酿酒用粮食中淀粉快速检测方法的研究与应用

袁士猛，于加乾，宋宁宇

（1. 长光思博光谱技术有限公司，吉林 长春 130102；2. 四川宜宾市粮油质量监测站，四川 宜宾 644000）

中国白酒的酿造历史悠久、工艺独特，气味芳香纯正、入口绵甜爽净，享誉中外。以高粱、玉米、小麦、大米及糯米等高淀粉含量的粮食为原料，经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、陈酿、勾兑等多道工序酿制而成。酒的酿造主要是在微生物的作用下，将粮食中的淀粉转化为酒精，粮食中淀粉含量的多少直接影响出酒率。现有国标方法GB 5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》检测速度慢、操作繁琐、对检验人员的经验要求较高等不足，不适合酿酒生产中的质量监控。因此，本文旨在建立一种酿酒用粮食中淀粉的快速检测方法，可以快速准确的检测酿酒用粮食的淀粉含量，以满足酿酒生产企业的品控需求。

目前在各类标准和文献中能够见到的测定淀粉含量的方法有酶水解滴定法[1]、酸水解滴定法[1]、DNS比色法[2]、近红外成分分析法[3]、酶解试剂盒测定法[4]、双波长分光光度法测定[5]、碘亲和力测定法[6]等。以上方法的原理和实验操作上不同程度存在线性回归和相关性不理想，操作繁复和工作效率低，测定结果精密度和重复性差的问题[7]。

针对上述问题，本方法进行了如下改进：1.样品前处理采用微波快速消解代替冷凝回流酸水解，加快淀粉水解速度和促进反应完全；2.样品检测采用快速检测仪代替人工微沸滴定。方法优势在于：可进行批量化快速检测；检测效率明显提高（35 min/批次）；操作规范易学；大大降低人为和系统误差；线性回归及相关性系数≥0.999 7；检测结果的精密度和重复性良好。

本文中用淀粉快速检测方法测定了酿酒用高粱、大米、玉米、糯米、小麦的淀粉含量，并将结果与国家标准GB 5009.9—2016的检测结果进行对比。

淀粉快速检测方法大幅度缩短了检测时间，可以很好地适用于酿酒生产。

1 材料与方法

1.1 实验材料

盐酸、氢氧化钠、乙酸铅、硫酸钠、石油醚、乙醚、无水乙醇、甲基红均为分析纯：国药集团；淀粉速测仪专用试剂：长春长光思博光谱技术有限公司；可溶性淀粉参考物质：纯度100%，欧盟药典，cas：9005-84-9。

CNS2300酿酒用粮食淀粉速测仪：长春长光思博光谱技术有限公司；锤式旋风磨：浙江伯利恒仪器设备有限公司；万分之一精度电子天平：梅特勒公司；恒温冷却水槽；微波消解仪；恒温水浴锅；回流装置；电炉。

1.2 实验方法

1.2.1 水分测定

按照国标方法GB/T5497—1985《粮食、油料检验 水分测定法》测定样品水分。

1.2.2 干基淀粉测定

称取0.1 g用锤式旋风磨粉碎至80目的粉末样品置于干燥洁净的消解罐中，向其中加入5.9 mL专用试剂 1，盖紧盖子进行消解，消解后在恒温冷却水槽中冷却。准确移取冷却后的消解溶液0.6 mL加入10 mL离心管中，向其中加入4.4 mL专用试剂 2，剧烈震荡混合均匀后用0.5 mL塑料吸管吸取在淀粉速测仪上进行检测。将检测值、水分值和样品编号同时输入到仪器中，经仪器计算得到样品的干基淀粉含量。

1.3 淀粉水解

将可溶性淀粉溶解于水中，配制成淀粉含量80%的溶液。

1.3.1 消解时间的影响研究

为缩短淀粉的水解时间，采用微波消解法代替国家标准[1]方法规定的酸水解法。取淀粉含量80%的溶液，采用不同的微波消解时间进行消解，并按照国标方法进行淀粉含量的测定。实验共设四组，第一组为对照组，采用国家标准[1]方法；其余三组为消解Ⅰ组、消解Ⅱ组、消解Ⅲ组，采用微波消解，消解功率设定为 1 000 W，消解时间分别是1、3、5 min，其余步骤按照国家标准[1]测定淀粉含量。

1.3.2 微波消解功率的影响研究

微波消解样品需要控制微波消解仪的微波输出功率，以达到最佳的消解效果。取淀粉含量80%的溶液，采用不同的微波消解功率进行消解，并按照国标方法测定淀粉含量。实验共设四组，第一组为对照组，采用国家标准[1]方法；其余三组为功率Ⅰ组、功率Ⅱ组、功率Ⅲ组，采用微波消解，消解功率分别为1 200、1 000、900 W，其余步骤按照国家标准[1]测定淀粉含量。

1.3.3 正交实验

设计正交实验对消解过程进行条件优化。消解条件分别考察不同的消解时间（1、3、5 min）和消解功率（1 200、1 000、900 W）对淀粉含量测定的影响。正交实验设计以国家标准[1]方法作为对照，依据单因素实验的结果，选取对淀粉含量测定影响较为显著的消解时间和消解功率2个因素进行 32正交实验设计，对消解条件进行优化。

表1 正交实验因素水平表

1.4 快速检测方法的重复性

采用淀粉快速检测方法，6次重复测定淀粉含量80%的溶液。

1.5 快速检测方法与国家标准的检测值比较

针对淀粉快速检测方法能否准确地测定酿酒用粮食（高粱、大米、玉米、糯米、小麦）的淀粉含量，进行了以下对比实验。

选取酿酒用高粱、玉米、大米、糯米和小麦样品各6份。用锤式旋风磨粉碎混匀后均分为两份。同时采用国家标准[1]方法和快速检测方法测定样品的淀粉含量。所得数据用于评价快速检测方法和国标方法的差异。

2 结果与分析

2.1 消解时间的确定

分析四组实验数据，考察采用不同消解时间的测定结果与采用国家标准[1]测定的结果之间是否存在显著性差异，并挑选最优的消解时间条件。

实验结果如表2所示，将四组数据进行单因素方差分析的结果为P=0.000<0.05，说明消解Ⅰ组和消解Ⅲ组与对照组存在显著性差异，即不同消解时间对淀粉含量的测定有影响。其中，消解Ⅱ组与对照组P=0.224>0.05，测定结果与对照组之间无显著差异，即当消解时间为3 min时，测定结果与国标法更为接近。

表2 不同消解时间消解处理后样品总淀粉含量

2.2 消解功率的确定

分析四组实验数据，考察采用不同消解功率的测定结果与采用国家标准[1]测定的结果之间是否存在显著性差异，并挑选最优的消解功率条件。

实验结果如表3所示，将四组数据进行单因素方差分析的结果为P= 0.000< 0.05，说明功率Ⅰ组和功率Ⅲ组与对照组存在显著性差异，即不同消解功率对淀粉含量的测定有影响。其中，功率Ⅱ组与对照组P= 0.224> 0.05，测定结果与对照组之间无显著差异，即当消解功率为1 000 W时，测定结果与国标法更为接近。

图1 在消解功率1 000 W条件下，不同消解时间检测淀粉含量的比较

图2 在相同消解时间条件下，不同消解功率检测淀粉含量的比较

表3 不同消解功率消解处理后样品总淀粉含量

2.3 消解条件的确定

由正交实验表4可知，影响的主次因素由大到小：B>A，即消解功率>消解时间。分析得到最佳组合为A2、B2，得到最佳的消解条件为：消解功率为1 000 W，消解时间为3 min。在此最佳的消解条件下，测定的淀粉含量最接近标准值。

表4 正交实验结果

2.4 工作曲线的绘制

将可溶性淀粉参考物质溶于水中，配制成不同淀粉含量的溶液（含量分别为50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、100%）。将这些溶液按照快速检测方法的操作步骤进行处理和检测，得到仪器检测值与对应的淀粉含量建立工作曲线。如图3所示。淀粉含量与检测值之间呈良好的线性关系，其回归方程为：y=6.267 9x+2.047 8（R2=0.999 7）。

图3 淀粉标准工作曲线

2.5 方法重复性验证

采用淀粉快速检测方法，6次重复测定淀粉含量80%的溶液。

按照GB/T 4889—2008[8]中7.1单总体方差或标准检验实施χ2分布检验，判断该方法重复性标准差是否符合国家标准[8]方法中规定的重复性要求；同时采用 6次测定的极差与国家标准[8]规定的重复性临界极差进行对照，考察该方法的重复性，分析结果见表5。

表5 淀粉快速检测方法重复性实验数据

对照国家标准规定的重复性临界极差。本次实验中重复性标准偏差s=0.144；在显著水平α=0.05 情况下，χ2=0.533<(5)=11.070 5；极差值0.38<重复性临界极差值1.77，说明快速检测方法的重复性标准差与极差符合国家标准[8]规定的重复性要求。

2.6 仪器稳定性评价

针对淀粉速测仪的稳定性，进行了以下稳定性评价实验。

连续12 h使用淀粉速测仪7次重复测定淀粉含量80%的溶液。按照GB/T 4889—2008[8]中7.1单总体方差或标准检验实施χ2分布检验，判断淀粉速测仪的稳定性是否符合国家标准[8]方法中规定的稳定性要求，分析结果见表6。

对照国家标准[8]规定的稳定性临界差值，连续12 h检测数据的标准偏差s=0.144；在显著性水平α=0.05 情况下，χ2=0.605<(6)=12.592；极差值0.38<稳定性临界极差值2.13，说明淀粉速测仪的稳定性标准差和极差均符合国家标准中规定的稳定性要求。

表6 淀粉速测仪测定稳定性实验数据

2.7 快速检测方法与国家标准方法的数据比对

快速检测方法测定酿酒用粮食（高粱、大米、玉米、糯米、小麦）的淀粉含量，每种粮食均采集6份进行检测，对比数据如下表7和图4。

表7 样品淀粉含量检测数据对比

图4 淀粉检测值偏差离散图

由表7和图4所示，快速法与国标法测定的淀粉含量进行T检验，td=0.996 8，查t分布表，t0.05,29=2.045，td=0.996 8

3 结论

在淀粉快速检测方法中，消解条件的确定是方法成功与否的关键，通过实验可知，消解功率的影响大于消解时间的影响。最佳的消解条件为消解功率1 000 W、消解时间3 min。

实验表明淀粉快速检测方法适用于检测高粱、大米、玉米、糯米、小麦样品的淀粉含量，单次检测时间仅为35 min，远低于GB 5009.9—2016的8 h，大幅度缩短了检测时间。同时，简化操作步骤减少人为误差，有效地提高了实验的准确性和重复性，测定结果准确可靠，可以满足酿酒企业生产过程中的品质控制。