粟米類淀粉的研究進展

崔 婷，林親錄，吳 躍，楊 濤，吳 偉，梁 盈，肖華西

（中南林業科技大學，食品科學與工程學院，稻米及副產物深加工國家工程實驗室，湖南長沙 410004)

粟米類淀粉的研究進展

崔 婷，林親錄*，吳 躍，楊 濤，吳 偉，梁 盈，肖華西

（中南林業科技大學，食品科學與工程學院，稻米及副產物深加工國家工程實驗室，湖南長沙 410004)

結合國內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（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用和深層次理論研究提供基礎。

粟米淀粉，分離工藝，理化性質，改性

粟類作物，英文中統稱Millet，主要包括珍珠粟（pearl millet)、龍爪稷（或稱穇子，finger millet)、黍稷（或稱糜子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。粟類為世界第六大谷物，脫殼后統稱“粟米”或“小米”。其種植主要分布在我國，集中在北方干旱和半干旱地區，總產約占世界的80%;印度其次，占世界總產的10%左右;澳大利亞、美國、加拿大、法國、朝鮮、日本、匈牙利等國也有少量種植[2]。目前，全國谷子年種植面積約為140萬hm2，年總產280萬t左右，種植面積較大的省區有河北、山西、內蒙古等[3]。粟類作物具有生育期短、適應性廣、耐干旱、耐貧瘠等優良特性。粟米的成分包括碳水化合物、蛋白質和氨基酸、脂肪酸、維生素、礦物質等[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Ca、Mg、Fe等含量均較高，胡蘿卜素含量為0.19mg/100g[9]。此外，通過研究10種珍珠粟中植酸含量，發現其含量特別豐富為354～796mg/g[10]?？傊?，粟米中各種營養素比例適宜，且消化率很高，是良好的營養源[4]。粟米不是人們的主體食品，對其加工大多處于傳統的作坊式加工階段[11]，且加工工藝簡單，對粟米中主要成分淀粉的改性和應用研究則更少。但粟米在我國北方種植面積較大，產量占很大的優勢，且可在惡劣環境生長，能不占用耕地。目前，國內使用的淀粉主要來源于大宗糧食作物，如若能充分利用粟米淀粉，可以緩解我國的糧食壓力，具有戰略意義。再者，近年來，由于人們對健康的持續關注，粟米及其營養價值逐漸被發現，粟米在食品加工中的應用越來越多，對粟米淀粉性質的研究有利于粟米更好地應用于食品工業。所以加大對粟米淀粉的研究開發力度，開發出新穎、營養健康的產品，對豐富國民餐桌和促進食品加工業以及推動淀粉工業發展具有重要意義。

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。目前國內外實驗室提取粟米淀粉的一般工藝為：粟米清洗→浸泡→磨漿→過篩→去蛋白→水洗→干燥脫水→粟米淀粉樣品。在浸泡過程中，不同的浸泡液以及浸泡液濃度的差異均會影響粟米淀粉的提取率。在去蛋白的過程中，采用不同的試劑均會影響去蛋白的效果，從而影響淀粉樣品的純度。

國內有人[12]采用堿法、表面活性劑法、蛋白酶法提取粟米淀粉，分析提取方法對粟米淀粉性質的影響。結果表明，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于堿法和酶法高，蛋白質殘留量低，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（冀優小香米)20h后粉碎、過篩，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、細纖維層、白色淀粉層。刮去上面3層，離心水洗，調pH至中性，水洗，于40℃烘干得冀優小香米淀粉。

對于粟米淀粉的提取工藝，國外很多研究人員也進行了研究。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磨碎，連續過濾后加水打漿，迅速過80目篩，重復磨碎，打漿，過濾，直到殘留于濾網的物質可以自由通過為止，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后粉碎過篩、離心，用甲苯分出淀粉中殘余的蛋白質，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行研究，結果顯示，粟米淀粉大多數為多邊形顆粒，有少量球形顆粒;其淀粉顆粒類似于稻米淀粉顆粒，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，形態較大的淀粉顆粒表面還出現了蛋白體的“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，觀察到四種當地谷子的淀粉顆粒大多數是多邊形，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-射線衍射也顯示所有淀粉樣品均為A型晶體。

國內，趙學偉等[17]采用SEM觀察冀優小香米淀粉，發現多數淀粉粒呈不規則的多面體形，極個別為小圓形，直徑為7～12μm;少部分淀粉粒由于形成過程中蛋白體的“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;有的淀粉粒的側面不是平面而是略微凹陷。這些與Kumari[12]的研究結果也一致。

Fujita[18]等通過對53個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為中心呈正態分布[20]。

Linde-boom根據直徑大小將淀粉粒分為4類：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)。根據這個分類標準，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℃時有2次迅速升高的過程。也有研究[17]顯示穇子淀粉在95℃時溶解性達到50%，蠟質粟米淀粉的溶脹率、溶解性在65～95℃時也近似呈線性增加，在95℃時分別達到55%和23%[22]。

Lawal[16]在研究粟米原淀粉和粟米羥丙化淀粉時，發現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，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部更多的不定形區，并且當溫度上升到糊化溫度時，不定形區的溶脹也加速了結晶區的破裂，使得溶脹力增大。而基團羥丙化后，淀粉溶脹力相對于原淀粉在任何溫度都增強了，這是由于龐大的羥丙基團引入到淀粉分子內部，導致分子之間的排斥，促進水滲入淀粉顆粒內部，增強了溶脹力。

趙學偉等[17]以冀優小香米為原料，研究其淀粉的溶解度和溶脹力，得到結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，隨溫度升高呈線性上升，與Hoover研究結果一致，而95℃時，溶脹率、溶解性分別達到29.1%和12.9%。

馬力等[6]曾對粟米淀粉和玉米淀粉糊性質進行了較詳細比較研究，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五種粟米淀粉進行研究，結果表明，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。

國內研究人員[17]對冀優小香米、大米、小麥淀粉的RVA粘度進行比較研究，發現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、衰減值遠高于大米淀粉和小麥淀粉，說明小米淀粉糊不穩定且易回生。此外，與玉米淀粉相比，還發現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，說明其熱穩定性不好;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，但在過高或過低pH條件下，糊粘度變化很大;鹽和糖添加均能提高糊的穩定性，并對糊粘度有較大影響[6]。

王玉文等[23]對18個粟米品種的淀粉RVA譜特征值進行測定，建立粟米適口性與RVA譜特征值之間的關系，結果表明，RVA譜中，消減值＜0時，崩解值越大、消減值越小;或消減值＞0時，崩解值越小、消減值越大，當特征值出現這兩種規律時，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育種的一項重要的輔助選擇技術。此外，劉成等[24]對河北產區9個不同品種谷子的糊化特性進行研究，比較其中的差異。結果表明，9個品種小米淀粉的糊化溫度變化范圍為74.45～77.83℃，在9個品種小米中，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，同時其直鏈淀粉含量也較低，為11.97%，說明冀谷19品種的谷子應該具有較好的食味品質，與王玉文等[23]的研究結果相吻合。

3 粟米淀粉的改性研究

改性淀粉（HTMS)是以天然淀粉為原料，在其原有性質基礎上，經過特定的化學物理處理，改良其原有性能，被廣泛應用于皮革、造紙、石油、紡織、食品、醫藥等行業，并且有望以改性淀粉制備纖維，從而大大地擴大了改性淀粉的應用范圍[25]。淀粉改性主要有物理法和化學法。淀粉的物理改性主要有熱液處理、微波處理、電離放射線處理、超聲波處理、球磨處理、擠壓處理等[26]。淀粉的化學改性主要有酸改性、氧化改性、糊精化、交聯改性和引入穩定取代基法。對于粟米淀粉的改性，國內外研究不多，目前所進行的少量研究僅限于實驗室中。

如Balasubramanian[27]以珍珠粟米為原料，提取其淀粉，并對其進行熱液處理，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定性和糊透明度有所改善。Lawal[16]對龍爪稷粟米淀粉進行羥丙化，發現未改性的粟米淀粉糊的渾濁度隨著儲藏時間的延長明顯增加，而改性后的淀粉糊渾濁度明顯降低，Kaur[28]對馬鈴薯淀粉進行羥丙化，Pal[29]對玉米淀粉進行羥丙化后，也會出現此現象。羥丙基淀粉的糊化溫度降低，峰值黏度增加而回生值降低;改性后淀粉凍融穩定性增強，利用這些性狀可將其應用于肉汁、果汁餡、布丁等食品工業中，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象明顯改善。

國內也有研究人員對粟米淀粉進行醋酸酯化和交聯改性，研究改性后淀粉的各種性狀變化，發現粟米淀粉醋酸酯化后透明度明顯提高，而交聯使粟米淀粉透明度降低;同時，醋酸酯化對淀粉凍融穩定性改善作用不明顯，但粟米淀粉經低度交聯可獲得良好的凍融穩定性[31]。

改性淀粉的廣泛應用決定著淀粉的改性研究永無止境，改性研究的原淀粉范圍更應擴大。粟米淀粉經不同方法改性后，很多性狀得到改善，根據改善后的不同優良特性可將其應用于不同行業，對于改性淀粉應用范圍的擴大起到了極大地推動作用。

4 結論

近年來，國內外對粟米淀粉的研究取得了一定進展，關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，這對粟米食品深加工起到一定的指導作用。相比之下，關于粟米淀粉的流變學特性，以及改性的研究非常少，對于粟米淀粉應用研究更是空白，因此，需加大這幾方面的研究開發力度。粟米淀粉通過適當的改性處理，會產生許多優良特性，根據不同的特性將改性淀粉應用于不同的行業，相信會有很大的開發價值，對食品工業和淀粉工業的發展都具有深遠的意義。

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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，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 *通訊聯系人

崔婷（1987-)，女，碩士研究生，研究方向：糧食深加工。

國家自然科學基金（31050012);公益性行業（農業)科研專項經費項目（200903043-2);湖南省科技計劃項目（2011NK3034)。