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这篇综述深入探讨了七种适应寒冷气候的高粱基因型中提取的淀粉的物理化学及功能特性。研究表明，这些在48°N以上高纬度地区培育的高粱，其淀粉颗粒大小、结晶度、糊化温度及糊化特性各异，展现了独特的应用潜力。这项工作首次系统表征了此类“新型材料”的淀粉，为它们在无麸质烘焙、食品增稠剂等领域应用提供关键数据，并强调了作物适应性在应对气候变化、保障粮食安全方面的重要意义。
引言
高粱作为半干旱和热带地区的重要主粮，因其在恶劣环境下的抗逆性和高产量而被广泛种植。淀粉作为关键的碳水化合物资源，在食品工业中因其增稠、稳定和凝胶化等多功能特性而扮演着至关重要的角色。然而，目前缺乏针对在48°N以上高纬度寒冷气候下培育的新型高粱淀粉特性的研究。本研究首次系统分析了七种高纬度生长的高粱（包括五种荷兰Dusormil品种和两种加拿大CGSH品种）的淀粉性质，旨在评估其作为人类食品的适用性及其在各种工业和食品应用中的潜力。
材料与方法
研究材料来源于荷兰Maatschap de Milliano-Meijer和加拿大农业环境再生公司(AERC)的两个育种项目，均为专为48°N以上寒冷气候地区选育的品种。淀粉提取采用Beta和Corke的方法。研究团队系统测定了淀粉的颜色（使用Hunter L* a* b*色标）、近似组成（水分、蛋白质）、总淀粉及直链淀粉含量。通过扫描电子显微镜(SEM)观察淀粉颗粒形态与结构，利用X射线衍射(XRD)分析结晶结构，并采用快速粘度分析仪(RVA)和差示扫描量热法(DSC)分别评估其糊化特性和热学性质。所有测定均进行三次重复，并使用Origin Pro软件进行单因素方差分析(ANOVA)和Tukey检验（p < 0.05）。
结果与讨论
3.1 颜色
提取出的淀粉呈现出以粉红色调为主的多种颜色。。其中，无单宁且无颖壳的加拿大品种CGSH-9的淀粉呈白色。淀粉的粉红色泽可能源于酚类物质的反应，这种颜色虽然暗示了有益植物化学物质（如抗氧化剂）的存在，使其可能成为功能性食品配料，但也可能给加工带来批次间颜色一致性等挑战。
3.2 化学组成
淀粉的水分含量在7.04%至10.25%之间，粗蛋白含量从低于0.2%（加拿大淀粉）到高达0.90%（部分Dusormil淀粉）不等，这表明加拿大淀粉的纯度较高。总淀粉含量（湿基）平均为：CGSH淀粉85.95%，Dusormil淀粉82.51%。直链淀粉含量在21.49%至28.8%之间，属于中高到高水平，其变异受地理起源和遗传组成的影响。
3.3 扫描电子显微镜分析
SEM图像显示，淀粉颗粒大小在1至25 μm之间，所有淀粉颗粒表面均存在孔洞和凹陷。。颗粒形状存在差异，HD7、HD19和HD100形状不规则，而HD101、HD102、CGSH-9和CGSH-28则更接近球形。颗粒大小和表面特征的差异会影响淀粉的溶胀、糊化和酶敏感性等功能特性，进而影响其在无麸质烘焙、酱料增稠剂等领域的应用。
3.4 X射线衍射分析
所有淀粉样品均显示出典型的A型衍射图谱，在2θ角为15°、23°以及17°和18°附近出现双峰。相对结晶度在24%至29%之间，其中HD7最低，HD102最高。较高的结晶度与较高的糊化温度、较低的峰值粘度及增强的糊化稳定性相关，反映了破坏其晶体结构所需的更大能量。淀粉的晶体结构也影响其消化性和血糖生成指数。
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)反映了糊的稳定性和颗粒崩解程度，加拿大淀粉的平均BV低于Dusormil淀粉。最终粘度(FV)反映了冷却后淀粉的回生和凝胶形成能力，Dusormil淀粉的平均FV高于加拿大淀粉。回生粘度（Setback）方面，Dusormil淀粉普遍高于加拿大淀粉，表明其回生倾向更强，这可能影响食品冷却后的质地和货架期。糊化温度范围在71.5°C至78.7°C之间，平均而言，Dusormil淀粉的糊化温度低于CGSH淀粉。较高的糊化温度意味着颗粒更耐溶胀和破坏，适合高温食品加工，但也可能增加能耗。
3.6 热学性质
通过DSC测定的淀粉糊化特性显示，糊化起始温度(T0)在加拿大淀粉中为62.75°C，在Dusormil淀粉中为60.43°C至64.73°C。峰值温度(Tp)最高的是HD100和CGSH-9。糊化焓(ΔH)在10.60至12.23 J/g之间。总体而言，加拿大淀粉的热学性质参数平均值高于荷兰淀粉。热学性质受淀粉组成（尤其是直链淀粉与支链淀粉的比例）、水分、加热速率等多种因素影响。了解这些性质对于优化食品加工中的热处理过程至关重要。
3.7 主成分分析
主成分分析(PCA)揭示了Dusormil和CGSH淀粉理化性质的广泛变异，这与其基因型来源以及气候环境条件有关。分析显示，蛋白质含量、a*值、崩解粘度、回生粘度和支链淀粉含量之间存在强相关性。荷兰淀粉HD7和HD19与最终粘度和谷底粘度相关，而HD100则与结晶度、焓值和热学性质相关。加拿大淀粉则与糊化结束温度、直链淀粉含量和峰值粘度等属性相关。PCA结果可用于根据关键属性对淀粉进行分类，为食品加工者选择合适的高粱基因型提供依据。
结论
源自荷兰和加拿大高粱基因型的淀粉表现出多样化的理化及功能特性，适用于多种食品应用。加拿大淀粉颜色更白，适合用于对透明度有要求的食品；而Dusormil淀粉含有有益的植物化学物质，适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胶强度的应用中具有潜力。这些淀粉的糊化温度范围相近，支持其在食品加工中的多功能性。它们有可能作为传统谷物，特别是在寻求替代谷物来源的地区的替代品。本研究结果证明了为寒冷气候培育的高粱基因型在支持可持续食品系统方面的潜力。然而，仍需进一步研究其消化性、感官特性及在特定食品配方中的表现，以优化其针对目标应用的适用性。
