综述:从田间到功能性食品的欧洲高粱:营养成分、生物活性物质及加工引起的生物转化

《Food Bioscience》:European Sorghum from Field to Functional Food: Nutritional Composition, Bioactive Compounds, and Processing-Induced Biotransformation

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月15日 来源:Food Bioscience 6.2

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  摘要高粱(Sorghum bicolor)以及高粱属的众多品种和亚种,是富含多种具有健康益处的生物活性化合物的来源,这些化合物包括酚酸、黄酮类物质和甾醇。作为全球第五大种植的谷物,高粱的谷粒不仅能提供淀粉、蛋白质和膳食纤维等大量营养素,还含有丰富的B族维生素、脂溶性维生素、宏量和

  

摘要

高粱(Sorghum bicolor)以及高粱属的众多品种和亚种,是富含多种具有健康益处的生物活性化合物的来源,这些化合物包括酚酸、黄酮类物质和甾醇。作为全球第五大种植的谷物,高粱的谷粒不仅能提供淀粉、蛋白质和膳食纤维等大量营养素,还含有丰富的B族维生素、脂溶性维生素、宏量和微量元素(磷、钾、镁、锰、铁、锌),以及强效的抗氧化化合物。不过,不同品种、不同地区以及不同的栽培技术会导致高粱谷粒的化学成分存在显著差异。虽然过去的大部分研究都在热带地区开展,但气候变化以及新品种的培育推动了高粱在温带地区的种植。由于土壤和气候条件的不同,欧洲种植的高粱与非洲或南亚产的高粱在营养成分上存在差异,因此对这些新兴种植区的作物进行营养评估显得愈发重要。本综述重点探讨欧洲地区的高粱种植情况。文献计量分析显示,过去十年间相关研究论文数量大幅增加,反映出该领域的快速发展。在波兰、匈牙利、意大利等国家开展的研究表明,由于气候变化和育种技术的进步,高粱现在可以在原本被认为不适宜种植的地区作为食物作物栽培。这些作物具有较高的营养价值,其谷粒不仅具备良好的食用品质,还具有药用特性,能够带来健康的益处。因此,高粱可被视为一种功能性食品原料,具有进一步研究的潜力。

引言

高粱属(Sorghum Moench)是一种在农学和营养学上都具有重要意义的作物,既是人类主要的粮食来源,也是畜牧业饲料的重要组成部分。据估计,全球高粱产量中约有35%用于直接供人类食用,这一数值每年超过6000万公吨(Hariprasanna & Rakshit, 2016; Khalifa & Eltahir, 2023; Ramatoulaye et al., 2016)。生理成熟的高粱谷粒中主要的生化成分是淀粉,其含量因品种不同而有所差异,一般在每100克干种子中为65至80克(Dicko et al., 2016; Mahasukhonthachat et al., 2010; Szambelan et al., 2022)。
除了淀粉之外,高粱谷粒还含有相当数量的蛋白质(7–15克/100克)、非淀粉多糖(最高可达10克/100克)以及脂质(1.5–6克/100克),其营养成分与玉米(Zea mays L.)及其他谷物大致相似。通过对高粱营养成分的化学计量分析发现,即便是在种子色素表现不同的基因型之间,淀粉含量也存在较大差异(Frankowski et al., 2022; Gerrano et al., 2016; Miafo et al., 2019; Tanwar et al., 2023)。
值得注意的是,高粱品种中含有较高水平的缩合单宁,这类多酚类物质能够调节消化酶的活性,还会延长食物在胃中的停留时间。这一生理效应有助于延长餐后饱腹感。此外,高单宁含量的品种通常具有较低的血糖生成指数,因此对于糖尿病患者而言是很有益的膳食成分,也可用于缓解代谢紊乱问题(Nagy et al., 2021; Palacios et al., 2021)。
高粱谷粒还是储存蛋白的重要来源,尤其是醇溶蛋白,它约占植物体内总有机氮含量的60%。除了宏量营养素外,高粱谷粒还富含多种微量营养素,包括大量的B族维生素和脂溶性维生素。此外,高粱还含有多种生物活性植物化学物质,如酚酸、黄酮类、植物甾醇以及抗氧化微量营养素,这些物质共同在人体内发挥多种生理作用。它们对调节代谢和酶促反应至关重要,有助于维持各器官系统的稳态(de Morais Cardoso et al., 2017; Pinheiro et al., 2021; Przybylska-Balcerek et al., 2019)。
高粱中这些生物活性分子的定性和定量成分在很大程度上取决于基因型因素(即品种选择)、农业种植方式以及当地的农业气候条件。虽然以往的研究主要侧重于对原始高粱谷粒的成分分析,但随着以高粱为原料的食品种类不断增多,包括面粉、粗粮、饼干、威化饼、面包和面食等,学者们开始更加关注这些化合物在加工后的保留情况、变化规律以及生物利用度(de Morais Cardoso et al., 2017; Espitia-Hernández et al., 2022; Khoddami et al., 2023; Mohamed et al., 2022; Taylor et al., 2006)。
本研究的主要目的是系统梳理过去十余年来关于欧洲不同农业生态区种植的高粱的营养及功能特性的相关科学文献,重点分析原始高粱及经过加工的高粱制品中的生物活性化合物含量及其抗氧化能力。本综述的独特之处在于整合了该领域的最新研究成果,并对欧洲高粱的特性进行了全面对比,从而及时呈现当前的相关研究进展。
高粱是一种具备气候适应性、营养丰富且生化特性多样的谷物,它在可持续农业、食品加工以及预防性营养领域发挥着至关重要的作用。在气候变化正在改变农作物种植结构、消费者对功能性食品需求日益增长的欧洲,高粱作为一种具有战略意义的作物,有望同时提升农业的可持续性以及人类的健康水平。

章节节选

文献检索方法与文献计量分析

本研究采用综合文献综述的方法,结合结构化的数据库检索、批判性评价以及文献计量分析。文献检索在2026年1月至6月期间通过Web of Science、Scopus、PubMed、ScienceDirect和Google Scholar等数据库进行。仅考虑用英语撰写且发表于近20年的文献。主要的检索语句为:“(“sorghum” OR “Sorghum bicolor” OR “sorghum grain” OR “sorghum seeds”)AND(“Europe” OR “European”)AND

欧洲的高粱种植

近年来,由于高粱能够适应多种农业气候条件,且有望为可持续农业系统做出贡献,其在欧洲的种植越来越受到重视。作为C4类谷物,高粱在水分和氮素利用效率方面表现优异,因此特别适合在那些受到气候变化影响的地区种植,比如长期干旱或土壤退化的区域。在欧洲,高粱主要在以下国家种植

宏量元素含量

欧洲种植的高粱谷粒的宏量营养素含量对其作为食物来源的潜力有着重要影响。在各项欧洲研究中,不同意大利食品级面粉的蛋白质含量在69.7–82.2克/千克干物质之间,荷兰品种的蛋白质含量则在93.0–148.0克/千克干物质之间,而意大利多个地区试验所得的蛋白质含量则在96.5–124克/千克干物质之间(见表2)。由于不同研究采用了不同的氮磷转换系数,这些具体数值不能直接视为一个统一的范围。

潜在有毒元素及监管问题

潜在有毒元素需要与人体必需的矿物质分开考虑。Pontieri等人(2014)在意大利南部的San Bartolomeo in Galdo地区,对7种白色食品级F1高粱杂交种进行了田间试验,检测结果显示,这些植株的铅含量在干重基础上介于92.62到303.89微克/千克之间。其中Hy X10341杂交种的铅含量最高,达到了303.89微克/千克干重。该杂交种的镉含量也最高

欧洲种植高粱经加工后用于功能性食品的应用

加工过程中的生物转化作用,为欧洲种植的高粱在功能性食品领域的应用提供了技术支撑。尽管高粱谷粒本身就富含淀粉、蛋白质、膳食纤维、矿物质、酚酸、黄酮类、单宁以及其他生物活性化合物,但其营养价值和功能效果在很大程度上取决于加工过程中这些成分的变化情况。因为加工有时会提升某种营养成分,却可能降低另一种成分的含量

局限性及未来研究方向

在解读本综述中所总结的研究结果时,需考虑到若干局限性。首先,这是一项综合型综述而非系统性综述,因此没有对研究质量或偏差风险进行正式评估,也没有对现有研究结果进行量化分析。文献检索仅限于过去20年发表的英文文献,这可能会遗漏一些重要的地区性研究、技术报告以及更早开展的研究成果。

结论

本综述表明,欧洲种植的高粱的价值在于它既能适应气候变化进行种植,又能生产出在成分和加工工艺上各具特色的食品。现有证据表明,高粱不能被视为一种性质统一的原料:不同品种、不同种植地、不同收获年份以及不同加工条件下的高粱,在淀粉和蛋白质含量、膳食纤维、矿物质、酚类化合物以及加工性能等方面都存在显著差异。

CRediT作者贡献说明

?ukasz ?opusiewicz:写作——综述与编辑、研究指导、正式分析、概念构建。Katarzyna Szambelan:软件使用、资源获取。Maciej Ireneusz Kluz:方法设计、实验研究、正式分析。Przemys?aw ?ukasz Kowalczewski:写作——综述与编辑、结果验证。Miroslava Ka?ániová:写作——综述与编辑、结果验证。Jakub Frankowski:写作——初稿撰写、正式分析、数据整理、概念构建。Mateusz Labudda:实验研究、正式分析。Muhammad Salman

未引用参考文献

欧盟委员会法规;Siminiuc和?urcanu,2020年。

资金支持

本研究未获得任何外部资金支持。

利益冲突声明

作者声明,他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关联。
Jakub Frankowski|Mateusz Labudda|Muhammad Salman Farid|Anna Przybylska-Balcerek|Katarzyna Szambelan|Maciej Ireneusz Kluz|Przemys?aw ?ukasz Kowalczewski|Miroslava Ka?ániová|?ukasz ?opusiewicz
波兰华沙奥科波瓦街59号,VIZJA大学医学与健康科学学院,邮编01-043
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