《Starch - St?rke》：Starches From Cold-Climate Adapted Sorghums: Their Properties and Implications for Food Systems
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這篇綜述深入探討了七種適應寒冷氣候的高粱基因型中提取的淀粉的物理化學及功能特性。研究表明，這些在48°N以上高緯度地區培育的高粱，其淀粉顆粒大小、結晶度、糊化溫度及糊化特性各異，展現了獨特的應用潛力。這項工作首次系統表征了此類“新型材料”的淀粉，為它們在無麩質烘焙、食品增稠劑等領域應用提供關鍵數據，并強調了作物適應性在應對氣候變化、保障糧食安全方面的重要意義。
引言
高粱作為半干旱和熱帶地區的重要主糧，因其在惡劣環境下的抗逆性和高產量而被廣泛種植。淀粉作為關鍵的碳水化合物資源，在食品工業中因其增稠、穩定和凝膠化等多功能特性而扮演著至關重要的角色。然而，目前缺乏針對在48°N以上高緯度寒冷氣候下培育的新型高粱淀粉特性的研究。本研究首次系統分析了七種高緯度生長的高粱（包括五種荷蘭Dusormil品種和兩種加拿大CGSH品種）的淀粉性質，旨在評估其作為人類食品的適用性及其在各種工業和食品應用中的潛力。
材料與方法
研究材料來源于荷蘭Maatschap de Milliano-Meijer和加拿大農業環境再生公司(AERC)的兩個育種項目，均為專為48°N以上寒冷氣候地區選育的品種。淀粉提取采用Beta和Corke的方法。研究團隊系統測定了淀粉的顏色（使用Hunter L* a* b*色標）、近似組成（水分、蛋白質）、總淀粉及直鏈淀粉含量。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察淀粉顆粒形態與結構，利用X射線衍射(XRD)分析結晶結構，并采用快速粘度分析儀(RVA)和差示掃描量熱法(DSC)分別評估其糊化特性和熱學性質。所有測定均進行三次重復，并使用Origin Pro軟件進行單因素方差分析(ANOVA)和Tukey檢驗（p < 0.05）。
結果與討論
3.1 顏色
提取出的淀粉呈現出以粉紅色調為主的多種顏色。。其中，無單寧且無穎殼的加拿大品種CGSH-9的淀粉呈白色。淀粉的粉紅色澤可能源于酚類物質的反應，這種顏色雖然暗示了有益植物化學物質（如抗氧化劑）的存在，使其可能成為功能性食品配料，但也可能給加工帶來批次間顏色一致性等挑戰。
3.2 化學組成
淀粉的水分含量在7.04%至10.25%之間，粗蛋白含量從低于0.2%（加拿大淀粉）到高達0.90%（部分Dusormil淀粉）不等，這表明加拿大淀粉的純度較高。總淀粉含量（濕基）平均為：CGSH淀粉85.95%，Dusormil淀粉82.51%。直鏈淀粉含量在21.49%至28.8%之間，屬于中高到高水平，其變異受地理起源和遺傳組成的影響。
3.3 掃描電子顯微鏡分析
SEM圖像顯示，淀粉顆粒大小在1至25 μm之間，所有淀粉顆粒表面均存在孔洞和凹陷。。顆粒形狀存在差異，HD7、HD19和HD100形狀不規則，而HD101、HD102、CGSH-9和CGSH-28則更接近球形。顆粒大小和表面特征的差異會影響淀粉的溶脹、糊化和酶敏感性等功能特性，進而影響其在無麩質烘焙、醬料增稠劑等領域的應用。
3.4 X射線衍射分析
所有淀粉樣品均顯示出典型的A型衍射圖譜，在2θ角為15°、23°以及17°和18°附近出現雙峰。相對結晶度在24%至29%之間，其中HD7最低，HD102最高。較高的結晶度與較高的糊化溫度、較低的峰值粘度及增強的糊化穩定性相關，反映了破壞其晶體結構所需的更大能量。淀粉的晶體結構也影響其消化性和血糖生成指數。
3.5 糊化特性
峰值粘度(PV)最高的是HD7，最低的是CGSH-9。崩解粘度(BV)反映了糊的穩定性和顆粒崩解程度，加拿大淀粉的平均BV低于Dusormil淀粉。最終粘度(FV)反映了冷卻后淀粉的回生和凝膠形成能力，Dusormil淀粉的平均FV高于加拿大淀粉�；厣扯龋⊿etback）方面，Dusormil淀粉普遍高于加拿大淀粉，表明其回生傾向更強，這可能影響食品冷卻后的質地和貨架期。糊化溫度范圍在71.5°C至78.7°C之間，平均而言，Dusormil淀粉的糊化溫度低于CGSH淀粉。較高的糊化溫度意味著顆粒更耐溶脹和破壞，適合高溫食品加工，但也可能增加能耗。
3.6 熱學性質
通過DSC測定的淀粉糊化特性顯示，糊化起始溫度(T0)在加拿大淀粉中為62.75°C，在Dusormil淀粉中為60.43°C至64.73°C。峰值溫度(Tp)最高的是HD100和CGSH-9。糊化焓(ΔH)在10.60至12.23 J/g之間。總體而言，加拿大淀粉的熱學性質參數平均值高于荷蘭淀粉。熱學性質受淀粉組成（尤其是直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例）、水分、加熱速率等多種因素影響。了解這些性質對于優化食品加工中的熱處理過程至關重要。
3.7 主成分分析
主成分分析(PCA)揭示了Dusormil和CGSH淀粉理化性質的廣泛變異，這與其基因型來源以及氣候環境條件有關。分析顯示，蛋白質含量、a*值、崩解粘度、回生粘度和支鏈淀粉含量之間存在強相關性。荷蘭淀粉HD7和HD19與最終粘度和谷底粘度相關，而HD100則與結晶度、焓值和熱學性質相關。加拿大淀粉則與糊化結束溫度、直鏈淀粉含量和峰值粘度等屬性相關。PCA結果可用于根據關鍵屬性對淀粉進行分類，為食品加工者選擇合適的高粱基因型提供依據。
結論
源自荷蘭和加拿大高粱基因型的淀粉表現出多樣化的理化及功能特性，適用于多種食品應用。加拿大淀粉顏色更白，適合用于對透明度有要求的食品；而Dusormil淀粉含有有益的植物化學物質，適合用于具有抗氧化功效的功能性食品。功能上，Dusormil淀粉具有更高的糊化特性，表明其在需要粘度和凝膠強度的應用中具有潛力。這些淀粉的糊化溫度范圍相近，支持其在食品加工中的多功能性。它們有可能作為傳統谷物，特別是在尋求替代谷物來源的地區的替代品。本研究結果證明了為寒冷氣候培育的高粱基因型在支持可持續食品系統方面的潛力。然而，仍需進一步研究其消化性、感官特性及在特定食品配方中的表現，以優化其針對目標應用的適用性。
