微波间歇干燥对北方粳高粱蛋白质及淀粉品质的影响

张吉军，曹龙奎，衣淑娟，王立东，张东杰，刘德志，全志刚，车 刚，王 娟，赵姝婷，王维浩，魏春红，苏有韬

（1.黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；3.黑龙江八一农垦大学 国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319）

高粱作为我国古老的旱地粮食作物之一，在我国已有几千年的栽培历史[1]，曾被人们称为“生命之谷”[2]。高粱虽然已经作为杂粮作物，但其依然有着广泛的用途。高粱籽粒除作食品和饲料外，还可以制酒、制淀粉、制醋等；利用高粱茎秆可做建材、造纸、板材、燃料，甜高粱茎秆可制糖浆和结晶糖[3]，还可制酒精、作青饲料和青贮饲料[4-5]等。随着我国农业种植结构调整和杂粮产业的快速发展，高粱种植与加工拥有巨大的发展空间。

目前，我国高粱一般在蜡熟后期收获，收获后籽粒主要通过自然晾晒使水分含量降到安全贮藏水平。自然凉晒存在作用时间长、易受天气影响、占用大量场地、收获量大时不易操作、易使高粱霉变等不足。在北方地区，高粱收获季的温差变化较大，且高粱含水量较高，未及时干燥的高粱容易受到霜冻及温差的影响，进而影响高粱中蛋白质和淀粉的内在品质。因此，采用先进的干燥技术对收获高粱进行及时干燥处理，能更好保证高粱的内在品质。微波干燥是一种节能、高效、绿色的干燥技术，且具有良好的杀菌杀虫效果[6-8]，在粮食干燥、食品加工、农产品干燥、杀菌杀虫等领域已得到了广泛的应用[9]。

目前，利用微波技术对包括高粱在内的农产品加工方面的研究，主要集中在微波辐射作用、微波预处理、微波改性等对农产品品质的影响方面[10-12]；而从粮食干燥角度出发，研究微波干燥对高粱降水及蛋白质、淀粉品质的影响鲜见公开报道，高粱微波干燥过程中，微波作用时间是影响干燥效率和干燥品质的核心因素，因此本研究针对北方粳高粱进行了微波间歇干燥实验，探寻主要干燥参数——单循环微波作用时间对高粱降水及蛋白质、淀粉品质的影响。为高粱微波干燥产业化应用提供理论和数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验用的‘龙杂10号’粳高粱产于大庆杜尔伯特县，属典型北方粳高粱（以下简称天然高粱）。

盐酸、氢氧化钠、硫酸钾（均为分析纯）、溴化钾（光谱级） 天津市大茂化学试剂厂；硫酸铜（分析纯）沈阳市华东试剂厂；98%浓硫酸 沈阳市民联化工有限公司；亚硫酸钠、75%乙醇、氢氧化钾（分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；碘化钾、醋酸钠、乙酸（均为分析纯） 上海安谱实验科技有限公司；葡萄糖、α-淀粉酶、淀粉葡糖苷酶 美国Sigma公司；GOPOD试剂爱尔兰Megazyme公司。

1.2 仪器与设备

GWM-80B型隧道式微波干燥机 甘肃天水华圆制药设备有限公司；MB25水分分析仪 奥豪斯常州仪器有限公司；LS6200C精密电子天平 瑞士Precisa公司；ST20XB便携式红外测温仪 北京雷泰光电技术有限公司；BUCHI-K370型全自动凯氏定氮仪瑞士BUCHI公司；TGL16B型台式离心机 上海安亭科学仪器厂；S220型pH计、AR2140型分析天平 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；DK-S24型电热恒温水浴锅、DGG-9053A型电热鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；Q Exactive质谱仪 美国Thermo Fisher公司；Frontier傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR） 美国PerkinElmer公司；Q2000差示扫描量热仪（differential scanning calorimeter，DSC） 美国TA Instruments公司；RVA4500型快速黏度分析仪（rapid visco analyser，RVA） 瑞典波通仪器公司；SU8020场发射扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM） 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 粳高粱微波干燥实验

清除杂质、筛选籽粒饱满均匀的高粱进行干燥实验。采用特制干燥盒称取定量高粱在隧道式微波干燥机上进行干燥实验。选取单位质量干燥功率为3 W/g、排湿风速为0.5 m/s，单循环微波作用时间分别为1.02、2.08、3.13、4.17、5.00 min。采用间歇式的干燥方式，即按照干燥机中每奇数个干燥室发射微波进行干燥和每偶数个干燥室不干燥的方式进行一个循环的干燥过程。一个干燥循环结束后，快速进行籽粒测温与质量测定，再进行下一个干燥循环，直到高粱的水分含量降到安全水平（水分质量分数12%）时干燥结束。采用精密电子天平测量一个干燥循环后高粱籽粒的质量，并依据干燥前后物料中干物质不变原理计算出对应干燥循环次数的高粱含水率。采用便携式红外测温仪对同一料层的5个不同均匀分布位置进行测温，取其平均值作为一个干燥循环后高粱籽粒的平均温度。

单循环微波作用时间是指高粱物料从隧道式微波干燥机入口进入干燥、从出口移出结束干燥时，微波实际辐射作用在物料上的总时间。由于采用间歇干燥方式，间歇比（单循环内微波辐射总时间与微波不辐射总时间的比值）是1∶1，故单循环微波作用时间等于干燥机全部干燥腔总长度的一半除以干燥机内传送带的带速。

1.3.2 粳高粱总蛋白质量分数的测定

将高粱籽粒粉碎并过80目筛，称取1.000 g高粱固体粉料样品，具体参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[13]中的凯氏定氮法测定蛋白质质量分数。

1.3.3 粳高粱的蛋白组学分析

样品制备后，进行肽段酶解：样品冻干，加入40 μL胰蛋白酶缓冲液，37 ℃孵育16～18 h；色谱分离：液相色谱柱：RP-C18柱（150 mm×0.15 mm），以体积分数0.1%甲酸乙腈溶液进行平衡，样品由自动进样器上样到Zorbax 300SB-C18中肽捕集器，再经过液相色谱柱分离。质谱鉴定：酶解产物经毛细管高效液相色谱分离后用质谱仪进行质谱分析，分析时长为60 min，检测方式为正离子模式。多肽和多肽碎片的质量电荷比按照每次全扫描后采集10个碎片图谱。最后将质谱测试原始文件用软件MaxQuant检索相应的数据库，得到蛋白质鉴定结果。再以倍数变化大于1.5 倍且P＜0.05的标准筛选差异表达蛋白，并对差异表达蛋白进行基因本体（gene ontology，GO）功能富集分析和京都基因和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）的代谢通路分析。

1.3.4 粳高粱淀粉的提取

将高粱籽粒粉碎过80目筛，称取高粱粉末200 g，取蒸馏水600 mL，配制质量分数0.4%的NaOH溶液，按照料液比1∶3要求，将200 g高粱粉末倒入600 mL 0.4% NaOH溶液中，充分搅拌，混合均匀，将上述混合料液放入恒温水浴锅中40 ℃下搅拌4 h左右，取出搅拌液，冷却至室温，4 000 r/min离心10 min，将非淀粉层去除，保留具有淀粉的料层，再重复离心多次，直至获得浅白色淀粉料；调节淀粉料液pH值至中性；在恒温干燥箱中40 ℃干燥12～24 h，取出粉碎过筛、备用。

1.3.5 粳高粱总淀粉质量分数和直链淀粉质量分数的测定

总淀粉质量分数测定：将样品研钵研磨分散，过100目筛。称取100 mg样品于15 mL试管中，加入4 mL 80%（体积分数，下同）乙醇，70 ℃放置2 h，漩涡混匀；12 000 r/min离心10 min，弃上清液；加4 mL 80%乙醇，重复上述操作3次，倒出上清液，去除多余液体；试管冰浴，加入2 mL 2 mol/L KOH，混匀，振荡20 min；加入8 mL 1.2 mol/L的醋酸钠缓冲液，混匀，立即加入0.1 mL淀粉葡糖苷酶；50 ℃孵育30 min，漩涡混匀；将试管中全部液体转移到100 mL容量瓶中，用蒸馏水调节体积至100 mL；取上述液体0.1 mL至新试管中，加入3 mL GOPOG试剂，漩涡混匀，于50 ℃下孵育20 min。对照包括0.1 mL葡萄糖标准溶液（1 mg/mL）和3 mL GOPOD试剂；试剂空白溶液包括0.1 mL蒸馏水和3 mL GOPOD试剂；采用分光光度计在510 nm波长处测定吸光度[14-15]。

直链淀粉质量分数测定：将样品研钵研磨分散，过100目筛。取干净微量离心管，准确称取10 mg样品，加入100 μL 80%乙醇和900 μL 1 mol/L NaOH溶液，漩涡混匀，沸水煮10 min，冷却后定容至10 mL，取干净15 mL离心管，加入0.5 mL上清、0.1 mL乙酸和0.2 mL碘化钾溶液，定容至10 mL，室温放置10 min，采用分光光度计在720 nm波长处测定吸光度[14-15]。

1.3.6 粳高粱淀粉的FTIR分析

取高粱淀粉0.5～2.0 mg，再加入100～200 mg经过磨细干燥的KBr粉末，混合研磨均匀后，将混合粉末在模具中压制成片（选用KBr片作空白参比），放入FTIR仪中进行扫描，扫描范围为4 000～400 cm－1，分辨率为4 cm－1，得到高粱淀粉的红外光谱图。

1.3.7 粳高粱淀粉的老化性质分析

称取3.00 g（干基）天然及干燥后高粱淀粉于铝盒中，加蒸馏水25 mL，35 ℃保温3 min，设定以转速6 ℃/min加热到95 ℃，保温5 min，以6 ℃/min的转速降温到50 ℃，用RVA配套的软件分析得到峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值和回生值。

1.3.8 粳高粱淀粉的微观结构观察

将导电双面胶带贴于SEM的载物台上，取少量干燥后的淀粉样品在双面胶上均匀涂抹并去除多余淀粉，将载物台放入镀金仪器中进行喷金处理，再放入SEM中观察，电子枪加速电压取3 kV，获得SEM图。

1.3.9 粳高粱淀粉的糊化特性分析

采用DSC分析高粱淀粉样品热焓变化，通过检测样品吸、放热量的变化，进而检测样品随着温度的变化而产生的相变过程，得到相变起始温度、峰值温度、终止温度及糊化焓值等。高粱淀粉样品过100目筛，精确称取样品10 mg于样品盘中，加入30 μL无菌水，密封氧化铝坩埚；室温平衡12 h。加热速率为10 ℃/min，由30 ℃升温至95 ℃扫描热量变化，用空白盘作参比。

1.4 数据统计与分析

各数据重复测定3次，实验结果用平均值±标准偏差表示。采用Excel、SPSS软件对数据统计分析，采用Duncan检验法进行显著性分析，用Origin软件进行绘图。

2 结果与分析

由于微波介电加热效应和电磁极化现象的存在，微波干燥过程中，一方面籽粒中的极性水分子通过高速的互相摩擦、碰撞产生大量热能，从而造成淀粉、蛋白质的结构和理化特性发生改变；另一方面，微波光子能量的存在会影响籽粒中淀粉、蛋白质分子中化学键及基团周围电子云的排布，进而可以改变淀粉、蛋白质分子的构象[16]。因此改变单循环微波作用时间干燥高粱，将对干燥后高粱蛋白质及淀粉品质产生影响。

2.1 单循环微波作用时间对粳高粱含水率及籽粒温度的影响

微波干燥过程中，单循环微波作用时间是影响高粱含水率和高粱籽粒温度的重要因素，进而对高粱干燥后品质也将产生较大影响。微波作用时间的延长增强了高粱的传热、传质过程[17]。

如图1所示，随着单循环微波作用时间的延长，高粱积累的热能增大，含水率下降幅度增加，达到安全水分时的总干燥时间明显缩短，与于洁[18]、唐小闲[19]等的结论一致。这些含水率下降幅度的差异将对高粱干燥后品质产生影响。

图1 不同单循环微波作用时间对高粱含水率的影响Fig. 1 Effect of time of single microwave cycle on moisture content in sorghum

如图2所示，随着单循环微波作用时间的延长，高粱籽粒温度升速明显。总体来看，高粱籽粒温度变化包括快速上升和趋于稳定两个阶段，与于洁[18]、郑先哲[20]等的结论一致。尤其是当时间为1.02 min时，高粱籽粒温度变化在两个阶段表现更明显。原因为干燥前期高粱总体含水量较高，吸收微波能力强，因此籽粒温度上升较快；干燥中后期高粱水分含量偏低，其吸收微波产热与水分蒸发吸热大致相当，因此籽粒温度趋于稳定。高粱籽粒的这些温度变化规律将对干燥后品质产生较大影响。

图2 不同单循环微波作用时间对高粱籽粒温度的影响Fig. 2 Effect of time of single microwave cycle on the temperature of sorghum grains

2.2 不同单循环微波作用时间对粳高粱总蛋白质量分数的影响

如表1所示，随着单循环作用时间在1.02～5.00 min范围内逐渐延长，高粱的总蛋白质量分数在8.8%～9.1%之间变化。相比于天然粳高粱（未进行微波作用），总蛋白质量分数最大变化量为0.4%，变化不明显。表明改变单循环微波作用时间（1.02～5.00 min）对高粱总蛋白质量分数影响不显著。

表1 天然和不同单循环微波作用时间条件下高粱的总蛋白质量分数Table 1 Total protein contents of sorghum treated and not treated with single microwave cycles

2.3 微波干燥对粳高粱差异蛋白表达、功能分类及代谢通路的影响

将天然粳高粱（未进行微波作用）、单循环微波作用时间为5.00 min时的微波干燥样品进行蛋白质的质谱分析。以倍数变化大于1.5 倍且P＜0.05的标准筛选差异表达蛋白质，并对差异表达蛋白进行聚类分析、GO功能分析和KEGG代谢通路分析。

2.3.1 差异表达蛋白的聚类分析

筛选出天然高粱样品、微波干燥高粱样品共有的差异表达蛋白共85个。采用层次聚类算法对比较组的差异表达蛋白质分别进行聚类分析，并以热图形式表达如图3所示。

图3 天然高粱与微波干燥高粱组差异表达蛋白质聚类分析结果Fig. 3 Results of cluster analysis of differentially expressed proteins between raw sorghum and microwave-dried sorghum

图3中横坐标分别表示天然高粱样品和微波干燥高粱样品的3次重复实验结果。在天然高粱样品含有的85个差异表达蛋白中，51个蛋白含量较低，34个蛋白含量较高；经微波干燥后，天然高粱样品中含量较低的51个蛋白表达均上调，使蛋白含量增加；天然高粱样品中含量较高的34个蛋白表达均下调，使蛋白含量降低。结果表明，微波干燥处理使天然高粱中的差异蛋白表达发生了显著的变化。85个差异表达蛋白中，有26个差异蛋白属于未表征蛋白，其余59个差异蛋白均得到表征。

59个得到鉴定的差异蛋白中，上调显著的差异蛋白主要有淀粉分支酶IIb、类泛素折叠修饰蛋白等；下调表达显著的差异蛋白主要有天冬氨酸氨基转移酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶等。淀粉分支酶IIb表达显著上调可能使高粱中直、支链淀粉含量及分布产生一定变化，对高粱的后续发酵加工产生影响。类泛素折叠修饰蛋白将参与许多细胞活动的调控过程，如内质网调控、DNA修复以及应激反应等，因此该蛋白的表达显著上调可能对高粱籽粒后续加工中的生物学细胞调控过程产生影响。天冬氨酸氨基转移酶的表达显著上调将对高粱籽粒氨基酸代谢过程产生影响。3-磷酸甘油醛脱氢酶是参与糖酵解的一种关键酶，其表达显著上调将对高粱籽粒后续加工中的糖代谢、RNA结合、蛋白质表达调节等过程产生影响。表达上调和下调显著的其他差异蛋白将可能对高粱籽粒后续加工中的相应生物学过程和营养功能产生影响。

2.3.2 差异表达蛋白的GO功能分类

本研究通过Fisher精确检验方法对天然和微波干燥高粱比较组的差异表达蛋白质进行GO功能分析，结果如图4所示。基于生物学过程、细胞组分和分子功能三大方面进行功能分类。该图表示了将以上三大功能富集分析结果按照显著性从左向右排序，并选取前7～10个分类信息进行汇总。从以上3个方面的次级分类水平上可以看出，在生物学过程功能分类中，参与细胞生物学过程的蛋白最多，其次为参与单组织生物过程蛋白，再次为参与应激反应、细胞成分的组织或生物合成的蛋白；在细胞组分功能分类中，与细胞、细胞部位相关的蛋白最多，然后依次为细胞器、细胞器部位和生物大分子复合体相关蛋白；而在分子功能分类中，与催化活性、结合作用相关的蛋白最多，然后为结构分子活性、转运功能、抗氧化活性相关蛋白。

图4 基于GO分析的差异蛋白功能分类Fig. 4 Functional classification of differentially expressed proteins based on gene ontology (GO) analysis

2.3.3 差异表达蛋白的KEGG通路分析

通过Fisher精确检验方法对天然和微波干燥高粱比较组的差异表达蛋白质进行KEGG通路分析。如图5所示，将排名前10的代谢通路根据显著性从左向右（显著性P值依次为0.000 000 73、0.000 002 04、0.000 369、0.002 87、0.007 74、0.008 71、0.011 7、0.013 5、0.025 5和0.026 2）排序分布。可知，差异蛋白质极显著参与碳代谢、糖酵解/糖异生、光合生物碳固定、氨基酸的生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢、三羧酸循环等代谢途径；而参与淀粉和蔗糖代谢、RNA降解、内质网中的蛋白质加工、次级代谢物生物合成等代谢途径达到显著水平。表明天然高粱经微波干燥后，籽粒中产生的差异蛋白在高粱后续加工应用中将对碳物质代谢、糖代谢、光合作用过程、氨基酸的合成与分解、柠檬酸盐循环等过程产生较大影响，进而可能对高粱籽粒营养功能产生影响。

图5 差异蛋白参与的KEGG代谢通路富集分析柱状图Fig. 5 Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) pathway enrichment analysis of differentially expressed proteins

2.4 不同单循环微波作用时间对粳高粱总淀粉和直链淀粉质量分数的影响

微波的快速加热效应和极化效应影响淀粉分子间及其与水分子间的化学反应动力学速率，进而影响淀粉的分子结构和物理化学性质[21]。如表2所示，相比于天然高粱（未进行微波处理，下同）淀粉，随着单循环微波作用时间在1.02～5.00 min延长，总淀粉质量分数、直链淀粉质量分数总体上有增加趋势，与刘佳男等[22]的结论一致。与天然高粱淀粉相比，在1.02、2.08、3.13 min时直链淀粉变化不显著，在4.17、5.00 min时直链淀粉质量分数有一定增加，5.0 min时增加量达到1.06%。相对于天然高粱淀粉，在1.02、4.17 min时总淀粉质量分数变化不显著，在2.08、3.13、5.00 min时总淀粉质量分数有一定增加，2.08 min时增加量达到2.55%。直链淀粉质量分数增加可能在于微波干燥作用使高粱中支链淀粉的部分长链发生分解，转变为直链淀粉[23]；总淀粉质量分数增加可能在于微波的热效应和极化效应破坏了天然高粱中淀粉与蛋白质及单宁等物质的聚集结构，使部分淀粉得到了释放。

表2 天然和不同单循环微波作用时间条件下高粱的总淀粉、直链淀粉质量分数Table 2 Contents of total starch and amylose in raw and microwavedried sorghum

2.5 不同单循环微波作用时间处理后粳高粱FTIR分析

如图6所示，各组在995 cm－1处吸收峰基本无差异；在1 022、1 047 cm－1时，时间由3.13 min延长到5.00 min时，曲线逐渐升高，时间为1.02、2.08 min时，与天然高粱的曲线相比变化不明显；3 650～3 200 cm－1区域为强而宽的吸收峰，时间为1.02、2.08 min时，峰高与天然高粱差别不大，当时间延长到3.13、4.17、5.00 min时，吸收峰相比于天然高粱显著变窄变高；1 750～2 750 cm－1区域时，峰型位置有明显的变化，相对于天然高粱，时间为1.02、2.08 min时的峰型位置明显变窄变低，时间为3.13、4.17、5.00 min时峰型位置显著变宽变高，总体上，随着单循环微波作用时间的延长，吸收峰逐渐变宽变高。原因可能是在干燥前高粱含水率一定的情况下，随着单循环微波作用时间的延长，高粱吸收微波能增加，使淀粉分子吸收转化为的动能增加，振动强度增大，这与图1中单循环微波作用时间对高粱含水率下降的影响规律基本一致。

图6 天然和不同单循环微波作用时间条件下高粱淀粉的FTIRFig. 6 Infrared spectra of raw and microwave-dried sorghum starch

分析表明，淀粉样品在干燥前后的红外吸收光谱峰型没有明显差异，没有新吸收峰的出现，表明微波干燥高粱并不影响高粱淀粉的化学基团，未产生新的化学键或者基团，与迟治平[10]、陈秉彦[11]等的结论一致。不同单循环微波作用时间条件下，相应吸收峰的强度存在明显变化，表明对应的特征化学基团振动强度产生明显变化。在微波辐射作用下，淀粉分子振动强度改变。

2.6 不同单循环微波作用时间对粳高粱淀粉老化性质的影响

峰值黏度的产生是由于淀粉充分吸水膨胀后，颗粒之间相互摩擦而使糊液黏度增大，能反映淀粉的膨胀能力[24]。谷值黏度反映淀粉在高温下的耐剪切能力，能够影响食品加工操作难易。最终黏度是由于温度降低之后淀粉颗粒所包围的水分子运动减弱，淀粉黏度再度升高，其反映了淀粉的回生特性[25]。如表3所示，相对于天然高粱淀粉，单循环微波作用时间在1.02～5.00 min范围变化时，微波干燥高粱淀粉的峰值黏度总体低于天然高粱淀粉，呈降低趋势；谷值黏度和最终黏度总体高于天然高粱淀粉，呈增加趋势。其中，时间为4.17 min时峰值黏度略有增加可能为实验误差引起，当时间达到5.00 min时，峰值黏度降低最显著，从4 945 mPa·s降低到4 150 mPa·s。微波作用时间为2.08 min时谷值黏度略有下降可能为实验误差引起。

衰减值反映了淀粉颗粒在进行加热处理时抗剪切力而维持分子内部结构稳定性能力的大小，衰减值越大代表淀粉颗粒的稳定性越差[26]。研究表明支链淀粉的长链含量与衰减值之间呈显著正相关[27]。回生值能够反映淀粉糊的稳定性及老化能力，回生值越大，在一定程度上表明淀粉越易老化[28]。淀粉的老化性质与直链淀粉的含量及支链链长的分布情况有关。如表3所示，相对于天然高粱淀粉，单循环微波作用时间在1.02～5.00 min范围时，微波干燥高粱淀粉的衰减值均低于天然高粱淀粉，衰减值总体呈降低趋势，微波作用时间为5.00 min时，衰减值最低，最大减少量达到990 mPa·s；随着单循环作用时间的延长，淀粉回生值逐渐增大，与天然高粱淀粉相比最大增加量达到267 mPa·s。可见，相对于天然高粱淀粉，随着单循环微波作用时间在1.02～5.00 min范围延长，高粱淀粉颗粒热稳定性增加，淀粉更易老化。时间达到5.00 min时，淀粉颗粒热稳定性最高，老化也最严重。

在微波辐射作用下，高粱中的支链淀粉的长链部分分解为短链或直链淀粉，结合的氢键数量增多，回生值增加。前述分析可知，相对于天然高粱淀粉，直链淀粉含量随着单循环微波作用时间的变化而略增，这可能由于微波辐射作用，使支链淀粉的长链部分分解为直链淀粉，氢键结合增多，回生值增大；支链淀粉的长链含量减少，衰减值减小。因此相比于天然高粱淀粉，微波干燥后的高粱淀粉衰减值下降、回生值增加，淀粉更易老化。

表3 天然和不同单循环微波作用时间条件下高粱淀粉的老化性质指标Table 3 Aging properties of raw and microwave-dried sorghum starch

2.7 不同单循环微波作用时间对粳高粱淀粉颗粒微观形貌的影响

如图7A所示，天然粳高粱淀粉颗粒多为类圆形和不规则形状，表面内凹，颗粒较大，部分颗粒表面有类蜂窝状结构，少部分较小颗粒为球形或椭球形，表面光滑。在不同单循环微波作用时间条件下，淀粉颗粒如图7B～F所示，淀粉颗粒总体形状基本不变。但部分淀粉颗粒表面产生较明显的裂纹、表层脱落、甚至开裂及破碎现象，部分淀粉颗粒的表层凹陷程度加剧。可能原因为高粱在微波干燥过程中，籽粒内部极性水分子吸收微波能，并不断转化为自身的热能形成蒸汽压，当此压力达到或超过淀粉颗粒分子链组织结构所能承受的强度时，颗粒表面的束缚被打破，颗粒外观及内部发生一定程度的改变[12]。

图7 天然和不同单循环微波作用时间条件下高粱淀粉SEM图Fig. 7 Microscopic morphology of raw and microwave-dried sorghum starch

2.8 不同单循环微波作用时间对粳高粱淀粉糊化特性的影响

如表4所示，高粱淀粉糊化过程中，在64～74 ℃之间存在一个明显的吸热峰。天然高粱和微波干燥高粱淀粉的相变起始温度都较低，约为64 ℃左右。与天然高粱相比，单循环微波作用时间在1.02～5.00 min范围变化时，高粱淀粉的相变起始温度、相变峰值温度、相变终止温度和相变温度差异不显著。由图2可知，当时间在1.02～5.00 min变化时，干燥过程中高粱籽粒的平均温度约在59～64 ℃之间变化，可见微波干燥高粱过程中籽粒未产生较明显的糊化过程。

淀粉的相变糊化焓代表在相转变过程中双螺旋链的解开与熔化所需要的能量，热焓值越大，表明淀粉颗粒结构越紧密，分子间相互作用力越强[29-30]。由表4可知，与天然高粱淀粉相比，单循环微波作用时间在1.02～5.00 min范围变化时，高粱淀粉的糊化焓有所下降，与刘佳男[22]、李世杰[31]等的结论一致。尤其在4.17、5.00 min时，糊化焓下降较显著，分别下降了2.82、2.64 J/g。表明微波干燥后的粳高粱淀粉中双螺旋链含量减少，淀粉颗粒结晶区相邻支链淀粉双螺旋的相互作用力减弱，淀粉颗粒中的分子排列变得无序化[22]。微波对高粱籽粒的干燥作用破坏了存在于淀粉颗粒结晶区或无定形区的部分双螺旋结构，使分子发生了重排列，因此微波干燥后高粱淀粉表现为糊化焓下降。

表4 天然和不同单循环微波作用时间条件下高粱淀粉的糊化特性指标Table 4 Gelatinization properties of raw and microwave-dried sorghum starch

3 结 论

单循环微波作用时间对高粱含水率和籽粒温度都产生了较大影响。随着单循环微波作用时间在1.02～5.00 min范围内延长，高粱累积的热量逐渐增加，高粱物料含水率下降幅度明显增加，高粱籽粒温度升高速度增加；改变单循环作用时间，高粱籽粒总体温度变化都包含快速上升和趋于稳定两个阶段。

相对于天然粳高粱，在1.02～5.00 min范围改变单循环微波作用时间对高粱总蛋白质量分数影响不显著，总蛋白质量分数最大变化量为0.4%；天然高粱经微波干燥（单循环作用时间5.00 min）后差异蛋白表达发生了显著的变化，筛选出共有的85个差异蛋白中有34个表达下调，51个表达上调；GO功能分类表明，在生物学过程功能分类中，参与细胞生物学过程的蛋白最多，在细胞组分功能分类中，与细胞、细胞部位相关的蛋白最多，而在分子功能分类中，与催化活性、结合作用相关的蛋白最多；KEGG通路分析表明，差异蛋白质极显著参与碳代谢、糖酵解/糖异生、光合生物碳固定、氨基酸的生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢、三羧酸循环等代谢途径（P＜0.01）；显著参与淀粉和蔗糖代谢、RNA降解、内质网中的蛋白质加工和次级代谢物生物合成等代谢途径（P＜0.05）。差异蛋白的这些变化将可能对微波干燥高粱籽粒后续深加工中的生物学过程及营养功能产生影响。

相对于天然粳高粱，在1.02～5.00 min时间范围，随着单循环微波作用时间的延长，总淀粉质量分数、直链淀粉质量分数总体上呈增加趋势，在较长的单循环作用时间条件下，相对含量增加得较明显，最大增加量分别为2.55%和1.06%；微波干燥高粱未产生新的化学键或基团，但对应的特征化学基团的振动强度产生明显变化，随着单循环微波作用时间的延长，对应化学基团的振动强度逐渐增大。

天然粳高粱淀粉颗粒较大，多为不规则形状和近似圆形，表面存在内凹陷，类蜂窝状结构存在于部分颗粒表面，少部分较小颗粒形状为球形或椭球形，表面比较光滑；在1.02～5.00 min范围的不同单循环微波作用时间条件下，干燥后的粳高粱淀粉颗粒总体形状基本不变，但部分淀粉颗粒表面产生较明显的裂纹、表层脱落、开裂及破碎现象，部分淀粉颗粒的表层凹陷及类蜂窝状结构程度加剧，表明微波干燥处理对部分天然粳高粱淀粉颗粒产生了形貌上的较大影响。

与天然粳高粱淀粉相比，随着单循环微波作用时间在1.02～5.00 min范围延长，总体看高粱淀粉的衰减值减小，回生值增大，衰减值最大减少量达到990 mPa·s，回生值最大增加量达到267 mPa·s，表明微波干燥高粱更易回生，淀粉颗粒热稳定性提高；且单循环作用时间越长，回生越严重、热稳定性越高；微波干燥高粱淀粉的相变起始温度、相变峰值温度、相变终止温度总体差异不显著，但淀粉的糊化焓值都有所下降，在4.17、5.00 min微波作用时间条件下，糊化焓值下降比较显著，减少量达到2.82 J/g。