单波长比色法测定甘薯直链淀粉含量

黄立飞房伯平陈景益何秀英张雄坚王章英罗忠霞

(广东省农业科学院作物研究所1,广州 510640)

(广东省农业科学院水稻研究所2,广州 510640)

单波长比色法测定甘薯直链淀粉含量

黄立飞1房伯平1陈景益1何秀英2张雄坚1王章英1罗忠霞1

(广东省农业科学院作物研究所1,广州 510640)

(广东省农业科学院水稻研究所2,广州 510640)

对单波长比色法测定甘薯直链淀粉含量的条件进行了优化和分析,并对部分甘薯资源进行了测定。结果表明:与马铃薯和玉米相比,甘薯直、支链淀粉 -碘复合物吸收曲线存在一定的差异;在 620 nm波长下,单波长比色法用于甘薯直链淀粉含量鉴定和评价的准确性和精密度较高;测定的 35份甘薯资源直链淀粉质量分数的变幅为 10.35%～20.72%,平均 16.67%。这些结论可为探索更加准确、简便、快捷地测定甘薯直链淀粉含量的方法和甘薯淀粉品质改良提供参考。

甘薯 直链淀粉 比色法

甘薯是一种重要的淀粉作物,其淀粉广泛用于食品、纺织、造纸、医药等工业。近年来,随着消费习惯的改变以及甘薯营养保健功能的认识,人们对甘薯淀粉和粉丝品质越来越来关注。改良甘薯淀粉相关品质已逐渐成为甘薯育种的主攻目标[1],其中直链淀粉在甘薯淀粉品质中具有十分重要的作用。例如,直链淀粉含量与甘薯粉丝的硬度负相关,直链淀粉含量较低的甘薯品种食用表现为黏滑、食味总评好[2]。

目前,直链淀粉含量测定有多种方法,其中比色法简单快速最为常用[2]。这种方法是基于淀粉与碘的颜色反应,因为只有直链淀粉与碘形成蓝色,而支链淀粉与碘的结合能力很弱,而且颜色呈紫红色。甘薯直链淀粉含量测定多借鉴水稻的国标碘比色直链淀粉含量测定法[3],然而甘薯淀粉具有自身的特点,与马铃薯、水稻、玉米淀粉相比,甘薯直、支淀粉-碘复合物的吸收峰存在明显差异。

因此,本研究采用单波长比色法,并与甘薯直支链淀粉混合回归方程、马铃薯直支链淀粉混合回归方程及马铃薯直链淀粉与玉米支链淀粉混合回归方程测定甘薯直链淀粉含量进行了比较,同时对国家种质广州甘薯圃中的 35份甘薯种质资源的直链淀粉含量进行了测定。旨在为准确测定甘薯直链淀粉含量寻找科学、简便的方法,为甘薯食用品质评价定量界定以及甘薯淀粉品质改良提供参考。

1.1 试验材料

马铃薯标准直、支链淀粉:Sigma公司;玉米标准支链淀粉:Fluka公司。

甘薯直、支链淀粉:以“广薯87”为原料,参照夏慧玲[4]和杜先锋[5]的方法进行分离纯化获得甘薯直链淀粉和支链淀粉,其中直链淀粉的纯度为97.34%。

1.2 仪器设备

HH-8型数显恒温水浴锅:常州澳华仪器有限公司;DU 800型紫外/可见光分光光度计:贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司;BS124S型分析天平:赛多利斯科学仪器 (北京)有限公司;FSJ-114型植物样本粉碎机:农业部扶沟科学仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 标准溶液配制

直链淀粉和支链淀粉标准溶液配制以及直链与支链淀粉混合标准回归方程的建立按 GB 7648-1987的方法进行。

1.3.2 直链淀粉与支链淀粉碘复合物吸收光谱的全波长扫描

分别称取 0.100 0 g直链淀粉或支链淀粉纯品放入 100 mL的容量瓶中,加入 1 mL无水乙醇湿润样品,再加入 9 mL 1 mol/L NaOH溶液,于沸水浴中分散 10 min,迅速冷却后用水定容;吸取 5 mL放入100 mL容量瓶中(同时另取一个 100 mL容量瓶,加入0.09 mol/L NaOH溶液5 mL作空白),然后依次加入约50 mL水,1 mL 1 mol/L乙酸及1 mL碘试剂,用去离子水定容至 100 mL(直链淀粉和直链淀粉的质量浓度都为 50μg/mL),静止 10 min后,进行紫外可见光谱扫描。

1.3.3 测定样品的处理

挑选中等大小的甘薯薯块,洗净切成片后四分法取样,烘干后将样品用粉碎机粉碎并通过 100目筛,混均匀装入磨口瓶备用。甘薯干粉脱脂脱糖处理采用改良的王广鹏[6]的方法进行:

1.3.3.1 脱脂

准确称取 100 mg(干粉)样品置于离心管中,加入石油醚 5 mL,涡旋 10 min,5000 r/min离心5 min,弃去上清液,重复脱脂 3次后烘干。

1.3.3.2 脱糖

准确称取 100 mg(干粉)样品置于离心管中,加人 85%乙醇 5 mL,涡旋 10 min,5000 r/min离心5 min,弃去上清液,烘干。

1.3.3.3 脱脂脱糖

用石油醚脱脂 3次后再用 85%乙醇脱糖,弃去上清液,烘干。

1.3.3.4 吸光值测定

经过脱脂或脱糖或脱脂脱糖处理的样品加入1 mL无水乙醇充分润湿样品,再加入 9 mL 1 mol/L NaOH溶液,于沸水浴中分散 10 min,迅速冷却后用蒸馏水定容至 100 mL。吸取分散液 5 mL于 100 mL容量瓶中,加水约 50 mL,再加入 1 mL 1 mol/L乙酸溶液和 1 mL碘液,用水定容后,静置 10 min,测定吸光值。

1.4 添加回收率测定

为了检查单波长比色法测定甘薯直链淀粉含量的准确度,测定了样品的添加回收率。计算公式为:

式中:c为添加回收率,M为加标准品后样品测定的总质量,m为样品中原有直链淀粉的质量,n为添加标准品的质量。

1.5 统计分析

直链淀粉含量按照 GB 7648-1987的计算方法计算,数据统计采用NPS分析软件。

2 结果与分析

2.1 甘薯、马铃薯和玉米标样的碘复合物光谱差异

以 I2-KI溶液为空白对甘薯直、支链淀粉,马铃薯直、支链淀粉和玉米支链淀粉(质量浓度分别为 50 μg/mL)进行了 400～800 nm紫外可见光谱扫描(见图 1、图 2)。甘薯支链淀粉的最大吸收波长为 556 nm,其吸光值在三个支链淀粉中是最高的,马铃薯支链淀粉的最大吸收波长也为 556 nm,其吸光值居中,玉米支链淀粉的最大吸收波长为 534 nm,吸光值最低。由图 2可知甘薯直链淀粉的最大吸收波长为642 nm,马铃薯直链淀粉的最大吸收波长为 632 nm,甘薯的直链淀粉吸光值高于马铃薯。可见,通过马铃薯和玉米建立的回归方程计算甘薯直链淀粉含量必然造成一定的系统误差。

图 1 支链淀粉 I2-KI吸收曲线(I2-KI为空白)

图 2 直链淀粉 I2-KI吸收曲线(I2-KI为空白)

2.2 甘薯直链淀粉含量测定的最优单波长选取

以 I2-KI溶液为空白,对单波长测定结果进行了回归分析。在甘薯直、支链淀粉混合回归方程中(表 1),除了波长在 488 nm和 489 nm时,相关系数较低外,其余波长测定的相关系数都为 0.999 9,相关显著性均在 1%以上。另外在马铃薯的直、支链淀粉混合回归方程中,回归相关性有所下降,但其相关系数仍在 0.99以上,相关显著性也在 1%水平以上。在马铃薯直链淀粉与玉米支链淀粉混合回归方程中,除了波长为 435 nm和 436 nm时,相关系数较低外,其余波长测定的相关系数都为 0.999 9,所以通过相关系数不能确定最佳测定波长。

表1 甘薯直链和支链标准曲线的单波测定

随后选用 10个甘薯种质资源测定 11个波长下的吸光值,每一波长下的 10份资源的平均吸光值差异分析见图 3。波长为 620 nm时,不同甘薯品种的吸光值差异极显著,吸光值最大。所以结合建立的混合回归方程和 10个甘薯品种吸光值差异,确定最优测定波长为 620 nm。

图3 11个波长下的平均吸光值比较

2.3 不同前处理对样品测定结果的影响

将广薯 42和广紫薯 1号两个品种进行脱糖、脱糖脱脂、脱脂、不脱糖脱脂等 4种前处理(表 2),测定波长为 620 nm时的吸光值。两个品种的统计结果一致,即脱糖处理的吸光值与其他 3处理的差异极显著,吸光值最大。而脱糖脱脂和脱脂的差异不显著,未脱糖脱脂处理的吸光值最小,与其他 3个处理差异显著。

表2 糖类和脂类对样品测定结果的影响

2.4 样品添加回收率测定试验

添加回收试验是验证测定方法准确度的有效方法之一[7]。在已测得直链淀粉含量的品种“一点红”的样品中,添加准确称量的马铃薯直链淀粉标准品,在波长 620 nm下,按试验 1.2和 1.3的方法,测定了样品添加回收率。每个处理 3个重复,结果见表 3。利用马铃薯直链淀粉与玉米支链淀粉混合回归方程(回归方程 1)计算的回收率在 93.33%～103.43%之间,马铃薯直支链淀粉混合回归方程 (回归方程 2)计算的回收率在 89.72%～99.39%,计算符合检测方法添加回收的要求范围,说明利用本方法具有较高的准确度。另外甘薯直支链淀粉混合回归方程 (回归方程 3)计算的回收率为 74.71%～82.77%,这与添加的是马铃薯直链淀粉而非甘薯直链淀粉导致的。另外平行测定值间差异不显著(P<0.01),可见该方法的精密度较高。

表3 平均回收率测定结果

2.5 不同甘薯品种的直链淀粉含量

利用回归方程 1、回归方程 2和回归方程 3测定35份甘薯资源直链淀粉含量,结果见表 4。以不同甘薯资源作为单因子,设 3个重复,用NPS软件进行ANOVA分析,结果表明:广薯 95-1与广薯 07-115,广紫薯 2号与广薯 07-86,广薯 70-9、广薯 95 -145与广薯 07-181,广薯 07-214与心香,一点红与广薯03-128差异不显著,其余的品种间直链淀粉含量存在极显著的差异 (P<0.01)。差异不显著的品种可能是由于只有单波长分析的结果。

由于回归方程 3是由甘薯直、支链淀粉建立,用来计算更加能接近真实的甘薯直链淀粉含量。根据直链淀粉含量(以质量分数表示)将 35份资源区分为以下类群:质量分数 >20.0%为高含量品种,包含3个品种;质量分数介于 15.0%～20.0%为中等含量品种,包含 27个品种;质量分数 <15.0%低含量品种,包含 6个品种。在这些品种中广薯 07-94、广薯95-1和广薯 07-115等品种的直链淀粉含量较高,明显高于其他品种。而广薯 95和广薯 92-66等品种的直链淀粉含量要明显低于其他品种。其中广薯95的直链淀粉质量分数最低为 10.35%,广薯 07-94的质量分数最高为 20.72%,广薯 95的质量分数比广薯 07-94低 10.37%。35个甘薯种质资源的平均直链淀粉质量分数为 16.67%。

表5 甘薯直链淀粉平均质量分数/%

3 讨论与结论

3.1 甘薯直链淀粉含量测定方法分析

甘薯支链淀粉的最大吸收波长与马铃薯支链淀粉的最大吸收波长一样,而吸光值不一样 (图 1),这可能是由于甘薯支链淀粉分枝程度较低等原因造成。另外检验糖脂类对甘薯直链淀粉含量测定的干扰程度,发现脱糖后的吸光值最大,未脱脂脱糖的吸光值最小,脱脂脱糖和脱脂的吸光值差异不显著,这与文献报道的板栗结果不一致[6]。这些结果都有待于进一步研究。另外 pH值和温度对测定结果也影响较大,为了保证测定结果,本研究测定均在 pH 3.5以及 25℃室温的条件下进行。

甘薯直、支链淀粉具有自身的特点,所以根据马铃薯直、支链淀粉和玉米支链淀粉标准样品来测定甘薯直链淀粉含量,必然产生一定的系统误差,在本研究中也得到了证实。因此在没有甘薯直、支链淀粉标准品的情况下,利用马铃薯直、支链淀粉的标准曲线来估算甘薯的直链淀粉含量时,必须考虑系统误差的影响。

戴双[8]和查菲娜[9]通过单波长、双波长和多波长比色法进行了小麦直、支链淀粉含量的比较研究,发现双波长和多波长法可以有效地排除其他物质的干扰,测定结果优于单波长法。本研究通过建立了直、支链淀粉的混合标准曲线消除支链淀粉与碘形成的紫红色复合物的吸收背景。但是该方法测定的准确性依赖于直、支链淀粉含量和比例、链长组成及其分布。其中样品与标准品直、支链淀粉标准品混合比例不一致时,就会产生测量误差[10]。另外单波长法只能测定样品中的直链淀粉含量,而不能测定支链淀粉含量。所以为了使测定的甘薯直链淀粉含量更接近甘薯真实直链淀粉含量,有必要分离高纯度的甘薯直、支链淀粉后建立标准曲线,同时利用单波长、双波长和多波长进行比较分析。

3.2 不同甘薯品种(系)的直链淀粉含量分析

甘薯的直链淀粉含量的测定,不同的研究者得出的结果不一致。刘新裕等[11]报道甘薯全粉直链淀粉质量分数变幅为 8.5%～17.32%,平均为14.25%。Yamakawa[12]发现直链淀粉质量分数变幅为 12.1%～21.3%,平均为 17.0%。Braber等[13]对 106个品种研究发现,直链淀粉质量分数为 18.6%～27.1%,平均为 21.8%。本研究测定的 35个甘薯品种 (系)的平均直链淀粉质量分数按照不同的计算方法分别为 20.83%、20.02%和 16.67%。这些测定结果的差异可能与所测定的基因型和测定方法的差异有关。

目前,大约 28%甘薯被加工成粉丝。其中直链淀粉含量对粉丝的品质有明显的影响,并可以通过直链淀粉的含量来选择原料[14]。Collado等[15]也报道甘薯粉丝的硬度与直链淀粉含量呈负相关。本研究测定的 35份甘薯资源可以为甘薯粉丝加工提供参考。目前食用鲜薯的食味评价,主要是通过鉴定人员品尝得出结果,但是不同人食味喜好不同,不能客观地作出评价。通过对直链淀粉含量与食味的相关性研究,使直链淀粉含量作为量化食味评价的其中一个指标。另外利用本研究的直链淀粉含量测定方法对广州国家甘薯资源圃的甘薯种质资源进一步鉴定筛选,挖掘出特异的高直、支链淀粉资源,扩大甘薯种质资源的利用。

总之,本研究对单波长比色法测定甘薯直链淀粉含量进行了分析,并筛选出一些高直链淀粉甘薯资源和低直链淀粉甘薯资源。本研究结果为直链淀粉含量测定方法的探索、量化甘薯食味评价标准、淀粉品质改良中的亲本选择提供了基础。

[1]陆国权.甘薯淀粉若干重要品质性状的基因型差异研究[J].浙江大学学报,2000,26(4):379-383

[2]陆国权.甘薯品质性状的基因型与环境效应研究[M].北京:气象出版社,2003,178-220

[3]陆国权,唐忠厚,黄华宏.不同施钾水平甘薯直链淀粉含量和糊化特性的基因型差异[J].浙江农业学报,2005, 17(5):280-283

[4]夏慧玲,王水兴,潘阳.红薯直链淀粉的分离纯化和检测[J].食品研究与开发,2006,27(11):47-49

[5]杜先锋,许时婴,王璋.葛根直链淀和支链淀粉分离纯化的研究[J].食品与发酵工业,1998,24(4):18-21

[6]王广鹏,刘庆香,孔德军,等.板栗支链淀粉含量的双波长测定方法[J].河北农业科学,2008,12(1):35-37

[7]大连轻工业学院等八所院校合编.食品分析 [M].北京:中国轻工业出版社,1994:27-28

[8]戴双,程敦公,李豪圣,等.小麦直、支链淀粉和总淀粉含量的比色快速测定研究 [J].麦类作物学报,2008,28 (3):442-447

[9]查菲娜,马冬云,岳艳军,等.种植密度对两种穗型冬小麦品种籽粒淀粉组成及其糊化特性的影响[J].中国粮油学报,2008,23(2):11-15

[10]W illims P C,Kuzina F D,Hlynka I.A rapid colorimetrie procedure for estimating the amylose content of starches and flours[J].Cereal Chemistry,1970,47:41l-420

[11]刘新裕,梁纯玲,李良.甘薯新品系块根理化性质之研究[J].中华农业研究,1985,34(1):21-32

[12]Yamakawa O.Development of sweetpotato cultivars for new processing use in Japan[J].Tropical Agriculture,1998,75 (12):284-287

[13]Braber C.Reynoso D.Dufour D,et al.Starch content and properties of 106 s weetpotato clones from the world germ2 plasm collection held at CIP,Peru[C]//International pota2 to center.CIP prgram report 1997-1998.Lima,Peru:Inter2 national potato center,1999,279-286

[14]黄小平,王萍,刘软华,等.甘薯淀粉性质及所制粉丝品质的研究[J].食品科技,2008,15(2):31-32

[15]Collado L S,Mabesa R C,Corke H.Genetic variation in the physicalpropertiesof s weetpotato starch[J].JournalAgricul2 ture and Food Chemistry,1999,47:4195-4201.

Determination ofAmylose Content in Sweet Potato by SingleWavelength Colorimetry

Huang Lifei1Fang Boping1Chen Jingyi1He Xiuying2Zhang Xiongjian1Wang Zhangying1Luo Zhongxia1

(Crop Research Institute,GuangdongAcademy ofAgricultural Sciences1,Guangzhou 510640) (Rice Research Institute,GuangdongAcademy ofAgricultural Sciences2,Guangzhou 510640)

The single wavelength colori metrymethodwas tested to deter mine the amylose content in sweetpotato (Ipom oea batatas(L.)Lam),and some varietieswere evaluated.Results:The absorbance spectrums of amylose and amylopectin complexeswith iodine are quite different for s weet potato,which is not the same case as for potato starch or corn starch.In 620 nm,the single-wavelength colorimetry method possesses characteristics of well stability and high accuracy for s weet potato and is suitable for identification and evaluation of s weet potato.The identified amylose contents of 35 sweetpotato varieties range from 10.35%to 20.72%,with an average of 13.66%.The resultsprovide a reference for developing a rapid,accurate and convenient method of deter mining amylose content of s weet potato and improving the starch quality of sweet potato.

s weet potato,amylose,colorimetry

S531 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)05-0100-05

现代农业产业技术体系专项资金 (nycytx-16-B-5),农业部保种项目 (NB08-2130135-14),国家公益性行业项目(nyhyzx07-012-04)

2009-06-18

黄立飞,男,1979年出生,研究实习员,薯类作物分子育种与品质分析

房伯平,男,1961年出生,研究员,薯类作物品种资源与育种研究