張吉軍，曹龍奎，衣淑娟，王立東，張東杰，劉德志，全志剛，車 剛，王 娟，趙姝婷，王維浩，魏春紅，蘇有韜

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；3.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319）

高粱作為我國(guó)古老的旱地糧食作物之一，在我國(guó)已有幾千年的栽培歷史[1]，曾被人們稱為“生命之谷”[2]。高粱雖然已經(jīng)作為雜糧作物，但其依然有著廣泛的用途。高粱籽粒除作食品和飼料外，還可以制酒、制淀粉、制醋等；利用高粱莖稈可做建材、造紙、板材、燃料，甜高粱莖稈可制糖漿和結(jié)晶糖[3]，還可制酒精、作青飼料和青貯飼料[4-5]等。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和雜糧產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高粱種植與加工擁有巨大的發(fā)展空間。

目前，我國(guó)高粱一般在蠟熟后期收獲，收獲后籽粒主要通過(guò)自然晾曬使水分含量降到安全貯藏水平。自然涼曬存在作用時(shí)間長(zhǎng)、易受天氣影響、占用大量場(chǎng)地、收獲量大時(shí)不易操作、易使高粱霉變等不足。在北方地區(qū)，高粱收獲季的溫差變化較大，且高粱含水量較高，未及時(shí)干燥的高粱容易受到霜凍及溫差的影響，進(jìn)而影響高粱中蛋白質(zhì)和淀粉的內(nèi)在品質(zhì)。因此，采用先進(jìn)的干燥技術(shù)對(duì)收獲高粱進(jìn)行及時(shí)干燥處理，能更好保證高粱的內(nèi)在品質(zhì)。微波干燥是一種節(jié)能、高效、綠色的干燥技術(shù)，且具有良好的殺菌殺蟲效果[6-8]，在糧食干燥、食品加工、農(nóng)產(chǎn)品干燥、殺菌殺蟲等領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用[9]。

目前，利用微波技術(shù)對(duì)包括高粱在內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究，主要集中在微波輻射作用、微波預(yù)處理、微波改性等對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響方面[10-12]；而從糧食干燥角度出發(fā)，研究微波干燥對(duì)高粱降水及蛋白質(zhì)、淀粉品質(zhì)的影響鮮見(jiàn)公開報(bào)道，高粱微波干燥過(guò)程中，微波作用時(shí)間是影響干燥效率和干燥品質(zhì)的核心因素，因此本研究針對(duì)北方粳高粱進(jìn)行了微波間歇干燥實(shí)驗(yàn)，探尋主要干燥參數(shù)——單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)高粱降水及蛋白質(zhì)、淀粉品質(zhì)的影響。為高粱微波干燥產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供理論和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)用的‘龍雜10號(hào)’粳高粱產(chǎn)于大慶杜爾伯特縣，屬典型北方粳高粱（以下簡(jiǎn)稱天然高粱）。

鹽酸、氫氧化鈉、硫酸鉀（均為分析純）、溴化鉀（光譜級(jí)） 天津市大茂化學(xué)試劑廠；硫酸銅（分析純）沈陽(yáng)市華東試劑廠；98%濃硫酸 沈陽(yáng)市民聯(lián)化工有限公司；亞硫酸鈉、75%乙醇、氫氧化鉀（分析純） 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；碘化鉀、醋酸鈉、乙酸（均為分析純） 上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司；葡萄糖、α-淀粉酶、淀粉葡糖苷酶 美國(guó)Sigma公司；GOPOD試劑愛(ài)爾蘭Megazyme公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GWM-80B型隧道式微波干燥機(jī) 甘肅天水華圓制藥設(shè)備有限公司；MB25水分分析儀 奧豪斯常州儀器有限公司；LS6200C精密電子天平 瑞士Precisa公司；ST20XB便攜式紅外測(cè)溫儀 北京雷泰光電技術(shù)有限公司；BUCHI-K370型全自動(dòng)凱氏定氮儀瑞士BUCHI公司；TGL16B型臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；S220型pH計(jì)、AR2140型分析天平 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；DK-S24型電熱恒溫水浴鍋、DGG-9053A型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；Q Exactive質(zhì)譜儀 美國(guó)Thermo Fisher公司；Frontier傅里葉變換紅外光譜儀（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR） 美國(guó)PerkinElmer公司；Q2000差示掃描量熱儀（differential scanning calorimeter，DSC） 美國(guó)TA Instruments公司；RVA4500型快速黏度分析儀（rapid visco analyser，RVA） 瑞典波通儀器公司；SU8020場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM） 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 粳高粱微波干燥實(shí)驗(yàn)

清除雜質(zhì)、篩選籽粒飽滿均勻的高粱進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)。采用特制干燥盒稱取定量高粱在隧道式微波干燥機(jī)上進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)。選取單位質(zhì)量干燥功率為3 W/g、排濕風(fēng)速為0.5 m/s，單循環(huán)微波作用時(shí)間分別為1.02、2.08、3.13、4.17、5.00 min。采用間歇式的干燥方式，即按照干燥機(jī)中每奇數(shù)個(gè)干燥室發(fā)射微波進(jìn)行干燥和每偶數(shù)個(gè)干燥室不干燥的方式進(jìn)行一個(gè)循環(huán)的干燥過(guò)程。一個(gè)干燥循環(huán)結(jié)束后，快速進(jìn)行籽粒測(cè)溫與質(zhì)量測(cè)定，再進(jìn)行下一個(gè)干燥循環(huán)，直到高粱的水分含量降到安全水平（水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%）時(shí)干燥結(jié)束。采用精密電子天平測(cè)量一個(gè)干燥循環(huán)后高粱籽粒的質(zhì)量，并依據(jù)干燥前后物料中干物質(zhì)不變?cè)碛?jì)算出對(duì)應(yīng)干燥循環(huán)次數(shù)的高粱含水率。采用便攜式紅外測(cè)溫儀對(duì)同一料層的5個(gè)不同均勻分布位置進(jìn)行測(cè)溫，取其平均值作為一個(gè)干燥循環(huán)后高粱籽粒的平均溫度。

單循環(huán)微波作用時(shí)間是指高粱物料從隧道式微波干燥機(jī)入口進(jìn)入干燥、從出口移出結(jié)束干燥時(shí)，微波實(shí)際輻射作用在物料上的總時(shí)間。由于采用間歇干燥方式，間歇比（單循環(huán)內(nèi)微波輻射總時(shí)間與微波不輻射總時(shí)間的比值）是1∶1，故單循環(huán)微波作用時(shí)間等于干燥機(jī)全部干燥腔總長(zhǎng)度的一半除以干燥機(jī)內(nèi)傳送帶的帶速。

1.3.2 粳高粱總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

將高粱籽粒粉碎并過(guò)80目篩，稱取1.000 g高粱固體粉料樣品，具體參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[13]中的凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.3 粳高粱的蛋白組學(xué)分析

樣品制備后，進(jìn)行肽段酶解：樣品凍干，加入40 μL胰蛋白酶緩沖液，37 ℃孵育16～18 h；色譜分離：液相色譜柱：RP-C18柱（150 mm×0.15 mm），以體積分?jǐn)?shù)0.1%甲酸乙腈溶液進(jìn)行平衡，樣品由自動(dòng)進(jìn)樣器上樣到Zorbax 300SB-C18中肽捕集器，再經(jīng)過(guò)液相色譜柱分離。質(zhì)譜鑒定：酶解產(chǎn)物經(jīng)毛細(xì)管高效液相色譜分離后用質(zhì)譜儀進(jìn)行質(zhì)譜分析，分析時(shí)長(zhǎng)為60 min，檢測(cè)方式為正離子模式。多肽和多肽碎片的質(zhì)量電荷比按照每次全掃描后采集10個(gè)碎片圖譜。最后將質(zhì)譜測(cè)試原始文件用軟件MaxQuant檢索相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，得到蛋白質(zhì)鑒定結(jié)果。再以倍數(shù)變化大于1.5 倍且P＜0.05的標(biāo)準(zhǔn)篩選差異表達(dá)蛋白，并對(duì)差異表達(dá)蛋白進(jìn)行基因本體（gene ontology，GO）功能富集分析和京都基因和基因組百科全書（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）的代謝通路分析。

1.3.4 粳高粱淀粉的提取

將高粱籽粒粉碎過(guò)80目篩，稱取高粱粉末200 g，取蒸餾水600 mL，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%的NaOH溶液，按照料液比1∶3要求，將200 g高粱粉末倒入600 mL 0.4% NaOH溶液中，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，將上述混合料液放入恒溫水浴鍋?0 ℃下攪拌4 h左右，取出攪拌液，冷卻至室溫，4 000 r/min離心10 min，將非淀粉層去除，保留具有淀粉的料層，再重復(fù)離心多次，直至獲得淺白色淀粉料；調(diào)節(jié)淀粉料液pH值至中性；在恒溫干燥箱中40 ℃干燥12～24 h，取出粉碎過(guò)篩、備用。

1.3.5 粳高粱總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定：將樣品研缽研磨分散，過(guò)100目篩。稱取100 mg樣品于15 mL試管中，加入4 mL 80%（體積分?jǐn)?shù)，下同）乙醇，70 ℃放置2 h，漩渦混勻；12 000 r/min離心10 min，棄上清液；加4 mL 80%乙醇，重復(fù)上述操作3次，倒出上清液，去除多余液體；試管冰浴，加入2 mL 2 mol/L KOH，混勻，振蕩20 min；加入8 mL 1.2 mol/L的醋酸鈉緩沖液，混勻，立即加入0.1 mL淀粉葡糖苷酶；50 ℃孵育30 min，漩渦混勻；將試管中全部液體轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中，用蒸餾水調(diào)節(jié)體積至100 mL；取上述液體0.1 mL至新試管中，加入3 mL GOPOG試劑，漩渦混勻，于50 ℃下孵育20 min。對(duì)照包括0.1 mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 mg/mL）和3 mL GOPOD試劑；試劑空白溶液包括0.1 mL蒸餾水和3 mL GOPOD試劑；采用分光光度計(jì)在510 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度[14-15]。

直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定：將樣品研缽研磨分散，過(guò)100目篩。取干凈微量離心管，準(zhǔn)確稱取10 mg樣品，加入100 μL 80%乙醇和900 μL 1 mol/L NaOH溶液，漩渦混勻，沸水煮10 min，冷卻后定容至10 mL，取干凈15 mL離心管，加入0.5 mL上清、0.1 mL乙酸和0.2 mL碘化鉀溶液，定容至10 mL，室溫放置10 min，采用分光光度計(jì)在720 nm波長(zhǎng)處測(cè)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經(jīng)過(guò)磨細(xì)干燥的KBr粉末，混合研磨均勻后，將混合粉末在模具中壓制成片（選用KBr片作空白參比），放入FTIR儀中進(jìn)行掃描，掃描范圍為4 000～400 cm－1，分辨率為4 cm－1，得到高粱淀粉的紅外光譜圖。

1.3.7 粳高粱淀粉的老化性質(zhì)分析

稱取3.00 g（干基）天然及干燥后高粱淀粉于鋁盒中，加蒸餾水25 mL，35 ℃保溫3 min，設(shè)定以轉(zhuǎn)速6 ℃/min加熱到95 ℃，保溫5 min，以6 ℃/min的轉(zhuǎn)速降溫到50 ℃，用RVA配套的軟件分析得到峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、衰減值和回生值。

1.3.8 粳高粱淀粉的微觀結(jié)構(gòu)觀察

將導(dǎo)電雙面膠帶貼于SEM的載物臺(tái)上，取少量干燥后的淀粉樣品在雙面膠上均勻涂抹并去除多余淀粉，將載物臺(tái)放入鍍金儀器中進(jìn)行噴金處理，再放入SEM中觀察，電子槍加速電壓取3 kV，獲得SEM圖。

1.3.9 粳高粱淀粉的糊化特性分析

采用DSC分析高粱淀粉樣品熱焓變化，通過(guò)檢測(cè)樣品吸、放熱量的變化，進(jìn)而檢測(cè)樣品隨著溫度的變化而產(chǎn)生的相變過(guò)程，得到相變起始溫度、峰值溫度、終止溫度及糊化焓值等。高粱淀粉樣品過(guò)100目篩，精確稱取樣品10 mg于樣品盤中，加入30 μL無(wú)菌水，密封氧化鋁坩堝；室溫平衡12 h。加熱速率為10 ℃/min，由30 ℃升溫至95 ℃掃描熱量變化，用空白盤作參比。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

各數(shù)據(jù)重復(fù)測(cè)定3次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。采用Excel、SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性分析，用Origin軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

由于微波介電加熱效應(yīng)和電磁極化現(xiàn)象的存在，微波干燥過(guò)程中，一方面籽粒中的極性水分子通過(guò)高速的互相摩擦、碰撞產(chǎn)生大量熱能，從而造成淀粉、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和理化特性發(fā)生改變；另一方面，微波光子能量的存在會(huì)影響籽粒中淀粉、蛋白質(zhì)分子中化學(xué)鍵及基團(tuán)周圍電子云的排布，進(jìn)而可以改變淀粉、蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象[16]。因此改變單循環(huán)微波作用時(shí)間干燥高粱，將對(duì)干燥后高粱蛋白質(zhì)及淀粉品質(zhì)產(chǎn)生影響。

2.1 單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)粳高粱含水率及籽粒溫度的影響

微波干燥過(guò)程中，單循環(huán)微波作用時(shí)間是影響高粱含水率和高粱籽粒溫度的重要因素，進(jìn)而對(duì)高粱干燥后品質(zhì)也將產(chǎn)生較大影響。微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)增強(qiáng)了高粱的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程[17]。

如圖1所示，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)，高粱積累的熱能增大，含水率下降幅度增加，達(dá)到安全水分時(shí)的總干燥時(shí)間明顯縮短，與于潔[18]、唐小閑[19]等的結(jié)論一致。這些含水率下降幅度的差異將對(duì)高粱干燥后品質(zhì)產(chǎn)生影響。

圖1 不同單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)高粱含水率的影響Fig. 1 Effect of time of single microwave cycle on moisture content in sorghum

如圖2所示，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)，高粱籽粒溫度升速明顯?？傮w來(lái)看，高粱籽粒溫度變化包括快速上升和趨于穩(wěn)定兩個(gè)階段，與于潔[18]、鄭先哲[20]等的結(jié)論一致。尤其是當(dāng)時(shí)間為1.02 min時(shí)，高粱籽粒溫度變化在兩個(gè)階段表現(xiàn)更明顯。原因?yàn)楦稍锴捌诟吡豢傮w含水量較高，吸收微波能力強(qiáng)，因此籽粒溫度上升較快；干燥中后期高粱水分含量偏低，其吸收微波產(chǎn)熱與水分蒸發(fā)吸熱大致相當(dāng)，因此籽粒溫度趨于穩(wěn)定。高粱籽粒的這些溫度變化規(guī)律將對(duì)干燥后品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。

圖2 不同單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)高粱籽粒溫度的影響Fig. 2 Effect of time of single microwave cycle on the temperature of sorghum grains

2.2 不同單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)粳高粱總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

如表1所示，隨著單循環(huán)作用時(shí)間在1.02～5.00 min范圍內(nèi)逐漸延長(zhǎng)，高粱的總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8.8%～9.1%之間變化。相比于天然粳高粱（未進(jìn)行微波作用），總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大變化量為0.4%，變化不明顯。表明改變單循環(huán)微波作用時(shí)間（1.02～5.00 min）對(duì)高粱總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不顯著。

表1 天然和不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下高粱的總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Total protein contents of sorghum treated and not treated with single microwave cycles

2.3 微波干燥對(duì)粳高粱差異蛋白表達(dá)、功能分類及代謝通路的影響

將天然粳高粱（未進(jìn)行微波作用）、單循環(huán)微波作用時(shí)間為5.00 min時(shí)的微波干燥樣品進(jìn)行蛋白質(zhì)的質(zhì)譜分析。以倍數(shù)變化大于1.5 倍且P＜0.05的標(biāo)準(zhǔn)篩選差異表達(dá)蛋白質(zhì)，并對(duì)差異表達(dá)蛋白進(jìn)行聚類分析、GO功能分析和KEGG代謝通路分析。

2.3.1 差異表達(dá)蛋白的聚類分析

篩選出天然高粱樣品、微波干燥高粱樣品共有的差異表達(dá)蛋白共85個(gè)。采用層次聚類算法對(duì)比較組的差異表達(dá)蛋白質(zhì)分別進(jìn)行聚類分析，并以熱圖形式表達(dá)如圖3所示。

圖3 天然高粱與微波干燥高粱組差異表達(dá)蛋白質(zhì)聚類分析結(jié)果Fig. 3 Results of cluster analysis of differentially expressed proteins between raw sorghum and microwave-dried sorghum

圖3中橫坐標(biāo)分別表示天然高粱樣品和微波干燥高粱樣品的3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在天然高粱樣品含有的85個(gè)差異表達(dá)蛋白中，51個(gè)蛋白含量較低，34個(gè)蛋白含量較高；經(jīng)微波干燥后，天然高粱樣品中含量較低的51個(gè)蛋白表達(dá)均上調(diào)，使蛋白含量增加；天然高粱樣品中含量較高的34個(gè)蛋白表達(dá)均下調(diào)，使蛋白含量降低。結(jié)果表明，微波干燥處理使天然高粱中的差異蛋白表達(dá)發(fā)生了顯著的變化。85個(gè)差異表達(dá)蛋白中，有26個(gè)差異蛋白屬于未表征蛋白，其余59個(gè)差異蛋白均得到表征。

59個(gè)得到鑒定的差異蛋白中，上調(diào)顯著的差異蛋白主要有淀粉分支酶IIb、類泛素折疊修飾蛋白等；下調(diào)表達(dá)顯著的差異蛋白主要有天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、3-磷酸甘油醛脫氫酶等。淀粉分支酶IIb表達(dá)顯著上調(diào)可能使高粱中直、支鏈淀粉含量及分布產(chǎn)生一定變化，對(duì)高粱的后續(xù)發(fā)酵加工產(chǎn)生影響。類泛素折疊修飾蛋白將參與許多細(xì)胞活動(dòng)的調(diào)控過(guò)程，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)調(diào)控、DNA修復(fù)以及應(yīng)激反應(yīng)等，因此該蛋白的表達(dá)顯著上調(diào)可能對(duì)高粱籽粒后續(xù)加工中的生物學(xué)細(xì)胞調(diào)控過(guò)程產(chǎn)生影響。天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)顯著上調(diào)將對(duì)高粱籽粒氨基酸代謝過(guò)程產(chǎn)生影響。3-磷酸甘油醛脫氫酶是參與糖酵解的一種關(guān)鍵酶，其表達(dá)顯著上調(diào)將對(duì)高粱籽粒后續(xù)加工中的糖代謝、RNA結(jié)合、蛋白質(zhì)表達(dá)調(diào)節(jié)等過(guò)程產(chǎn)生影響。表達(dá)上調(diào)和下調(diào)顯著的其他差異蛋白將可能對(duì)高粱籽粒后續(xù)加工中的相應(yīng)生物學(xué)過(guò)程和營(yíng)養(yǎng)功能產(chǎn)生影響。

2.3.2 差異表達(dá)蛋白的GO功能分類

本研究通過(guò)Fisher精確檢驗(yàn)方法對(duì)天然和微波干燥高粱比較組的差異表達(dá)蛋白質(zhì)進(jìn)行GO功能分析，結(jié)果如圖4所示。基于生物學(xué)過(guò)程、細(xì)胞組分和分子功能三大方面進(jìn)行功能分類。該圖表示了將以上三大功能富集分析結(jié)果按照顯著性從左向右排序，并選取前7～10個(gè)分類信息進(jìn)行匯總。從以上3個(gè)方面的次級(jí)分類水平上可以看出，在生物學(xué)過(guò)程功能分類中，參與細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程的蛋白最多，其次為參與單組織生物過(guò)程蛋白，再次為參與應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞成分的組織或生物合成的蛋白；在細(xì)胞組分功能分類中，與細(xì)胞、細(xì)胞部位相關(guān)的蛋白最多，然后依次為細(xì)胞器、細(xì)胞器部位和生物大分子復(fù)合體相關(guān)蛋白；而在分子功能分類中，與催化活性、結(jié)合作用相關(guān)的蛋白最多，然后為結(jié)構(gòu)分子活性、轉(zhuǎn)運(yùn)功能、抗氧化活性相關(guān)蛋白。

圖4 基于GO分析的差異蛋白功能分類Fig. 4 Functional classification of differentially expressed proteins based on gene ontology (GO) analysis

2.3.3 差異表達(dá)蛋白的KEGG通路分析

通過(guò)Fisher精確檢驗(yàn)方法對(duì)天然和微波干燥高粱比較組的差異表達(dá)蛋白質(zhì)進(jìn)行KEGG通路分析。如圖5所示，將排名前10的代謝通路根據(jù)顯著性從左向右（顯著性P值依次為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?？芍町惖鞍踪|(zhì)極顯著參與碳代謝、糖酵解/糖異生、光合生物碳固定、氨基酸的生物合成、氨基糖和核苷酸糖代謝、三羧酸循環(huán)等代謝途徑；而參與淀粉和蔗糖代謝、RNA降解、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)加工、次級(jí)代謝物生物合成等代謝途徑達(dá)到顯著水平。表明天然高粱經(jīng)微波干燥后，籽粒中產(chǎn)生的差異蛋白在高粱后續(xù)加工應(yīng)用中將對(duì)碳物質(zhì)代謝、糖代謝、光合作用過(guò)程、氨基酸的合成與分解、檸檬酸鹽循環(huán)等過(guò)程產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而可能對(duì)高粱籽粒營(yíng)養(yǎng)功能產(chǎn)生影響。

圖5 差異蛋白參與的KEGG代謝通路富集分析柱狀圖Fig. 5 Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) pathway enrichment analysis of differentially expressed proteins

2.4 不同單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)粳高粱總淀粉和直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

微波的快速加熱效應(yīng)和極化效應(yīng)影響淀粉分子間及其與水分子間的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率，進(jìn)而影響淀粉的分子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)[21]。如表2所示，相比于天然高粱（未進(jìn)行微波處理，下同）淀粉，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間在1.02～5.00 min延長(zhǎng)，總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上有增加趨勢(shì)，與劉佳男等[22]的結(jié)論一致。與天然高粱淀粉相比，在1.02、2.08、3.13 min時(shí)直鏈淀粉變化不顯著，在4.17、5.00 min時(shí)直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定增加，5.0 min時(shí)增加量達(dá)到1.06%。相對(duì)于天然高粱淀粉，在1.02、4.17 min時(shí)總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不顯著，在2.08、3.13、5.00 min時(shí)總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定增加，2.08 min時(shí)增加量達(dá)到2.55%。直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加可能在于微波干燥作用使高粱中支鏈淀粉的部分長(zhǎng)鏈發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變?yōu)橹辨湹矸踇23]；總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加可能在于微波的熱效應(yīng)和極化效應(yīng)破壞了天然高粱中淀粉與蛋白質(zhì)及單寧等物質(zhì)的聚集結(jié)構(gòu)，使部分淀粉得到了釋放。

表2 天然和不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下高粱的總淀粉、直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Contents of total starch and amylose in raw and microwavedried sorghum

2.5 不同單循環(huán)微波作用時(shí)間處理后粳高粱FTIR分析

如圖6所示，各組在995 cm－1處吸收峰基本無(wú)差異；在1 022、1 047 cm－1時(shí)，時(shí)間由3.13 min延長(zhǎng)到5.00 min時(shí)，曲線逐漸升高，時(shí)間為1.02、2.08 min時(shí)，與天然高粱的曲線相比變化不明顯；3 650～3 200 cm－1區(qū)域?yàn)閺?qiáng)而寬的吸收峰，時(shí)間為1.02、2.08 min時(shí)，峰高與天然高粱差別不大，當(dāng)時(shí)間延長(zhǎng)到3.13、4.17、5.00 min時(shí)，吸收峰相比于天然高粱顯著變窄變高；1 750～2 750 cm－1區(qū)域時(shí)，峰型位置有明顯的變化，相對(duì)于天然高粱，時(shí)間為1.02、2.08 min時(shí)的峰型位置明顯變窄變低，時(shí)間為3.13、4.17、5.00 min時(shí)峰型位置顯著變寬變高，總體上，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)，吸收峰逐漸變寬變高。原因可能是在干燥前高粱含水率一定的情況下，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)，高粱吸收微波能增加，使淀粉分子吸收轉(zhuǎn)化為的動(dòng)能增加，振動(dòng)強(qiáng)度增大，這與圖1中單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)高粱含水率下降的影響規(guī)律基本一致。

圖6 天然和不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下高粱淀粉的FTIRFig. 6 Infrared spectra of raw and microwave-dried sorghum starch

分析表明，淀粉樣品在干燥前后的紅外吸收光譜峰型沒(méi)有明顯差異，沒(méi)有新吸收峰的出現(xiàn)，表明微波干燥高粱并不影響高粱淀粉的化學(xué)基團(tuán)，未產(chǎn)生新的化學(xué)鍵或者基團(tuán)，與遲治平[10]、陳秉彥[11]等的結(jié)論一致。不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下，相應(yīng)吸收峰的強(qiáng)度存在明顯變化，表明對(duì)應(yīng)的特征化學(xué)基團(tuán)振動(dòng)強(qiáng)度產(chǎn)生明顯變化。在微波輻射作用下，淀粉分子振動(dòng)強(qiáng)度改變。

2.6 不同單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)粳高粱淀粉老化性質(zhì)的影響

峰值黏度的產(chǎn)生是由于淀粉充分吸水膨脹后，顆粒之間相互摩擦而使糊液黏度增大，能反映淀粉的膨脹能力[24]。谷值黏度反映淀粉在高溫下的耐剪切能力，能夠影響食品加工操作難易。最終黏度是由于溫度降低之后淀粉顆粒所包圍的水分子運(yùn)動(dòng)減弱，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，相對(duì)于天然高粱淀粉，單循環(huán)微波作用時(shí)間在1.02～5.00 min范圍變化時(shí)，微波干燥高粱淀粉的峰值黏度總體低于天然高粱淀粉，呈降低趨勢(shì)；谷值黏度和最終黏度總體高于天然高粱淀粉，呈增加趨勢(shì)。其中，時(shí)間為4.17 min時(shí)峰值黏度略有增加可能為實(shí)驗(yàn)誤差引起，當(dāng)時(shí)間達(dá)到5.00 min時(shí)，峰值黏度降低最顯著，從4 945 mPa·s降低到4 150 mPa·s。微波作用時(shí)間為2.08 min時(shí)谷值黏度略有下降可能為實(shí)驗(yàn)誤差引起。

衰減值反映了淀粉顆粒在進(jìn)行加熱處理時(shí)抗剪切力而維持分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能力的大小，衰減值越大代表淀粉顆粒的穩(wěn)定性越差[26]。研究表明支鏈淀粉的長(zhǎng)鏈含量與衰減值之間呈顯著正相關(guān)[27]?；厣的軌蚍从车矸酆姆€(wěn)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]。淀粉的老化性質(zhì)與直鏈淀粉的含量及支鏈鏈長(zhǎng)的分布情況有關(guān)。如表3所示，相對(duì)于天然高粱淀粉，單循環(huán)微波作用時(shí)間在1.02～5.00 min范圍時(shí)，微波干燥高粱淀粉的衰減值均低于天然高粱淀粉，衰減值總體呈降低趨勢(shì)，微波作用時(shí)間為5.00 min時(shí)，衰減值最低，最大減少量達(dá)到990 mPa·s；隨著單循環(huán)作用時(shí)間的延長(zhǎng)，淀粉回生值逐漸增大，與天然高粱淀粉相比最大增加量達(dá)到267 mPa·s。可見(jiàn)，相對(duì)于天然高粱淀粉，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間在1.02～5.00 min范圍延長(zhǎng)，高粱淀粉顆粒熱穩(wěn)定性增加，淀粉更易老化。時(shí)間達(dá)到5.00 min時(shí)，淀粉顆粒熱穩(wěn)定性最高，老化也最嚴(yán)重。

在微波輻射作用下，高粱中的支鏈淀粉的長(zhǎng)鏈部分分解為短鏈或直鏈淀粉，結(jié)合的氫鍵數(shù)量增多，回生值增加。前述分析可知，相對(duì)于天然高粱淀粉，直鏈淀粉含量隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間的變化而略增，這可能由于微波輻射作用，使支鏈淀粉的長(zhǎng)鏈部分分解為直鏈淀粉，氫鍵結(jié)合增多，回生值增大；支鏈淀粉的長(zhǎng)鏈含量減少，衰減值減小。因此相比于天然高粱淀粉，微波干燥后的高粱淀粉衰減值下降、回生值增加，淀粉更易老化。

表3 天然和不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下高粱淀粉的老化性質(zhì)指標(biāo)Table 3 Aging properties of raw and microwave-dried sorghum starch

2.7 不同單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)粳高粱淀粉顆粒微觀形貌的影響

如圖7A所示，天然粳高粱淀粉顆粒多為類圓形和不規(guī)則形狀，表面內(nèi)凹，顆粒較大，部分顆粒表面有類蜂窩狀結(jié)構(gòu)，少部分較小顆粒為球形或橢球形，表面光滑。在不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下，淀粉顆粒如圖7B～F所示，淀粉顆?？傮w形狀基本不變。但部分淀粉顆粒表面產(chǎn)生較明顯的裂紋、表層脫落、甚至開裂及破碎現(xiàn)象，部分淀粉顆粒的表層凹陷程度加劇?？赡茉?yàn)楦吡辉谖⒉ǜ稍镞^(guò)程中，籽粒內(nèi)部極性水分子吸收微波能，并不斷轉(zhuǎn)化為自身的熱能形成蒸汽壓，當(dāng)此壓力達(dá)到或超過(guò)淀粉顆粒分子鏈組織結(jié)構(gòu)所能承受的強(qiáng)度時(shí)，顆粒表面的束縛被打破，顆粒外觀及內(nèi)部發(fā)生一定程度的改變[12]。

圖7 天然和不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下高粱淀粉SEM圖Fig. 7 Microscopic morphology of raw and microwave-dried sorghum starch

2.8 不同單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)粳高粱淀粉糊化特性的影響

如表4所示，高粱淀粉糊化過(guò)程中，在64～74 ℃之間存在一個(gè)明顯的吸熱峰。天然高粱和微波干燥高粱淀粉的相變起始溫度都較低，約為64 ℃左右。與天然高粱相比，單循環(huán)微波作用時(shí)間在1.02～5.00 min范圍變化時(shí)，高粱淀粉的相變起始溫度、相變峰值溫度、相變終止溫度和相變溫度差異不顯著。由圖2可知，當(dāng)時(shí)間在1.02～5.00 min變化時(shí)，干燥過(guò)程中高粱籽粒的平均溫度約在59～64 ℃之間變化，可見(jiàn)微波干燥高粱過(guò)程中籽粒未產(chǎn)生較明顯的糊化過(guò)程。

淀粉的相變糊化焓代表在相轉(zhuǎn)變過(guò)程中雙螺旋鏈的解開與熔化所需要的能量，熱焓值越大，表明淀粉顆粒結(jié)構(gòu)越緊密，分子間相互作用力越強(qiáng)[29-30]。由表4可知，與天然高粱淀粉相比，單循環(huán)微波作用時(shí)間在1.02～5.00 min范圍變化時(shí)，高粱淀粉的糊化焓有所下降，與劉佳男[22]、李世杰[31]等的結(jié)論一致。尤其在4.17、5.00 min時(shí)，糊化焓下降較顯著，分別下降了2.82、2.64 J/g。表明微波干燥后的粳高粱淀粉中雙螺旋鏈含量減少，淀粉顆粒結(jié)晶區(qū)相鄰支鏈淀粉雙螺旋的相互作用力減弱，淀粉顆粒中的分子排列變得無(wú)序化[22]。微波對(duì)高粱籽粒的干燥作用破壞了存在于淀粉顆粒結(jié)晶區(qū)或無(wú)定形區(qū)的部分雙螺旋結(jié)構(gòu)，使分子發(fā)生了重排列，因此微波干燥后高粱淀粉表現(xiàn)為糊化焓下降。

表4 天然和不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下高粱淀粉的糊化特性指標(biāo)Table 4 Gelatinization properties of raw and microwave-dried sorghum starch

3 結(jié) 論

單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)高粱含水率和籽粒溫度都產(chǎn)生了較大影響。隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間在1.02～5.00 min范圍內(nèi)延長(zhǎng)，高粱累積的熱量逐漸增加，高粱物料含水率下降幅度明顯增加，高粱籽粒溫度升高速度增加；改變單循環(huán)作用時(shí)間，高粱籽?？傮w溫度變化都包含快速上升和趨于穩(wěn)定兩個(gè)階段。

相對(duì)于天然粳高粱，在1.02～5.00 min范圍改變單循環(huán)微波作用時(shí)間對(duì)高粱總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不顯著，總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大變化量為0.4%；天然高粱經(jīng)微波干燥（單循環(huán)作用時(shí)間5.00 min）后差異蛋白表達(dá)發(fā)生了顯著的變化，篩選出共有的85個(gè)差異蛋白中有34個(gè)表達(dá)下調(diào)，51個(gè)表達(dá)上調(diào)；GO功能分類表明，在生物學(xué)過(guò)程功能分類中，參與細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程的蛋白最多，在細(xì)胞組分功能分類中，與細(xì)胞、細(xì)胞部位相關(guān)的蛋白最多，而在分子功能分類中，與催化活性、結(jié)合作用相關(guān)的蛋白最多；KEGG通路分析表明，差異蛋白質(zhì)極顯著參與碳代謝、糖酵解/糖異生、光合生物碳固定、氨基酸的生物合成、氨基糖和核苷酸糖代謝、三羧酸循環(huán)等代謝途徑（P＜0.01）；顯著參與淀粉和蔗糖代謝、RNA降解、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)加工和次級(jí)代謝物生物合成等代謝途徑（P＜0.05）。差異蛋白的這些變化將可能對(duì)微波干燥高粱籽粒后續(xù)深加工中的生物學(xué)過(guò)程及營(yíng)養(yǎng)功能產(chǎn)生影響。

相對(duì)于天然粳高粱，在1.02～5.00 min時(shí)間范圍，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)，總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上呈增加趨勢(shì)，在較長(zhǎng)的單循環(huán)作用時(shí)間條件下，相對(duì)含量增加得較明顯，最大增加量分別為2.55%和1.06%；微波干燥高粱未產(chǎn)生新的化學(xué)鍵或基團(tuán)，但對(duì)應(yīng)的特征化學(xué)基團(tuán)的振動(dòng)強(qiáng)度產(chǎn)生明顯變化，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)化學(xué)基團(tuán)的振動(dòng)強(qiáng)度逐漸增大。

天然粳高粱淀粉顆粒較大，多為不規(guī)則形狀和近似圓形，表面存在內(nèi)凹陷，類蜂窩狀結(jié)構(gòu)存在于部分顆粒表面，少部分較小顆粒形狀為球形或橢球形，表面比較光滑；在1.02～5.00 min范圍的不同單循環(huán)微波作用時(shí)間條件下，干燥后的粳高粱淀粉顆粒總體形狀基本不變，但部分淀粉顆粒表面產(chǎn)生較明顯的裂紋、表層脫落、開裂及破碎現(xiàn)象，部分淀粉顆粒的表層凹陷及類蜂窩狀結(jié)構(gòu)程度加劇，表明微波干燥處理對(duì)部分天然粳高粱淀粉顆粒產(chǎn)生了形貌上的較大影響。

與天然粳高粱淀粉相比，隨著單循環(huán)微波作用時(shí)間在1.02～5.00 min范圍延長(zhǎng)，總體看高粱淀粉的衰減值減小，回生值增大，衰減值最大減少量達(dá)到990 mPa·s，回生值最大增加量達(dá)到267 mPa·s，表明微波干燥高粱更易回生，淀粉顆粒熱穩(wěn)定性提高；且單循環(huán)作用時(shí)間越長(zhǎng)，回生越嚴(yán)重、熱穩(wěn)定性越高；微波干燥高粱淀粉的相變起始溫度、相變峰值溫度、相變終止溫度總體差異不顯著，但淀粉的糊化焓值都有所下降，在4.17、5.00 min微波作用時(shí)間條件下，糊化焓值下降比較顯著，減少量達(dá)到2.82 J/g。