基于紅外光譜技術的淀粉種類的快速鑒別研究

張金亞 李海洋 孟紅娟 閨君廉

摘要：研究淀粉種類的鑒別方法。分別對8種淀粉的透明度、直鏈和支鏈的含量及比值，紅外光譜進行了測定。結果表明：8種淀粉的透明度和直鏈支鏈比的數值差異相對比較明顯，因此可以將這兩項數值作為鑒別淀粉的參考值。

關鍵詞：紅外光譜;淀粉;鑒別

目前，市場上的淀粉原料主要分為禾谷類作物、薯類作物、豆類作物以及其他作物。常見主要有玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉和大米淀粉等，不同種類的淀粉價格差別較大，有的相差高達10倍以上f，1。在實際生產中上會有不法商家將廉價淀粉摻入高品質淀粉中以次充好，欺騙消費者日，但是不同種類淀粉顆粒的外觀和普通物化指標差別不明顯，無法辨認。

目前真假鑒別方法有感官法和理化鑒別法。感官方法是通過淀粉的觸感和口感鑒別;形態法鑒別的依據是根據不同植物的淀粉粒在大小、形態、類型、層紋、臍點位置以及偏光下的形態等方面都各具特征，依據這些特征常可判定其植物來源，主要是根據淀粉粒的特殊結構在正交偏光下呈現消光十字的特征;在國內有利用紅外和SVM相結合的方法準確將淀粉進行真假與種類鑒別：利用短波近紅外光譜技術對淀粉種類進行鑒別，分別采用馬氏距離判別法、C-支持向量機（C-SVM）、v-支持向量機（v-SVM）建立淀粉種類鑒別的短波近紅外光譜模型[3]。國外用SDS-PAGE分析淀粉中的蛋白質來鑒別不同種類的淀粉[4]，也可以用液相做淀粉鑒別[5]。但這些方法比較復雜。因此，需要一種快速、簡單的方法來鑒別各種淀粉。淀粉種類鑒別的研究將會規范淀粉市場，減少以次充好或以劣冒優的不法行為，使消費者的利益得到保障。

1 材料與方法

1.1 材料、實驗儀器及試劑

1.1.1 材料：玉米淀粉、小麥淀粉、大米淀粉、豌豆淀粉、紅苕淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉、蕨根淀粉，冷凍干燥、粉碎、過篩（120目），然后密封于玻璃瓶內，置冰箱中備用。

1.1.2 試劑：葡萄糖分析純，中國醫藥公司北京采購供應站經銷;直鏈淀粉標準品，上海源葉生物科技有限公司;支鏈淀粉標準品，上海源葉生物科技有限公司;無水乙醇、碘化鉀、碘、石油醚、堿性蛋白酶、氫氧化鈉、氫氧化鉀、濃鹽酸、濃硫酸、蒽酮、高氯酸，天津天力。

1.1.3 儀器：紫外分光光度計，日立U-2900;Nicolet6700紅外光譜儀，美國Thermo公司;FA2004N分析天平、離心機，科大創新股份有限公司;水浴鍋，上海安亭;烘箱、電爐，北京科偉。

1.2 方法

1.2.1 淀粉的純化。稱取淀粉1008，通過石油醚浸泡和堿性蛋白酶水解得到脫脂脫蛋白的淀粉。

1.2.2 透明度測定。在620nm波長下測定淀粉糊的透光率。

1.2.3 雙波長測直支比。①取1mg/mL直鏈淀粉標準溶液，在紫外可見分光光度計上進行400～960nm光譜掃描，繪制出直鏈淀粉吸收曲線[4]。制備濃度為0、4、12、20、28、36μg/mL的標準溶液系列。②取 1 mg/mL支鏈淀粉標準液，操作同直鏈淀粉。在同一坐標內獲得支鏈淀粉可見光波段吸收曲線，并制備濃度為0、60、100、140、180、220μg/mL的標準溶液系列。③樣品處理：精確稱取脫脂脫糖樣品0.100g，在50mL燒杯中加入1mL無水乙醇潤濕，加0.5mol/L KOH溶液10mL，在80（±1）℃水浴中分散溶解10min，加雙蒸水定容至50.OOmL，混勻。吸取樣品液2.50mL，加20～30mL雙蒸水，用0.1mol/L HCL調pH值至3.0，加0.5mL碘試劑，定容至50.00mL，混勻，靜置20min[5]。④樣品測定及結果計算。分別以雙蒸水和加入0.1mol/L HCL和碘試劑的雙蒸水為空白，用1cm比色杯，測定吸光度值。再根據回歸方程分別求出樣品溶液中直鏈淀粉濃度Y直（μg/mL）和支鏈淀粉濃度Y支（μg/mL），計算試驗原料中直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉的含量：

直鏈淀粉（%）=Y直×50×50/（2.5×0.1000×1000000）;支鏈淀粉（%）=Y支×50×50/（2.5×0.1000×1000000）;淀粉含量（%）=直鏈淀粉+支鏈淀粉;回收率（%）=（混和后測定量-原料樣品中的直或支鏈淀粉含量）/淀粉標準品加入量×100。

1.2.4 紅外光譜掃描。淀粉樣品不作任何處理直接進行紅外光譜采集。測量時將樣品裝入樣品杯，采用漫反射光譜法，掃描范圍4000～9999cm^-1，分束器CaF₂，分辨率8cm^-1，掃描次數為64次。每個樣品重復掃描3次，取平均值[6]。

2 試驗結果分析

2.1 透明度測定

在620nm波長下測定淀粉糊的透光率，以蒸餾水為空白，設蒸餾水的透光率為100%。

淀粉糊透明度的差異是由于當一束光碰到淀粉粒子時，粒子對光線的反射、折射以及透射程度不同引起的。各種淀粉的透光率見表1。直鏈淀粉含量少可以使得淀粉的透明度好[7]，由表可以看出透光率最大的淀粉是玉米淀粉，透光率最小的是蕨根淀粉。

淀粉的透明度影響因素有以下2點：一是直鏈淀粉含量影響透光率。直鏈淀粉分子量小，易相互締合使淀粉回生，光線發生反射，透明度下降。二是淀粉粒的大小：大的淀粉顆粒較易吸水膨脹，糊化后所形成的糊液比較透明。三是淀粉中磷的含量：較高的含磷量使淀粉分子帶同種電荷，導致分子之間相互排斥而增大光線的穿透力，糊液的透明度因而得以提高[8]。蕨根透光率低的原因可能有2點：一是其原本顏色為黑褐色，不利于透光;二是由于其難溶，造成其含量過低。

2.2 雙波長則直支比

雙波長法扣除了兩類淀粉吸收背景的相互影響，消除了這兩者引起的誤差，克服了單波長法的局限性，能大幅度提高測定的靈敏度、選擇性和準確度，可以同時測定直、支鏈淀粉的含量，進而計算總淀粉含量[9]。在實驗采用0.5mol/L的KOH溶液通過沸水浴來溶解淀粉，溶解過程中，淀粉顆粒吸水溶脹，直鏈淀粉和支鏈淀粉之間的氫鍵被打斷，2種淀粉相互分散開。

2.2.1 吸收光譜圖及測定波長的選擇。將直鏈淀粉和直鏈淀粉的掃描液在紫外可見分光光度計上進行400～960nm光譜掃描，分別得到直鏈淀粉和支鏈淀粉的吸收曲線。直鏈淀粉和支鏈淀粉的最大吸收波長分別是647.5nm和534nm。

2.2.2 標準曲線的制備。用紫外分光光度計在測定波長647.5nm，參比波長707nm處分別測定直鏈淀粉的吸光度值。以吸光度差對直鏈淀粉標準液的濃度進行一元線性回歸，得到直鏈淀粉的回歸方程：y=0.0139x+2.7E-5（y的單位為ug/mL），相關系數R²=0.9997。以直鏈淀粉的濃度為橫坐標，以吸光度差為縱坐標繪制標準曲線。

2.2.3 支鏈淀粉標準曲線的制備。用紫外分光光度計在測定波長534nm，參比波長494nm處分別測定支鏈淀粉的吸光度值。以吸光度差對支鏈淀粉標準液的濃度進行一元線性回歸，得到支鏈淀粉的回歸方程：y=0.0024x+0.0056（Y的單位為ug/mL），相關系數R²=0.9994。以支鏈淀粉的濃度為橫坐標，以吸光度差為縱坐標繪制標準曲線。

2.2.4 直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量。根據樣品測得的ΔA直和ΔA支分別計算出樣品中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量以及支直比。

2.3 紅外測各種淀粉

紅外吸收峰的位置與強度反映了分子結構上的特點，可以用來鑒別未知物的化學基團;由上圖可以看出，由于都是淀粉，所以出峰幾乎一樣，很難辨別。但是蕨根淀粉在1083cm^-1左右處沒有峰，由這點可以將蕨根淀粉與其他淀粉區分出來。有實驗結果表明：對淀粉的光譜圖進行處理，得到紅外光譜數據，在SVM工具包可以對樣品進行準確的鑒別[10]。

3 結論與討論

本試驗結果表明：透光率在1以下的是蕨根淀粉;透光率在1～5之間的是土豆淀粉、木薯淀粉和紅苕淀粉;透光率在14～15之間的是大米淀粉和小麥淀粉，其中透光率在15左右的是小麥淀粉;透光率在20～30之間的是玉米淀粉和豌豆淀粉，相對較大的是玉米淀粉。直鏈與支鏈淀粉比值進一步判斷，直鏈淀粉含量在20%左右的是紅苕淀粉;在15%左右的是土豆淀粉;支直比在6～7之間的是木薯淀粉。各種淀粉的紅外圖譜基本接近，只能區別出旅根淀粉，其它淀粉需要用SVM數模才能進行區別。

本試驗中未知的單一淀粉可以根據其透光率和直支比相結合做出鑒別。但是，在對于混合淀粉的鑒別目前還沒有快速有效的方法，還需更深入細致的研究和探討。

參考文獻：

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[10]孫曉榮，劉翠玲，吳靜珠，等.SVM方法在淀粉分類問題中的應用[J].食品工業科技，2011，32（11）：431-433.