我國(guó)小米優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)特色品種淀粉含量與組成的差異分析

劉雪梅，潘少香，閆新煥，吳茂玉，王文昌，張青青，相光明，宋 燁*

（1.中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014；2.山東省食品藥品檢驗(yàn)研究院，山東濟(jì)南 250101）

谷子（Setaria itaticaBeauv），禾本科狗尾草屬，亦稱為“粟”，原產(chǎn)于中國(guó)北方黃河流域，是具有8 700 多年種植歷史的傳統(tǒng)作物[1]。小米為谷子脫殼后的產(chǎn)物，一般為圓形或者卵圓形，因其顆粒較小（粒徑約1～2 mm）[2]，故得名“小米”。我國(guó)是世界上最大的小米生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%[3]，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新數(shù)據(jù)顯示，2020 年我國(guó)稻谷播種面積為3×107hm2，產(chǎn)量為2.12 億t。小米在我國(guó)廣泛種植，據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)小米主產(chǎn)區(qū)為東北（遼寧、吉林、黑龍江和內(nèi)蒙古東部）、華北（內(nèi)蒙古赤峰和呼和浩特、山西大同、河北張家口、河北承德等地）和西北（陜西、寧夏等省）地區(qū)，形成了我國(guó)小米的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，也涌現(xiàn)出了很多特色品牌。但各產(chǎn)區(qū)不同品種、品牌小米同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，質(zhì)量特征不凸出，導(dǎo)致品牌強(qiáng)農(nóng)戰(zhàn)略難以實(shí)施。

淀粉是小米儲(chǔ)備的碳水化合物中的主要物質(zhì)，由直鏈淀粉（amylose，Am）和支鏈淀粉（amylopection，Ap）兩大主要成分組成，其分子結(jié)構(gòu)、理化特性等有很大差異。支鏈淀粉的外鏈長(zhǎng)短和分布決定了淀粉老化的速度，支鏈淀粉的結(jié)晶化也是淀粉在儲(chǔ)存過(guò)程中硬度長(zhǎng)期變化的主要原因[4]。山藥[5]、小麥[6]等作物的抗性淀粉含量與直鏈淀粉的含量呈顯著正相關(guān)，小米的淀粉含量、直鏈淀粉和支鏈淀粉組成比例直接影響小米食用和加工品質(zhì)。目前開(kāi)發(fā)的直鏈淀粉、支鏈淀粉的檢測(cè)技術(shù)主要有碘比色法、單波長(zhǎng)比色法、雙波長(zhǎng)比色法、差式掃描量熱法、排阻色譜法等。Williams 等[7]最先提出利用碘比色法測(cè)定稻米直鏈淀粉含量，但該方法中碘在堿性溶液中不穩(wěn)定，結(jié)果的重現(xiàn)性較差。Zhu 等[8]比較了雙波長(zhǎng)比色法與單波長(zhǎng)比色法、差式掃描量熱法、排阻色譜法測(cè)定兩類淀粉含量的準(zhǔn)確性，結(jié)果認(rèn)為雙波長(zhǎng)比色法測(cè)定結(jié)果比較準(zhǔn)確，且具有應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用雙波長(zhǎng)比色法測(cè)定玉米[9]、馬鈴薯[10]、山藥[11]中直鏈淀粉、支鏈淀粉的實(shí)踐和優(yōu)化結(jié)果表明，不同來(lái)源的樣品在樣品處理、測(cè)定波長(zhǎng)等方面存在明顯的差別。

因此，亟需建立雙波長(zhǎng)測(cè)定小米直鏈淀粉、支鏈淀粉的測(cè)定方法，分析我國(guó)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)特色品種小米的淀粉含量與組成差異，對(duì)了解小米淀粉加工特性，挖掘優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)特色品種小米的品牌核心質(zhì)量特征與差異化品質(zhì)特色，推動(dòng)特色小米質(zhì)量與品牌建設(shè)，促進(jìn)小米和小米淀粉的深加工具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小米，均由原產(chǎn)地購(gòu)買，樣品具體信息見(jiàn)表1。

表1 不同產(chǎn)地小米樣品來(lái)源信息Table 1 Source information of millet samples from different producing areas

直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品（CAS 號(hào)：9005-82-7）、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品（CAS 號(hào)：9037-22-3），購(gòu)于美國(guó)Sigma 公司。

氫氧化鈉、乙酸鉛，天津市大茂化學(xué)試劑廠；硫酸鈉，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；石油醚（60～90 ℃）、無(wú)水乙醇，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；乙醚，煙臺(tái)遠(yuǎn)東精選化工有限公司；甲基紅、鹽酸，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

ME204E/02 分析天平（精度0.000 1 g），梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TU-1810 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；HHS-21-8 恒溫水浴鍋，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；Milli-Q 超純水系統(tǒng)，德國(guó)默克密理博有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 雙波長(zhǎng)法同時(shí)測(cè)定直鏈淀粉和支鏈淀粉方法的建立

（1）直鏈、支鏈淀粉測(cè)定波長(zhǎng)的確定

參照鮮食山藥直鏈淀粉、支鏈淀粉含量測(cè)定方法[11]。

（2）直鏈、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取直鏈、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品0.100 0 g 于100 mL 容量瓶中，加入0.5 mol/L KOH 溶液10 mL，熱水浴溶解后用蒸餾水定容至100 mL，配制成濃度為1.0 mg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線：吸取1.0 mg/mL 直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液0.3、0.5、0.7、0.9、1.1 mL 于50 mL 容量瓶中，加入30 mL 蒸餾水，以0.1 mol/L HCl 溶液調(diào)整pH 至3.5，加入0.5 mL 碘試劑，并用蒸餾水定容。靜置20 min，以蒸餾水為空白，1 cm 比色皿，測(cè)定510 nm（λ1）、535 nm（λ3）波長(zhǎng)下的吸光度Aλ1、Aλ3，計(jì)算ΔA值=Aλ1-Aλ3，以ΔA值為縱坐標(biāo)，直鏈淀粉含量（μg/mL）為橫坐標(biāo)，繪制雙波長(zhǎng)直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線。

支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線：吸取1.0 mg/mL 支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL 于50 mL 容量瓶中，以下操作同直鏈淀粉。在610 nm（λ2）、700 nm（λ4）兩個(gè)波長(zhǎng)下測(cè)定Aλ2、Aλ4，得ΔA值=Aλ2-Aλ4，以ΔA值為縱坐標(biāo)，支鏈淀粉含量（μg/mL）為橫坐標(biāo)，繪制雙波長(zhǎng)支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（3）小米中直鏈、支鏈淀粉含量的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取樣品0.200 0 g，置于100 mL 容量瓶中，加入0.5 mol/L KOH 溶液10 mL，沸水浴中加熱10 min，取出，用蒸餾水定容至100 mL。靜置，吸取5.0 mL 樣品液2份，分別加30 mL 蒸餾水，以0.1 mol/L HCl 溶液調(diào)整pH至3.5，樣品中加入0.5 mL 碘試劑，空白液不加碘試劑，定容。靜置20 min，以樣品空白液為對(duì)照，用1 cm 比色杯，分別測(cè)定λ1、λ2、λ3、λ4下的吸光度A。直鏈淀粉、支鏈淀粉含量計(jì)算公式見(jiàn)式（1）、（2）。

式中，X1為查雙波長(zhǎng)直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的樣品液中直鏈淀粉含量，μg/mL；X2為查雙波長(zhǎng)支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的樣品液中支鏈淀粉含量，μg/mL；m為樣品質(zhì)量，g。

1.3.2 與國(guó)標(biāo)方法精密度的比較

與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 5009.9—2016 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測(cè)定》[12]第二法酸水解法進(jìn)行精密度的比較。

1.4 不同優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)特色品種小米直鏈淀粉、支鏈淀粉含量的差異分析

從我國(guó)東北、華北、西北的小米優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)中選取山東、河北、山西、陜西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江8 個(gè)省份的14 個(gè)地市，購(gòu)買了‘廣靈小米’‘晉谷21 號(hào)’‘沁州黃’‘黃金苗’等15 個(gè)特色小米品種，應(yīng)用雙波長(zhǎng)比色法測(cè)定其直鏈淀粉、支鏈淀粉含量，并做差異性分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用DPS 9.5 進(jìn)行方差分析，并做鄧肯氏多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙波長(zhǎng)法測(cè)定直鏈淀粉、支鏈淀粉含量

2.1.1 測(cè)定波長(zhǎng)的確定

采用作圖法確定雙波長(zhǎng)法測(cè)定小米中直鏈淀粉、直鏈淀粉含量的參比波長(zhǎng)和測(cè)定波長(zhǎng)。如圖1（見(jiàn)下頁(yè)）所示，直鏈淀粉和支鏈淀粉的最大吸收波長(zhǎng)分別是610 nm和510 nm，為避免被測(cè)物濃度對(duì)吸收曲線的影響，在直鏈淀粉和支鏈淀粉曲線的線性范圍內(nèi)分別選擇535 nm和700 nm 作為參比波長(zhǎng)，即直鏈淀粉的測(cè)定波長(zhǎng)為λ2、λ3，支鏈淀粉的測(cè)定波長(zhǎng)為λ1、λ4。

圖1 直鏈淀粉和支鏈淀粉的掃描圖譜Fig.1 The scanning map of amylose and amylopectin

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及線性范圍

如圖2、3（見(jiàn)下頁(yè)）所示，直鏈淀粉的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.002 7x+0.000 2，R2=0.999 3，線性范圍為6～22 μg/mL；支鏈淀粉的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.000 1x+0.002 4，R2=0.999 6，線性范圍為20～100 μg/mL。

圖2 直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of amylose

圖3 支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Standard curve of amylopectin

2.1.3 方法精密度

以‘龍山小米’為原料，進(jìn)行精密度試驗(yàn)，對(duì)同一樣品重復(fù)測(cè)定6 次，結(jié)果見(jiàn)表2。由表可知，直鏈淀粉、支鏈淀粉測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.11%、0.09%，試驗(yàn)方法重復(fù)性好，且準(zhǔn)確、可靠。

表2 直鏈淀粉、支鏈淀粉精密度試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Precision test results of amylose and amylopectin

2.1.4 添加回收率試驗(yàn)

在‘龍山小米’樣品處理溶液中加入不同量的直鏈淀粉、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。由表可知，在本試驗(yàn)條件下，雙波長(zhǎng)法測(cè)定小米中直鏈淀粉、支鏈淀粉的添加回收率分別為97.0%～97.8%、97.0%～99.0%。

表3 直鏈淀粉、支鏈淀粉回收率試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Recovery test results of amylose and amylopectin

2.2 與現(xiàn)行國(guó)標(biāo)方法的比較

通過(guò)雙波長(zhǎng)法測(cè)定得到的直鏈淀粉、支鏈淀粉含量之和即為小米的總淀粉含量，為驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性，采用現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 5009.9—2016 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測(cè)定》[12]的第二法酸水解法，對(duì)小米的淀粉含量進(jìn)行測(cè)定，并與之進(jìn)行精密度比較。

由表4 可知，兩種方法所得淀粉含量分別為72.16 g/100 g（酸水解法）、72.88 g/100 g（雙波長(zhǎng)法），兩種方法的精密度均為0.99%，符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)淀粉含量測(cè)定的精密度要求（＜10%）。因此，雙波長(zhǎng)法測(cè)定淀粉含量的結(jié)果與國(guó)標(biāo)法基本一致，證明雙波長(zhǎng)法用于測(cè)定小米淀粉含量是準(zhǔn)確、可行的。

表4 不同方法測(cè)定淀粉含量的結(jié)果比較Table 4 Comparision of different methods on starch content determination

2.3 不同優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)特色品種小米直鏈淀粉、支鏈淀粉含量的差異分析

谷物中的直鏈淀粉含量是影響米飯適口性的重要因素。雖然較低的直鏈淀粉含量可在一定程度上使稻米食味變佳，但稻米直鏈淀粉含量并非越低越好，直鏈淀粉含量過(guò)低，煮成的米飯就會(huì)太黏、味淡、食味差。一般水稻品種要具備優(yōu)良的食味，其直鏈淀粉含量應(yīng)中等適宜。Juliano[13]按照直鏈淀粉（AC）含量將小米品種分為3 類：低AC 品種（＜25%）、中低AC 品種（25%～35%）、高AC品種（＞35%），發(fā)現(xiàn)淀粉黏滯譜（RVA 譜）表現(xiàn)較優(yōu)的小米品種的直鏈淀粉含量基本在25%～35%之間。

對(duì)‘廣靈小米’‘晉谷21 號(hào)’‘沁州黃’‘黃金苗’等15個(gè)特色品種小米的直鏈淀粉、支鏈淀粉及淀粉含量進(jìn)行測(cè)定，并做方差分析與鄧肯氏多重比較，結(jié)果見(jiàn)表5。不同品種小米的淀粉含量和組成有顯著性差異。淀粉含量為58.66%～78.85%，以‘黃小米’（山東莒縣）最高，‘山地小米’（陜西延安）最低。以直鏈淀粉含量來(lái)看，‘黃小米’（山東莒縣）、苯谷子（河北邯鄲）、‘龍谷’（黑龍江大慶）、‘晉谷21 號(hào)’（山西晉城）、‘黃金苗’（內(nèi)蒙古赤峰）、‘紅谷’（河北承德）、‘龍山小米’（山東章丘）、‘沁州黃’（山西沁縣）、‘黃金苗’（遼寧朝陽(yáng)）的直鏈淀粉含量為25%～35%，屬于中低AC 品種，其余6 個(gè)品種直鏈淀粉含量在16%～25%），其中，以‘乾安黃’（吉林乾安）的直鏈淀粉含量最低，為16.95 g/100 g。

表5 不同優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)15 個(gè)特色品種小米直鏈淀粉、支鏈淀粉及淀粉總量的比較Table 5 Comparison of amylose,amylopectin and starch contents of 15 varieties from different advantageous areas

由此，初步分析‘黃小米’（山東莒縣）、‘龍山小米’等9 個(gè)品種直鏈淀粉含量較為適宜，食味品質(zhì)可能更佳，但仍需后期結(jié)合蒸煮后小米粥的氣味、色澤、狀態(tài)、滋味、口感等感官特性及稠度、凝聚力、黏性等質(zhì)構(gòu)特性，進(jìn)行食味品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論

建立了雙波長(zhǎng)法測(cè)定小米中直鏈淀粉、支鏈淀粉含量的方法，直鏈淀粉、支鏈淀粉的線性范圍分別為0～22 μg/mL、0～100 μg/mL；添加回收率分別為97.0%～97.8%、97.2%～99.0%；方法重現(xiàn)性較好。此法可同時(shí)測(cè)定得出淀粉含量，經(jīng)過(guò)與國(guó)標(biāo)方法的比較，證明本法在淀粉含量測(cè)定上也是準(zhǔn)確、可行的。

對(duì)15 個(gè)特色品種小米的淀粉含量及組成進(jìn)行方差分析與鄧肯氏多重比較發(fā)現(xiàn)，淀粉含量在58.66%～78.85%，以‘黃小米’（山東莒縣）最高，‘山地小米’（陜西延安）最低。15 個(gè)特色品種小米均符合NY/T 5932—2002《食用稻品種品質(zhì)》對(duì)粳稻品質(zhì)1、2 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，‘黃小米’（山東莒縣）、‘苯谷子’（河北邯鄲）、‘龍谷’（黑龍江大慶）、‘晉谷21 號(hào)’（山西晉城）、‘黃金苗’（內(nèi)蒙古赤峰）、‘紅谷’（河北承德）、‘龍山小米’（山東章丘）、‘沁州黃’（山西沁縣）、‘黃金苗’（遼寧朝陽(yáng)）等9 個(gè)品種小米的直鏈淀粉含量較為適宜，食味品質(zhì)可能更佳，但仍需結(jié)合蒸煮后小米粥的感官特性、質(zhì)構(gòu)特性，進(jìn)行食味品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)。