稻米直链淀粉检测技术的研究现状与展望

刘 姗 王建军 范小娟 王林友 张礼霞（浙江师范大学化学与生命科学学院，金华 3004）

（浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所2，杭州 310021）（浙江农林大学农业与食品科学学院3，临安 311300）

稻米直链淀粉检测技术的研究现状与展望

刘 姗1，2王建军1，2范小娟2，3王林友2张礼霞2（浙江师范大学化学与生命科学学院1，金华 321004）

（浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所2，杭州 310021）（浙江农林大学农业与食品科学学院3，临安 311300）

直链淀粉含量是影响稻米蒸煮品质和食味品质的重要指标之一。随着人们对稻米品质追求的日益提高，研究与开发快速、准确、有效的直链淀粉含量检测技术，对于优质稻米的培育与生产，或稻米质量的鉴定与控制都是不可或缺的。综述了稻米直链淀粉含量检测技术的演变与发展，根据直链淀粉与支链淀粉的物理或（和）化学特性，目前已开发的直链淀粉含量检测技术可以归为4大类14种方法，叙述了各种方法的原理与应用现状，比较了各方法之间的优缺点，展望了直链淀粉含量检测技术的应用前景。

稻米 直链淀粉 检测技术

稻米是世界谷物中最重要的粮食之一，全球有一半以上人口赖以为生。作为世界上最大的稻米生产国，大米一直是我国传统的主粮。中国有近10亿人口把大米及其制品作为主食，我国年均消费量在1.6亿t左右［1］。近年来，随着人们生活水平的提高和市场发展的多样化，对稻米的要求从单一的追求产量，向优质食用、加工专用、风味特用和耐贮备用等多样化目标发展，因此，对稻米品质的检测技术及评价体系提出了更高的要求。

已有的研究表明，稻米的食味品质与稻米本身的理化性状密切相关，直链淀粉含量（amylose content，AC）、胶稠度、糊化温度、蛋白质含量、水分、脂肪等相互作用影响稻米食味品质，其中直链淀粉含量是最主要的理化指标［2］。稻米淀粉中主要由直链淀粉（amylose，Am）和支链淀粉（amylopectin，Ap）组成，两者之和约占稻米成分的90%。稻米中直链淀粉含量变化在0%～40%，直链淀粉和支链淀粉的比例以及支链淀粉的精细结构决定了水稻籽粒的理化性质、营养品质。AC值直接影响稻米在蒸煮过程中水分的吸收、体积的扩张及饭粒的散裂性等，是决定食味品质和加工特性最重要的性状之一，可作为评价稻米食用品质的一个重要指标。因此，快速、简便、准确地测定AC值，对稻米加工、淀粉工业利用、稻谷贮藏、品种选种都具有十分重要的意义。

自1970年首次提出碘比色法测定稻米AC值以来，稻米AC测定技术有了突飞猛进的发展。从单波长比色法，经过改进提出了双波长比色法和多波长比色法，进一步发展出基于碘比色法的一系列新测定技术，如碘亲和力测定法、伴刀豆球蛋白法、自动分析检测仪。一些学者利用稻米理化特性，引进了新的检测仪器，开发出近红外光谱分析法、高光谱法、RVA快速黏度分析法等检测手段；及基于分子基团特性开发出色谱分析法、差示扫描量热法、非对称流场流分离技术等。本综述就稻米AC测定技术的研究现状、存在问题以及今后的发展方向进行了阐述与展望。

1 碘比色法

碘比色法是测定稻米AC值的经典且最常用的方法。Williams等［3］最先提出利用碘比色法测定稻米AC，其后Juliano等［4］对该方法进行了改进。

1.1 单波长比色法

1.1.1 标准法

单波长比色法是国际上认可的测定AC值的标准方法。目前，我国推荐试验的测定稻米AC值的标准方法有3种，即国际标准ISO 6647－2—2007《稻米直链淀粉含量测定第2部分常规方法》［5］、国家标准GB／T 15683—2008《大米直链淀粉含量的测定》［6］及农业部标准NY／T 83—1988《米质测定方法》［7］。这3种标准方法的区别主要表现在样品及标样是否进行脱脂处理、脱脂后静置时间。其中国标法要求脱脂并静置2 d，耗时最长。吴秋婷等［8］发现脱脂处理的AC值显著高于未脱脂处理的测定值，不脱脂和脱脂处理之间AC测定值可用“0.89”比值进行转换。标准方法的主要技术局限性是前处理较麻烦、操作步骤较繁锁、技术性要求较高。

1.1.2 简易测定法

简易测定法是在标准方法的基础上，经技术简化与改进而建立起来，其基本原理与标准方法相同，如对农业部标准（NY 147－1988）进行简化，以10mg样品代替了标准中的50mg样品，其所用的试剂也相应按比例减少。梅淑芳等［9］报道了农业部部标简易测定法，以梯度化AC的稻米样品进行简化测定方法的可靠性验证，并与部标标准测定值相比较，结果简易法测定值与标准法测定值成高度正相关（r＝0.999 6），2种方法测定值之间的绝对误差小于1.2%。与标准法相比较，简易法具有简单易操作、样品量少等优点。

1.2 双波长比色法

双波长比色法与单波长比色法相比，不同点在于分光光度计测定时选用了2个波长测定吸收值，因而可以同时测出直链淀粉和支链淀粉的含量。其原理是利用溶液中某溶质对2个波长的吸光度差值与溶质浓度成正比，测定吸光度差值，可消减两类淀粉吸收背景的相互影响，因此提高了测定的灵敏度和选择性。双波长法测定前需要绘制Am和Ap的标准曲线。

Zhu等［10］比较了双波长比色法与单波长比色法、差式扫描量热法、排阻色谱法测定2类淀粉含量的准确性，结果认为双波长比色法比较准确、且有应用价值。戴双等［11］用单波长法和双波长法测定小麦的AC，结果双波长法优于单波长法。范明顺等［12］以高粱为样品用双波长法测定2类淀粉含量，结果显示双波长法的重现性较好，相对标准偏差小于1%。双波长比色法可以有效地克服因长链Ap与碘形成的络合物其吸收光谱波长接近于Am－碘络合物的吸收波长，从而导致所测定的AC比真实值偏高的缺点，测定结果更为准确。双波长法可以同时获得总淀粉、Am和Ap含量3个指标，工作效率高，缺点是需同时制备2类淀粉的标准曲线。

1.3 多波长比色法

多波长比色法在比色时需测定3个或以上波长的吸收值。Wang等［13］报道可同时测定Am、Ap和总淀粉含量的三波长比色法，这一方法结果更精确，然而由于所用的波长数目多，结果计算公式非常复杂［14］。戴双等［11］对单波长法、双波长法和多波长法的比较表明，多波长法测定复杂、计算繁琐，认为双波长法更适于同时测定Am和Ap含量。

2 基于碘比色法衍生的检测方法

不仅仅是标准方法，常用的AC测定方法都是利用直链淀粉与碘形成络合物的呈色反应。随着科学技术的发展，在碘比色法的基础上，结合运用其他物理学或化学技术，创新而衍生出几种新的方法。

2.1 碘亲和力滴定法

碘亲和力滴定法是在测定过程中用电物理学滴定代替了光比色技术。该方法包括安培滴定法［15］和电位滴定法［16］，其原理是在碘与淀粉形成络合物期间电化学性质，如电位／电流可发生变化，测定这种变化，对照先前绘制的标准曲线，推算出与碘结合的淀粉量。

陈俊芳等［17］以稻米为材料，比较碘比色法和电位滴定法测定Am和Ap，结果电位滴定法直线回归方程的相关系数更加接近l，测定结果的稳定性、重复性更好。由此可见，电位滴定法具有简便、快速、准确的优点，采用多函数拟合绘制的工作曲线，获得的数据更精确、重复性更高。

2.2 横切浸染法

Agasimani等［18］报道了一种简单快速的单籽粒AC测定的新方法——横切侵染法。对低AC（10%～20%）、中AC（20%～25%）和高AC（＞25%）的3类样品，用刀片横切成熟的籽粒中部，在横切面上滴一定浓度的KI－I，淀粉与碘液发生染色反应，染色从中间向四周呈放射状扩散。这一扩散过程所需的时间因样品而不同，通过测定已知AC标准样品的碘浸染扩散所需时间，建立扩散时间与AC的计算表，可以估测出待测样的AC值。Agasimani等［18］以800个M2诱变分离群体做横切浸染试验，结果736个有相对稳定扩散时间，利用计算表估计出AC值；其余64个扩散时间不稳定性。进一步在4组中分别选取20个突变体，用CGD法估测其AC值，并以碘比色法为对照，结果表明2种方法的判定系数R2大于0.9，具有很好的相关性。CDG法简单快速、操作方便，不需昂贵的仪器，且另一半带胚部分还可以正常发芽，以备其他研究使用。

Avaro等［19］报道了用碘染色判断稻米AC的简易测定方法，其前面的步骤与标准法相近，不同的是省去了分光光度计比色这一步，而是用自制的比色卡来粗略判断AC值。王跃星等［20］报道了另一种与此方法原理相同的推测AC值范围研究，其采用磨粉糊化后进行简易碘蓝染色，根据染色程度推测稻米的AC值。文献［21－24］分别在马铃薯、豌豆、高粱、大麦的AC检测方面开发了基于碘比色法的简易测定法。

2.3 伴刀豆球蛋白法

伴刀豆球蛋白法（Concanavalin A Method，Con A Method）主要是利用支链淀粉可与Con A生成络合物，而直链淀粉不能与Con A生成络合物这一特性开发出来的一种新AC测定法。经脱脂处理的稻米粉溶液在特定的温度、pH值和离子强度下加入一定量的Con A，Con A与支链淀粉形成络合物，离心除去沉淀的络合物，加入α－淀粉酶／葡萄糖淀粉酶水解上清液中的直链淀粉形成葡萄糖；同时将另一份独立的脱脂米粉溶液样本，直接加α－淀粉酶／葡萄糖淀粉酶水解成葡萄糖。最后用碘比色法测定2份样品中葡萄糖的含量，计算出直链淀粉含量和总淀粉含量，差值为支链淀粉含量。该法最早由Yun等［25］和Matheson等［26］提出，后经Gibson等［27］对试验操作过程进行了改进。Gibson等［27］验证Con A法与碘比色法所测定值的相关系数达0.933，结果的相对标准差（RSD）小于5%，米粉样品则小于10%。

Con A法的优点是不需要校准曲线，准确性高，无需昂贵的仪器，无需预纯化过程，可以测定脱脂处理的米粉或纯淀粉样品。目前，市场上有商品化的试剂盒出售，如MEGAZYME直链淀粉试剂盒［28］。

2.4 自动分析检测法

自动分析检测法是基于碘比色法运用自动控制技术、信息技术、人工智能技术等研发的仪器分析检测代替了的人工操作与计算。自动分析检测仪是农作物品质鉴定的专用仪器。国外研究起步较早，已陆续推出有商业价值的一系列自动分析检测仪，如法国Alliance公司研制的FUTURA II全自动连续流动分析仪、荷兰SKALAR仪器公司的SKALAR SAN＋＋化学自动分析仪、瑞典Foss公司的FIAstar 5000型直链淀粉自动分析仪。这些仪器性能可靠、智能化程度高，但其价格相对比较昂贵。在国内，研制测定自动分析检测仪的工作相对较晚，张巧杰等［29］设计一种类似的仪器，并验证了其稳定性［30］，目前，已有中国农业大学研制的DPCZ－2型直链淀粉测定仪在商业化销售，其很好地结合了计算机技术和分光光度技术，可以用于小麦、玉米、大米等多种谷物的AC快速测定。刘卫国等［31］、倪小英等［32］分别比较了自动分析仪与国标法测的AC值结果，2种方法所得结果的相对标准偏差1.9%，表明自动分析检测法具有很好的可靠性和可重复性。目前这一技术主要在专业的检测机构使用。

3 基于理化特性的新检测方法

3.1 近红外光谱分析法

近红外光谱分析法（near infrared reflectance spectroscopy，NIRS）是近年兴起的一种定量分析技术，其最大的优点是无损检测。刘建学等［33］用近红外光谱对不同粒度、不同类型的大米进行检测，建立了稻米AC的检测模型，结果表明对精米样品检测值与化学分析值的相关系数高达0.95。陈峰等［34］，利用NIRS法和化学法测定54个水稻表观AC，2种方法的决定系数R2＝0.68。彭建等［35］也得到了类似的结果。

NIRS技术对禾谷类种子的无损检测具有开创性的意义，对农作物品质育种研究尤其重要，但NIRS测定之前需要建模，所建模的优劣直接决定了的测定结果的准确性，而且各机器间所建的模块不能相互通用，因此，需要耗费较大的人力和物力。

3.2 高光谱分析法

利用高光谱遥感技术测定或监测作物生化组分或品质是一项新近发展起来并在熟化中的新技术。利用作物的生化组分在0.4～2.4μm光谱内的光谱吸收有微弱差异，这些明显的特征可以直接进行生化组分的定量分析。刘芸等［36］用高光谱仪扫描籼稻、粳稻和杂交稻的米粉样品的反射光谱，经计算证实了原始光谱反射率和一阶导数光谱与米粉的粗蛋白质、粗淀粉和AC存在相关性，以相关系数较大的光谱变量建立AC的估算数学模型，其检验精度在82.5%～94.9%。薛利红等［37］测定不同生育期水稻冠层高光谱反射率与总淀粉和AC的相关性，结果它们之间存在显著或极显著的相关性，总淀粉含量在灌浆盛期的近红外波段达到了显著水平（r＞0.74）。谢晓金等［38］进一步测定并建立了粗蛋白含量和AC的监测模型，运用独立数据检验模型准确度为0.708～0.923。小西教夫等［39］也报道了遥感技术测定水稻蛋白质含量和淀粉含量的研究。

高光谱遥感技术在农作物的品质监测中具有明显的技术优势，它可以用来快速、低成本地检测稻米品质，发展与利用前景十分喜人。

3.3 快速黏度分析法

早期开发出Brabender黏滞淀粉谱仪可测定米粉黏滞淀粉谱，后经改良推出快速黏度分析仪（rapid viscosity analyzer，RVA），并于20世纪末引入稻米品质测定［40］。RVA可测定米糊的峰值黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值、消减值、回复值、峰值时间、起浆温度等特征值，这些特征值与稻米的外观品质、蒸煮品质和营养品质存在内在关联，因此，可以预测或判定稻米品质的优劣。

李刚等［43］测定了106份水稻的RVA谱的特征值与外观品质、蒸煮品质的相关性，结果崩解值和消减值与垩白米率的相关系数为－0.43和0.40，低AC品种及糯性品种的AC值与RVA谱特征值相关，其中糯性品种的相关系数达0.87～0.99。隋炯明等［42］分析了215水稻RVA谱特征值与品质的相关性，发现表观直链淀粉含量（ACC）与8项RVA谱特征值均呈现显著或极显著相关。胡培松等［41］利用此技术对稻米样品进行了测定，分析结果发现AC、GC与RVA谱的6个特征值相关最明显，相关系数在0.9以上。这些结果表明，利用RVA特征值与AC或AAC的存在关联性，利用线性回归定量分析模型可开发出AC预测模型。

利用RVA仪预测AC的方法有很大的技术优势，其样品用量少、测定时间短、可重复性高，而且可以预测垩白率、胶稠度、糊化温度等蒸煮品质，最终给出样品的食味评价。因此，应用的前景十分诱人，非常适合品种选育及大批量样品的快速测定。

4 基于分子基团特性的新检测方法

4.1 体积排阻色谱法

体积排阻色谱法（size exclusion chromatography，SEC）又叫凝胶渗透色谱法。其原理是利用Am的最小相对分子质量，一般在几万到几百万之间，Ap的相对分子质量最大，约在几百万到几亿之间，中间级分是介于Am和Ap之间的多糖成分。当淀粉在进入凝胶色谱后，会依据分子质量的不同，进入或不进入固定相凝胶的孔隙中，支链淀粉分子质量大不能进入凝胶孔隙的分子会很快随流动相洗脱，而能够进入凝胶孔隙的直链淀粉则需要更长时间的冲洗才能够流出固定相，从而实现对Am和Ap的分离。将淀粉样品通过体积排阻色谱柱，得到3个峰，分别代表Am、中间级分和Ap，根据色谱图面积推算出各种淀粉的含量。

蔡一霞等［44］用Sephadex G75层析柱分析了稻米中支链淀粉分枝链的链长分配，经分离获得的FrⅠ部分的链长的平均聚合度＞100 GU（glucose unite），FrⅡ部分的链长的平均聚合度为44～47 GU，FrⅢ部分的链长的平均聚合度为10～17 GU。Zhong等［45］采用二甲亚砜等复配溶剂溶解稻米淀粉，经体SEC－多角度激光光散射法，分析稻米总淀粉、直链淀粉和支链淀粉的均重分子质量（Mw），结果直链淀粉的Mw约3×106，支链淀粉为4×107～5×107。杨小雨等［46］建立了稻米支链淀粉链长相对分子质量布的HPSEC分析方法，并测定了稻米支链淀粉的相对分子质量分布，结果表明该方法数据可靠、重复性好、简单易行。体积排阻色谱法具有操作简单，速度快，效率高，准确度高，无污染，对中间级组分的定性定量研究也有一定的意义。

4.2 流场流分级法

场流分离技术（field flow fractionation，FFF）是一项可分离、提纯和收集流体中的悬浮物微粒的系列技术［47］。液相中的场流分级即流场流分级（flow field－flow fractionation，FlFFF）是将流体和外场协调作用，利用样品的质量、体积、扩散系数、电荷等物理特性上的差异实现分离，用分离物质的特异性质确定样品颗粒粒径及分布、分子质量。FlFFF技术与SEC技术原理相似。相比较而言，FlFFF技术对分离超高分子质量聚合物更具优点：1）能最大限度地减少大分子的降解或吸附；2）与SEC相比，FlFFF适用的分子质量范围更广；3）可以相对容易地调整流量、磁场强度等控制分离范围、分辨率和分析时间。

Kim等［48］报道FlFFF可以分离淀粉水溶液中的Am和Ap，且双程序FlFFF可更好地分离玉米淀粉中的Am和Ap。通过优化FlFFF技术可开发为分析淀粉和相似材料的新方法。如果需要准确测定Am和Ap的分子质量和流体动力学特性，可以将FlFFF与MALS技术在线耦合使用。

4.3 差示扫描量热法

差示扫描量热法（differential scanning calorimetry，DSC）测定AC的原理是：溶血磷脂酰胆碱的极性端基团与淀粉的螺旋形结构相互作用产生络合物，并且该络合物所形成的放热曲线与淀粉中AC成比例关系。目前使用的DSC设备都配置有自动取样装置，可进行自动分析，方法操作简单，应用便利。

Mestres等［49］报道了DSC法测定淀粉样品AC值，通过比较样品的焓与标样纯直链淀粉的焓（ΔH≈25 J／g），计算出样品的AC值，并认为该测定值较为准确可靠。Polaske等［50］对5种AC的玉米淀粉样品，分别采用DSC法和碘比色法测定AC值，结果表明2种方法测定值的相关系数达0.99，相关性很好。

表1 稻米直链淀粉测定方法比较

5 总结

随着人们对稻米品质的日益重视，国内与国际上都在不断地研发稻米蒸煮品质和食味品质的测定方法，不断地推出新颖、实用、简便的检测技术。其中，AC测定方法或技术的发展最引人注目，至今已开发的AC检测技术有14种之多，根据各方法的原理，可以大致归为4大类。表1归纳了这14中方法的基本情况，叙述了各种方法的原理与应用现状，比较了各方法之间的优缺点。

6 展望

纵观稻米AC测定方法与技术的发展史，可以发现有几个发展的节点与特点值得关注。如从单波长法发展到双波长比色法甚至多波长法，使测量准确性获得了显著地提高，但同时其操作程序也愈加复杂。横切浸染法不失为一种单粒稻米AC估测的快捷有效途径，且保留带胚的一半可以正常生长以备其他研究之用。近红外光谱分析法对稻米的无损检测是具有开创性意义，商业化应用也较为成熟。高光谱法作为一种快速、低成本检测稻米品质方法的可行性已得到试验验证，未来其在农作物的品质检测中将表现出强大的优势。RVA法在AC测定应用中的可行性已被证实，但其精确定量的应用还有待研究。体积排阻色谱法和流场流分级技术使得直链淀粉和支链淀粉的同步定量变得很简单，对淀粉中间级多糖定性定量分析也有一定的参考价值。可以预见，随着物理学、分析化学、信息技术、生化技术的日新月异地发展，AC检测的方法与技术也会得到不断地完善与改进，并将在稻米品质的分析与评价中发挥重要的作用。

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Status and Prospects for Determination for Amylose Content in Rice

Liu Shan1，2Wang Jianjun1，2FanXiaojuan2，3Wang Linyou2Zhang Lixia2（College of Chemistry and Life Sciences，Zhejiang Normal University1，Jinhua 321004）
（Institute of Crops and Nuclear Technology Utilization，Zhejiang Academy of Agricultural Sciences2，Hangzhou 310021）（School of Agricultural and Food Science，Zhejiang A＆F University3，Linan 311300）

Amylose content（AC）is one of important factors affecting the cooking quality and eating quality in rice.With the increasing demand of rice quality，to research and develope a fast，accurate and efficient determination of rice AC is essential for breeding and production of high－quality rice as well as identification and control of rice quality.In present paper，the evolution and development of determination methods of rice AC have been reviewed extensively.According to the physical and chemical characteristics of amylose and amylopectin，different methodswere grouped into fourmajor categories and fourteenmethods of determination.Each principles and applications of determinationmethodswere described；the advantages and disadvantages have been also discussed.Ultimately，it has prospected the future and applications of these AC determination methods in research of rice quality.

rice，amylose content，determination methods

TS232

A

1003－0174（2015）

浙江省重大专项（8812计划）（2012C12901－12），国家科技计划（2011BAD35B02－03）

2013－10－10

刘姗，女，1989年出生，硕士，粮油品质分析与测定

王建军，男，1965年出生，研究员，稻米品质控制与改良03－0140－07