第一章 引言
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，已有三千多年的历史，种植面积和产量仅次于小麦、水稻、玉米、大麦，居第五位，主要生产国家有印度、美国、尼日利亚和中国。从世界范围看，高粱主要分布在非洲、亚洲、美洲的热带干旱和半干旱地区，据2011年双极化高频头FAO（世界粮农组织）统计，高粱非洲和亚洲的种植面积分别为2045万公顷1060万公顷；在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。
高粱有不同的分类方式，按性状和用途可分为食用高粱、糖用高粱、帚用高粱等；按其穗部性状可分成散穗和紧穗两种；按其原产地和生态类型可分成中国高粱、印度高粱、非洲高粱等；根据籽粒颜分为褐高粱（单宁含量高达1％～2粉末注射成形％）、黄高粱（单宁含量低，<0.4％）、白高粱（单宁含量低，籽粒小）和混合高粱等几种。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。在我国根据产区的不同，高粱可分为东北高粱、华北高粱和西北高粱。
高粱富含淀粉，一般含量在50%～70%，高者达70%以上。很长一段时间，高粱主要是用在粮食、食品、酿造(生产陈醋、酿酒)和饲料加工等方面。20世纪50年代初，高粱籽粒曾是中国东北地区的主食。高粱酿酒历史悠久，著名的茅台酒、汾酒等名酒，主要以高粱为原料。糖用高粱（甜高粱）的茎秆含有大量的汁液和糖分，是新兴的一种糖料作物、饲料作物和能源作物。随着高粱加工技术的发展，高粱淀粉广泛应用于食品工业，常作为胶黏剂、伸展剂、填充剂、吸收剂和食用膜等。然而，与高粱蛋白和酚类物质的研究相比，高粱淀粉的研究较少；相比于玉米、豆类和大米淀粉等，高粱淀粉的研究更少。但目前以淀粉为原料的大型工业多集中在玉米、大米和马铃薯，对高粱淀粉的应用价值还未得到充分的关注和利用。因此，为充分利用我国丰富的高粱资源，使高粱得到更广泛的应用，有必要深入了解高粱淀粉的理化特性和功能特性。 第二章 高粱淀粉的理化特性
2.1 高粱淀粉的组成特点
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，由于高粱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，许多学者认为高粱可能会部分替代玉米。
完整规则的高粱淀粉70%~80%为支链淀粉。直链淀粉含量在不同高粱品种间差异较大，普通高粱淀粉中直链淀粉的质量分数在11.98%～23.47%之间，平均值为18.71%；糯质高粱品种直链淀粉含量非常低，而支链淀粉的质量分数接近100%。 高粱中的蛋白质对淀粉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，水解时易产生颜等。 高粱淀粉中存在的脂类化合物也会引起下列不利的影响：（1）脂类化合物会抑制高粱淀粉颗粒的膨胀和溶解，使其糊化温度提高，水粘合能力降低。（2）易形成直链淀粉-脂类化合物的络合物，使淀粉糊和淀粉膜不透明度或混浊度增加，还会影响胶化淀粉的增稠能力和粘合能力。（3）不饱和脂类化合物的氧化产物会产生令人讨厌的气味。马铃薯和木薯淀粉只含有少量的脂类化合物（约0.1%），因而不会产生前面所提到的这些不利影响。 2.2 高粱淀粉的颗粒特性
高粱淀粉颗粒粒径在5～20µm，在偏光显微镜下可观察到颗粒多数为圆形和多角形，表面内凹，部分颗粒表面有类蜂窝状结构，轮纹较清晰，脐点在中央，黑十字比较规则。在常见的多种淀粉之中，高粱淀粉与玉米淀粉的相似程度最为接近。
2.3 溶解性和膨胀性
高粱淀粉的溶解性和膨胀性反应的是淀粉与水之间相互作用的重要性质。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，反映的是淀粉悬浮液在糊化过程中的吸水特性和在一定条件下离心后的持水能力。高粱的品种、淀粉的加工制备方法、支链淀粉和直链淀粉的组成等都会影响这些性质。有研究表明生长在撒哈拉沙漠的白、红高粱淀粉的膨胀性和溶解度都高于小麦、大米和玉米淀粉。湿热处理高粱淀粉也能够降低其溶解性和膨胀性；但高粱淀粉的膨润力和溶解度会随温度的升高而升高，并在碱性条件下呈现较高膨胀势和溶解度。
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。高梁淀粉在50～70℃之间的膨胀率与溶解性比小麦淀粉低，但是在75～90℃条件下结果正好相反。与玉米淀粉相比，
高粱淀粉在70～90℃条件下具有更低的持水能力与更高的膨胀能力。
2.4 凝胶性
原料的凝胶特性对食品加工有着重要作用，淀粉凝胶的形成主要是由于直链淀粉和支链淀粉通过分子间微细结构聚集形成的，因此，直链淀粉和支链淀粉的比例会影响凝胶的特性。此外，不同地域不同品种的高粱的凝胶性有很大差别，加工处理方法也会影响着淀粉的凝胶特性。有研究表明湿热处理会促进高粱淀粉凝胶的形成并增加凝胶的强度，使之更有利于食品的加工。有研究发现，非纯蜡质高粱直链淀粉含量居于蜡质高粱和普通高粱淀粉之间，支链淀粉含量与蜡质高粱淀粉相似。然而非纯蜡质高粱淀粉形成的凝胶是粘弹性凝胶，普通高粱则形成硬型凝胶，蜡质高粱淀粉形成的是黏性水凝胶。
2.5 糊化特性
高粱淀粉的糊化特性是了解其物理特性和潜在应用价值关键。高粱淀粉的糊化特性也与其直链淀粉和支链淀粉的含量有关，直链淀粉可以和脂肪形成复合结构抑制其膨润力，从而导致其黏度和糊化性改变。蜡质和非纯蜡质高粱淀粉有较低的糊化温度和较高黏度。湿热
处理也可以使白高粱淀粉的糊化温度轻微升高，但其黏度则有所降低，同时其断裂性和回生度会明显降低。
高梁淀粉的糊化温度比玉米淀粉与小麦淀粉高为71～80℃，玉米淀粉为62～76℃，小麦淀粉为58～64℃。蜡质高梁淀粉的糊化温度比普通高粱淀粉高，而且具有蒸煮速度快、蒸煮稳定性差、峰值黏度高、面糊透明度高、高的水结合能力、不易形成凝胶与回生等特性。
2.6 淀粉糊的透明度和粘度
何晋浙等人研究了10种不同淀粉经糊化后透光度，发现有一定的差异，小麦、绿豆、高粱、糯米4种淀粉糊具有相似的透射率，并且都显示透明度较差，而玉米、马铃薯、荞麦颗粒透明度大小适中，木薯与藕粉透明度相对较大。较好的透明度对于食品的泽和质地是有利的。
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，因此非常适合于制备稠粥。高直链淀粉的高粱具有低的糊化温度与高的峰值黏度与回老黏度，因此非常适合于制备高品质非发酵面包。
2.7 淀粉糊的冻融稳定性
绿豆淀粉、荞麦淀粉冻融稳定性较差，马铃薯淀粉析水性较缓慢，小麦淀粉和红薯淀粉的冻融稳定性较好。玉米、糯米和高粱淀粉具有较好的冻融稳定性，高粱淀粉稳定性相对玉米和糯米差些。在冷藏食品的应用中，通常要求糊化后的淀粉不易回生凝沉，具有好的亲水性。
2.8 消化性
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，影响淀粉消化特性；高粱蛋白质含量，尤其是醇溶蛋白含量对高粱淀粉的消化率影响最大。另外，高粱淀粉颗粒大小、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 。
第三章 高粱淀粉的提取
3.1 高粱淀粉的提取中存在的限制因素
一般而言， 评价淀粉质量高低的标准主要是淀粉中蛋白质的残留量、 淀粉的颜、粘滞性以及淀粉中脂肪的含量等。虽然高粱淀粉的结构与成分与玉米淀粉极为相似，但工业上应用的淀粉大多为玉米淀粉，这是由于高粱淀粉制备过程中存在以下几方面因素：
其一，用高粱籽粒提取淀粉存在许多问题。高粱胚乳中淀粉与蛋白质联结非常紧密。如果籽粒粉碎程度不够，淀粉难以分离出来，如果粉碎过度，又会破坏淀粉粒结构，其二，高粱籽粒的部分淀粉存在于果皮中，会随着脱皮而损失掉。其三，高粱种皮含有大量的单宁，带涩味，又易与蛋白质结合，这种单宁、蛋白质和淀粉的结合，影响了高粱蛋白质和淀粉的消化率。其四，高粱籽粒的大小和颜差异较大，分离得到的淀粉颜常为灰和红，而非洁净的纯白，这会影响其可接受性。高粱淀粉呈的原因与酚醛类物质含量高有关。此外，高粱含有的油脂以及素等物质也会影响淀粉的品质。这些物质的作用不仅影响了高粱淀粉的特性，同时也限制了高粱淀粉的应用。而且对玉米新品种的培育、加工、研究和应用的资金投入比高粱多很多，这使得高粱淀粉的研究更加滞后。
3.2 高粱淀粉的提取方法
高粱淀粉与其他营养物质结合存在，对其利用首先要提取、分离纯化。目前，多采用湿磨
法提取高粱淀粉。邹剑秋等人在实验室采用湿磨法提取高粱淀粉，具体步骤为：（1）在52℃时将 100g 高粱或玉米籽粒在浸泡液中浸泡 4、8、 12 、nmda受体拮抗剂 24、 36 或 48h 。（2）除去浸泡液，用水清选浸泡过的籽粒，之后将适量的水随同籽粒一起放入带有特制钝刀的韦氏搅碎器中，在低于 50 ℃下,以低速运行 5min，得到悬浮液 。（3无线发射电路）使悬浮液经过20号( 直径 841μm) 筛子。未通过筛子的部分如果有大块胚乳或未破碎的高粱粒，可用研钵轻轻研磨使其破碎，待加入适量水后，再让其通过 20 号筛。（4）将通过20号筛子的混合溶液静置30min，倾出上清液，将沉淀放入刀片正常的韦氏搅碎器中在 <50℃时，以高速粉碎 1 、 2、3、 4 或 5min ，这一过程为精细粉碎。（5）将精细粉碎后的混合物用200号筛子( 直径 73μm) 过滤 。筛子上残留的物质用上述的上清液及水清洗，再过滤 ，并将过滤液静置 1h 。（6） 除去上清液并将沉淀部分的比重调整到1.04 ， 然后让其以 50ml/min 的速度通过倾斜度为 0.0052， 0. 0104，0. 0156 ，0. 0208，0. 0260 或 0. 0312cm/cm 的淀粉槽，留在淀粉槽上的即为分离出的淀粉 。结果表明在 52℃时用 0.65%重硫酸钠加上 0.55%的乳酸混合液作为浸泡液浸泡高粱 12h 以上 ， 采用 0. 0104cm/cm 到 0. 0156cm/cm 的淀粉槽斜度，3min ～ 4min 的精细粉碎时间，可得到高产优质的高粱淀粉 。
高粱籽粒的种皮中含有大量的单宁和红素，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，常用的碱液为铠甲式防护罩NaOH溶液。Yang等采用湿磨法分别过80、200和400目的筛子的方法提取高粱淀粉，并经过0.25 mol/L的NaOH溶液洗涤之后得到了泽较白的高粱淀粉，得率可达14%～20%，淀粉的回收率可达28.8%，蛋白含量仅1%，该法淀粉的回收率不高。Xie等采用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%。湿磨法能保持高粱淀粉理化特性基本不变，却不能使淀粉具有良好的泽和高纯度。此外，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。
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