釀酒用糧食中淀粉快速檢測(cè)方法的研究與應(yīng)用

袁士猛，于加乾，宋寧宇

（1. 長(zhǎng)光思博光譜技術(shù)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130102；2. 四川宜賓市糧油質(zhì)量監(jiān)測(cè)站，四川 宜賓 644000）

中國(guó)白酒的釀造歷史悠久、工藝獨(dú)特，氣味芳香純正、入口綿甜爽凈，享譽(yù)中外。以高粱、玉米、小麥、大米及糯米等高淀粉含量的糧食為原料，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀、勾兌等多道工序釀制而成。酒的釀造主要是在微生物的作用下，將糧食中的淀粉轉(zhuǎn)化為酒精，糧食中淀粉含量的多少直接影響出酒率。現(xiàn)有國(guó)標(biāo)方法GB 5009.9—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測(cè)定》檢測(cè)速度慢、操作繁瑣、對(duì)檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高等不足，不適合釀酒生產(chǎn)中的質(zhì)量監(jiān)控。因此，本文旨在建立一種釀酒用糧食中淀粉的快速檢測(cè)方法，可以快速準(zhǔn)確的檢測(cè)釀酒用糧食的淀粉含量，以滿(mǎn)足釀酒生產(chǎn)企業(yè)的品控需求。

目前在各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)中能夠見(jiàn)到的測(cè)定淀粉含量的方法有酶水解滴定法[1]、酸水解滴定法[1]、DNS比色法[2]、近紅外成分分析法[3]、酶解試劑盒測(cè)定法[4]、雙波長(zhǎng)分光光度法測(cè)定[5]、碘親和力測(cè)定法[6]等。以上方法的原理和實(shí)驗(yàn)操作上不同程度存在線性回歸和相關(guān)性不理想，操作繁復(fù)和工作效率低，測(cè)定結(jié)果精密度和重復(fù)性差的問(wèn)題[7]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本方法進(jìn)行了如下改進(jìn)：1.樣品前處理采用微波快速消解代替冷凝回流酸水解，加快淀粉水解速度和促進(jìn)反應(yīng)完全；2.樣品檢測(cè)采用快速檢測(cè)儀代替人工微沸滴定。方法優(yōu)勢(shì)在于：可進(jìn)行批量化快速檢測(cè)；檢測(cè)效率明顯提高（35 min/批次）；操作規(guī)范易學(xué)；大大降低人為和系統(tǒng)誤差；線性回歸及相關(guān)性系數(shù)≥0.999 7；檢測(cè)結(jié)果的精密度和重復(fù)性良好。

本文中用淀粉快速檢測(cè)方法測(cè)定了釀酒用高粱、大米、玉米、糯米、小麥的淀粉含量，并將結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.9—2016的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

淀粉快速檢測(cè)方法大幅度縮短了檢測(cè)時(shí)間，可以很好地適用于釀酒生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

鹽酸、氫氧化鈉、乙酸鉛、硫酸鈉、石油醚、乙醚、無(wú)水乙醇、甲基紅均為分析純：國(guó)藥集團(tuán)；淀粉速測(cè)儀專(zhuān)用試劑：長(zhǎng)春長(zhǎng)光思博光譜技術(shù)有限公司；可溶性淀粉參考物質(zhì)：純度100%，歐盟藥典，cas：9005-84-9。

CNS2300釀酒用糧食淀粉速測(cè)儀：長(zhǎng)春長(zhǎng)光思博光譜技術(shù)有限公司；錘式旋風(fēng)磨：浙江伯利恒儀器設(shè)備有限公司；萬(wàn)分之一精度電子天平：梅特勒公司；恒溫冷卻水槽；微波消解儀；恒溫水浴鍋；回流裝置；電爐。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水分測(cè)定

按照國(guó)標(biāo)方法GB/T5497—1985《糧食、油料檢驗(yàn) 水分測(cè)定法》測(cè)定樣品水分。

1.2.2 干基淀粉測(cè)定

稱(chēng)取0.1 g用錘式旋風(fēng)磨粉碎至80目的粉末樣品置于干燥潔凈的消解罐中，向其中加入5.9 mL專(zhuān)用試劑 1，蓋緊蓋子進(jìn)行消解，消解后在恒溫冷卻水槽中冷卻。準(zhǔn)確移取冷卻后的消解溶液0.6 mL加入10 mL離心管中，向其中加入4.4 mL專(zhuān)用試劑 2，劇烈震蕩混合均勻后用0.5 mL塑料吸管吸取在淀粉速測(cè)儀上進(jìn)行檢測(cè)。將檢測(cè)值、水分值和樣品編號(hào)同時(shí)輸入到儀器中，經(jīng)儀器計(jì)算得到樣品的干基淀粉含量。

1.3 淀粉水解

將可溶性淀粉溶解于水中，配制成淀粉含量80%的溶液。

1.3.1 消解時(shí)間的影響研究

為縮短淀粉的水解時(shí)間，采用微波消解法代替國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]方法規(guī)定的酸水解法。取淀粉含量80%的溶液，采用不同的微波消解時(shí)間進(jìn)行消解，并按照國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行淀粉含量的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)共設(shè)四組，第一組為對(duì)照組，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]方法；其余三組為消解Ⅰ組、消解Ⅱ組、消解Ⅲ組，采用微波消解，消解功率設(shè)定為 1 000 W，消解時(shí)間分別是1、3、5 min，其余步驟按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]測(cè)定淀粉含量。

1.3.2 微波消解功率的影響研究

微波消解樣品需要控制微波消解儀的微波輸出功率，以達(dá)到最佳的消解效果。取淀粉含量80%的溶液，采用不同的微波消解功率進(jìn)行消解，并按照國(guó)標(biāo)方法測(cè)定淀粉含量。實(shí)驗(yàn)共設(shè)四組，第一組為對(duì)照組，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]方法；其余三組為功率Ⅰ組、功率Ⅱ組、功率Ⅲ組，采用微波消解，消解功率分別為1 200、1 000、900 W，其余步驟按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]測(cè)定淀粉含量。

1.3.3 正交實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)消解過(guò)程進(jìn)行條件優(yōu)化。消解條件分別考察不同的消解時(shí)間（1、3、5 min）和消解功率（1 200、1 000、900 W）對(duì)淀粉含量測(cè)定的影響。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]方法作為對(duì)照，依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選取對(duì)淀粉含量測(cè)定影響較為顯著的消解時(shí)間和消解功率2個(gè)因素進(jìn)行 32正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)消解條件進(jìn)行優(yōu)化。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.4 快速檢測(cè)方法的重復(fù)性

采用淀粉快速檢測(cè)方法，6次重復(fù)測(cè)定淀粉含量80%的溶液。

1.5 快速檢測(cè)方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)值比較

針對(duì)淀粉快速檢測(cè)方法能否準(zhǔn)確地測(cè)定釀酒用糧食（高粱、大米、玉米、糯米、小麥）的淀粉含量，進(jìn)行了以下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

選取釀酒用高粱、玉米、大米、糯米和小麥樣品各6份。用錘式旋風(fēng)磨粉碎混勻后均分為兩份。同時(shí)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]方法和快速檢測(cè)方法測(cè)定樣品的淀粉含量。所得數(shù)據(jù)用于評(píng)價(jià)快速檢測(cè)方法和國(guó)標(biāo)方法的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 消解時(shí)間的確定

分析四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，考察采用不同消解時(shí)間的測(cè)定結(jié)果與采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]測(cè)定的結(jié)果之間是否存在顯著性差異，并挑選最優(yōu)的消解時(shí)間條件。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，將四組數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析的結(jié)果為P=0.000<0.05，說(shuō)明消解Ⅰ組和消解Ⅲ組與對(duì)照組存在顯著性差異，即不同消解時(shí)間對(duì)淀粉含量的測(cè)定有影響。其中，消解Ⅱ組與對(duì)照組P=0.224>0.05，測(cè)定結(jié)果與對(duì)照組之間無(wú)顯著差異，即當(dāng)消解時(shí)間為3 min時(shí)，測(cè)定結(jié)果與國(guó)標(biāo)法更為接近。

表2 不同消解時(shí)間消解處理后樣品總淀粉含量

2.2 消解功率的確定

分析四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，考察采用不同消解功率的測(cè)定結(jié)果與采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]測(cè)定的結(jié)果之間是否存在顯著性差異，并挑選最優(yōu)的消解功率條件。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，將四組數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析的結(jié)果為P= 0.000< 0.05，說(shuō)明功率Ⅰ組和功率Ⅲ組與對(duì)照組存在顯著性差異，即不同消解功率對(duì)淀粉含量的測(cè)定有影響。其中，功率Ⅱ組與對(duì)照組P= 0.224> 0.05，測(cè)定結(jié)果與對(duì)照組之間無(wú)顯著差異，即當(dāng)消解功率為1 000 W時(shí)，測(cè)定結(jié)果與國(guó)標(biāo)法更為接近。

圖1 在消解功率1 000 W條件下，不同消解時(shí)間檢測(cè)淀粉含量的比較

圖2 在相同消解時(shí)間條件下，不同消解功率檢測(cè)淀粉含量的比較

表3 不同消解功率消解處理后樣品總淀粉含量

2.3 消解條件的確定

由正交實(shí)驗(yàn)表4可知，影響的主次因素由大到?。築>A，即消解功率>消解時(shí)間。分析得到最佳組合為A2、B2，得到最佳的消解條件為：消解功率為1 000 W，消解時(shí)間為3 min。在此最佳的消解條件下，測(cè)定的淀粉含量最接近標(biāo)準(zhǔn)值。

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 工作曲線的繪制

將可溶性淀粉參考物質(zhì)溶于水中，配制成不同淀粉含量的溶液（含量分別為50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、100%）。將這些溶液按照快速檢測(cè)方法的操作步驟進(jìn)行處理和檢測(cè)，得到儀器檢測(cè)值與對(duì)應(yīng)的淀粉含量建立工作曲線。如圖3所示。淀粉含量與檢測(cè)值之間呈良好的線性關(guān)系，其回歸方程為：y=6.267 9x+2.047 8（R2=0.999 7）。

圖3 淀粉標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

2.5 方法重復(fù)性驗(yàn)證

采用淀粉快速檢測(cè)方法，6次重復(fù)測(cè)定淀粉含量80%的溶液。

按照GB/T 4889—2008[8]中7.1單總體方差或標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)實(shí)施χ2分布檢驗(yàn)，判斷該方法重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]方法中規(guī)定的重復(fù)性要求；同時(shí)采用 6次測(cè)定的極差與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定的重復(fù)性臨界極差進(jìn)行對(duì)照，考察該方法的重復(fù)性，分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 淀粉快速檢測(cè)方法重復(fù)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重復(fù)性臨界極差。本次實(shí)驗(yàn)中重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.144；在顯著水平α=0.05 情況下，χ2=0.533<(5)=11.070 5；極差值0.38<重復(fù)性臨界極差值1.77，說(shuō)明快速檢測(cè)方法的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差與極差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定的重復(fù)性要求。

2.6 儀器穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

針對(duì)淀粉速測(cè)儀的穩(wěn)定性，進(jìn)行了以下穩(wěn)定性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

連續(xù)12 h使用淀粉速測(cè)儀7次重復(fù)測(cè)定淀粉含量80%的溶液。按照GB/T 4889—2008[8]中7.1單總體方差或標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)實(shí)施χ2分布檢驗(yàn)，判斷淀粉速測(cè)儀的穩(wěn)定性是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]方法中規(guī)定的穩(wěn)定性要求，分析結(jié)果見(jiàn)表6。

對(duì)照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定的穩(wěn)定性臨界差值，連續(xù)12 h檢測(cè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.144；在顯著性水平α=0.05 情況下，χ2=0.605<(6)=12.592；極差值0.38<穩(wěn)定性臨界極差值2.13，說(shuō)明淀粉速測(cè)儀的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)差和極差均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的穩(wěn)定性要求。

表6 淀粉速測(cè)儀測(cè)定穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.7 快速檢測(cè)方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法的數(shù)據(jù)比對(duì)

快速檢測(cè)方法測(cè)定釀酒用糧食（高粱、大米、玉米、糯米、小麥）的淀粉含量，每種糧食均采集6份進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比數(shù)據(jù)如下表7和圖4。

表7 樣品淀粉含量檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖4 淀粉檢測(cè)值偏差離散圖

由表7和圖4所示，快速法與國(guó)標(biāo)法測(cè)定的淀粉含量進(jìn)行T檢驗(yàn)，td=0.996 8，查t分布表，t0.05,29=2.045，td=0.996 8

3 結(jié)論

在淀粉快速檢測(cè)方法中，消解條件的確定是方法成功與否的關(guān)鍵，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，消解功率的影響大于消解時(shí)間的影響。最佳的消解條件為消解功率1 000 W、消解時(shí)間3 min。

實(shí)驗(yàn)表明淀粉快速檢測(cè)方法適用于檢測(cè)高粱、大米、玉米、糯米、小麥樣品的淀粉含量，單次檢測(cè)時(shí)間僅為35 min，遠(yuǎn)低于GB 5009.9—2016的8 h，大幅度縮短了檢測(cè)時(shí)間。同時(shí)，簡(jiǎn)化操作步驟減少人為誤差，有效地提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可以滿(mǎn)足釀酒企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的品質(zhì)控制。