)的高粱面食是乳糜瀉患者的絕佳選擇^[17]。然而，因高粱醇溶蛋白特殊的組成結(jié)構(gòu)以及疏水特性，如何有效開發(fā)利用，特別是作為功能性食品添加劑仍有待深入研究。

對高粱蛋白的化學(xué)性質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)以及功能性的研究可促進其在食品中的進一步應(yīng)用^[2]。有關(guān)研究報道了幾種提取食品級高粱醇溶蛋白的新方法，包括使用不同的溶劑及復(fù)合萃取劑如冰醋酸、鹽酸和氫氧化鈉等^{[4，11，18-19]}。在這些方法中，提取高粱醇溶蛋白應(yīng)用最多的是用含水乙醇和焦亞硫酸鈉作為還原劑。而提取原料的要求并不嚴格，用作飼料的麩皮、由帶殼籽?；蛎摎ぷ蚜Ｄ肽サ母吡环郏约罢麴s酒后干燥的高粱等都可用于提取高粱醇溶蛋白^{[4，12，20-21]}。但由于提取方法及高粱品種不同，獲得的高粱醇溶蛋白的化學(xué)組成也有差別^{[4，18，20]}。

1.2 淀粉

淀粉是高粱籽粒中含量最多且最重要的碳水化合物， 通常含量為50%～70%。高粱直鏈淀粉平均含量為20%～30%，支鏈淀粉平均含量為70%～80%^[22]。直鏈淀粉含量對高粱淀粉特性具有重要影響。直鏈淀粉含量低且糊化溫度低的高粱品種適合釀酒，釀造時可節(jié)水、省時和降低能耗^[23]。高粱淀粉含量與玉米相當，但淀粉顆粒大多被蛋白質(zhì)包裹，因此其淀粉消化率要低于玉米。因高粱淀粉的消化率低，雖限制了其應(yīng)用，但可作為理想的減肥食品或減肥食品原料^[24]。另外，高粱淀粉還可廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，作為增稠劑、膠體穩(wěn)定劑、填充劑和粘合劑^[25]，應(yīng)用于生物塑料、生物燃料和醫(yī)藥產(chǎn)品等領(lǐng)域。高粱胚乳結(jié)構(gòu)、淀粉顆粒大小、直鏈淀粉和支鏈淀粉比例、蛋白質(zhì)和脂類組成、消化條件等都對高粱淀粉的消化性有影響。其中，醇溶蛋白含量對高粱淀粉的消化率影響最大，高粱在蒸煮之后的消化率遠低于蒸煮之前。研究發(fā)現(xiàn)蒸煮促進了蛋白質(zhì)之間的相互作用，蒸煮過程中水與醇溶蛋白形成的二硫鍵降低了淀粉消化率^[26]。在蒸煮和冷卻期間高粱醇溶蛋白和淀粉之間的相互作用可能影響了高粱淀粉的凝膠化，蒸煮后高粱醇溶蛋白形成分子量更大的聚合物，抑制了淀粉顆粒的凝膠化，從而降低了高粱淀粉的消化率^[26]。

1.3 丹寧（酚類化合物）

丹寧在過去被認為是一種抗營養(yǎng)因子，后來發(fā)現(xiàn)其具有抗氧化作用而成為高粱中最重要的保健成分，因而大量研究都圍繞高粱中的丹寧類化合物而展開。與小麥、大麥、谷子、黑麥相比，高粱中的酚類化合物含量最高^[1，27]。因其具有的抗氧化活性，酚類化合物通常被認為是人類食物中需要的組分。丹寧是一種抗營養(yǎng)因子，其作用視其成分及聚合程度有很大差異。流行病學(xué)及動物實驗研究顯示，膳食中添加高粱對心血管疾病具有較好的保健作用，效果比其他谷物都好，另外，高粱對控制體重也有很好的效果^[28]。生化分析顯示含高粱全粉的食品可提高抗氧化能力，這種效應(yīng)可部分歸因于高粱中含有的多酚類抗氧化物^[29]。所有高粱品種都含有酚類化合物，其種類和水平與種皮色澤及外種皮色素含量有關(guān)^[30]。高粱中主要含有酚酸和黃酮類兩種酚類化合物^[28]。高粱中含有的酚酸包括水楊酸、羥基桂皮酸；而從高粱中分離出的黃酮類包括黃烷-3-醇兒茶酸（flavan-3-ol catechin）、黃酮芹菜素（flavones apigenin）和木犀草素（luteolin），這些在棕褐色高粱中是黃酮類的主要成分。另外，其他的黃酮類化合物如總黃酮柚皮素（flavanones naringenin）、圣草酚（eriodictyol）、黃酮醇山奈酚（flavonol kaempferol）和二氫黃酮（flavanonol taxifolin） ^{[26，30]}、黃烷酮類（flavanones）、黃酮醇（flavonols）、類黃酮醇（flavanonols）和黃烷-3-醇（flavan-3-ol）衍生物^[27]也被鑒定出來。在紅高粱中，有研究報道鑒定出4種苯丙烷單甘油酯（phenylpropane glycerides）^[26]?；ㄇ嗨兀╝nthocyanins）是有色高粱中的主要黃酮類化合物^[27]，包括花青素、芹菜素-5-O-葡糖苷（apigeninidin-5-O-glucoside）、木樨草素（luteolinidin）、木樨草素-5-O-葡糖苷（luteolinidin-5-O-glucoside） 和最常見的3-脫氧花青素（3-deoxyanthocy）^[27]。導(dǎo)致3-脫氧黃酮（3-deoxyflavanoid）類化合物積累的生物合成路徑是由大多數(shù)高粱品種都含有的黃色種子1（ys1）基因控制的^[31]。表1列出了不同高粱品種所含的3-脫氧花青素的含量，Awika等^[29]指出，高粱麩皮中的黃酮類化合物組成獨特且積累量高，必然使之成為構(gòu)成健康飲食的一種引人注目的谷物或者是一種生理活性化合物的來源。

隨著對高粱研究的深入，越來越多的酚類化合物被分離鑒定出來。Kang等^[32]分離鑒定了澳大利亞褐色、紅色和白色高粱水合甲醇提取物中酚類化合物，鑒定出75種植物化合物，其中部分屬于首次發(fā)現(xiàn)^[27]。結(jié)果顯示，褐色高粱中酚類物質(zhì)種類和含量均大幅高于紅色和白色高粱；而白色高粱中羥基脂肪酸含量比其他兩種高粱中的含量更高。盡管高粱含有豐富的酚類化合物，但其基因型和生長環(huán)境會影響酚類化合物的含量^{[27，29]}。

2 高粱在食品和飼料方面的應(yīng)用

2.1 飼料

高粱籽粒作為飼料歷史悠久，在美國，所有高粱籽粒均用作飼料；在法國，工業(yè)發(fā)酵飼料消耗了70％的高粱。高粱中含有的酚類化合物、醇溶蛋白和植酸這3種物質(zhì)對動物的消化吸收具有不利影響，上述物質(zhì)通過類似但不同的機制影響蛋白質(zhì)的消化吸收及利用率^[33]。目前，美國、澳大利亞等國已開始種植無丹寧高粱。

高粱籽粒用作家畜和家禽飼料時，其飼用價值與玉米相近。在我國，配方飼料中高粱所占的比例極小。以高粱為主的飼料喂養(yǎng)非反芻動物，其營養(yǎng)價值、適口性，以及蛋白質(zhì)的利用率均較低。在胃腸道，丹寧水解成沒食子酸，部分以4-氧-甲基沒食子酸的形式排泄掉，其甲基來源為飼料中的蛋氨酸和膽堿。高粱的氨基酸利用率與丹寧含量有直接關(guān)系。使用高丹寧含量的高粱配成的飼料養(yǎng)雞，飼養(yǎng)效果較差。丹寧含量過高，會導(dǎo)致雞的采食量下降，營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和氮的吸收率降低，生長受到抑制。研究表明，單寧含量3%的高粱飼料對蛋雞含氮化合物、淀粉及礦質(zhì)元素的消化率均有顯著抑制作用，而對脂類的消化無影響^[34]。大量的研究證實飼喂高單寧高粱會影響肉雞的生長發(fā)育。Dykes等^[35]研究顯示，用低單寧（1.12 g·kg^-1） 和高單寧（ 25.7 g·kg^-1） 含量的高粱飼喂肉雞，高單寧比低單寧含量高粱使肉雞采食量減少約10.1%，增重減少19.6%，導(dǎo)致飼料轉(zhuǎn)化率降低了14.1%。丹寧還會影響雞肉風(fēng)味，降低產(chǎn)蛋率和蛋重，影響蛋殼的質(zhì)量^[36]。另外，它還會導(dǎo)致雞腳畸形呈外向弓狀彎曲，附關(guān)節(jié)腫大^[37]。因此，用高粱作為蛋雞飼料時，飼料中丹寧含量要低于0.6%，否則母雞產(chǎn)蛋量及蛋重均會下降，蛋黃中會出現(xiàn)斑點^[38-39]。高粱脫除丹寧的方法包括物理方法、化學(xué)方法、添加氨基酸以及使用其他添加劑等。目前培育的低丹寧高粱丹寧含量低于1%，但葉黃素含量較低，用于飼喂肉雞還需額外補充葉黃素。

關(guān)于高粱中單寧的是非問題，學(xué)術(shù)界爭論已久。有些學(xué)者認為隨著低單寧高粱育種的成功及推廣普及，以低單寧高粱為主的飼料對畜牧業(yè)生產(chǎn)已無不良影響，單寧不再構(gòu)成高粱應(yīng)用的限制因子^[40]。相反，有的學(xué)者認為即使是低單寧品種，縮合型單寧和酚類物質(zhì)仍存在，以高粱為主的飼料喂養(yǎng)肉雞仍會影響飼料轉(zhuǎn)化率和雞肉產(chǎn)量^[41]。有研究顯示，高粱籽粒中的單寧還有防病的功效，在配方飼料中加入10%～25%的高粱籽粒，可有效防止幼禽、幼畜發(fā)生腸胃疾?。ㄈ绨琢〔。?sup>[42^-43]。

近年來，由于畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，有限的草場資源已不能滿足人們的需要。甜高粱莖稈汁液豐富、含糖量高，青貯后質(zhì)地細軟、適口性極好，奶牛食用后利用率高，與青貯玉米相比，投入少、效益高，具有較高的飼用價值^[44-46]。甜高粱作為青貯飼料飼喂肉牛增重效果較好，能夠顯著增加飼養(yǎng)牛的經(jīng)濟效益^[47-48]。Wu等^[49]研究表明，甜高粱青貯飼料組育肥期犢牛平均體重、干物質(zhì)攝入量和飼料轉(zhuǎn)化率都高于玉米青貯組。玉霞^[50]研究也發(fā)現(xiàn)，甜高粱青貯替代50%全株玉米青貯時，更有利于提高泌乳中期荷斯坦奶牛的干物質(zhì)采食量和瘤胃發(fā)酵。飼喂75%高粱青貯飼料（替代玉米青貯飼料）能夠促進瘤胃微生物的生長、提高產(chǎn)奶量和脂肪含量^[51]。

飼草高粱是由高粱與蘇丹草等雜交而成的一種草型高粱，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，莖葉連同籽?？勺髑囡暫颓噘A飼料。此外，發(fā)展飼草高粱，可有效保護有限的草場資源，從而保護環(huán)境。

2.2 釀酒

雖然高粱作為人類糧食及畜禽飼料皆不理想，但因其富含丹寧，卻是釀酒的好原料。適量單寧對發(fā)酵過程中的有害微生物有一定抑制作用，可提高出酒率，單寧最主要的作用是在發(fā)酵過程中產(chǎn)生丁香酸和丁香醛等香味物質(zhì)，使白酒產(chǎn)生芳香風(fēng)味，但過多的單寧對發(fā)酵后期的生香階段具有抑制作用，導(dǎo)致酸類風(fēng)味物質(zhì)無法正常轉(zhuǎn)化，酯類風(fēng)味物質(zhì)無法合成^[52]。我國以高粱為原料釀造白酒已有幾百年的歷史，中國名酒大多是用高粱做主料或做輔料釀制的。我國目前種植高粱主要用于釀酒，高粱總產(chǎn)量的大約85%被用來釀酒和釀醋^[53]。高粱品質(zhì)對酒質(zhì)和出酒率影響較大，糯高粱是釀酒的最佳原料。釀酒用高粱要有較高的淀粉和單寧含量、較低的蛋白質(zhì)和脂肪含量。在發(fā)酵過程中，淀粉是酒精以及眾多風(fēng)味成分的來源，蛋白質(zhì)、脂肪、單寧等物質(zhì)是白酒風(fēng)味和滋味成分的前體物質(zhì)^[54]。但是蛋白質(zhì)含量過高會使發(fā)酵過程中雜菌生長旺盛，導(dǎo)致酸度升高，不利于有益微生物的生長代謝，使酒體產(chǎn)生雜味^[55]。高粱中的脂質(zhì)對白酒品質(zhì)的影響較大，少量的脂肪能減少酒中的雜味^[56]，使酒體香氣純正清爽。高粱脂質(zhì)易水解生成多種低分子有機酸和脂肪酸，如肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸及油酸、亞油酸、亞麻酸等。脂肪酸經(jīng)微生物代謝生成的相應(yīng)酯類或通過非酶反應(yīng)分解形成的揮發(fā)性物質(zhì)，均具有一定的氣味和味覺閾值^[57]。在高溫發(fā)酵中，不飽和脂質(zhì)與氧反應(yīng)生成氫過氧化物，其易斷裂生成各種揮發(fā)性和非揮發(fā)性風(fēng)味前體物質(zhì)^[55]。過量的脂肪會使發(fā)酵過程升酸快，酸度增加，對微生物生長有抑制作用，從而影響發(fā)酵效率。另外，過多的脂質(zhì)容易使酒體遇冷后變渾濁，影響酒體的感官質(zhì)量。釀造優(yōu)質(zhì)白酒對原料的要求是新鮮、無雜質(zhì)和無霉變，淀粉和糖分含量較高，蛋白質(zhì)和單寧含量適中，脂肪含量少，并含有多種維生素及無機元素，果膠含量越少越好^[58]。

研究表明，糯紅高粱中含有較高的支鏈淀粉，更適合作為釀造白酒的原料^[59]。田曉紅等^[22]對我國高粱主產(chǎn)區(qū)主栽的20個高粱品種中淀粉的微觀結(jié)構(gòu)、物理特性進行比較研究發(fā)現(xiàn)，不同品種間直鏈淀粉含量、物理特性差異較大，其中仁懷高粱、湖南高粱和湖北陽新兩糯高粱未檢出直鏈淀粉，而其余產(chǎn)地的高粱直鏈淀粉檢出值為9.16%～20.33%。唐玉明等^[60]研究了北方高粱與四川高粱的品質(zhì)差異，發(fā)現(xiàn)無論粳糯，北方高粱的單寧含量普遍較低，支鏈淀粉占總淀粉的比例也比四川高粱低。袁蕊等^[61]通過對我國南北方6個高粱品種理化指標的檢測，發(fā)現(xiàn)南方栽培的糯紅高粱品種國窖紅1號、青殼洋、瀘糯8號比3種北方高粱的支鏈淀粉含量高，且易于保水，適于微生物生長，更適合釀酒。楊乾華等^[62]分析了南北方不同類型高粱釀酒品質(zhì)的差異，指出兩個地區(qū)高粱的總淀粉和蛋白質(zhì)含量均較接近，但南方高粱與北方高粱相比，直鏈淀粉含量低，單寧含量高，而北方高粱則角質(zhì)率高。蒸煮研究結(jié)果顯示，南方高粱的吸水率、糊化率和黏稠度等指標均優(yōu)于北方高粱^[63]，糯高粱的釀酒品質(zhì)比其他類型的高粱好^[64]。總之，氣候條件的差異導(dǎo)致高粱品質(zhì)不同，南方高粱更適合釀造中國白酒。后續(xù)工作應(yīng)重點研究釀酒過程中，高粱不同成分在微生物作用下代謝產(chǎn)生呈香呈味物質(zhì)的機理和形成規(guī)律，以及不同品質(zhì)高粱原料對釀酒微生物及白酒品質(zhì)的影響^[65]。

2.3 食品

傳統(tǒng)上，因高粱的適口性較差，高粱用作人類口糧的比例較小，主要集中在非洲等經(jīng)濟落后的國家和地區(qū)。近年來，因為高粱可以作為無麩質(zhì)食品來替代小麥，在美國及其他西方國家，其作為人類糧食消費的數(shù)量正在穩(wěn)步增長^[66]。高粱粉通常與玉米粉、小麥粉、馬鈴薯粉、木薯粉等按一定比例混合，然后通過不同的工藝制作成各種高粱食品，如紅面饅頭、面條、面包、發(fā)面餅等^[67-68]。通過在餅干、點心及各種食品中摻入高粱米粉，使高粱在西方的消費量不斷增大^[69]。不同品種的高粱在西方首先都要經(jīng)過膨化處理后才用于食品配料。研究顯示，膨化可以在降低抗營養(yǎng)因子作用的同時提高高粱的蛋白質(zhì)及淀粉消化率，并提高可溶性膳食纖維含量^[70]，高粱在我國曾一度作為主食供應(yīng)，隨著高粱各種保健功能的明確及高粱食品的深入開發(fā)，高粱有望以新的角色重返餐桌。

2.4 醫(yī)療保健

近年來，高粱中的多酚類物質(zhì)研究逐漸成為熱點，涵蓋了多酚類的分離提取、結(jié)構(gòu)鑒定、理化性質(zhì)、醫(yī)療保健功能等方面研究，展現(xiàn)了良好的開發(fā)潛力。高粱麩皮層中含有非淀粉類多糖、類胡蘿卜素、酚類化合物等生理活性物質(zhì)，其中酚類化合物包括酚酸、黃酮類化合物和原花青素，且以高生物活性的3-脫氧花青素和原花青素為主，而高粱是3-脫氧花青素已知的唯一天然食物來源^[71-72]。高粱麩皮層的酚類物質(zhì)含量是全谷物的6倍^[73]。高粱類食物相較其他谷物類在減小癌癥患病率方面有明顯的效果^[29]。Hargrove等^[74]研究發(fā)現(xiàn)，高粱麩皮中原花青素能夠抑制芳香化酶的活性，在乳腺癌的治療方面有應(yīng)用前景，作者還發(fā)現(xiàn)富含原花青素的高粱品種可能通過抑制消化酶活性，阻礙葡萄糖吸收，達到抗糖尿病的目的。蔣依然^[75]通過分析高粱麩皮原花青素結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，兒茶素是構(gòu)成高粱麩皮原花青素的主要結(jié)構(gòu)單元，具有較強的抗氧化能力，能夠誘導(dǎo)肝癌細胞凋亡。Awika等^[33]證實高粱原花青素在抑制結(jié)腸癌細胞的生長方面比葡萄籽原花青素更有效。Mazewski等^[76]發(fā)現(xiàn)高粱等谷物類含有的花青素-3-葡萄糖苷是抑制激酶活性的最強的花青素，對于結(jié)腸癌細胞的分裂增殖具有很好的抑制效果。Apea-Bah等^[77]使用高粱提取物生產(chǎn)了一種富含單寧的飲料，指出單寧高粱配方有可能用于肥胖或糖尿病患者的飲食，因為有很強的飽腹感，延長消化時間，降低了葡萄糖的吸收率。Ashley等^[78]研究發(fā)現(xiàn)，高粱麩皮多酚能夠與低聚果糖等益生元協(xié)同作用，調(diào)節(jié)肥胖患者的腸道微生物組成。從紅高粱麩皮中提取的3-脫氧花青素還具有抑制乳腺癌細胞系的增殖活性^[72]。衛(wèi)鳴^[79]采用亞臨界水輔助提取高粱麩皮結(jié)合多酚，發(fā)現(xiàn)其能通過刺激內(nèi)源酶活力、降低炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等多途徑預(yù)防小鼠衰老，通過多途徑調(diào)節(jié)衰老小鼠腸道微環(huán)境，維護衰老小鼠腸道健康。王春艷^[80]對高粱多酚提取物組分進行分析，發(fā)現(xiàn)其中含有反式阿魏酸等24種酚類物質(zhì)，并制備了具有保健作用的高粱多酚微膠囊。

3 展望

目前，我國高粱主要用于釀酒，只有極少量作為食品和飼料使用。市售高粱加工產(chǎn)品多以傳統(tǒng)食品為主，且高粱營養(yǎng)成分含量較低，無法獲得滿意的保健效果。隨著對高粱單寧功效的深入了解，人們需要越來越多色香味俱佳的高粱精深加工產(chǎn)品。從長遠發(fā)展看，作為嗜好品的白酒消費將減少，用于釀酒的高粱比重將下降，而用于醫(yī)療、保健食品及飼料的高粱消費將大幅增加，開發(fā)多元化的高粱深加工產(chǎn)品將有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻：

［1］ RAGAEE S， ABDEL-AAL E S M， NOAMAN M. Antioxidant activity and nutrient composition of selected cereals for food use[J]. Food Chemistry， 2006， 98（1）： 32-38.

[2] BEAN S R， IOERGER B P， SMITH B M， et al. Sorghum protein structure and chemistry： implications for nutrition and functionality[M]//ACS Symposium Series. Washington， DC： American Chemical Society， 2011： 131-147.

[3] 華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院.2023年中國高粱行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃報告[EB/OL].（2022-11-24）[2024-05-11].https：//www.sohu.com/a/609500718_121023892.

[4] WANG Y， TILLEY M， BEAN S， et al. Comparison of methods for extracting kafirin proteins from Sorghum distillers dried grains with solubles[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2009， 57（18）： 8366-8372.

[5] STEFOSKA-NEEDHAM A， BECK E J， JOHNSON S K， et al. Sorghum： an underutilized cereal whole grain with the potential to assist in the prevention of chronic disease[J]. Food Reviews International， 2015， 31（4）： 401-437.

[6] HAMAKER B R， BUGUSU B A. Overview： sorghum proteins and food quality[C]//BELTON P S， TAYLOR J R N. Workshop on the Proteins of Sorghum and Millets： Enhancing Nutritional and Functional Properties for Africa. South Africa， Pretoria， 2003：2-4.

[7] HICKS C， BEAN S R， LOOKHART G L， et al. Genetic analysis of kafirins and their phenotypic correlations with feed quality traits， in vitro digestibility， and seed weight in grain Sorghum[J]. Cereal Chemistry， 2001， 78（4）： 412-416.

[8] CHANDRASHEKAR A，KIRLEIS A W. Influence of protein on starch gelatinization in sorghum[J]. Cereal Chemistry， 1988， 65： 457-462．

[9] EZEOGU L I， DUODU K G， EMMAMBUX M N， et al. Influence of cooking conditions on the protein matrix of Sorghum and maize endosperm flours[J]. Cereal Chemistry， 2008， 85（3）： 397-402.

[10] EMMAMBUX M N， TAYLOR J R N. Properties of heat-treated Sorghum and maize meal and their prolamin proteins[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2009， 57（3）： 1045-1050.

[11] GAO C L， TAYLOR J， WELLNER N， et al. Effect of preparation conditions on protein secondary structure and biofilm formation of kafirin[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2005， 53（2）： 306-312.

[12] TAYLOR J R N， SCHOBER T J， BEAN S R. Novel food and non-food uses for Sorghum and millets[J]. Journal of Cereal Science， 2006， 44（3）： 252-271.

[13] ELKHALIFA A E O， GEORGET D M R， BARKER S A， et al. Study of the physical properties of kafirin during the fabrication of tablets for pharmaceutical applications[J]. Journal of Cereal Science， 2009， 50（2）： 159-165.

[14] GOODALL M A， CAMPANELLA O H， EJETA G， et al. Grain of high digestible， high lysine （HDHL） Sorghum contains kafirins which enhance the protein network of composite dough and bread[J]. Journal of Cereal Science， 2012， 56（2）： 352-357.

[15] SCHOBER T J， BEAN S R， TILLEY M， et al. Impact of different isolation procedures on the functionality of zein and kafirin[J]. Journal of Cereal Science， 2011， 54（2）： 241-249.

[16] BUGUSU B A， CAMPANELLA O， HAMAKER B R. Improvement of Sorghum-wheat composite dough rheological properties and breadmaking quality through zein addition[J]. Cereal Chemistry， 2001， 78（1）： 31-35.

[17] PALAVECINO P M， CURTI M I， BUSTOS M C， et al. Sorghum pasta and noodles： technological and nutritional aspects[J]. Plant Foods for Human Nutrition， 2020， 75（3）： 326-336.

[18] BEAN S R， IOERGER B P， PARK S H， et al. Interaction between Sorghum protein extraction and precipitation conditions on yield， purity， and composition of purified protein fractions[J]. Cereal Chemistry， 2006， 83（1）： 99-107.

[19] TAYLOR J， TAYLOR J R N， DUTTON M F， et al. Glacial acetic acid-a novel food-compatible solvent for kafirin extraction[J]. Cereal Chemistry， 2005， 82（5）： 485-487.

[20] Da SILVA L S， TAYLOR J R N. Sorghum bran as a potential source of kafirin[J]. Cereal Chemistry， 2004， 81（3）： 322-327.

[21] OOM A， PETTERSSON A， TAYLOR J R N， et al. Rheological properties of kafirin and zein prolamins[J]. Journal of Cereal Science， 2008， 47（1）： 109-116.

[22] 田曉紅，譚斌，譚洪卓，等.20種高粱淀粉特性[J].食品科學(xué)，2010，31（15）：13-20.

[23] 丁國祥，戴清炳，曾慶曦，等.不同淀粉結(jié)構(gòu)高粱籽粒的釀酒工藝參數(shù)研究[J].綿陽經(jīng)濟技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，1996（4）：4-5.

[24] 沈舒民.高粱淀粉結(jié)構(gòu)與功能特性研究及相關(guān)性分析[D].杭州：浙江大學(xué)，2020.

[25] SINGH N， SINGH J， KAUR L， et al. Morphological， thermal and rheological properties of starches from different botanical sources[J]. Food Chemistry， 2003， 81（2）： 219-231.

[26] ORIA M P， HAMAKER B R， SCHULL J M. In vitro protein digestibility of developing and mature Sorghum grain in relation to α-， β-， and γ-kafirin disulfide crosslinking[J]. Journal of Cereal Science， 1995， 22（1）： 85-93.

[27] DUODU K G， TAYLOR J R N， BELTON P S， et al. Factors affecting Sorghum protein digestibility[J]. Journal of Cereal Science， 2003， 38（2）： 117-131.

[28] SVENSSON L， SEKWATI-MONANG B， LUTZ D L， et al. Phenolic acids and flavonoids in nonfermented and fermented red Sorghum （Sorghum bicolor （L.） Moench）[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2010， 58（16）： 9214-9220.

[29] AWIKA J M， ROONEY L W. Sorghum phytochemicals and their potential impact on human health[J]. Phytochemistry， 2004， 65（9）： 1199-1221.

[30] KHAN I， YOUSIF A M， JOHNSON S K， et al. Acute effect of Sorghum flour-containing pasta on plasma total polyphenols， antioxidant capacity and oxidative stress markers in healthy subjects： a randomised controlled trial[J]. Clinical Nutrition， 2015， 34（3）： 415-421.

[31] DYKES L， ROONEY L W. Sorghum and millet phenols and antioxidants[J]. Journal of Cereal Science， 2006， 44（3）： 236-251.

[32] KANG J G， PRICE W E， ASHTON J， et al. Identification and characterization of phenolic compounds in hydromethanolic extracts of Sorghum wholegrains by LC-ESI-MSn[J]. Food Chemistry， 2016， 211： 215-226.

[33] AWIKA J M. Sorghum flavonoids： unusual compounds with promising implications for health[M]//ACS Symposium Series. Washington， DC： American Chemical Society， 2011： 171-200.

[34] AWIKA J M， ROONEY L W， WANISKA R D. Anthocyanins from black Sorghum and their antioxidant properties[J]. Food Chemistry， 2005， 90（1/2）： 293-301.

[35] DYKES L， SEITZ L M， ROONEY W L， et al. Flavonoid composition of red Sorghum genotypes[J]. Food Chemistry， 2009， 116（1）： 313-317.

[36] DYKES L， PETERSON G C， ROONEY W L， et al. Flavonoid composition of lemon-yellow Sorghum genotypes[J]. Food Chemistry， 2011， 128（1）： 173-179.

[37] SELLE P H， CADOGAN D J， LI X， et al. Implications of Sorghum in broiler chicken nutrition[J]. Animal Feed Science and Technology， 2010， 156（3/4）： 57-74.

[38] MAHMOOD S， ALI H， AHMAD F， et al. Estimation of tannins in different Sorghum varieties and their effects on nutrient digestibility and absorption of some minerals in caged white leghorn layers[J]．International Journal of Agriculture ＆ Biology， 2014， 16： 217-221．

[39] NYACHOTI C M， ATKINSON J L， LEESON S. Sorghum tannins： a review[J]. World’s Poultry Science Journal， 1997， 53（1）： 5-21.

[40] 金邦荃.高粱的飼用價值[J].飼料研究，1995，18（6）：23-24.

[41] GUALTIERI M， RAPACCINI S. Sorghum grain in poultry feeding[J]. World’s Poultry Science Journal， 1990， 46（3）： 246-254.

[42] LIU S Y， SELLE P H， COWIESON A J. Strategies to enhance the performance of pigs and poultry on Sorghum-based diets[J]. Animal Feed Science and Technology， 2013， 181（1/2/3/4）： 1-14.

[43] FARRELL D J， PEREZ-MALDONADO R A. Tannins in feedstuffs used in the diets of pigs and poultry in Australia[C]//BROOKER J D. Tannins in livestock and human nutrition： proceedings of an international workshop. Canberra： Australian Centre for International Agricultural Research， 1999： 24-29．

[44] PEREZ-MALDONADO R A， TRAPPETT P， KEMSLEY M. Australian sorghums in broiler starter and finisher diets[C]//European Poultry Conference， Verona， Italy， 2006.

[45] 鄒劍秋，朱凱，張志鵬，等.國內(nèi)外高粱深加工研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].雜糧作物，2002，22（5）：296-298.

[46] 李寧，張元，熊海謙，等.不同飼用甜高粱品種與青貯玉米產(chǎn)量、品質(zhì)的比較試驗[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（3）：180-184.

[47] 李珊珊，李飛，白彥福，等.甜高粱飼用價值及飼喂奶牛技術(shù)[J].草業(yè)科學(xué)，2017，34（7）：1534-1541.

[48] 楊浩哲，蔡海霞，李麗峰，等.刈割次數(shù)對飼用甜高粱產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].中國奶牛，2024（6）：51-54.

[49] WU C P， HSU T H， WU C Y， et al. In situ rumen degradation of sweet Sorghum silage and the effect on growth performance in Holstein steers[J]. Journal of the Chinese Society of Animal Science， 2021， 50： 212.

[50] 玉霞.甜高粱青貯對奶牛生產(chǎn)性能、血液生化指標及瘤胃功能的影響[D].通遼：內(nèi)蒙古民族大學(xué)，2020.

[51] 王文穎，張健男，孫閻，等.甜高粱飼用價值的研究進展[J].飼料研究，2021，44（14）：153-156.

[52] 白晶晶.青貯甜高粱秸稈飼料飼喂肉牛對比試驗[J].中國牛業(yè)科學(xué)，2015，41（1）：37-38.

[53] LV X K， CHEN L， ZHOU C S， et al. Application of different proportions of sweet Sorghum silage as a substitute for corn silage in dairy cows[J]. Food Science amp; Nutrition， 2023， 11（6）： 3575-3587.

[54] 崔磊，胡景輝，孫偉，等.單寧對白酒發(fā)酵影響的實驗室分析研究[J].釀酒科技，2022（1）：17-22

[55] 程度.釀酒用高粱原料對醬香型白酒品質(zhì)影響的初步研究[D].貴陽：貴州大學(xué)，2022.

[56] 李建平，郭孝.國內(nèi)外飼用高粱生產(chǎn)、科研狀況及應(yīng)用前景[J].飼料研究，2007，30（10）：68-70.

[57] 劉茂柯，唐玉明，任道群，等.釀酒高粱籽粒釀造性能的比較[J].中國釀造，2012，31（11）：111-114.

[58] 程度，曹建蘭，王珂佳，等.高粱對醬香型白酒品質(zhì)影響的研究進展[J].食品科學(xué)，2022，43（7）：356-364.

[59] 劉涵，敖宗華，王明，等.釀酒高粱的研究進展[J].釀酒科技，2016（6）：105-107.

[60] 唐玉明.高粱籽粒的釀酒品質(zhì)研究[J].釀酒，2000，27（4）：45-47.

[61] 袁蕊，敖宗華，劉小剛，等.南北方幾種高粱釀酒品質(zhì)分析[J].釀酒科技，2011（12）：33-36.

[62] 楊乾華，丁國祥，曾富言.南北方不同類型高粱的釀酒品質(zhì)差異[J].作物品種資源，1994（4）：32-33.

[63] 何猛超，西玉玲，張德中，等.高粱糯性對秦池醬香大回酒品質(zhì)影響的分析研究[J].釀酒科技，2024（1）：41-47.

[64] 張福耀，吳樹彪，柳青山.影響高粱飼用價值主要內(nèi)在因素及其對策[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2016，28（1）：1-8.

[65] 何誠，丁海龍，楊平，等.南北釀酒高粱蒸煮品質(zhì)研究[J].釀酒科技，2012（8）：68-70.

[66] MURTY D S， PATIL H D， PRASADA R K E. et al. A note on screening the Indian sorghum collection for popping quality[J]. Journal of Food Science and Technology， 1982， 19： 79-80.

[67] 韋露露，龐臻，馬鳳麗，等.高粱在白酒中的應(yīng)用研究進展[J/OL].釀酒科技，1-10[2024-08-25].https：//kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20240711.1442.002.html.

[68] 范國華，郭瑞峰.高粱深加工產(chǎn)品的應(yīng)用現(xiàn)狀研究[J].糧食科技與經(jīng)濟，2020，45（3）：145-148.

[69] 田靜茹，李雪琴，陳潔.高粱粉對面團特性及發(fā)面餅品質(zhì)的影響[J/OL].食品研究與開發(fā)，1-12[2024-08-16].https：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1231.TS.20240412.1630.004.html.

[70] 文志勇，孫寶國，梁夢蘭，等.脂質(zhì)氧化產(chǎn)生香味物質(zhì)[J].中國油脂，2004，29（9）：41-44.

[71] de MORAIS CARDOSO L， PINHEIRO S S， MARTINO H S D， et al. Sorghum （Sorghum bicolor L.）： nutrients， bioactive compounds， and potential impact on human health[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition， 2017， 57（2）： 372-390.

[72] SUGANYADEVI P， SARAVANAKUMAR K M， MOHANDAS S. The antiproliferative activity of 3-deoxyanthocyanins extracted from red Sorghum （Sorghum bicolor） bran through P53-dependent and Bcl-2 gene expression in breast cancer cell line[J]. Life Sciences， 2013， 92（6/7）： 379-382.

[73] AWIKA J M， McDONOUGH C M， ROONEY L W. Decorticating Sorghum to concentrate healthy phytochemicals[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2005， 53（16）： 6230-6234.

[74] HARGROVE J L， GREENSPAN P， HARTLE D K， et al. Inhibition of aromatase and α-amylase by flavonoids and proanthocyanidins from Sorghum bicolor bran extracts[J]. Journal of Medicinal Food， 2011， 14（7/8）： 799-807.

[75] 蔣依然.高粱麩皮原花青素的制備、結(jié)構(gòu)表征及其抗肝癌細胞活性研究[D].無錫：江南大學(xué)，2020.

[76] MAZEWSKI C， LIANG K T， GONZALEZ de MEJIA E. Comparison of the effect of chemical composition of anthocyanin-rich plant extracts on colon cancer cell proliferation and their potential mechanism of action using in vitro， in silico， and biochemical assays[J]. Food Chemistry， 2018， 242： 378-388.

[77] APEA-BAH F B， MINNAAR A， BESTER M J， et al. Sorghum-cowpea composite porridge as a functional food， part II： antioxidant properties as affected by simulated in vitro gastrointestinal digestion[J]. Food Chemistry， 2016， 197（Pt A）： 307-315.

[78] ASHLEY D， MARASINI D， BROWNMILLER C， et al. Impact of grain Sorghum polyphenols on microbiota of normal weight and overweight/obese subjects during in vitro fecal fermentation[J]. Nutrients， 2019， 11（2）： 217.

[79] 衛(wèi)鳴.高粱麩皮結(jié)合多酚的提取及其對衰老小鼠腸道微環(huán)境的調(diào)節(jié)作用[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2022.

[80] 王春艷.高粱多酚提取、純化、組分分析及微膠囊制備研究[D].太谷：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022.

Research Advances in Sorghum Quality and Its Application in Food and Feed

YANG Huanchun¹，CHANG Xiangcai¹，SUN Xiangdong²

（1.Anshun University，Anshun 561000，China； 2.Quality and Safety Institute of Agricultural Products， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， China）

Abstract：Sorghum has ever been traditional food in China. However， due to its poor palatability and antinutritional factors， it has withdrawn from the staple foods. Recently， with the advances of research in sorghum， the values of sorghum are rediscovered. The polyphenolic compounds-tannin is unprecedented highly valued. These health protections， precaution and adjuvant therapy effects are beneficial to humans and with discovering of new phenolic compound derivatives， sorghum has a promising prospect as a healthy food raw material. This article systematically summarized the newly discovered polyphenolic compounds in different colored sorghum， summarized the research progress and development potential of sorghum in feed， brewing， and food， and looks forward to the future research and development directions and prospects of sorghum， which can provide reference for the in-depth development and utilization of sorghum in the fields of food and feed in the future.

Keywords：sorghum;nutritional quality; tannin; food; feed; develop applications