我國不同地區特色品種小米淀粉性質

周文超，李強雙，曹龍奎,2,*

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江 大慶 163319；2.國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江 大慶 163319）

我國不同地區特色品種小米淀粉性質

周文超1，李強雙1，曹龍奎1,2,*

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江 大慶 163319；2.國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江 大慶 163319）

選取10個不同地區、品種的特色小米作為研究對象，采用0.2 g/100 mL的NaOH溶液與1 g/100 mL的十二烷基硫酸鈉溶液復合法提取小米淀粉，并對其基本成分、顆粒形態、黏度、透光率、溶解度和膨脹度等進行研究。結果表明：小米淀粉的直鏈淀粉含量為12.10%，平均粒徑為6.49 ?m，糊化溫度為68.9～72.3 ℃。不同地區、品種的小米淀粉的直鏈淀粉、溶解度、峰值黏度、崩解值和老化值存在較大差異。

小米；淀粉；理化特性

小米，谷類，原產中國，含有豐富的維生素和礦質元素，具有滋陰養血的功能，增強人體免疫力、催乳補身之功能[1]。

目前，國內外對小米的研究主要集中于育種、營養特性等方面，對小米淀粉全面的研究卻很少有報道，缺乏對小米淀粉理化特性的系統研究[2]。小米含淀粉約50%～60%[3]，淀粉是進一步加工利用的基礎原料，小米淀粉品質的好壞決定著小米的性質與食用品質和加工工藝品質，在實際生產應用中，人們很多時候利用的是淀粉糊性質[4]，因此淀粉品質的研究主要集中在淀粉糊的性質上，主要包括淀粉糊的黏度特性、熱力學性質、物理性質等，根據不同小米淀粉的不同特性，使得淀粉得到針對性強應用范圍廣的合理深加工。孫翠霞等[1]對山東省6種小米進行基本理化測定，張敏等[5]對黑龍江地方小米品質進行分析，王玉文等[6]對山西小米糊化性等進行研究及其他一些對單一小米品種進行研究測定等，而本實驗選取了我國范圍內10個不同品種、不同省份的特色優質小米作為研究對象，從小米淀粉成分、直鏈淀粉含量、顆粒形貌、透光率、凍融穩定性、溶解度、膨脹度和黏度等幾個方面進行比較研究，分析比較了不同地區、品種小米淀粉的差異性，旨在為小米加工與綜合利用提供一定的理論數據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

10份小米樣品，選用著名品種陜西米脂小米、廣西巴馬糯小米、云南高原糯小米、山東金鄉小米及優質品種黑龍江龍谷25、遼寧金谷米[7]、內蒙古大金苗[8]、山西晉谷21[6]、河南本地、河北冀優2號[9]，均具有小米產地及品種的代表性。小米淀粉由實驗室提取。

氫氧化鈉、可溶性淀粉 天津市大茂化學試劑廠；濃硫酸 北京化工廠；高氯酸溶液 沈陽市東華試劑廠；蒽酮 天津市光復精細化工研究所。

1.2 儀器與設備

T6新世紀紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司；E型布拉班德爾黏度儀 德國Brabender公司；LD4-40低速大容量離心機 北京京立離心機有限公司；TD5A臺式多管架離心機 長沙英泰有限責任公司；DGG-9053A型電熱恒溫鼓風干燥機、DK-S24電熱恒溫水浴鍋 上海森信實驗儀器有限公司；DJ1C增力電動攪拌器 江蘇省金壇市大地自動化儀器廠；AR2140電子分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；SB102-20002電子天平 上海儀器儀表電子儀器廠；MB23型快速水分測定儀 上海洪紀儀器設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 小米淀粉的提取[10-11]

采用0.2 g/100 mL的NaOH溶液與1 g/100 mL的十二烷基硫酸鈉溶液復合法提取[3]，經過多次攪拌以提取蛋白質用200目紗布過濾，濾液以3 000 r/min離心20 min數次，離心棄上清得沉淀，刮去上部的灰色蛋白層、黃泥層、細纖維層，剩下白色淀粉層，水洗數次，45 ℃干燥36 h得淀粉。

1.3.2 小米淀粉的物化指標測定

水分含量測定：采用MB23型快速水分測定儀測定；脂肪含量測定：采用脂肪測定儀；蛋白質含量測定：采用凱氏定氮法測定；灰分含量測定：參照GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》方法測定；白度測定：采用白度測定儀測定；直鏈淀粉含量測定：參照GB/T 15683—1995《稻米直鏈淀粉含量的測定》中直鏈淀粉含量的測定方法。

1.3.3 小米淀粉的電鏡掃描

把雙面膠固定在樣品臺上，取少量淀粉均勻地灑在雙面膠上，然后噴金處理。樣品保存于干燥器中，經過短暫干燥后，用電鏡掃描觀察并拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。

1.3.4 小米淀粉的粒度分布

采用X射線衍射儀進行淀粉顆粒分析，進行寬角X射線衍射粉末衍射步進掃描法，重復次數為3次。結晶度為在X射線衍射圖樣中，繪制了一條光滑的基線，將與曲線中的結晶區、亞結晶區和非結晶區相對應的X射線衍射區域以及背底準確地劃分出來。通過平面幾何方法來測量衍射峰面積與總衍射面積的比值。

1.3.5 小米淀粉的透光度測定

配制為1 g/100 mL的淀粉乳于沸水中水浴加熱30 min，每5 min振蕩1次，使淀粉乳充分混勻，室溫條件下冷卻5 min，以蒸餾水作空白樣，測定A620nm淀粉糊的透光率。

1.3.6 小米淀粉的凍融穩定性

配制6 g/100 mL的淀粉乳，在沸水浴上加熱糊化15 min后置于塑料離心管中，冷卻至室溫后稱取其質量，加蓋放置于－18 ℃冰箱中冷卻24 h后取出，讓其自然解凍4 h，以3 000 r/min離心15 min，棄去上清液后稱量沉淀物質量，計算析水率。

1.3.7 溶解度和膨脹度測定[12]

稱取0.5 g樣品，放入45 mL已知質量的帶蓋離心管中，加入40 mL蒸餾水，振蕩后分別于50、60、70、80、90 ℃水浴30 min，每5 min振蕩1次，取出冷卻至室溫，3 800 r/min離心20 min。倒出上清液，于130 ℃干燥2 h后稱取溶出物質量，同時稱取管中沉淀物質量。

式中：m1為上清液中溶出物質量/g；m2為管中沉淀物質量/g。

1.3.8 小米淀粉的黏度測定

采用E型布拉本德黏度糊化儀測定。稱取適量淀粉溶解于100 mL蒸餾水中，配制成6 g/100 mL的淀粉乳，并將淀粉乳置于Brabender測量杯中，從35 ℃開始升溫，以1.5 ℃/min的速率加熱至95 ℃，保溫30 min，再以l.5 ℃/min的速率冷卻至50 ℃，保溫30 min，Brabender黏度計自動繪出一條隨時間和溫度變化的連續黏度曲線，曲線上的黏度單位是BU。

1.4 數據分析

使用Excel軟件對數據進行整理，并采用SPSS 17.0對結果進行描述性統計分析及相關性統計分析。

2 結果與分析

2.1 小米淀粉的物化指標分析結果

表1 小米淀粉的物化指標Table 1 Physiochemical indicators of millet starches %

由表1可知，不同地區的小米淀粉各主要成分含量不同，其中內蒙古大金苗脂肪含量最高，為0.55%；山東金鄉小米灰分最大，為0.64%；河南本地小米白度最高，為93.9%，小米白度的平均值為92.49。直鏈淀粉的含量存在差異，其中遼寧金谷直鏈淀粉含量高于其他小米品種，為16.12%；黑龍江龍谷25直鏈含量最低，為9.05%；10 個品種直鏈淀粉含量范圍為9.05%～16.12%，直鏈淀粉含量的平均值為12.10%，這與劉成等[13]研究的小米直鏈淀粉平均值14.96%存在差異，說明種植地域、品種對直鏈淀粉的含量存在較大的影響。直鏈淀粉的含量對小米品質有重要的影響，也是小米加工過程中的影響因素。如：直鏈淀粉的含量過高，蒸煮小米飯冷卻后會變硬夾生；也不利于膨化食品的膨化；影響到小米產品的口感。所以實際應用中，選擇適宜原材料的品種，對產品的性質有著重要影響。

2.2 小米淀粉的電鏡掃描結果

圖1 淀粉顆粒掃描電子顯微鏡照片（×3 000）Fig.1 Scanning electron micrographs of starch granules from different regions (× 3 000)

由圖1可知，10個品種小米淀粉的顆粒形貌相似，由大顆粒和小顆粒組成，淀粉顆粒呈不規則多面體，均勻、大小不一，小顆粒則多呈圓形，淀粉顆粒表面有輕微的機械損傷，有凹陷。不同品種、地區在粒度大小上存在著一定的差異，淀粉顆粒形態的差異主要是由于品種的基因和生長環境綜合作用的結果[14]。

2.3 小米淀粉的粒度分析

表2 不同品種小米淀粉粒徑Table 2 Granular sizes of millet starches from different regions

由表2可知，山西晉谷21的小米淀粉顆粒較小平均值為4.42 ?m，內蒙古大金苗淀粉顆粒較大平均粒徑值為11.64 ?m。產生淀粉顆粒的大小原因是由于小米品種、種植地理氣候、光照和晝夜溫差等因素綜合作用的結果，其次顆粒大小受到淀粉合成機理影響，并且由遺傳因素決定，淀粉的顆粒大小與淀粉的性質有緊密的聯系[14]。研究[15]發現玉米淀粉顆粒粒徑在15.20 ?m左右，馬鈴薯淀粉顆粒粒徑在39.3 ?m左右，小米淀粉顆粒相對較小；而同為禾谷類的大米淀粉相比，酶法制備具有最小的顆粒粒徑，顆粒平均粒徑在5 ?m左右，粒徑大小接近。

2.4 小米淀粉的透光度

淀粉受熱吸水膨脹后，分子重新締合排列以及回生后所形成的凝膠束是影響淀粉糊透明度的重要因素，當光線穿過淀粉糊液時，會產生反射和散射現象。

圖2 各種小米淀粉的透光度Fig.2 Paste clarity of millet starches from different regions

由圖2可知，不同品種小米淀粉的透光率存在著差異，在淀粉乳質量濃度為1 g/100 mL時，10種小米淀粉乳的平均透光率為6.10%，遼寧金谷米的透光率最低，為2.90%，山西晉谷21小米淀粉的透光率最大為7.20%，隨著待測樣品質量濃度的增加而下降，透光率越高，表明淀粉糊的透明度越好，淀粉糊的透光率是淀粉外在重要的特征，它的好壞直接影響到產品的外觀及使用等特征。

透光率受多種因素的影響，直鏈淀粉含量及淀粉的分支特性等對淀粉的透明度都有影響，直鏈淀粉含量越高，導致淀粉分子締合程度較大，其透光度越低[16]。

2.5 小米淀粉的凍融穩定性

凍融穩定性是淀粉重要的指標，它的好壞直接關系到淀粉在冷凍食品中的應用。首先凍融穩定性主要與直鏈淀粉含量有關，直鏈淀粉易老化，凍融性差，其次支鏈淀粉的長度、淀粉顆粒大小對凍融穩定性也有一定的影響[17]。

圖3 各種小米淀粉糊的凍融穩定性Fig.3 Freeze-thawing stability of millet starches from different regions

由圖3可知，不同小米淀粉的凍融穩定性也不同，隨著凍融次數的增加，析水率也不斷的增大，凍融3次后基本趨于穩定。在10個小米樣品中，析水率范圍在11.90%～60.20%，河北翼優2號小米在第1次凍融后析水率最大，凍融穩定性也最差，河南本地小米淀粉的析水率最小，凍融穩定性最好。

2.6 小米淀粉的溶解度和膨脹度

圖4 小米淀粉溶解度Fig.4 Solubility of millet starches from different regions

圖5 小米淀粉膨脹度Fig.5 Swelling power of millet starches from different regions

由圖4、5可知，不同地區、品種的小米淀粉的溶解度和膨脹度在溫度低于70 ℃時，淀粉溶解度較小，淀粉膨脹也不明顯，當溫度高于70 ℃時，小米淀粉的溶解度、膨脹度都有比較明顯的增大，在70 ℃后速度加快，這與淀粉受熱達到了糊化溫度有關，經測定，小米淀粉成糊溫度范圍68.9～72.3℃，符合溶解度、膨脹度變化趨勢的改變。淀粉分子由于受熱吸水膨脹，不同小米淀粉的溶解度也有了不同的變化，其中內蒙古大金苗小米的溶解度最大，山東金鄉小米溶解度最小。小米淀粉顆粒較小，內部結構緊密，并且含較高的脂類化合物，會抑制淀粉顆粒的溶解，因此溶解度較低。本實驗還發現低直鏈小米淀粉的溶解度和膨潤力高于高直鏈小米淀粉，與孫翠霞等[1]研究結果基本相同。首先由于種植地區、品種的不同，淀粉顆粒大小，內部組織結構的緊密程度不同，導致加熱糊化過程中，對淀粉的溶解度、膨脹力都有較大的影響[14]。其次直鏈和支鏈淀粉的比例以及支鏈淀粉中長鏈短鏈所占的比例都不同，也是造成溶解度和膨脹度不同的原因[18]。

2.7 小米淀粉的布拉班德曲線

表3 參試小米淀粉黏度參數測定結果Table 3 Descriptive statistics of viscosity parameters of millet starches

由表3可知，作為優良品種的河北冀優2號的回生值最高且高于峰值黏度，容易糊化、老化；黑龍江龍谷25的峰值黏度適中而回生值最低，較易糊化，不易老化，食用品質好；內蒙古大金苗具有較高峰值的同時回生值適中；從特色品種上看，陜西米脂小米淀粉的各特征值都在平均值之上，黏度、熱穩定性好。從地區上看，廣西巴馬糯小米淀粉的各特征值均低于小米主產區出產的小米淀粉各特征值，不具特殊代表性。

小米淀粉的成糊溫度范圍為68.9～72.3 ℃，與楊紅丹等[12]研究的糊化溫度70.4℃、董穎超等[19]研究的糊化溫度70℃相近。糊化溫度中等，較易糊化[20]，其中遼寧金谷米溫度最高，說明其直鏈淀粉含量高、結晶度高、支鏈外鏈較長的淀粉晶體結構緊密，晶體溶解所需熱量大，從而使它的起始糊化溫度較其他地區品種略高。當溫度高于成糊溫度時，淀粉顆粒開始溶脹，黏度突然升高，并逐漸達到峰值，結果表明，其中遼寧金谷最高為594BU，河南本地和內蒙古大金苗次之，而陜西米脂米最低為455BU，這可能是由于在升溫過程中淀粉顆粒膨脹程度不同所致；同時相同地區不同品種，如黑龍江、內蒙古等地極差可以達到90～120BU；不同地區相同品種的峰值黏度，如遼寧金谷米，內蒙古大金苗等也有不同程度的區別，這可能是由于不同淀粉內部結構、不同地區生長環境條件影響不同使淀粉的膨脹力能力不同所致。淀粉糊化后經95℃保溫，膨脹的淀粉粒在高溫和機械剪切力的作用下分離支解，黏度急劇下降。當溫度降到50℃時，重新聚合起來的淀粉分子使黏度增加到一定數值時便停止上升。崩解值是峰值黏度與熱漿黏度的差值，值越大，熱穩定性越差，數據顯示，山西晉谷21熱穩定性較差，而陜西米脂小米的熱穩定最好。回生值是冷膠黏度與熱膠黏度的差值，是糊化淀粉冷卻過程中重結晶能力的標志，反映了老化趨勢，值越小，冷穩定性越好，黑龍江龍谷25、山東金鄉小米等淀粉均老化較慢。

2.8 小米淀粉各理化指標間相關性分析

由表4可知，溶解度與糊化溫度呈顯著負相關，與老化值呈極顯著正相關；透光率與析水率和糊化溫度均為極顯著負相關；析水率與糊化溫度呈極顯著正相關；峰值黏度與崩解值呈極顯著正相關。

表4 各指標間的相關性Table 4 Correlation between starch parameters

3 結 論

3.1 采用0.2 g/100 mL的NaOH溶液與1 g/100 mL的十二烷基硫酸鈉溶液復合多次提取小米淀粉法，淀粉提取更為充分，蛋白質殘留量少。結果表明：在10個不同地區、不同品種的小米淀粉中直鏈淀粉含量平均值為12.10%；通過對淀粉的電子顯微鏡觀察，可以清楚的看到不同品種小米淀粉的顆粒形貌相似，呈不規則多面體，平均粒徑為6.49 μm；小米淀粉的糊化溫度為68.9～72.3℃，比較可知，小米淀粉的成糊溫度低于小麥87℃、蕓豆77℃，高于馬鈴薯61℃、豌豆65℃，與綠豆72℃相接近，說明其較容易糊化。

3.2 云南小米淀粉透光率最大，適宜開發小米薄膜；內蒙古小米淀粉凍融穩定性最差，析水率較高；黑龍江龍谷25、內蒙古大金苗，崩解值大、消減值小、糊化時間短、黏度高、耗能小適宜做米粥類食品；山西晉谷21熱穩定性較差，回生劇烈適宜應用于膨化酥脆的烘烤食品等。對10個不同品種、不同地區優質小米進行理化指標相關性分析研究，結果發現不同地區、品種淀粉差異顯著，直鏈淀粉含量、溶解度、凍融穩定性、黏度間在不同程度上具有相關性，從而有一組數據推斷另一數據變化趨勢，對小米淀粉實際應用方向有指導意義。

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Starch Properties of Different Millet Varieties from Different Regions of China

ZHOU Wen-chao1, LI Qiang-shuang1, CAO Long-kui1,2,*
(1. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2. National Coarse Cereals Engineering Research Center, Daqing 163319, China)

Millet starches extracted with a mixed solution containing 0.2 g/100 mL NaOH and 1 g/100 mL SDS from ten millet varieties in different regions of China were investigated for physico-chemical properties such as basic components, starch granule morphology, viscosity, clarity, solubility and swelling power. The results showed that the average content of amylose in millet was 12.10%, particle size was 6.49 μm, and gelatinization temperature was in the range of 68.9–72.3 ℃. Meanwhile, significant differences in amylose content, solubility, peak viscosity, and breakdown and setback among millet varieties from different regions were observed.

millet; starch; physico-chemical properties

TS231.2

A

1002-6630（2014）05-0059-05

10.7506/spkx1002-6630-201405012

2013-01-20

國家雜糧工程技術研究中心啟動基金項目（GZLZX2012005）

周文超（1987—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工。E-mail：eleven0451@126.com

*通信作者：曹龍奎（1965—），男，教授，博士，研究方向為農產品加工。E-mail：longkuicao@yahoo.com.cn