关于抑制高粱蒸煮过程中淀粉糊化作用的淀粉-脂质复合物的新见解

《Food Quality and Preference》：New insight into starch-lipid complexes inhibiting the starch gelatinization during sorghum grain steaming

淀粉-脂质复合物形成及其抑制高粱蒸煮后淀粉糊化与水解的机制研究。通过扫描电镜、13C核磁共振和共聚焦激光扫描显微镜分析发现，10分钟蒸煮形成的复合物使未糊化淀粉保留颗粒结构并形成表面保护层，有效延迟糊化（温度从74.25℃升至87.20℃）和抑制水解率（从77.93%降至68.54%）。该成果为精准控制蒸煮时间和提高酿酒效率提供理论依据。

　　这项研究聚焦于在高粱谷粒蒸煮过程中淀粉-脂质复合物的形成及其对淀粉糊化和水解的抑制机制。高粱作为一种重要的粮食作物，其淀粉含量较高，广泛应用于酿造行业。然而，如何精准控制蒸煮时间以优化淀粉的糊化程度和水解效率，是影响酒精产量的关键因素之一。因此，了解高粱谷粒在蒸煮过程中淀粉-脂质复合物的形成时间及影响机制，对于提升酿造效率具有重要意义。

在蒸煮过程中，水分首先渗透进入高粱的种皮和胚乳细胞壁，随后与淀粉接触，引发糊化反应。这一过程不仅改变了淀粉的物理形态，还可能促使其与谷粒中的内源性脂质结合，形成淀粉-脂质复合物。这些复合物在一定程度上会阻碍水分进一步渗透，从而延缓后续的糊化过程。同时，它们还能阻止酶对淀粉的分解作用，降低水解速率。研究发现，在蒸煮10分钟的高粱谷粒中，残留未糊化淀粉（RUS）的单螺旋含量显著增加，从原淀粉（NS）的0.69%上升至1.24%，这表明淀粉-脂质复合物的形成过程已经开始。此外，通过扫描电子显微镜观察发现，RUS在白芯区域仍然保持颗粒结构，但其表面出现了塌陷现象，说明脂质与淀粉的结合可能对颗粒的结构稳定性产生影响。

淀粉-脂质复合物的形成不仅影响淀粉的物理特性，还可能对淀粉的化学性质产生作用。例如，通过核磁共振分析，研究者发现RUS的糊化温度比原淀粉提高了13度，从74.25°C上升至87.20°C。这一现象表明，脂质的存在可能改变了淀粉的分子排列方式，使其在更高的温度下才能发生糊化。同时，水解速率也受到显著影响，从原淀粉的77.93%下降至RUS的68.54%。这些变化可能是由于脂质在淀粉颗粒表面形成的保护层阻碍了酶与淀粉的接触，从而降低了淀粉的可消化性。

高粱谷粒在蒸煮过程中，白芯区域的出现和消失是判断蒸煮程度的重要依据。随着蒸煮时间的延长，白芯区域逐渐缩小，直到完全消失，说明淀粉的糊化程度逐渐提高。然而，过早的糊化可能导致淀粉的过度分解，从而影响后续的发酵效率。因此，研究淀粉-脂质复合物的形成时间及其对糊化和水解的抑制作用，有助于确定最佳的蒸煮时间，以实现淀粉的适度糊化和高效水解。

在传统白酒酿造工艺中，高粱蒸煮通常需要经过五次周期性的处理，以确保淀粉部分糊化，为微生物的发酵提供适宜的条件。然而，这一过程可能并不总是最优化的，尤其是在不同品种的高粱或不同蒸煮条件下。因此，了解淀粉-脂质复合物的形成机制，可以帮助优化蒸煮工艺，提高淀粉的利用率，进而提升酒精产量。

研究还指出，高粱中的内源性脂质与淀粉的结合过程可能受到多种因素的影响，包括蒸煮时间、温度、水分含量以及脂质的种类和分布。通过使用共聚焦激光扫描显微镜，研究者能够观察到脂质在RUS表面的分布情况，从而进一步验证淀粉-脂质复合物的形成。这些复合物可能在淀粉颗粒表面形成一层保护屏障，影响水分的渗透和酶的活性。因此，通过调控蒸煮条件，可以有效控制淀粉-脂质复合物的形成程度，从而优化淀粉的糊化和水解过程。

此外，研究还强调了淀粉-脂质复合物对淀粉结构和热性质的影响。淀粉的结晶结构通常分为A型、B型和C型三种，其中A型结晶结构在谷物中较为常见。高粱淀粉被归类为A型淀粉，其结晶结构为正交晶系。在蒸煮过程中，淀粉的结晶结构可能会发生变化，而脂质的结合可能进一步影响这种变化。例如，淀粉-脂质复合物的形成可能导致淀粉颗粒的结构更加紧密，从而提高其热稳定性。

在实际应用中，淀粉-脂质复合物的形成可能对高粱的加工和利用产生深远影响。一方面，它可以延缓淀粉的糊化过程，从而为微生物提供更稳定的发酵环境；另一方面，它也可能降低淀粉的可消化性，影响其在食品加工中的应用。因此，研究淀粉-脂质复合物的形成机制，不仅有助于优化高粱的蒸煮工艺，还可能为其他谷物的加工提供理论依据。

研究中还提到，一些相关文献对淀粉-脂质复合物的形成和作用进行了探讨。例如，Zhang等人（2024）和Wang等人（2016）的研究表明，淀粉-脂质复合物的形成可以提高淀粉的糊化温度，同时降低其消化率。这些研究为当前的研究提供了重要的参考，但同时也指出了当前研究的不足之处，即在蒸煮过程中淀粉-脂质复合物的形成时间及其对糊化和水解的抑制机制尚缺乏系统性的研究。

为了弥补这一空白，研究者采用了多种分析手段，包括X射线衍射（XRD）、核磁共振（NMR）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM），以全面评估淀粉-脂质复合物的形成过程及其对淀粉性质的影响。这些技术的应用不仅提高了研究的准确性，还为未来的研究提供了新的方向。例如，通过XRD分析，可以确定淀粉结晶结构的变化；通过NMR分析，可以了解淀粉分子结构的改变；而通过CLSM，则能够直观地观察脂质在淀粉颗粒表面的分布情况。

研究结果表明，淀粉-脂质复合物的形成与蒸煮时间密切相关。在蒸煮10分钟时，RUS的单螺旋含量达到最高，说明此时脂质与淀粉的结合最为紧密。这一发现为确定最佳的蒸煮时间提供了依据，同时也为理解淀粉糊化和水解的调控机制提供了新的视角。通过控制蒸煮时间，可以调节淀粉-脂质复合物的形成程度，从而影响淀粉的糊化温度和水解速率。

在实际应用中，这一研究结果可能对高粱的加工和利用产生积极影响。例如，在白酒酿造过程中，如果能够控制蒸煮时间，使淀粉-脂质复合物在适当的时间形成，就可以在一定程度上提高酒精的产量和质量。此外，这一研究还可能为其他谷物的加工提供借鉴，帮助研究人员更好地理解不同谷物在蒸煮过程中的淀粉行为。

综上所述，这项研究通过多种分析手段，系统地探讨了高粱谷粒蒸煮过程中淀粉-脂质复合物的形成及其对淀粉糊化和水解的抑制作用。研究结果不仅为优化高粱的蒸煮工艺提供了理论依据，还为其他谷物的加工和利用提供了新的研究思路。未来的研究可以进一步探索不同蒸煮条件对淀粉-脂质复合物形成的影响，以及这些复合物在不同应用场景中的作用。此外，还可以结合其他分析技术，如热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC），以更全面地了解淀粉-脂质复合物的热性质和结构稳定性。这些研究将有助于推动高粱及其他谷物在食品加工和酿造行业中的应用，提高其利用效率和产品品质。