我國小米優勢產區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.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南 250014；2.山東省食品藥品檢驗研究院，山東濟南 250101）

谷子（Setaria itaticaBeauv），禾本科狗尾草屬，亦稱為“粟”，原產于中國北方黃河流域，是具有8 700 多年種植歷史的傳統作物[1]。小米為谷子脫殼后的產物，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”。我國是世界上最大的小米生產國，產量占世界總產量的80%[3]，國家統計局最新數據顯示，2020 年我國稻谷播種面積為3×107hm2，產量為2.12 億t。小米在我國廣泛種植，據農業農村部的統計數據顯示，我國小米主產區為東北（遼寧、吉林、黑龍江和內蒙古東部）、華北（內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，形成了我國小米的優勢產區，也涌現出了很多特色品牌。但各產區不同品種、品牌小米同質化現象嚴重，質量特征不凸出，導致品牌強農戰略難以實施。

淀粉是小米儲備的碳水化合物中的主要物質，由直鏈淀粉（amylose，Am）和支鏈淀粉（amylopection，Ap）兩大主要成分組成，其分子結構、理化特性等有很大差異。支鏈淀粉的外鏈長短和分布決定了淀粉老化的速度，支鏈淀粉的結晶化也是淀粉在儲存過程中硬度長期變化的主要原因[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，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。目前開發的直鏈淀粉、支鏈淀粉的檢測技術主要有碘比色法、單波長比色法、雙波長比色法、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定稻米直鏈淀粉含量，但該方法中碘在堿性溶液中不穩定，結果的重現性較差。Zhu 等[8]比較了雙波長比色法與單波長比色法、差式掃描量熱法、排阻色譜法測定兩類淀粉含量的準確性，結果認為雙波長比色法測定結果比較準確，且具有應用價值。應用雙波長比色法測定玉米[9]、馬鈴薯[10]、山藥[11]中直鏈淀粉、支鏈淀粉的實踐和優化結果表明，不同來源的樣品在樣品處理、測定波長等方面存在明顯的差別。

因此，亟需建立雙波長測定小米直鏈淀粉、支鏈淀粉的測定方法，分析我國優勢產區特色品種小米的淀粉含量與組成差異，對了解小米淀粉加工特性，挖掘優勢產區特色品種小米的品牌核心質量特征與差異化品質特色，推動特色小米質量與品牌建設，促進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，均由原產地購買，樣品具體信息見表1。

表1 不同產地小米樣品來源信息Table 1 Source information of millet samples from different producing areas

直鏈淀粉標準品（CAS 號：9005-82-7）、支鏈淀粉標準品（CAS 號：9037-22-3），購于美國Sigma 公司。

氫氧化鈉、乙酸鉛，天津市大茂化學試劑廠；硫酸鈉，天津科密歐化學試劑有限公司；石油醚（60～90 ℃）、無水乙醇，天津市富宇精細化工有限公司；乙醚，煙臺遠東精選化工有限公司；甲基紅、鹽酸，國藥集團化學試劑有限公司；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

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 紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；HHS-21-8 恒溫水浴鍋，上海博訊實業有限公司；Milli-Q 超純水系統，德國默克密理博有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 雙波長法同時測定直鏈淀粉和支鏈淀粉方法的建立

（1）直鏈、支鏈淀粉測定波長的確定

參照鮮食山藥直鏈淀粉、支鏈淀粉含量測定方法[11]。

（2）直鏈、支鏈淀粉標準曲線的繪制

稱取直鏈、支鏈淀粉標準品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 的標準溶液。

直鏈淀粉標準曲線：吸取1.0 mg/mL 直鏈淀粉標準溶液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，測定510 nm（λ1）、535 nm（λ3）波長下的吸光度Aλ1、Aλ3，計算ΔA值=Aλ1-Aλ3，以ΔA值為縱坐標，直鏈淀粉含量（μg/mL）為橫坐標，繪制雙波長直鏈淀粉標準曲線。

支鏈淀粉標準曲線：吸取1.0 mg/mL 支鏈淀粉標準溶液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）兩個波長下測定Aλ2、Aλ4，得ΔA值=Aλ2-Aλ4，以ΔA值為縱坐標，支鏈淀粉含量（μg/mL）為橫坐標，繪制雙波長支鏈淀粉標準曲線。

（3）小米中直鏈、支鏈淀粉含量的測定

準確稱取樣品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，以樣品空白液為對照，用1 cm 比色杯，分別測定λ1、λ2、λ3、λ4下的吸光度A。直鏈淀粉、支鏈淀粉含量計算公式見式（1）、（2）。

式中，X1為查雙波長直鏈淀粉標準曲線得到的樣品液中直鏈淀粉含量，μg/mL；X2為查雙波長支鏈淀粉標準曲線得到的樣品液中支鏈淀粉含量，μg/mL；m為樣品質量，g。

1.3.2 與國標方法精密度的比較

與現行國家標準《GB 5009.9—2016 食品安全國家標準食品中淀粉的測定》[12]第二法酸水解法進行精密度的比較。

1.4 不同優勢產區特色品種小米直鏈淀粉、支鏈淀粉含量的差異分析

從我國東北、華北、西北的小米優勢產區中選取山東、河北、山西、陜西、內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江8 個省份的14 個地市，購買了‘廣靈小米’‘晉谷21 號’‘沁州黃’‘黃金苗’等15 個特色小米品種，應用雙波長比色法測定其直鏈淀粉、支鏈淀粉含量，并做差異性分析。

1.5 數據處理與分析

數據采用DPS 9.5 進行方差分析，并做鄧肯氏多重比較。

2 結果與分析

2.1 雙波長法測定直鏈淀粉、支鏈淀粉含量

2.1.1 測定波長的確定

采用作圖法確定雙波長法測定小米中直鏈淀粉、直鏈淀粉含量的參比波長和測定波長。如圖1（見下頁）所示，直鏈淀粉和支鏈淀粉的最大吸收波長分別是610 nm和510 nm，為避免被測物濃度對吸收曲線的影響，在直鏈淀粉和支鏈淀粉曲線的線性范圍內分別選擇535 nm和700 nm 作為參比波長，即直鏈淀粉的測定波長為λ2、λ3，支鏈淀粉的測定波長為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 標準曲線及線性范圍

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

圖2 直鏈淀粉標準曲線Fig.2 Standard curve of amylose

圖3 支鏈淀粉標準曲線Fig.3 Standard curve of amylopectin

2.1.3 方法精密度

以‘龍山小米’為原料，進行精密度試驗，對同一樣品重復測定6 次，結果見表2。由表可知，直鏈淀粉、支鏈淀粉測定的相對標準偏差分別為0.11%、0.09%，試驗方法重復性好，且準確、可靠。

表2 直鏈淀粉、支鏈淀粉精密度試驗結果Table 2 Precision test results of amylose and amylopectin

2.1.4 添加回收率試驗

在‘龍山小米’樣品處理溶液中加入不同量的直鏈淀粉、支鏈淀粉標準溶液，測定結果見表3。由表可知，在本試驗條件下，雙波長法測定小米中直鏈淀粉、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結果Table 3 Recovery test results of amylose and amylopectin

2.2 與現行國標方法的比較

通過雙波長法測定得到的直鏈淀粉、支鏈淀粉含量之和即為小米的總淀粉含量，為驗證該方法的準確性，采用現行的國家標準《GB 5009.9—2016 食品安全國家標準食品中淀粉的測定》[12]的第二法酸水解法，對小米的淀粉含量進行測定，并與之進行精密度比較。

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（雙波長法），兩種方法的精密度均為0.99%，符合現行國家標準對淀粉含量測定的精密度要求（＜10%）。因此，雙波長法測定淀粉含量的結果與國標法基本一致，證明雙波長法用于測定小米淀粉含量是準確、可行的。

表4 不同方法測定淀粉含量的結果比較Table 4 Comparision of different methods on starch content determination

2.3 不同優勢產區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，直鏈淀粉含量過低，煮成的米飯就會太黏、味淡、食味差。一般水稻品種要具備優良的食味，其直鏈淀粉含量應中等適宜。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%），發現淀粉黏滯譜（RVA 譜）表現較優的小米品種的直鏈淀粉含量基本在25%～35%之間。

對‘廣靈小米’‘晉谷21 號’‘沁州黃’‘黃金苗’等15個特色品種小米的直鏈淀粉、支鏈淀粉及淀粉含量進行測定，并做方差分析與鄧肯氏多重比較，結果見表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’（山西晉城）、‘黃金苗’（內蒙古赤峰）、‘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）的直鏈淀粉含量為25%～35%，屬于中低AC 品種，其余6 個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 不同優勢產區15 個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 個品種直鏈淀粉含量較為適宜，食味品質可能更佳，但仍需后期結合蒸煮后小米粥的氣味、色澤、狀態、滋味、口感等感官特性及稠度、凝聚力、黏性等質構特性，進行食味品質的綜合評價。

3 結論

建立了雙波長法測定小米中直鏈淀粉、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%；方法重現性較好。此法可同時測定得出淀粉含量，經過與國標方法的比較，證明本法在淀粉含量測定上也是準確、可行的。

對15 個特色品種小米的淀粉含量及組成進行方差分析與鄧肯氏多重比較發現，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 個特色品種小米均符合NY/T 5932—2002《食用稻品種品質》對粳稻品質1、2 級標準要求。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’（山西晉城）、‘黃金苗’（內蒙古赤峰）、‘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）等9 個品種小米的直鏈淀粉含量較為適宜，食味品質可能更佳，但仍需結合蒸煮后小米粥的感官特性、質構特性，進行食味品質的綜合評價。