揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉特性比較

石 呂，石曉旭，薛亞光，韓 笑，魏亞鳳，劉 建

（江蘇沿江地區農業科學研究所/南通市循環農業重點實驗室，江蘇 如皋 226541）

稻麥兩熟是長江中下游稻區主體熟制，基于稻麥種植模式中制約“豐產、高效、綠色”3 者協調的瓶頸，研究與關注的重點全部圍繞“小麥- 水稻”模式來展開，農時季節相對固定，管理模式較為固化。元麥（又稱裸大麥或青稞）在長三角地區與小麥、大麥并稱為“三麥”，曾是江蘇、上海等地的主要夏糧作物。元麥比小麥耐遲播且成熟早，一方面有效地避開抽穗揚花期多雨氣候，生長中后期病蟲害發生少，可顯著減少農藥施用；另一方面可實現水稻大田栽插（或播種）期前伸10 d 以上、收獲期后延5 d以上，極大地豐富元麥茬水稻品種類型、種植方式，更好地挖掘水稻產量、稻米品質和種植效益3 者潛力，實現稻田資源高效利用和持續增效。因此，將元麥納入稻田系統，構建“元麥- 水稻”模式，合理利用元麥、水稻生物學特性，實現茬口高效融合，能夠規?；七M優質元麥生產，同時有利于優良食味水稻的有效產出[1]。

淀粉作為小麥和元麥籽粒的主要組成部分，分別占籽粒干質量的57%～67%[2]和60%～75%[3]。淀粉的含量及組成、粒度分布、熱力學特性等與營養品質、加工品質和食用品質有著密切聯系[4-6]，淀粉特性受基因、環境及兩者互作效應的共同影響[7]。與小麥淀粉相比，青稞淀粉的透光率較大，凝沉作用強，凍融穩定性和溶解度較好，膨脹度較差，熱穩定性和冷穩定性都較好[8]。青稞的總多酚（TPC）、總黃酮（TFC）和β- 葡聚糖含量較高，可通過添加青稞來改善面制食品的營養、品質和淀粉水解特性，顯示出青稞作為健康補充劑的巨大潛力[9-10]。同時，青稞全麥饅頭不僅具有獨特的口感和香味，而且比小麥饅頭具有更高的營養價值，尤其是其血糖生成指數（GI）低，可緩解餐后血糖指數的升高[11]。研究發現，青稞的適度替代（20%）可提高面團的不可提取蛋白百分比，優化面筋的微觀結構，并通過增加面團的黏彈性改善其流變學特性[9]。

因此，本研究選用目前在江蘇省大面積推廣的豐產穩產性好、綜合抗性較好、籽粒商品性好的元麥品種蘇裸麥2 號[12]和長江中下游地區示范推廣的春性紅皮強筋小麥新品種揚麥29[13]為研究對象，從其淀粉理化性質、結構特性和表征形態入手開展相關基礎研究，為沿江地區稻麥周年優質水稻茬口銜接下的麥類作物生產布局與淀粉品質開發利用提供新的思路與科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗方法

揚麥29（小麥），2021 年11 月13 日播種，播種量15 kg/667 m2，秸稈旋耕還田等行距（22.5 cm）條播，小區面積2.9 m×9.9 m，2022 年5 月27 日收獲。全生育期總純氮用量為16 kg/667 m2，基肥、苗肥、拔節孕穗肥的質量比為5∶1∶4，N、P2O5、K2O 的質量比為1∶0.5∶0.5，磷、鉀肥均作基肥一次性施用。蘇裸麥2 號（元麥），2021 年11 月13 日播種，播種量8 kg/667 m2，寬窄行（30 cm+15 cm）潔茬條播，小區面積2.9 m×9.9 m，2022 年5 月14 日收獲。全生育期總純氮用量為12 kg/667 m2，基肥、苗肥、拔節孕穗肥的質量比為5∶3∶2，N、P2O5、K2O 的質量比為1∶0.5∶0.5，磷、鉀肥均作基肥一次性施用。

1.2 取樣與測定

1.2.1 取樣。于揚麥29 和蘇裸麥2 號成熟期稱取適量籽粒用于淀粉特性分析（由三黍生物科技有限公司提供技術支持）。

1.2.2 淀粉含量測定。將稱完質量的籽粒分別磨成粉末用于淀粉含量的測定和淀粉粒的提取。將籽粒粉末過100 目篩，采用雙波長比色法測定直鏈淀粉和支鏈淀粉含量，淀粉含量為直鏈淀粉和支鏈淀粉含量之和。

1.2.3 淀粉提取。1）取約50 g 的籽粒，加入適量0.5%氫氧化鈉，于4 ℃冰箱中放置24 h。2）打漿過100 目篩，清洗和收集濾液。3）3 500 g 離心5 min，棄上清液，加入無水乙醇，震蕩10 min，離心，棄上清液。4）去離子水清洗2 次。5）加適量10%氯化鈉溶液，于搖床震蕩10 min，3 500 g 離心5 min，棄上清液。如有較多黃色沉淀需刮除。重復一次。6）將上述沉淀加入十二烷基硫酸鈉- 洗滌液[62.5 mmol/L三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽，pH 值6.8；10 mmol/L 乙二胺四乙酸鈉；4%十二烷基硫酸鈉]15 mL，渦旋震蕩分散懸浮后，放入搖床振蕩10 min，之后離心，棄上清液，如有較多黃色沉淀需刮除，重復一次。7）去離子水清洗3 次，40 ℃烘干。8）將烘干后的淀粉研磨，過200 目篩。過篩后的淀粉（殘渣也保存）存于恒溫恒濕柜中，待用。

1.2.4 淀粉掃描電鏡觀察。取已提取好的淀粉，研磨分散，過100 目篩。稱取樣品100 mg 左右于2 mL旋口管中，加入1 mL 4%十二烷基硫酸鈉- 洗滌液，渦旋混勻，10 000 r/min 離心1 min，棄上清液，重復2 次。加1 mL 去離子水，渦旋混勻，10 000 r/min 離心1 min，棄上清液，重復5 次。最終加入1 mL 無水乙醇，渦旋混勻。用200 μL 移液槍吸取少量制備好的淀粉懸浮液，滴在銅臺的導電膠上，盡量鋪勻，37 ℃放置過夜。以離子濺射儀（108Auto，Cresstington，UK）噴金后入鏡（Merlin Compact，Zeiss，GER）觀察淀粉顆粒。

1.2.5 淀粉粒度分析。采用馬爾文激光粒度儀（Matersizer 3000，Malvern Panalytical，UK）進行濕法檢測，配備Hydro LV 濕法分散器，采用無規則結構模型，以水為溶劑，遮光系數為1.33，淀粉遮光系數為1.5，遮光度范圍為5%～8%。淀粉粒按粒徑大小分為3 種類型：A 型淀粉粒，＞10 μm；B 型淀粉粒，3～10 μm；C 型淀粉粒，＜3 μm。

1.2.6 糊化特性（RVA）測定。將水分平衡后的樣品取出，研缽研磨分散，過100 目樣品篩。稱取2～3 g樣品，加入水分測定儀中，檢測樣品水分含量并記錄。根據水分含量計算出黏度測定所需樣本質量，準確稱取樣品（誤差＜0.05 g），轉移至鋁筒中，加入25 g 去離子水，充分混勻，于快速黏度分析儀（RVA Super 4，Newport Scientific，AUS）中檢測黏度。

1.2.7 淀粉熱力學特性（DSC）測定。取已提取好的淀粉，研磨分散，過100 目樣品篩，稱取適量樣品（2.5～3.1 mg）于樣品盤中，加入適量的去離子水，4 ℃平衡24 h，用差示熱值掃描儀（Q2000，TA Instruments，USA）分析，以10 ℃/min 的速度，由30 ℃升溫至105 ℃，掃描熱量變化，并使用Universal Analysis 軟件進行數據分析。

1.2.8 淀粉X 射線衍射圖譜。采用X 射線衍射儀（X'Pert Pro，Panalytical，NLD）從2θ角4°到60°掃描（步長0.02°，速度4°/min），獲得樣品的XRD 波譜數據，并使用MDI Jade 5.0 軟件分析計算樣品的結晶度、結晶形態、2θ衍射角特征參數。

1.2.9 支鏈淀粉鏈長（ICS） 分析。采用Thermo ICS5000 離子色譜系統（ICS5000+，Thermo Fisher Scientific，USA）和電化學檢測器對支鏈淀粉鏈長進行分析檢測。

1.3 統計分析

采用Excel 2003 和SPSS 16.0 統計軟件分析數據，用Origin 2019b 作圖。用最小顯著差法（LSD 0.05）檢驗平均數。

2 結果與分析

2.1 淀粉含量

從表1 可以看出，蘇裸麥2 號總淀粉和支鏈淀粉含量均顯著低于揚麥29，2 者分別相差3.10、3.27百分點，其直支比卻顯著高于揚麥29，而直鏈淀粉含量兩者間差異無統計學意義。

表1 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉含量比較

2.2 淀粉粒形態特征

從圖1 可以看出，兩者B 型等淀粉粒（包括C 型淀粉粒）在數量上均明顯多于A 型。A 型淀粉粒表面光滑，多呈圓球形、橢圓形和扁球形，且直徑越大，形狀越圓、越扁，其中揚麥29 的A 型淀粉粒表面有明顯的“赤道槽”。B 型淀粉粒形狀多樣化，其邊緣破損程度、不完整程度均較A 型高，其中蘇裸麥2 號B 型淀粉粒的團聚現象更為明顯。

圖1 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉掃描電鏡圖（SEM）

2.3 淀粉粒度分布特征及淀粉粒數量分布

由圖2 可以看出，揚麥29 和蘇裸麥2 號淀粉粒的數量和體積均呈微弱的雙峰分布，兩者淀粉粒數量主峰值對應粒徑分別在1.65、1.45 μm 左右，雙峰分界對應的粒徑分別在6.72、5.21 μm 左右；兩者淀粉粒體積主峰值對應粒徑分別在18.7、16.4 μm 左右，峰分界對應的粒徑均在5.21 μm 左右。兩者表面積則均為明顯的雙峰分布，揚麥29 對應的峰值粒徑分別在2.42、16.40 μm 左右，蘇裸麥2 號對應的峰值粒徑分別在1.88、14.50 μm 左右，兩者雙峰分界對應的粒徑均在5.21 μm 左右。

圖2 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉粒數量（A）、體積（B）和表面積分布（C）

由表2 可知，2 份材料A型、B型和C型淀粉粒的數量、體積和表面積占比差異均具有統計學意義。揚麥29 和蘇裸麥2 號的C 型淀粉粒數量占比分別為81.92%、93.16%，兩者B 型淀粉粒數量占比相對較少，A 型淀粉粒數量占比最低，僅有2%～3%，這表明揚麥29 和蘇裸麥2 號胚乳淀粉基本由C型淀粉粒組成。此外還可以看出，揚麥29 和蘇裸麥2 號淀粉粒的總體積主要決定于A 型淀粉粒，2 份材料A 型淀粉粒表面積占比均超過50%；且2 份材料間C 型淀粉粒數量、體積和表面積占比大小趨勢一致，均表現為蘇裸麥2號＞揚麥29，而A型和B型淀粉粒趨勢則與之相反。

表2 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉粒數量、體積和表面積分布比例

2.4 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉黏度（RVA）比較

從表3 和圖3 中可以看出，蘇裸麥2 號的峰值黏度、最低黏度、崩解值、峰值時間均顯著高于揚麥29，最終黏度與回生值則表現相反趨勢，并在回生值達到顯著水平。與揚麥29 相比，蘇裸麥2 號峰值黏度、最低黏度、崩解值、峰值時間分別高出55.41%、61.81%、37.00%、12.07%，最終黏度和回生值分別降低6.19%和63.45%。

圖3 揚麥29（A）和蘇裸麥2 號（B）的淀粉黏度峰圖

表3 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉RVA 譜特征值比較

2.5 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉熱力學特性（DSC）比較

從表4 中可以看出，兩份材料的熱力學參數之間的差異均無統計學意義，但總體呈現揚麥29 高于蘇裸麥2 號的趨勢，其中揚麥29 的ΔH、To、Tp 和Tc分別比蘇裸麥2 號高出3.36%、1.23%、1.00%和0.76%，而糊化溫度起止范圍則表現為蘇裸麥2 號較大。

表4 揚麥29 和蘇裸麥2 號淀粉熱力學參數比較

2.6 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉晶體結構（XRO）比較

從圖4 和表5 中可以看出，2 份材料淀粉在2θ角15°、17°、18°和23.5°處均有較強的衍射峰，在2θ角20°處有一弱峰，其中17°和18°為相連的雙峰，為典型的A- 型晶體結構。其中蘇裸麥2 號在2θ角15°、17°和23.5°的峰面積要高于揚麥29，且其結晶度比揚麥29 高出0.96 百分點。

圖4 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉X 射線衍射波譜

表5 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉XRD 主要特征參數比較

2.7 揚麥29 和蘇裸麥2 號的淀粉鏈長分布

利用聚合度（degree of polymerization）DP6-DP76 峰面積求得不同鏈長長度占比，再將2 份材料的相對峰面積占比作差，鏈長分布曲線如圖5所示。結合圖5 和表6 可以看出，揚麥29 的支鏈淀粉短鏈部分，即聚合度為6～12 所占的相對比率要高于蘇裸麥2 號，聚合度為9 左右時這種差異達到最大；而長鏈部分即聚合度為13 以上所占的相對比率則要低于蘇裸麥2 號。與揚麥29 相比，蘇裸麥2 號的支鏈淀粉短鏈聚合度降低8.71%，中長鏈、長鏈、超長鏈和平均鏈長聚合度分別增加2.50%、8.65%、6.73%和2.82%。同時從圖5可以看出，2 份材料支鏈淀粉鏈長ICS 受短鏈的影響程度相對較大。

圖5 揚麥29 和蘇裸麥2 號的支鏈淀粉鏈長分布差異

表6 揚麥29 和蘇裸麥2 號的支鏈淀粉鏈長分布（ICS）

3 討論與結論

粒徑分布是不同粒徑范圍內的顆粒的個數占總顆粒數的比例，該指標影響淀粉的功能、用途以及產品性狀。小麥淀粉顆粒按其直徑大小一般分為A 型（＞10～40 μm）、B 型（1～10 μm）和C 型（＜1 μm），是一個三模型結構，通常將C 型歸入B 型[14]。本研究按照趙佳蓉等方法[7]，根據不同粒徑范圍將小麥和元麥淀粉粒劃分為A 型淀粉粒（粒徑＞10 μm）、B 型淀粉粒（粒徑3～10 μm）和C 型淀粉粒（粒徑＜3 μm）。電鏡掃描和粒度分布結果（將C 型歸入B 型）表明，2 份材料的淀粉粒數量、體積呈微弱的雙峰分布，表面積呈雙峰分布，各自對應的雙峰分界值分別在6.32、5.21、5.21 μm 左右。這與銀永安等認為小麥胚乳淀粉粒的體積和表面積分布呈典型的雙峰分布，數目分布呈單峰分布，而且體積與表面積都是以10 μm 為界限成雙峰分布[15]存在一定的不同，可能與選用品種和淀粉提取分析方法等不同有關。同時，2 份材料淀粉粒度分布規律相似度較高，但不同粒徑范圍內的數量、體積或表面積均存在或多或少的差異，越小的顆粒占據越少的體積百分比和越大的數量百分比。胚乳淀粉基本均由C 型淀粉粒組成，其中蘇裸麥2 號C 型淀粉粒數量占比較揚麥29高出11.24 百分點，而A 型和B 型淀粉粒數量占比表現為揚麥29 更高；淀粉粒總體積則主要決定于A型淀粉粒，A 型淀粉粒表面積占比超過50%?？梢?，蘇裸麥2 號的淀粉粒大小及形狀分布相比揚麥29要稍微均勻，這與鄭學玲等研究結果[16]基本一致，且蘇裸麥2 號B 型淀粉的團聚[17]現象也更為明顯。此外，本研究中A 型淀粉粒數目、體積、表面積分布大小與支鏈淀粉、總淀粉含量趨勢一致，呈正相關關系[18]，均表現為揚麥29 高于蘇裸麥2 號。

淀粉RVA 譜特征參數可以反映淀粉的糊化特性，是評價小麥面條加工品質的重要指標[19]。一般而言，直鏈淀粉含量高的淀粉峰值黏度低；衰減值大，淀粉的熱糊穩定性差；回生值大，淀粉的冷糊穩定性差，易老化[20]。ΔH是表征晶體結構被破壞（糊化）所需的熱焓值，ΔH低，說明糊化相同質量的淀粉，需要的熱量少，淀粉越易糊化[17,21]。有研究發現，與小麥淀粉相比，青稞淀粉成糊溫度和峰值黏度低，衰減值和回生值大[16]。本研究表明，蘇裸麥2 號的糊化起始溫度、峰值溫度、終止溫度和ΔH均低于揚麥29（未達顯著水平），而峰值黏度和崩解值顯著高于揚麥29，回生值則顯著低于揚麥29，說明蘇裸麥2號淀粉相對更易糊化，但淀粉的熱糊穩定性差，而淀粉的冷糊穩定性好、不易老化。這與前人研究結果[16,20]并不完全一致，可能與試驗區域（緯度、海拔、氣象因子等）、栽培措施等因素有關[22]。淀粉粒的晶體結構差異主要表現在X 射線衍射圖譜不同峰位的相對強度上，淀粉結晶區的晶胞結構或微晶排列在品種間有差別。本研究中，蘇裸麥2 號支鏈淀粉和總淀粉含量顯著低于揚麥29，結晶度卻明顯高于揚麥29，再次證實了前人部分研究結果[23-24]，結晶度與支鏈淀粉和總淀粉含量呈負相關。不同之處可能是直鏈/支鏈淀粉比例、淀粉鏈長分布、雙螺旋方向、螺旋結構內部淀粉分子間的交互作用等差異造成[25]，這還需做進一步研究。

Jane 等進一步研究表明，直鏈淀粉含量和支鏈淀粉分支鏈長分配是影響淀粉糊化特征的主要因子[26-27]。張淑梅等研究發現，支鏈淀粉含長鏈的比率和直鏈淀粉含量越高，淀粉粒不易充分糊化，最高黏度和崩解值將降低，影響米飯的食味；相反，支鏈淀粉中短鏈部分含量高，利于淀粉粒的糊化，從而形成高的最高黏度和崩解值，使米飯的食味性好[28]。本研究發現，蘇裸麥2 號的支鏈淀粉短鏈部分，即聚合度為6～12 所占的相對比率要低于揚麥29，聚合度為9 左右時這種差異達到最大；而長鏈部分即聚合度為13 以上所占的相對比率則要高于蘇裸麥2 號，支鏈淀粉鏈長ICS 受短鏈的影響程度相對較大。

小麥淀粉糊化特性可影響面食的組織結構和爽滑性[29]，直接決定面條、饅頭等加工品質[30]。研究認為，小麥淀粉的蒸煮食用品質及面條的評價值和滑爽性等主要與高峰黏度與崩解值有關，相互間呈極顯著正相關關系[31-32]。前人眾多研究是將A、B 型淀粉粒單獨分離提取之后，再進行淀粉理化性質、面團流變學特性、面條感官品質、質構特性和蒸煮品質等的研究[15,33-36]。同時前人針對青稞全粉與小麥粉復配體系品質特性開展了初步研究，建立了快速篩選青稞小麥粉混合體系相關品質的方法，為提高青稞面條的物理特性及相關健康營養面條的研制提供理論依據和參考[37-38]。可見，淀粉的理化特性不僅與顆粒大小有關，也與淀粉的來源，即與不同作物品種所提取的淀粉樣品有關。相關研究結果的適用范圍和一些淀粉品質參數的確定還需進一步反復驗證，接下來將對2 種材料A 型和B 型淀粉顆粒的分子量、直鏈淀粉的精細結構及淀粉復配等方面進行深入研究，以進一步認清不同類型淀粉顆粒的理化特性、面團流變學特性和面條品質變化，為元麥及元麥淀粉的開發利用提供理論基礎。

綜上表明，本試驗籽粒的淀粉粒形態大小在小麥和元麥2 份材料間存在一定差異。2 份材料的B型淀粉在數量上均明顯多于A 型，粉粒的數量和體積呈微弱的雙峰分布，表面積為雙峰分布，胚乳淀粉基本由C 型淀粉粒組成，總體積主要決定于A 型淀粉粒。其中蘇裸麥2 號C 型淀粉粒數量、體積、表面積占比以及峰值黏度、最低黏度、崩解值、峰值時間和結晶度均大于或高于揚麥29，而熱力學參數、熱焓值和總淀粉、支鏈淀粉含量總體呈現低于揚麥29 的趨勢。同時，蘇裸麥2 號的支鏈淀粉短鏈部分，即聚合度為6～12 所占的相對比率要低于揚麥29，且聚合度為9 左右時這種差異達到最大。