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高粱在人类食品中的应用

  高粱广泛生长在温带和热带地区，耐旱耐贫瘠，在全世界粮食生产中属于第五大作物[1]。高粱在中国主要作为酿酒、制醋和饲料的原料，但在我国北方某些地区, 现在仍以高粱米或高粱面为主食。在欧美国家，高粱主要应用在酒精和饲料等行业中，很少用在食品和饮料行业。在一些经济不太发达的亚洲和非洲干旱或半干旱地区， 以高粱为原料的加工食品已经成为当地人们的主食。由于高粱缺乏赖氨酸、色氨酸和苏氨酸等必需氨基酸， 因此蛋白质营养价值较低[2]。通过发芽可以提高赖氨酸含量，从而改善蛋白质营养价值[3]。一些高粱产区，常常在高粱中添加一些赖氨酸含量高的食物后作为婴儿断奶后的食品[2]。
    和其它谷物一样， 高粱是很好的B 族维生素（核黄素、硫胺素和维生素B6、生物素和烟酸等）来源，但在精加工过程中会失去所有的B 族维生素[4]。高粱中的主要矿物质是钾和磷，钙含量不高[5]。高粱中含有一种具有涩味的多酚化合物———丹宁， 它是一种抗营养因子，降低高粱的适口性。单宁能与高粱中的蛋白质、酶、矿物质（如铁）、B 族维生素（如硫胺素、维生素B6）结合，因此降低了高粱的营养价值[6]。
    高粱约30%~40%被用来食用，在世界各地被加工成不同的传统食品[7,8]。但是高粱很少像大米一样直接煮食，一般需要经过加工后食用，如Porridge、非发酵面包、甜饼、蛋糕、古斯米(Couscous)和发酵饮料，但是籽粒小的多角质高粱也被直接煮熟食用。
    1 ·高粱在焙烤食品中的应用
    高粱缺乏弹性面筋， 因此不适合利用高粱单独制作焙烤食品。然而，将高粱和其它原料混合制作焙烤食品还是可行的， 如高粱和小麦面粉混合已经用来生产一系列焙烤产品，包括面包、蛋糕、小松糕、小甜饼、饼干和其它食品等[9~13]。
    1.1 非发酵面包
    在印度， 有种称之为Chapati, Roti 或Rottle 等的高粱食品。当地人将高粱磨粉，然后加面粉、加水揉面，揉好的面团擀成厚1.33 mm，直径20~25 cm的圆面饼，在210 ℃烤25 s，面饼边缘洒水，将面饼翻面，煮25 s 或至面饼膨化。不同品种的高粱在膨化度、质地、颜色、口感和耐贮性方面差别很大，白高粱能做最好的chapati。
    Tortilla 也属于一种非发酵面包， 流行于中美洲、墨西哥等地区和国家。Tortilla 大多是由灰化玉米面团经平底锅煎制而成， 这里的灰化是指对玉米进行热碱煮沸和浸泡处理。Tortilla 也可由高粱和其它谷物制作的混合面团经焙烤而成， 类似于非发酵面包[14, 15]。
    Bedolla 等[16]对高粱Tortilla, 高粱玉米混合Tortilla和玉米Tortilla 进行了研究，发现高粱单独或者混合玉米制成的Tortilla 都有愉悦的颜色、好的口感和质地。Choto 等[17]报道，将玉米与白全高粱、黄玉米与85%精白度的白高粱按不同比例混合制成了Tortilla， 发现全高粱与玉米按1∶3 混合制成的Tortilla口感最好， 增加全高粱或脱皮高粱在混合物中的比例，相应也要减少烹调和浸泡时间。
    Serna-Saldivar 等[1]开发了一种高粱玉米混合的脆饼。他们先将玉米用1%石灰水煮沸60 min，高粱用0.5%石灰水煮沸20 min，然后都降温至68 ℃，玉米和高粱分别保温8~12 h 和4~6 h， 处理好的玉米和高粱不同比例混合石磨成浆(masa)；浆制成薄片，切成三角形，280 ℃烤39 s，190 ℃油煎1 min。他们发现， 通过石灰水煮沸和降温浸泡后的高粱和玉米会丢失干物质，后者丢失更多些，高粱能增加脆饼的不溶性膳食纤维，但高粱与玉米脆饼吸油能力相似。
    1.2 发酵面包
    小麦粉是制作发酵面包的优质原料， 但是高粱和小米等谷物也能与小麦面粉混合制作面包。高粱与小麦面粉混合比例依赖于小麦面粉面筋的强度和品质、焙烤工艺、面包口感接受程度、颜色和高粱面粉颗粒度尺寸以及黏胶、乳化剂和其它添加剂的使用。高粱的添加会增加面包的粒质感，然而在焙烤过程中通过控制温度和其它手段可以稍微改善面包的粒质感。
    据Perten 等[18]报道，添加高粱或小米制作的面包总是比相同质量小麦面粉制作的面包体积小、弹性差，而且更干更黑。他们又提出，由于高粱粉制作的面团缺乏需要的弹性而不能制作大体积的面包，因此，全高粱粉并不适合制作面包。但是将品质较差的小麦粉中加入30%高粱粉，制成的面包比差品质小麦粉面包体积更大，品质更好。高粱粉与72%精白度小麦粉按3∶7 混合制成的面包经感官评定，品质很好[18]。相比全小麦面包，高粱麸面包含有更多的淀粉、蔗糖和膳食纤维，有更少的灰分和蛋白[3]。
    Kisra, Dosa 或Dosai 是流行于苏丹、印度、非洲等国家和地区的日常食品，属于一种发酵面包，这种食品由全高粱制成。首先将全高粱磨成细粉，然后将上一批的老面（含有酵母和乳酸菌）与水和面粉按1∶2∶9 的比例混合成糊状，发酵过夜，发酵过的糊浆摊薄在平底锅上加热30 s，成为Kisra（Dosa 或Dosai）。为了提高这种面包的营养价值， 有的Kisra 中也添加脱脂花生粉。质量好的Kisra 像纸一样薄，并有酸味和发酵香味。
    Injera 是流行于埃塞俄比亚的一种发酵面包类食品， 它也是由全高粱制成， 首先将全高粱粉混合40%水，接种老面，揉面，发酵12~48 h，然后10%的发酵面团混合水，蒸煮，合并未蒸煮的发酵面团，加适量水成糊状，面糊再发酵2 h。然后将发酵好的面糊在热的平底锅上擀成薄层，焙烤，即成为Injera。Injera 大且薄，直径达到60 cm，质地柔软而有弹性，而且表面有很多小孔（ 约4 个/cm2），Injera 要比Kisra 厚。
    1.3 其它焙烤和油炸食品
    高粱粉也用来制作小甜饼（Cookies）、格兰诺拉高粱卷和方便食品，如脆饼、油炸高粱片和高粱仿生枣等[18]。
    Cookies 是一种比较硬的饼干, 由软质小麦、高粱和小米等制成。Badi 和Hoseney [19]研究了高粱和小米Cookies 的口感。这些谷物制作的Cookies 韧性强、坚硬、有沙粒感和粉质感。由于高粱中不含一些小麦脂类，如磷脂酰乙醇胺、二半乳糖双甘油酯和磷脂酰胆碱[20]，因此，将这些脂类添加到高粱面粉中可以改善烤Cookies 的品质。高粱Cookies 比小麦Cookies 更黑、更脆。降低Cookies 面团的pH 值可以降低小米和高粱Cookies 的粒度感。高粱Cookies 比小米Cookies 粒度感强，但它们比小麦Cookies 脆。
    Celis 和Rooney[21]等开发了一种高粱格兰诺拉卷（Granolas）。这种高粱卷采用挤压高粱片、小麦麸、芝麻、葵花籽、葡萄干、高粱糖浆等为原料，粉碎后混合，在焙烤盘上烤制，成熟后冷却包装。这种高粱卷酥脆而有杏仁香，完全可以媲美格兰诺拉燕麦卷。高粱卷的酥脆是直接和制作过程中高粱片硬度相关的。脱皮和非蜡质高粱有最大的硬度，因此由这种原料制成的高粱卷在牛奶中长时间保持酥脆感。
    Suhendro, E. S.和McDonough[12]等报道了一种高粱油炸食品（Crunchy Snack）。他们先将高粱碱煮60 min，水洗去掉高粱表面碱液，沥干后干燥，使高粱含水量达到9%， 然后220 ℃油炸即成CrunchySnack。如果选用硬质胚乳高粱作为加工CrunchySnack 原料，产出率高，采用软质高粱和蜡质高粱作原料，产出低，但产品更蓬松。
    2 ·高粱在粥类食品中的应用
    在印度和非洲等国家和地区， 高粱常常被加工成一种传统粥类食品———Porridge，它们搭配合适的酱汁、牛奶等，一日三餐都可以食用。Porridge 根据干物质浓度不同， 分为稀Porridge 和稠Porridge 两种。
    稀Porridge 名称很多，在当地也被称为Uji（肯尼亚和坦桑尼亚）、Edi （乌干达）、Nasha （苏丹）、Rabri（印度）、Ogi 或Koko（尼日利亚和加纳）、Rouye（尼日尔和塞内加尔）、Bota 或Mahewu （津巴布韦）和Motogo We Tiny（博茨瓦纳）等，稀Porridge 常常作为早餐食用，或者作为乳母和小孩的食物[22]。稀Porridge 的制作是首先将高粱脱皮，粉碎，然后加冷水混匀，再加入沸水中搅拌，调制成稀糊状，高粱糊稠度近似于奶油，沸水中加酸或碱，有时候高粱粉蒸煮前需发酵24 h。高粱粉粉粹度不同，面粉颗粒大小也不同，而且原料有的是发芽高粱，有的是脱皮高粱，有的是全高粱。另外，也可以将未粉碎高粱在室温下浸渍24 d 自然发酵，然后打浆，去除浮在液面的高粱麸。剩下的高粱浆蒸煮调制， 即成稀Porridge。将稀Porridge 冷却，即成冻胶或布丁，这种食物适合作断奶食品或老年人食物。
    稠Porridge 也有很多名称，在当地被称为Ugali(肯尼亚、坦桑尼亚和乌干达)、Tuwo （尼日利亚）、Aceda（苏丹）、Bogobe、Jwa Ting（博兹瓦纳）、To（布基纳法索和尼日尔）、Tuo Zaafi（加纳）和Sadza(津巴布韦)等，稠Porridges 食用时需和蔬菜、肉或鱼、油或其它调味品一起食用[23]。稠Porridge 的制作是首先将脱皮高粱粉碎，加冷水混匀，然后加入沸水中快速搅拌，调制成稠糊状，即成稠Porridge，稠Porridge 冷却后和酱汁一起食用。Porridge 在蒸煮的过程中也可以加酸、碱或其它成分。在非洲布基纳法索加罗望子，水煮过夜；在马里，蒸煮中加碱。很多国家还流行经过乳酸发酵后的Porridge。在非洲，同一国家不同地区和部落之间制作的Porridge， 在面粉原料粗糙度、调味汁成份以及粘稠度方面都不一样。
    Porridge 也常利用高粱和其它原料混合制成，Bangu 等[24]根据顾客对Porridge 的口感要求，确定高粱、玉米和木薯的混合比例， 不同组成面粉做成稠Porridge，从颜色、质地、香味、味道和整体接受程度等方面进行评估。玉米中高粱添加量低于1%时，整体接受程度降低不大，但是高粱添加量增加到30%后就明显不能接受。这些研究者发现，高粱、玉米和木薯按照3∶4∶3 的比例混合后，口感是最好的。
    中等硬质胚乳高粱制成的Porridge 口感好，很硬或很软胚乳的高粱制成的Porridge 口感差， 中等硬度和软质胚乳高粱最适合制作稀Porridge。浸泡和发酵等工艺能改善Porridge 的品质， 因此经过浸泡和发酵的Porridge 也叫Ogi[25]。在Ogi 制作中的主要微生物有植物乳杆菌（Lactobacillus Plantarum）、Saccharomyces Cerevisiae（酿酒酵母） 和阴沟气杆菌（Aerobacter Cloacae）。乳酸、乙酸和丁酸是主要的发酵产物[25]。采用具有标准的直链淀粉和支链淀粉比例的白皮高粱，制作成Ogi，在颜色、味道、质地、香味和黏度等指标方面具有很好的品质[26]。非蜡质高粱比蜡质高粱更适合制作Ogi，蜡质高粱制作的Ogi具有较低的粘稠度[26]。
    3· 高粱在蒸煮食品中的应用
    在中国北方，高粱常被加工成锅烙、切面、饺子、窝头、发糕、酸汤子等蒸煮食品[27]，在国外，高粱常常加工成古斯米（Couscous）、Pasta 等蒸煮食品食物。高粱Couscous 是西非比较受欢迎的一种蒸煮食物，特别是在塞内加尔、尼日利亚及贝宁等国家的高粱Couscous 品质更加优良。Couscous 一般和牛奶或脱脂酸牛奶一起作为早餐食用，或和肉调味汁（含有鱼肉） 一起作为中餐或晚餐食用。在非洲一些地区, 食用Couscous 时还添加来自猴面包树和秋葵落叶的黏胶,用来改善Couscous 的滑爽感、吸水性和口感（Palatibility）。制作Couscous 的原料除高粱外，一般还需添加小米、玉米等原料[25,28]。将粉碎好的混合原料加适量水，缓慢搅拌混合,面粉很快结团，形成很多小颗粒，用合适孔径的金属筛过筛,获取合适大小的均匀小颗粒,将这些小颗粒放置蒸笼汽蒸，蒸的过程中定期松粉,达到工艺要求后停止汽蒸，然后干燥包装即成Couscous 成品。熟后的Couscous 成品是一种类似于米饭的面粉颗粒。Couscous 的品质受高粱蕙粒特征的影响[29,30]。Galiba 等[30]用胚乳质地和类型、种皮厚度和颜色、植株颜色等不同的高粱制作Couscous。发现具有多角质胚乳、薄的白色种皮和棕褐色植株的高粱制作的Couscous 品质更佳。
    在印度、海地以及非洲部分地区，还流行被称为Acha、Sankati、Mudde、Kali 和Pitimi 的高粱食品。这种食品有的类似于米饭，将高粱脱皮后直接煮熟。但只有一些具有大量角质胚乳的高粱适合这种食用方式。也有的地区采用全高粱煮沸，炒焦或蒸煮，和豆类或调味汁一起食用。也有的地区将高粱和大米混合蒸煮后食用。
    在塞内加尔、苏丹等非洲国家和地区，还流行一种预蒸煮高粱米———Pearl Dura（Dessert Rice）。这种预蒸煮高粱米采用60%精白度的脱皮高粱为原料。相对于大米，这种高粱制成的食物较白，口感好，但需要较长时间的烹饪[18]。脱皮高粱和米饭制作的食物相似，据Young 等[31]报道，将普通高粱煮半熟也可以制作类米饭食物。相对于硬质胚乳高粱，软质胚乳高粱更适合采用预蒸煮工艺， 且烹饪时间短和吸水率低。
    类似于大米、绿豆和甜土豆制作粉条，通过改善工艺也可以利用全高粱制作粉条[32]。高粱面粉颜色和粉粒大小是特别关键的， 粉条质量受干燥工艺影响[32,33]。全高粱粉条和大米粉条质量是有区别的，但经蒸煮后食用都有很好的质地。Faure [34]研究了采用高粱面粉和小麦面粉混合制造意大利通心粉（Pasta）的工艺。具有软质黄色胚乳、白色果皮和无色种皮的高粱最适合生产意大利通心粉。制作意大利通心粉时， 需要优化高粱面粉糊化条件和避免酚类氧化导致通心粉呈现棕红色。尼日利亚商品通心粉的质量好，但是合适的烹煮方法也很重要。过度蒸煮会因为通心粉结构破坏而引起口感变差。
    4 ·高粱在酒精饮料中的应用
    4.1 蒸馏酒
    在中国，高粱是生产白酒的主要原料,以高粱为原料酿造蒸馏酒已有700 多年的历史, 驰名中外的中国名酒多是以高粱做主料或做辅料配制而成。高粱籽粒中除含有酿酒所需的大量淀粉、适量蛋白质及矿物质外, 更主要的是高粱籽粒中含有一定量的单宁。适量的单宁对发酵过程中的有害微生物有一定抑制作用, 能提高出酒率。单宁产生的丁香酸和丁香醛等香味物质, 又能增加白酒的芳香风味。因此, 含有适量单宁的高粱品种是酿制优质酒的原料。近年来, 随着生活水平的提高, 酿酒工业发展迅速, 对原料的需求量日益增多, 酿酒原料是高粱的一个主要去向。
    世界上其它的蒸馏酒如金酒、威士忌、伏特加等，也常添加高粱发酵酒精。
    4.2 高粱啤酒
    在墨西哥、非洲（特别是尼日利亚）和亚洲等国家和地区， 通常用廉价的高粱替代大麦来酿造高粱啤酒。酿造高粱啤酒的高粱糁要求颜色浅、口味清淡、脂肪含量低和浸出物含量高。红高粱能生产更多的高品质高粱糁, 因此通常采用红高粱酿制啤酒,但具有棕褐色植株和淡黄色颖苞的白高粱糁具有很好的磨粉物性, 因此酿酒师们也喜欢用这种高粱[35,36]。
    高粱糁的酚类含量、颜色和糁的产出率是不稳定的，这是困扰高粱啤酒酿造的主要问题， 但是这些问题也能通过选择合适硬度和磨粉性能的高粱来避免。受风蚀的高粱会明显减少高粱糁的产量和影响酿造性能。由于这个原因，墨西哥已经减少高粱作为啤酒辅料的使用。谷物作为酿造原料需要考虑原料成本和原料来源是否丰富，这也是很关键的一个问题。在尼日利亚，由于政府禁止进口大麦和麦芽，因此，一些含脂量高的高粱糁通过添加商品酶制剂来生产透亮贮藏啤酒。
    4.2.1 亮啤酒
    一些非洲政府（如尼日利亚）限制大麦和麦芽的进口，因此啤酒酿造中用高粱芽、酶制剂处理的高粱糁和玉米糁替代大麦原料， 或者高粱芽与大麦混合并添加酶制剂来酿造欧洲风格的亮啤酒， 这种啤酒在当地被称之为Burukutu, Dolo, Pito 和Talla，很受欢迎。
    高粱亮啤酒采用高粱芽和高粱糁为原料， 并添加糖化酶酿造的高粱啤酒。糖化过程中添加高粱芽和糖化酶促进干物质的溶出和降解。过滤后，清液接种酵母发酵生产出绿啤酒，然后陈酿、充二氧化碳、过滤和装瓶。高粱啤酒酒精浓度3.9%，pH 值4.6，以及颜色和泡沫稳定性都和大麦啤酒相似[37]。和大麦啤酒不同， 高粱啤酒风味独特， 但完全是可以接受的。目前主要还是采用玉米糁和高粱糁为原料并添加酶制剂酿造啤酒[38]。使用高粱芽酿造啤酒的主要缺点就是高粱发芽过程中要损失20%的干物质以及高粱芽的β 淀粉酶活力太低。另外，品质恒定的高粱芽也很难得到保证。
    非洲还有一种传统的作坊式高粱清啤酒酿造工艺，当地人将高粱浸渍，发芽和干燥，粉碎高粱芽，加水混合，调制成高粱醪，醪液过滤去除高粱麸。滤液煮沸后冷却接种上一批的啤酒酵母培养物， 发酵过夜。第二天就可以饮用这种发酵高粱啤酒。这种红色高粱啤酒相对清澈， 具有愉快的甜味和很少的固体颗粒，继续发酵会产生酸味，这种啤酒约含1.5%酒精。
    4.2.2 酸混啤酒
    南非使用高粱来酿制混啤酒，已经成为其特色。高粱混啤酒是非洲比较流行的一种饮料， 它们一般被当地称为Marisa, Busaa, Merrisa,Urwaga,Mwenge,Munkoyo, Banutu, Beer,Kaffir Beer, Sorghum Beer,Utshwala, Utywala 和Ikigage。混啤酒的酿制经历了作坊式到大规模工业化酿制的变化。混啤酒类型多样。一些企业大规模生产高粱啤酒粉，将其重新复溶于水，发酵生产啤酒。
    相对于欧洲啤酒酿造， 非洲酸混啤酒采用两次糖化和两次发酵工艺， 高粱芽粉碎加水后接种乳酸菌发酵，降低pH 值，酸化醪混合高粱糁或玉米糁一起煮沸，然后冷却至60 ℃，再次添加高粱芽进行二次糖化，并添加辅料（通常是玉米糁），二次糖化过程中淀粉被转化成可发酵性糖。糖化醪液pH 值是极其重要的，因为它影响黏度、糖度和酒精产率。离心去掉粗糙的谷物粒子（如种皮、胚芽等）得到清液。相对于欧洲啤酒酿造，清液没有消毒和添加酒花，清液接种面包酵母进行酒精发酵[39]，发酵完成后可以得到一种淡粉色啤酒。这种啤酒有很高的固形物含量，有类似于奶昔的粘稠度和淡淡的酸味感。混啤酒比大麦啤酒黏度大,喝起来较暖和。高粱啤酒的酒精含量由发酵时间决定，体积含量一般在1%~8%,另外含0.3%~0.6%乳酸和10%固形物，pH 值3.3~3.5，混啤酒呈现米黄色到红棕色。
    在贮存期间，酸化后的啤酒在残余酶作用下，促进异型乳酸发酵微生物的生长， 这会对啤酒品质造成很大影响，混高粱啤酒是很好的维生素、矿物质、蛋白质和可溶性碳水化合物来源[39]，具有鲜红色果皮和无色种皮的高粱适合糖化。棕色高粱（高丹宁含量）通过甲醛处理后消除多聚丹宁，然后进行发芽。在非洲一些地区， 也有使用高粱芽为原料的非酸化啤酒，它有轻微的甜味和浑浊的外观，因为发酵前废糟被除去，啤酒品质早晚都不一样，当它变酸时风味变差，因此必须在变酸前喝掉，儿童常常在这种啤酒中加甜麦汁。
    5 ·结论
    高粱是一种古老的粮食作物， 作为人类食品已经有几千年的悠久历史了。人类最近越来越关注粗粮的营养价值，而高粱作为一种典型的粗粮，将其开发成高品质的食品对人体健康是非常有益的， 如高粱具有很高的抗氧化水平、改善胆固醇以及改善乳糜泻患者的症状都具有很大的优势。高粱是耐寒耐热的作物，常常在其它谷物不能生长的地方生长，这对解决世界人口持续增加而水资源困乏的矛盾是有益的。因地制宜， 世界各个地区利用高粱制作了饮料、焙烤食品、蒸煮食品以及一些方便食品，对于这些食品的营养进行进一步研究， 从而开发出营养价值更高、口感更好的食品，这是亟待研究的课题。

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