高粱淀粉精细结构对其糊化与回生特性的影响机理研究

《Food Chemistry: X》：Effect of the fine structure of starch on the gelatinization and retrogradation characteristics of Sorghum varieties

本研究针对高粱酿酒品质关键指标——淀粉糊化与回生特性，系统解析了粳型与糯型高粱淀粉精细结构的差异及其对理化性质的影响机制。研究发现糯型高粱具有更长的支链淀粉平均链长(21.51-21.70 DP)和更稳定的晶体结构(相对结晶度33.18%-33.20%)，其较高的糊化焓(ΔH:12.64-13.64 J/g)和峰值温度(Tp:74.90-75.10°C)与较低的回生值(SB:540.33-712.67 cP)表明更易糊化且不易回生，为酿酒高粱品种选育提供了重要理论依据。

　　

在中国白酒酿造长达700余年的历史长河中，高粱一直扮演着核心原料的角色。其品质优劣直接决定着白酒的风味与品质，而淀粉作为高粱籽粒的主要成分（占干重70%以上），其糊化与回生特性更是影响酿酒微生物代谢效率和香气生成的关键因素。然而，当前酿酒高粱研究多集中于新品种选育、理化性质分析及工艺优化，对于不同品种高粱淀粉精细结构如何影响其糊化特性的系统性研究仍显不足。

为揭开这一谜题，四川轻化工大学食品与酿酒工程学院的科研团队在《Food Chemistry: X》上发表了最新研究成果，选取两种糯型高粱（西科32、西科35）和两种粳型高粱（上党、德邦）为研究对象，通过多维度分析揭示了淀粉精细结构影响糊化回生特性的内在机制。

研究团队采用离子色谱技术解析支链淀粉链长分布，通过X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征晶体结构，利用扫描电镜(SEM)观察颗粒形貌，并结合差示扫描量热法(DSC)和快速粘度分析(RVA)系统评估热特性和糊化回生行为。通过主成分分析(PCA)和多元线性回归构建了结构-性质关联模型。

淀粉精细结构分析显示，所有品种的支链淀粉链长主要分布在聚合度(DP)6-75区间，糯型高粱的平均链长(21.51-21.70 DP)显著长于粳型高粱(21.06-21.22 DP)。链长分布比例中，糯型高粱的中长链(Fb2:DP25-36)比例(14.02%-14.22%)明显高于粳型高粱(12.19%-13.34%)，而短链(Fa:DP6-12)比例则呈现相反趋势。

晶体结构表征结果表明，所有样品均呈现典型的A型晶体结构，糯型高粱的相对结晶度(33.18%-33.20%)显著高于粳型高粱(23.14%-23.45%)。FTIR分析显示糯型高粱的有序度(OD)值(1.1537-1.1645)也相应更高，表明其具有更完善的短程有序结构。

颗粒形貌观察发现，所有高粱淀粉颗粒均呈不规则多面体形状，粒径范围5-20μm。粳型高粱颗粒略大且形状更不规则，表面特征存在明显品种差异。

理化性质测试显示，糯型高粱的溶胀力(26.22-27.87 g/g)和溶解度(64.91%-67.33%)显著高于粳型高粱，这与其较低的直链淀粉含量和较小的颗粒尺寸密切相关。

热特性分析表明，糯型高粱具有更高的糊化焓(ΔH:12.64-13.64 J/g)和峰值温度(T_p:74.90-75.10°C)，说明其晶体结构更稳定，需要更多能量才能破坏双螺旋结构。

糊化回生特性评估发现，糯型高粱的峰值粘度(PV:5251.33-5366.00 cP)较高，但回生值(SB:540.33-712.67 cP)显著低于粳型高粱(1738.33-1872.67 cP)，表明其更易糊化且不易回生，有利于酿酒过程中的微生物利用。

多元线性回归分析进一步确认，短链比例(Fa)、有序度(OD)和回生值(SB)是影响崩解值(BD)的关键因素，而直支链比例和溶胀力则是决定回生行为的主要参数。

该研究通过多尺度结构解析首次系统阐明了高粱淀粉精细结构影响糊化回生特性的分子机制，发现支链淀粉中长链比例增加、结晶度和有序度提高会显著增强糊化焓、峰值温度和崩解值，同时降低最终粘度、 trough粘度和回生值。这一发现不仅深化了对不同淀粉品种分子变化规律的认识，更为研究淀粉结构对谷物蒸煮品质的影响提供了基础数据支撑，对酿酒工业的品种选择和高粱育种具有重要指导意义。