采用FCF染色法测定粮食破碎率

任 强，姜 平，张来林，李兴军（.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州45000；2.国家粮食局科学研究院，北京00037）

采用FCF染色法测定粮食破碎率

任 强1，2，姜 平2，+，张来林1，李兴军2，*
（1.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州450001；2.国家粮食局科学研究院，北京100037）

根据染色剂快绿FCF与粮粒破碎部分能够形成蓝色复合物，该复合物溶于稀NaOH溶液，本研究采用比色方法定量了OD610与粮食破碎率之间的关系。建立了FCF染色法测定玉米、小麦及糙米破碎率方法，对5～20 g样品用体积为样品质量克数2倍的0.1%FCF染料染色20 min后，用蒸馏水冲洗直到水显示无色，再用体积为样品质量克数2倍的0.01 mol·L-1NaOH溶液洗脱样品30 min，对洗脱液采用紫外分光光度计测定OD610。整个操作在1 h内完成。该方法检测玉米、小麦及糙米破碎率范围分别在40%、20%及60%以上，但是不适合大米和大豆破碎率检测。OD610（y）与破碎率（x）之间的线性方程对玉米、小麦及糙米代表品种分别为y=0.034x+0.316、y=0.071x+0.204、y=0.049x+0.206，相关系数高于0.998。

粮食破碎，快绿FCF，小麦，玉米，糙米

粮食破碎率是反映粮食品质的一项重要指标。我国粮食质量指标中规定［1-3］，1、2、3、4、5级玉米中不完善粒分别不能超过4%、6%、8%、10%、15%。1～2、3～4、5级小麦中不完善粒分别不能超过6%、8%、10%。籼稻谷（粳稻谷）1、2、3、4、5级整精米率分别不低于50%（61%）、47%（58%）、44%（55%）、41%（52%）、38%（49%）。不完善粒包括了破碎粒、热损伤粒、虫蚀粒等。粮粒破碎率越高，直接使粮食质量等级下降，在粮食运输和储藏当中，其易发生脂肪过氧化，品质劣变［4-5］；入仓时还会出现严重的自动分级现象，不利于储藏管理［6］；破碎的粮粒吸湿性强，易于引起发热和遭受害虫及霉菌的侵袭，使粮食储藏的稳定性显著降低，货架期变短［7］。高含量的破碎粒及杂质大大增加了粉尘的爆炸发生率［7］；干燥过程限制气流，粮仓通风过程气流不均匀，且裂纹破碎粮出粉率低［8］。因此在粮食干燥、储藏及处理环节非常重视裂纹及破碎机理研究。

从田间到最终利用，玉米收获、干燥、储藏及处理环节，籽粒受到物理胁迫的力包括压缩、撞击、剪切及摩擦力，其中撞击力是玉米籽粒破碎的主要贡献者［7］。玉米应力裂纹与破碎敏感性相关，单粒应力裂纹数越多，玉米受力破碎的可能性就越大，破碎敏感性值就越高［9］。裂纹率可使用裂纹灯、史泰恩破碎敏感性仪（Stein breakage tester）及离心式破碎敏感性仪进行检测［9-10］。Brooker等［11］在《谷物油料干燥和储藏》专著中提到Chowdhury等［12］采用快绿FCF染料检测玉米籽粒破碎率，将10 g玉米样品完全浸泡在0.1% 的FCF染料中30 s，接着用自来水冲洗30 s除去种皮染料，然后样品在0.01 mol·L-1NaOH溶液漂白30 min后测定OD610。但是，他们没有深入研究玉米品种及其含水率对吸光度的影响。

国内对粮粒裂纹及破碎率测定方法与设备研究较少。我国国标GB/T 16714-2007连续式粮食干燥机规定［13］，用测稻谷爆腰的裂纹灯方法测玉米裂纹时，方法不够统一规范。研究粮食流通和储藏环节破碎机理与检测方法，对减少粮食收获后损失具有重要意义［14］。本研究根据粮粒破碎部分与快绿（FCF）染色剂形成复合物，采用稀碱液溶解这种复合物，并在紫外可见分光光度计上进行定量分析，以期建立我国主要粮食种类小麦、玉米、稻谷（糙米）破碎率的定量检测方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

本研究采用的粮食样品：玉米品种包括郑单958（含水率11.1%）、先玉335（11.2%）、中糯（10.0%）、唐抗（10.4%）；小麦品种包括陇塬（11.3%）、漯麦8号（11.9%）、运旱618（12.1%）、周麦（12.2%）；大米品种包括福优838（14.8%）、普通大米（14.3%）、成都籼米（14.5%）、泰国大米（14.0%）、东北香米（14.1%）、双辽粳米（15.1%）；糙米品种包括准两优（10.9%）、中加早（10.4%）、龙洋（12.4%）、镇稻99（12.4%）；大豆品种包括中黄（9.9%）、商县1号（7.6%）、澄豆（7.9%）。为了观察调质对大米和糙米裂纹和破碎的影响，将正常含水率的大米（福优838、普通大米）和低水分准两优糙米样品，加水调至含水率15%～33%的梯度样品，在4℃平衡2周，每天混匀1次。

AL204-IC型万分之一天平 梅特勒生物科技有限公司；TU-1900-紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；DHG-9040A电热恒温鼓风干燥箱 杭州蓝天仪器厂；JLGJ4.5型检验砻谷机，精米机 浙江台州市粮仪厂；50 m圆底离心管 上海化科实验器材有限公司；快氯FCF染料 Sigma公司；NaOH、冰醋酸 分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 样品含水率测定 采用105℃恒重法（GB 5497-1985）。

1.2.2 染色方法

1.2.2.1 染色液标准曲线的绘制 采用0.01 mol·L-1NaOH配制0、0.5、1、2、3、4、5、6、7 mg·L-1的FCF染料。对6 mg·L-1的FCF染色液，在紫外可见分光光度计400～800 nm进行波长扫描。然后在其最大吸光值610 nm处测定并建立不同浓度FCF染色液与吸光度之间的标准曲线方程。

1.2.2.2 粮食样品染色液波长扫描 对郑单玉米沿着籽粒长轴，对镇稻99糙米、漯麦8号沿着籽粒宽度用刀片切成两半，将20 g切碎部分与80 g完整粒混合，即破碎率20%。以破碎率20%的这3个粮食品种5 g为试样，用0.1%FCF染料10 mL染色20 min，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再用0.01 mol·L-1NaOH洗脱液10 mL洗脱30 min，对洗脱液在450～900 nm进行波长扫描。

1.2.2.3 玉米样品最佳染色液浓度确定 采用0.01 mol·L-1NaOH配制0、0.05%、0.125%、0.3%、0.5% FCF染料。以破碎率20%和30%的郑单玉米5 g为试样，采用不同浓度的FCF染料10 mL染色20 min后，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再用0.01 mol·L-1NaOH溶液10 mL洗脱30 min，测定D610。

1.2.2.4 最佳染色时间确定 以破碎率20%郑单玉米5 g为试样，采用0.1%FCF染料10 mL，分别染色0、2、5、10、20、30 min后，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再用0.01 mol·L-1NaOH溶液10 mL洗脱30 min，测定D610。

1.2.2.5 最佳洗脱液浓度 以破碎率20%郑单玉米5 g为试样，0.1%FCF染料10 mL染色20 min，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再分别用0、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5 mol·L-1NaOH溶液10 mL洗脱30 min，测定D610。

1.2.2.6 最佳洗脱液体积 以破碎率20%郑单玉米5 g为试样，0.1%FCF染料10 mL染色20 min，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再分别采用0.01 mol·L-1NaOH洗脱液3、5、10、15、20 mL洗脱30 min，测定D610。

1.2.2.7 最佳洗脱时间 以破碎率20%郑单玉米5 g为试样，0.1%FCF染料10 mL染色20 min，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再0.01 mol·L-1NaOH洗脱液10 mL洗脱0、10、20、30、60、90 min，对洗脱液测定D610。

1.2.2.8 供试样品克数确定 以破碎率20%的郑单玉米、镇稻99糙米、漯麦8号为样品，各取0、5、10、15、20、25、30 g，用体积为质量克数2倍的0.1%FCF染料染色20 min，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再用体积为质量克数2倍的0.01 mol·L-1NaOH洗脱液洗脱30 min，对洗脱液测定D610。

1.2.2.9 样品破碎率测定 将玉米、糙米、小麦、大豆、大米样品分别装在纱布袋中，用金属铝块打碎后，与完整籽粒以一定百分比混合，各取20 g，0.1% FCF染料40 mL染色时间20 min，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再0.01 mol·L-1NaOH洗脱液40 mL洗脱30 min，对洗脱液测定D610。对玉米（郑单）、小麦（陇塬）及糙米（镇稻99）代表品种，拟合OD610（y）与破碎率（x）之间的线性方程。以OD610值不超过1为准，测定其破碎率。

1.3 数据处理

采用随机区组实验设计，同一数据三个平行测定，数据以平均值±标准差表示。LSD test中同一列不相同字母表示样品之间差异显著（p＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 染色液标准曲线的建立

图1 波长和浓度对染色液吸光度的影响Fig.1 Effect of wavelength and dye（fast green FCF）concentration on the absorbency

从图1（A）看出，对6 mg·L-1FCF染色液进行波长扫描，在610 nm有最大吸收值。在1～7 mg·L-1FCF浓度范围内，以610 nm处吸光度（蓝色深度）为纵坐标，以FCF浓度（X）为横坐标，建立FCF染色液的标准曲线方程为y=0.123x+0.001，R2=0.999（图1B）。以破碎率20%的郑单玉米、镇稻99糙米、漯麦8号各5 g样品，用0.1%FCF染料10 mL染色20 min，用蒸馏水冲洗直至水呈现无色，再用0.01 mol·L-1NaOH洗脱液10 mL洗脱30 min，对洗脱液在450～900 nm进行波长扫描，最大吸收尖峰在610 nm（图1C）。

2.2 玉米样品最佳染色液浓度和时间确定

从图2（A）看出，对破碎率分别为20%、30%的5 g郑单玉米样品，在0.01%～0.125%FCF浓度范围内，OD610急剧增加。本研究取0.1%FCF浓度。以0.1%FCF浓度染色破碎率20%的郑单玉米，当染色时间20 min时 OD610最大（图2B）。

图2 染色液浓度和染色时间对郑单玉米样品吸光度的影响Fig.2 Effect of dye concentration and soaking time on the absorbency of bleaching solution from“Zhengdan”shelled corn

2.3 玉米样品洗脱液浓度、体积及时间确定

从图3（A）看出，以0.1%FCF染料10 mL染色破碎率20%的5 g郑单玉米20 min后，用稀NaOH溶液洗脱，在NaOH溶液0.005～0.1 mol·L-1浓度范围内OD610显著急剧增加（p＜0.01），之后在0.1～0.5 mol·L-1浓度范围，OD610显著降低（p＜0.01）。OD610随洗脱液NaOH浓度的变化呈现类似正态分布，考虑线性递增范围本研究取洗脱液NaOH浓度0.01 mol·L-1。图3（B）显示，OD610在洗脱体积3～10 mL范围内线性减少（p＜0.01），而在10～20 mL范围内减少变缓。图3（C）显示OD610在洗脱时间0～90 min范围持续显著增加（p＜0.01），考虑线性递增范围10～30min均可，由于测定样品数多，可以延长到30min。本研究取洗脱时间30 min。对5 g试样，洗脱液NaOH浓度取0.01 mol·L-1，洗脱体积20 mL，洗脱时间30 min。

2.4 试样质量确定

由于样品籽粒之间个体、破碎面积差异，造成测试结果有偏差，于是扩大样品用量来消除这种偏差。破碎率20%的郑单玉米在试样5～30 g范围内OD610差异不显著，但是对随机取样，当试样质量从5 g增加到30 g，OD610值在20 g时趋于最大（图4A）。对破碎率20%的镇稻99糙米试样，在5～30 g试样范围，20 g试样对应的OD610值最大（图4B）。20%破碎率的漯麦试样在5～30 g范围OD610值大于1，且显著增加；测定液稀释5倍后在5～20 g范围OD610值增加不显著（图4C）。因此，依据样品籽粒大小及破碎面积，玉米、小麦、糙米取样5～20 g，如果FCF染料洗脱液OD610值超过1，可以稀释后进行测定。

图3 玉米样品洗脱液浓度、时间及体积Fig.3 Effect of the concentration，washing time，and volume of bleaching solution on the absorbency of“Zhengdan”shelled corn

2.5 玉米破碎率测定

图5（A）是郑单玉米破碎率与OD610之间的关系，在低于破碎率40%范围内，随着破碎率增加，OD值几乎线性增加（p＜0.01），相关系数为0.998。将唐抗、中糯、先玉玉米品种采用打碎方法破碎后，准备不同水平的破碎率。在一定破碎率水平，这三个玉米品种的OD610测定值之间有差异。它们的OD610值随着籽粒破碎率增加而显著地增加（图5B）。对唐抗、中糯及先玉玉米品种同时检测破碎率，以OD610值不超过1为准，该方法能够测定这三个玉米品种的破碎率分别达到100%、80%、40%。

2.6 大米和糙米破碎率测定

对正常含水率的大米样品和挑选的完整粒20 g，以0.1%FCF染料40 mL染色大米样品20 min后，用0.01 mol·L-1NaOH洗脱溶液40 mL洗脱30 min，吸光度均大于1，而且米粒染蓝色较深。表1中，对调质的水分梯度系列福优838和普通大米样品，随着含水率增加，碎米率及OD610呈现先降低后增加的趋势，OD610大于1.4。对准两优品种糙米，随着含水率增加，碎米率有小浮动变化，但是OD610低于0.24，试样染色较浅。因此认为FCF染色方法适合糙米破碎率检测，不适合大米样品。图6是糙米破损率与OD610之间的关系。在低于60%破碎率范围内，随着破碎率增加，镇稻99糙米OD610值呈现线性增加（p＜0.01），相关系数为0.999（图6A）。对准两优、中加早及龙洋品种，该方法能够检测到破碎率分别达到100%、80%、60%（图6B）。

图4 试样质量克数确定Fig.4 Effect of sample grams on the absorbency of test grain samples

2.7 小麦破碎率测定

从图7（A）看出，随着陇塬小麦品种破碎率从0%增加到20%，OD610显著增加（p＜0.01），相关系数为0.998。对运旱618、周麦及漯麦8号，该方法能够检测到破碎率分别达到20%左右（图7B）。

2.8 FCF染色法测定主要粮食破碎率的图像证据

在植物组织水平，在碱性条件下，FCF对完整粒的糙米（龙洋）、小麦（漯麦8号）、玉米（郑单）种皮几乎不染成蓝色，而对它们破碎部分的断裂面全部染成了蓝色，即FCF能够与谷物断裂面形成蓝色复合物。FCF将一部分大豆（中黄）的种皮染成深蓝色，但是对豆瓣内部断裂面染色较浅，豆瓣仍然显示黄色。可能在于大豆含油量高，油滴阻碍FCF与大豆种子断裂面的生化成分形成复合物；FCF方法不适合大豆破碎率检测。

图5 玉米品种破碎率检测Fig.5 Results of breakage percent of shelled corn samples

表1 调质大米和糙米样品破碎率及OD610Table1 The relationship between breakage percent and OD610in milled rice and brown rice samples

FCF对大米（成都籼米、双辽粳米、泰国大米、东北香米）完整粒及破碎粒均能够染成蓝色，且清晰地显示了大米裂纹情况。FCF不适合大米破损率检测。总之，FCF染色法适合糙米、小麦及玉米破碎率检测，而不适合大米和大豆破碎率检测。

3 结论与讨论

本研究表明，快绿（FCF）染色剂与玉米、糙米、小麦籽粒破碎部分形成的复合物能够用稀碱液溶解，并进行定量测定。Chowdhury等［12，15］采用此原理检测玉米籽粒破碎情况，将10 g玉米样品完全浸泡在0.1% 的FCF染料中30 s，接着用自来水冲洗30 s除去种皮染料，然后样品在0.01 mol·L-1NaOH溶液漂白30 min后测定OD610，但他们没有深入分析玉米品种及含水

图6 糙米品种破碎率检测Fig.6 The relationship between breakage percent and absorbency of bleaching solution from brown rice samples

图7 小麦破碎率检测Fig.7 The relationship between breakage percent and absorbency of bleaching solution from wheat samples

率对吸光度的影响，也未对其他粮食种类建立通用方法。本研究尝试采用此原理检测我国主要粮食种类的破碎率，并建立了通用方法。FCF染色法能够检测正常含水率玉米、小麦及糙米样品破碎率各40%、20%、60%以上，而不适合大米和大豆破碎率测定。具体方法是，5～20 g样品以体积为样品质量克数二倍的0.1%FCF染色20 min后，倒去染色液，样品用蒸馏水立即冲洗直到水呈现无色，然后以体积为样品质量克数二倍的0.01 mol L-1NaOH溶液洗脱样品30 min，对洗脱液采用紫外分光光度计测定OD610。OD610值大小受籽粒破碎面积所影响，在一定破碎率范围内，OD610与破碎率之间呈现线性关系。此方法能够区分品种之间的差异。深入研究是探讨FCF染料与粮粒内何种生化成分形成蓝色复合物。并结合生产实际，对不同类型玉米、稻谷、小麦品种及其含水率、不同储藏年限、不同库区的粮食取样进行测定，建立小麦、稻谷（糙米）及玉米FCF染色后吸光度与破碎粒（等级）之间的关系。

［1］国家粮食局标准质量中心，北京国家粮食质量监督中心，河南省粮食局等.GB 1351-2008小麦［S］.2008-01-01.

［2］国家粮食局标准质量中心，吉林省粮食局，辽宁省粮食局等.GB 1353-2009玉米［S］.2009-03-28.

［3］国家粮食局标准质量中心，湖北省粮食局，江苏省粮食局等.GB 1350-2009稻谷［S］.2009-03-28.

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［15］Chowdhury MH，Buchele WF.Colorimetric determination of grain damage［C］.St Joseph，MI：ASAE，1975：ASAE Paper No.75-1538.

Biochemical method for evaluation of grain damage with fast green FCF dye

REN Qiang1，2，JIANG Ping2，+，ZHANG Lai-lin1，LI Xing-jun2，*
（1.College of Grain，Oil and Food，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China；2.Academy of the State Administration of Grains，Beijing 100037，China）

The complexes between Fast Green FCF dye and the damaged part of a grain were vivid，and were soluble in sodium hydroxide solution.The study established a biochemical method for evaluation of grain damage by FCF dye.Five to twenty grams of samples were soaked for 20 min by 10 to 40 mL of 0.1%FCF dye dissolved in 0.01 mol·L-1NaOH solution，then the samples were rinsed off by distilled water till no blue color in washed water，finally the samples were bleached in 10 to 40 mL of 0.01 mol·L-1NaOH for 30 min in order to recover the complexes formed between FCF dye and the damaged part of grain.The bleaching solution was used to determine absorbency in 610 nm.This protocol was carried out within 1 hour for determination of grain damage.The damaged rates for shelled corn，brown rice，and wheat were respectively detected by this method over the range of 40%，60%and 20%，but it can't be used to detect the breakage percent of milled rice and soybean.The linear equations of between OD610（y）and sample breakage percent（x）for shelled corn，wheat，and brown rice were y=0.034x+0.316，y=0.071x+0.204，y=0.049x+0.206 and，respectively，with determined coefficient higher than 0.998.

grain damage；fast green FCF；wheat；shelled corn；brown rice

TS210.7

A

1002-0306（2016）02-0049-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.001

2015-03-19 +同为第一作者

任强（1990-），男，硕士研究生，研究方向：粮食储藏与食品工程，E-mail：renqiang1990@126.com。

姜平（1987-），女，硕士，实习研究员，研究方向：粮食生化与多糖工程，E-mail：jingping2552@163.com。

*通讯作者：李兴军（1971-），男，博士，副研究员，研究方向：粮食生化与多糖工程，E-mail：lixingjun888@aliyun.com。

粮食公益性行业科技专项（201313001-03）。