高粱和小米在新型食品和非食品方面的应用

I高粱和小米在新型食品和非食品方面的应用摘要在食品和饮料中高粱和小米具有很大的潜力。当它们不含面筋时，它们就能够在腹腔内消化。高粱也是一种潜在保健营养品的重要来源，如其含有抗氧化的酚酸和降低胆固醇的蜡类。高粱和特殊情况下的小米已成功的应用于蛋糕、饼干、意大利面，类似于蒸谷米样的产品和快餐食品的生产加工过程中。土黄色的高梁、小米面包的制作仍然具有很大的挑战。一些添加剂如原淀粉和预糊化淀粉、凝胶、脂肪，鸡蛋和黑麦戊聚糖的加入能够改善面包品质。但是，这种面包的体积比小麦面包或以纯淀粉为基础的面筋面包小，而且在许多情况下其老化速度也较快。商业上用高粱酿造啤酒和烈性黑啤酒。由于高粱的高淀粉糊化温度和低β-淀粉酶活性从而使高粱芽完全替换成大麦芽成为问题。目前研究的焦点是限制性提取高粱胚乳基质蛋白和细胞壁成分。小米的酿造仍处于试验阶段。高粱对生物乙醇和其生物工业产品来说是非常重要的。生物研究主要集中于通过品种选择提高经济实用性，其研究方法的发展方向主要是为质量差的粮食和前处理过程来回收有价值的副产品。那些具有潜力的副产品，如在制作生物塑料薄膜和涂层的食品时，高梁醇溶蛋白和果皮蜡具有很大的潜力，这主要是由于它们的疏水性。关键词：高粱小米食品面包麦芽酿造生物乙醇无面筋高粱醇溶蛋白蜡II目录1介绍.............................................................12高粱和小米的营养和健康............................................13新型的和非传统的高粱食品..........................................23.1不含面筋的发酵面包..........................................33.1.1淀粉面包和添加剂.......................................33.1.2面粉面包和添加剂.......................................43.1.3品种的影响.............................................63.1.4在无面筋面包制作中高粱功能特性的理论依据..............83.3玉米圆饼、休闲食品、半熟高粱和面条.........................104麦芽酿酒.........................................................124.1高粱.......................................................124.1.1高粱丹宁酸的利用......................................124.1.2淀粉的糊化............................................124.1.3含大量淀粉的胚乳细胞壁................................144.1.4β-淀粉酶.............................................154.2小米.......................................................175生物工业应用.....................................................185.1生物乙醇...................................................185.2淀粉湿法碾磨...............................................195.3生物高分子薄膜和涂层......................................216结论............................................................2411介绍高粱和小米是最耐旱的谷类粮食作物并且在其生长过程中需要的投入很少，但是，与其他作物相比，其产量与耕作条件成正比例关系。随着世界人口的增长和可供水量的减少，它们是未来人类使用极具代表性的农作物。对于部分处于非洲和亚洲数以万计的人口来说，高粱和小米是非常重要的农作物，然而相对大多数发达国家来说，它们并未得到充分的利用，高粱主要是用作动物饲料并且小米的种植量很小。而高粱和小米在人类食品和餐饮方面具有相当大的潜力。在发展中国家，商业处理这些当地种植的谷物，并加入到食品和饮料中，这一类产品在驱动经济发展方面起了极其重要的作用。高粱和小米的利用不仅仅能够为种植这些作物的农民提供市场，而且还能够节省外汇，否则的话就必须从国外进口谷物。尤其是在发达国家，对于那些患有麸质过敏症的人和其它不食用小麦、大麦或黑麦产品的人来说，其对不含面筋食品和饮料的需求日益增加。特别是高粱，在生产乙醇和其他生物工业产品如生物塑料，尤其在那些缺水地区其他作物不容易种植的情况下，其发挥了重要的作用。在一些先前的评论当中，已经对作为传统食品的高粱和小米的发展进行了更深一步讨论，例如McDonough、Murty、Kumar、Rooney和Serna-Saldivar等人。本次评论阐述了用于食品和饮料产品的加工过程中先进的高粱和小米科学和技术，包括烘焙食品、啤酒和烈性黑啤酒，以及利用高粱得到的生物加工产品，如乙醇、淀粉和塑料工业。重点主要是基于高粱和小米颗粒的具体结构和化学成分特征如何影响其潜在的应用价值和加工技术需要。该评论总结了将来研究所需要的注释。2高粱和小米的营养和健康麸质过敏症是一种综合症，其特点是通过吸收小麦蛋白质与黑麦和大麦的某些相关蛋白从而破坏小肠粘膜。小麦面筋蛋白中的醇溶蛋白和谷蛋白已被证明含有蛋白质序列，其不能够被麸质过敏症患者所接受。现代调查研究表明，麸质过敏症比过去更加流行和普遍了。据估计该病在世界各地流行的平均概率高达1：266。而在美国大约有3百万人口患麸质过敏症。治疗麸质过敏症的最基本的方法就是终身避免食用含有面筋成分的食品。这就意味着必须避免食用小麦、黑麦、大麦、包括硬粒小麦、二粒小麦、小麦草、单粒小麦和小黑麦。高粱对麸质过敏2症患者来说就是安全食品，由于其与小麦族谷物小麦、黑麦以及大麦相关性很小，其属于成员黍亚科，其中也包括玉米和大多数小米。因此，高粱能够为制作成不含面筋面包和其他烘焙产品，如烤蛋糕和饼干，快餐和面食提供了一个良好的基础。虽然小米在以上食品使用过程中很少被利用到，但是它们也很有潜力。高粱和小米颗粒包含大量的酚类化合物。它们具有促进健康的性能，尤其是其抗氧化剂活性，并且它们可用于营养保健品和功能食品中。高粱和小米酚类除了有利于健康以外，高粱蜡同样也具有其唯一的保健性能。高粱蜡，主要位于谷物果品表面，由脂肪醛类（46％）、不饱和脂肪酸（7.5％）、脂肪醇（41％）、碳氢化合物（0.7％）、蜡、甾醇酯（1.4％）和甘油三酯（1％）组成。该高粱蜡中的脂肪醇可以作为多甘醇来进行分类，并且其主要是长链醇。由于高粱蜡中只包含了少量的蜡酯，有人认为，该术语“长链血脂”可能比“蜡”更合适。后来的研究报告表明来源不同种类高粱的长链脂肪中多甘醇的变化范围在37-44％，醛为44（48）-55％和氨基酸为4-5％，高粱仁中长链脂肪构成占0.2-0.3％。因此，高粱仁中多甘醇大约为800ppm。经蒸馏干燥的高粱（DDG）其非淀粉组成大约为2500ppm。这些数值与来源于高粱仁和其他的谷物的数值相似，如糙米、米糠、大米胚芽和小麦胚芽。在高粱仁和DDG中二十八烷醇（28:0）和三十烷醇（30:0）包含了多于80％的多甘醇。有人建议，混合C24-C34醇中，包含二十八烷醇和三十烷醇和含量低的低密度脂蛋白（LDL）胆固醇和含量较多的高密度脂蛋白（HDL）胆固醇，因此其能提高低密度脂蛋白/高密度脂蛋白比率。作者还指出这一长链脂肪酸醇、醛和酸在细胞代谢过程中可以相互转化，因此这三种化合物能够降低胆固醇。Varady等人得出结论，多甘醇在预防和治疗心血管疾病等方面具有很大的应用前景。Carr等人发现，从高粱仁中提取的毛油，其包含大量的脂质物质，包括植物固醇和多甘醇，其能降低仓鼠胆固醇的吸收和血浆中高密度脂蛋白胆固醇含量。3新型的和非传统的高粱食品随着白色、揉面团植物的发展，所谓的食品等级，高粱线，是从高粱仁中得到的白色、乏味面粉。该面粉在食品产品中是有用的，因为它不会增加一些不寻常的颜色或强烈的味道，由于这些因素它的需求量超过玉米粉。然而，红色或黑色果皮的品种和包含单宁酸物质（有时称为“褐色”）的品种可能都有它们自己3的特性。黑色或含单宁的高粱品种中的黑色素在保健食品的市场中或者在那些普遍食用黑麦面包的国家（如德国或东欧）可能是有利的。在这些团体中，通常是“黑”与“健康”有着密切的联系。在巧克力蛋糕、饼干和松饼或带糖蜜的饼干，褐色的颜色也可以被接受。例如，令人有趣的是红色果皮的高粱可以生产出红褐色面包，其可以推广为特色面包。Brannan等人发现，消费者能够接受这种颜色和外观颜色稍微轻点的高粱松饼，类似淡松饼或玉米松饼以及那种深褐色的，类似巧克力、裸麦粗面包或暗麸皮松饼。产生这种颜色的高粱产品其不能光靠整个谷物颜色来预测。这取决于果皮和胚乳的颜色，色素沉着或无色素的种皮，具有一定加工程度和pH值的食品。3.1不含面筋的发酵面包经Murty和Kumar描述，如果由高粱和小米制作的传统小面包干可以象薄面饼（埃塞俄比亚）或薄煎饼/烤肉（印度）一样发酵，那么它们可被视为发酵食品。另外发酵焙烤食品中高粱主要是用于生产小麦高粱复合面包。虽然许多研究都涉及到上述产品，只有少数有限的问题是关于类似于装模烤的小麦面包的那种只含高粱而无小麦的面包。与复合面包不同的是，无小麦高粱面包其更适合麸质过敏症患者，在发展中国家其可能取代小麦面包，并且能够减少昂贵小麦的进口量。Taylor和Dewar对大部分关于高粱面包的过去的研究进行了讨论。然而，为了更好的理解最新的研究，这些过去的研究将会在本文中再次讨论。3.1.1淀粉面包和添加剂不含小麦的面包其主要是由纯淀粉、酵母、糖、盐、水还有添加剂，如大豆粉、树胶、酥油，这些在几十年的文献中都有所描述。Jongh用小麦淀粉、相对淀粉量的60％的水、盐（氯化钠）、糖（蔗糖）和酵母来生产得到面包。当加入超过0.05％（GMS）甘油酯时，面包质量可以得到明显改善。作者认为，GMS有助于淀粉颗粒之间形成连接点。在淀粉面包面团中，颗粒凝集，并且浓缩悬浮，通过整个系统形成了连贯的网络结构。在同一研究中，加入5％GMS和85％的水也可以成功得到淀粉面包。Ranhotra等人曾制做过在小麦淀粉的基础上增加了大豆分离蛋白（0-40％以淀粉为基础）的面包，并且加入黄原胶和起酥油。大豆分离蛋白改善面包体积，面包颗粒和质构。随着大豆蛋白含量的增加，所需水含量也随之增加，并一般来说加入水量很高（120-139％以淀粉+大豆蛋白为基4础）。并且作者强调对于面糊来说加水量必须严格控制。Acs等人发现，黄原胶能够提高提高玉米面包的质量。这种胶的改善作用明显强于瓜尔豆胶、刺槐豆胶和黄茋胶。另外有一个重要发现是，把人造黄油和黄原胶都加入到玉米淀粉面包中，其反而会有负面影响例如面包粗糙和改变脆度。淀粉面包最明显的缺点就是缺乏膳食纤维、蛋白质和微量营养素。由于分离淀粉容易消化，由此可以预想到其相对全麦谷物的面包，甚至白麦面包来说更易导致明显的高血糖反应。然而淀粉面包可以达到比较高的体积，例如Ranhotra等人的研究发现，其体积可达到8.03in3/oz≈4.6cm3/g。与此相反，大多数研究都是关于使用全麦面粉或部分谷物脱皮高粱面粉来制作不含面筋面包，但研究发现其面包体积相对前一种来说面包体积要小，加入米糠、玉米淀粉、糙米粉、大豆粉和荞麦粉混合物的大米面包以及高粱面包其体