基于荧光光谱技术的不同食用淀粉的快速区分

刘凯琪 乔 宇 刘俊杰 吕日琴* 蔡金鑫

（[1]滁州学院生物与食品工程学院 安徽·滁州 239000；[2]安徽盼盼食品有限公司 安徽·滁州 239000）

0 引言

食用淀粉的定义是以谷类、薯类、豆类以及各种可食用植物为原料,通过物理方法提取且未经改性的淀粉,或者在淀粉分子上未引入新化学基团且未改变淀粉分子中的糖苷键类型的变性淀粉。不同食用淀粉具有不同的理化性质和品质差异，工业需求需要对不同食用淀粉进行一个快速区分从而提高生产效率。

目前，用于分析淀粉种类的方法主要有感官评价法、化学分析法、光学检验法等，这些方法均具有局限性。荧光光谱具有灵敏性强、选择性高，快速无损等特点。淀粉由直链淀粉、支链淀粉、直链淀粉与支链淀粉的分子中间体组成，支链淀粉和直链淀粉的含量和结构在淀粉功能特性中起重要作用。国家食品质量安全监督检验中心开展的“食用淀粉种类的扫描电镜和同位素比质谱法鉴别技术研究”，运用扫描电镜技术，对24种不同植物来源的食用淀粉颗粒的超微形貌特征进行了分析，建立了不同种类食用淀粉的定性分析方法。Zou等利用近红外光谱法结合C-SVM及 -SVM方法对淀粉种类进行无损判别。

本研究通过采集不同种类的三维荧光光谱数据，分析不同种类淀粉的荧光物质强度，区分不同种类的食用淀粉，为食用淀粉种类的判别提供理论依据和技术支持。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Cary Eclipse荧光分光光度计（美国瓦里安有限公司)；本实验一共食用8种食用淀粉，如表1所示。

表1：8种不同食用淀粉

1.2 方法

1.2.1 食用淀粉的预处理

每份取出约150g，将其分成均匀的3份，放置在由A4纸折叠成的约25cm深的方盒中，轻微抖动使淀粉表面相对平滑整齐，待荧光分光光度计采集三维荧光光谱数据及理化性质，其他7种食用淀粉处理方法同上。

1.2.2 三维荧光光谱数据的采集

1.3 数据处理

利用MATLAB进行数据处理并作图。

图1：两种谷类食用淀粉的三维荧光光谱图

2 不同食用淀粉的三维荧光光谱分析

在不同种类的豆类淀粉中直链淀粉含量、糊化温度不同，根据温度的变化溶解度和膨胀度也有很大差异。不同种类的谷类淀粉糊化温度也不尽相同，一般来说食用淀粉中直链淀粉含量大的淀粉它形成凝胶的能力就越大，而且形成的凝胶强度也越大。薯类淀粉中直链淀粉含量、水分含量等理化性质也不同。在食用淀粉中小麦淀粉的溶解度较低，玉米淀粉稍高与小麦淀粉，不同的温度淀粉具有不同的溶解度。小麦淀粉、玉米淀粉和红薯淀粉的粒度种内差别较小。

2.1 谷类淀粉的三维荧光光谱分析

2.2 薯类淀粉的三维荧光光谱

2.3 豆类淀粉的三维荧光光谱分析

3 二维荧光光谱分析

图2：淀粉的二维荧光光谱图

分析粮食类淀粉，宝鼎小麦淀粉的扫描结果中出现3个特征峰值，在激发波长Ex=200nm时出现了第一个响应值，峰值为171，在激发波长Ex=275nm时出现了第二个响应值，峰值为31，在激发波长Ex=325nm时出现了第三个响应值，峰值为32。展艺玉米淀粉在扫描结果中出现了两个响应值，在激发波长Ex=200nm时出现第一个响应值，峰值为176。在激发波长Ex=325nm时扫描得到第二个响应值，峰值为71。对比两种食用淀粉的二维荧光光谱图，展艺玉米在激发波长Ex=200nm时的峰值略大于宝鼎小麦淀粉，但在激发波长Ex=275nm时宝鼎小麦淀粉出现了响应值，展艺玉米淀粉没有明显的特征响应值，在激发波长Ex=325nm时展艺玉米淀粉的峰值高于宝鼎小麦淀粉。通过分析展艺玉米淀粉和宝鼎小麦淀粉的二维荧光光图，可以更直观的分析这两种淀粉在不同激发波长下的响应值差异。

分析薯类淀粉，新良木薯淀粉的二维荧光光谱图中有两个明显的特征响应值，在激发波长Ex=200nm时，出现了第一个响应值，峰值为317。在激发波长Ex=325nm时出现第二个响应值，峰值为86。风车马铃薯淀粉的二维荧光光谱图中也出现两个明显的特征响应值，在激发波长Ex=200nm时出现第一个响应值，峰值为209，在激发波长Ex=375nm时出现第二个响应值，峰值为57。睦坝红薯淀粉的二维荧光光谱图中也出现两个明显的特征响应值，在激发波长Ex=200nm时出现第一个响应值，峰值为191，在激发波长Ex=335nm时出现第二个响应值，峰值为143。从三种薯类淀粉的二维荧光光谱图可知，在激发波长Ex=200nm时，新良木薯淀粉的响应值最大，风车马铃薯淀粉的响应值其次，为209，最次为睦坝红薯淀粉，响应值为191。睦坝红薯淀粉和新良木薯淀粉在激发波长Ex=325nm时有明显特征的响应值，而风车马铃薯淀粉在激发波长Ex=325nm时没有明显的响应值，睦坝红薯淀粉在波长Ex=375nm时有较为明显的响应值。

分析豆类淀粉，粉粉世家蚕豆淀粉的二维荧光光谱图中有四个明显的特征响应值，在激发波长Ex=200nm时，出现了第一个响应值，峰值为354。在激发波长Ex=225nm时出现第二个响应值，峰值为341，在激发波长Ex=275nm时出现第三个响应值，峰值为119，在激发波长Ex=325nm时出现第二个响应值，峰值为93。蜜丹儿豌豆淀粉的二维荧光光谱图中有三个明显的特征响应值，在激发波长Ex=200nm时，出现了第一个响应值，峰值为184。在激发波长Ex=225nm时出现第二个响应值，峰值为190，在激发波长Ex=270nm时出现第三个响应值，峰值为85。蜜丹儿绿豆淀粉的二维荧光光谱图中有两个明显的特征响应值，在激发波长Ex=200nm时，出现了第一个响应值，峰值为163。在激发波长Ex=275nm时出现第二个响应值，峰值为39，平均峰值顺序是：粉粉世家蚕豆淀粉、蜜丹儿豌豆淀粉、蜜丹儿绿豆淀粉。

4 结论