我国小米优势产区特色品种淀粉含量与组成的差异分析

刘雪梅，潘少香，闫新焕，吴茂玉，王文昌，张青青，相光明，宋 烨*

（1.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014；2.山东省食品药品检验研究院，山东济南 250101）

谷子（Setaria itaticaBeauv），禾本科狗尾草属，亦称为“粟”，原产于中国北方黄河流域，是具有8 700 多年种植历史的传统作物[1]。小米为谷子脱壳后的产物，一般为圆形或者卵圆形，因其颗粒较小（粒径约1～2 mm）[2]，故得名“小米”。我国是世界上最大的小米生产国，产量占世界总产量的80%[3]，国家统计局最新数据显示，2020 年我国稻谷播种面积为3×107hm2，产量为2.12 亿t。小米在我国广泛种植，据农业农村部的统计数据显示，我国小米主产区为东北（辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古东部）、华北（内蒙古赤峰和呼和浩特、山西大同、河北张家口、河北承德等地）和西北（陕西、宁夏等省）地区，形成了我国小米的优势产区，也涌现出了很多特色品牌。但各产区不同品种、品牌小米同质化现象严重，质量特征不凸出，导致品牌强农战略难以实施。

淀粉是小米储备的碳水化合物中的主要物质，由直链淀粉（amylose，Am）和支链淀粉（amylopection，Ap）两大主要成分组成，其分子结构、理化特性等有很大差异。支链淀粉的外链长短和分布决定了淀粉老化的速度，支链淀粉的结晶化也是淀粉在储存过程中硬度长期变化的主要原因[4]。山药[5]、小麦[6]等作物的抗性淀粉含量与直链淀粉的含量呈显著正相关，小米的淀粉含量、直链淀粉和支链淀粉组成比例直接影响小米食用和加工品质。目前开发的直链淀粉、支链淀粉的检测技术主要有碘比色法、单波长比色法、双波长比色法、差式扫描量热法、排阻色谱法等。Williams 等[7]最先提出利用碘比色法测定稻米直链淀粉含量，但该方法中碘在碱性溶液中不稳定，结果的重现性较差。Zhu 等[8]比较了双波长比色法与单波长比色法、差式扫描量热法、排阻色谱法测定两类淀粉含量的准确性，结果认为双波长比色法测定结果比较准确，且具有应用价值。应用双波长比色法测定玉米[9]、马铃薯[10]、山药[11]中直链淀粉、支链淀粉的实践和优化结果表明，不同来源的样品在样品处理、测定波长等方面存在明显的差别。

因此，亟需建立双波长测定小米直链淀粉、支链淀粉的测定方法，分析我国优势产区特色品种小米的淀粉含量与组成差异，对了解小米淀粉加工特性，挖掘优势产区特色品种小米的品牌核心质量特征与差异化品质特色，推动特色小米质量与品牌建设，促进小米和小米淀粉的深加工具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小米，均由原产地购买，样品具体信息见表1。

表1 不同产地小米样品来源信息Table 1 Source information of millet samples from different producing areas

直链淀粉标准品（CAS 号：9005-82-7）、支链淀粉标准品（CAS 号：9037-22-3），购于美国Sigma 公司。

氢氧化钠、乙酸铅，天津市大茂化学试剂厂；硫酸钠，天津科密欧化学试剂有限公司；石油醚（60～90 ℃）、无水乙醇，天津市富宇精细化工有限公司；乙醚，烟台远东精选化工有限公司；甲基红、盐酸，国药集团化学试剂有限公司；以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

ME204E/02 分析天平（精度0.000 1 g），梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；TU-1810 紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；HHS-21-8 恒温水浴锅，上海博讯实业有限公司；Milli-Q 超纯水系统，德国默克密理博有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 双波长法同时测定直链淀粉和支链淀粉方法的建立

（1）直链、支链淀粉测定波长的确定

参照鲜食山药直链淀粉、支链淀粉含量测定方法[11]。

（2）直链、支链淀粉标准曲线的绘制

称取直链、支链淀粉标准品0.100 0 g 于100 mL 容量瓶中，加入0.5 mol/L KOH 溶液10 mL，热水浴溶解后用蒸馏水定容至100 mL，配制成浓度为1.0 mg/mL 的标准溶液。

直链淀粉标准曲线：吸取1.0 mg/mL 直链淀粉标准溶液0.3、0.5、0.7、0.9、1.1 mL 于50 mL 容量瓶中，加入30 mL 蒸馏水，以0.1 mol/L HCl 溶液调整pH 至3.5，加入0.5 mL 碘试剂，并用蒸馏水定容。静置20 min，以蒸馏水为空白，1 cm 比色皿，测定510 nm（λ1）、535 nm（λ3）波长下的吸光度Aλ1、Aλ3，计算ΔA值=Aλ1-Aλ3，以ΔA值为纵坐标，直链淀粉含量（μg/mL）为横坐标，绘制双波长直链淀粉标准曲线。

支链淀粉标准曲线：吸取1.0 mg/mL 支链淀粉标准溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL 于50 mL 容量瓶中，以下操作同直链淀粉。在610 nm（λ2）、700 nm（λ4）两个波长下测定Aλ2、Aλ4，得ΔA值=Aλ2-Aλ4，以ΔA值为纵坐标，支链淀粉含量（μg/mL）为横坐标，绘制双波长支链淀粉标准曲线。

（3）小米中直链、支链淀粉含量的测定

准确称取样品0.200 0 g，置于100 mL 容量瓶中，加入0.5 mol/L KOH 溶液10 mL，沸水浴中加热10 min，取出，用蒸馏水定容至100 mL。静置，吸取5.0 mL 样品液2份，分别加30 mL 蒸馏水，以0.1 mol/L HCl 溶液调整pH至3.5，样品中加入0.5 mL 碘试剂，空白液不加碘试剂，定容。静置20 min，以样品空白液为对照，用1 cm 比色杯，分别测定λ1、λ2、λ3、λ4下的吸光度A。直链淀粉、支链淀粉含量计算公式见式（1）、（2）。

式中，X1为查双波长直链淀粉标准曲线得到的样品液中直链淀粉含量，μg/mL；X2为查双波长支链淀粉标准曲线得到的样品液中支链淀粉含量，μg/mL；m为样品质量，g。

1.3.2 与国标方法精密度的比较

与现行国家标准《GB 5009.9—2016 食品安全国家标准食品中淀粉的测定》[12]第二法酸水解法进行精密度的比较。

1.4 不同优势产区特色品种小米直链淀粉、支链淀粉含量的差异分析

从我国东北、华北、西北的小米优势产区中选取山东、河北、山西、陕西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江8 个省份的14 个地市，购买了‘广灵小米’‘晋谷21 号’‘沁州黄’‘黄金苗’等15 个特色小米品种，应用双波长比色法测定其直链淀粉、支链淀粉含量，并做差异性分析。

1.5 数据处理与分析

数据采用DPS 9.5 进行方差分析，并做邓肯氏多重比较。

2 结果与分析

2.1 双波长法测定直链淀粉、支链淀粉含量

2.1.1 测定波长的确定

采用作图法确定双波长法测定小米中直链淀粉、直链淀粉含量的参比波长和测定波长。如图1（见下页）所示，直链淀粉和支链淀粉的最大吸收波长分别是610 nm和510 nm，为避免被测物浓度对吸收曲线的影响，在直链淀粉和支链淀粉曲线的线性范围内分别选择535 nm和700 nm 作为参比波长，即直链淀粉的测定波长为λ2、λ3，支链淀粉的测定波长为λ1、λ4。

图1 直链淀粉和支链淀粉的扫描图谱Fig.1 The scanning map of amylose and amylopectin

2.1.2 标准曲线及线性范围

如图2、3（见下页）所示，直链淀粉的标准曲线方程为y=0.002 7x+0.000 2，R2=0.999 3，线性范围为6～22 μg/mL；支链淀粉的标准曲线方程为y=0.000 1x+0.002 4，R2=0.999 6，线性范围为20～100 μg/mL。

图2 直链淀粉标准曲线Fig.2 Standard curve of amylose

图3 支链淀粉标准曲线Fig.3 Standard curve of amylopectin

2.1.3 方法精密度

以‘龙山小米’为原料，进行精密度试验，对同一样品重复测定6 次，结果见表2。由表可知，直链淀粉、支链淀粉测定的相对标准偏差分别为0.11%、0.09%，试验方法重复性好，且准确、可靠。

表2 直链淀粉、支链淀粉精密度试验结果Table 2 Precision test results of amylose and amylopectin

2.1.4 添加回收率试验

在‘龙山小米’样品处理溶液中加入不同量的直链淀粉、支链淀粉标准溶液，测定结果见表3。由表可知，在本试验条件下，双波长法测定小米中直链淀粉、支链淀粉的添加回收率分别为97.0%～97.8%、97.0%～99.0%。

表3 直链淀粉、支链淀粉回收率试验结果Table 3 Recovery test results of amylose and amylopectin

2.2 与现行国标方法的比较

通过双波长法测定得到的直链淀粉、支链淀粉含量之和即为小米的总淀粉含量，为验证该方法的准确性，采用现行的国家标准《GB 5009.9—2016 食品安全国家标准食品中淀粉的测定》[12]的第二法酸水解法，对小米的淀粉含量进行测定，并与之进行精密度比较。

由表4 可知，两种方法所得淀粉含量分别为72.16 g/100 g（酸水解法）、72.88 g/100 g（双波长法），两种方法的精密度均为0.99%，符合现行国家标准对淀粉含量测定的精密度要求（＜10%）。因此，双波长法测定淀粉含量的结果与国标法基本一致，证明双波长法用于测定小米淀粉含量是准确、可行的。

表4 不同方法测定淀粉含量的结果比较Table 4 Comparision of different methods on starch content determination

2.3 不同优势产区特色品种小米直链淀粉、支链淀粉含量的差异分析

谷物中的直链淀粉含量是影响米饭适口性的重要因素。虽然较低的直链淀粉含量可在一定程度上使稻米食味变佳，但稻米直链淀粉含量并非越低越好，直链淀粉含量过低，煮成的米饭就会太黏、味淡、食味差。一般水稻品种要具备优良的食味，其直链淀粉含量应中等适宜。Juliano[13]按照直链淀粉（AC）含量将小米品种分为3 类：低AC 品种（＜25%）、中低AC 品种（25%～35%）、高AC品种（＞35%），发现淀粉黏滞谱（RVA 谱）表现较优的小米品种的直链淀粉含量基本在25%～35%之间。

对‘广灵小米’‘晋谷21 号’‘沁州黄’‘黄金苗’等15个特色品种小米的直链淀粉、支链淀粉及淀粉含量进行测定，并做方差分析与邓肯氏多重比较，结果见表5。不同品种小米的淀粉含量和组成有显著性差异。淀粉含量为58.66%～78.85%，以‘黄小米’（山东莒县）最高，‘山地小米’（陕西延安）最低。以直链淀粉含量来看，‘黄小米’（山东莒县）、苯谷子（河北邯郸）、‘龙谷’（黑龙江大庆）、‘晋谷21 号’（山西晋城）、‘黄金苗’（内蒙古赤峰）、‘红谷’（河北承德）、‘龙山小米’（山东章丘）、‘沁州黄’（山西沁县）、‘黄金苗’（辽宁朝阳）的直链淀粉含量为25%～35%，属于中低AC 品种，其余6 个品种直链淀粉含量在16%～25%），其中，以‘乾安黄’（吉林乾安）的直链淀粉含量最低，为16.95 g/100 g。

表5 不同优势产区15 个特色品种小米直链淀粉、支链淀粉及淀粉总量的比较Table 5 Comparison of amylose,amylopectin and starch contents of 15 varieties from different advantageous areas

由此，初步分析‘黄小米’（山东莒县）、‘龙山小米’等9 个品种直链淀粉含量较为适宜，食味品质可能更佳，但仍需后期结合蒸煮后小米粥的气味、色泽、状态、滋味、口感等感官特性及稠度、凝聚力、黏性等质构特性，进行食味品质的综合评价。

3 结论

建立了双波长法测定小米中直链淀粉、支链淀粉含量的方法，直链淀粉、支链淀粉的线性范围分别为0～22 μg/mL、0～100 μg/mL；添加回收率分别为97.0%～97.8%、97.2%～99.0%；方法重现性较好。此法可同时测定得出淀粉含量，经过与国标方法的比较，证明本法在淀粉含量测定上也是准确、可行的。

对15 个特色品种小米的淀粉含量及组成进行方差分析与邓肯氏多重比较发现，淀粉含量在58.66%～78.85%，以‘黄小米’（山东莒县）最高，‘山地小米’（陕西延安）最低。15 个特色品种小米均符合NY/T 5932—2002《食用稻品种品质》对粳稻品质1、2 级标准要求。其中，‘黄小米’（山东莒县）、‘苯谷子’（河北邯郸）、‘龙谷’（黑龙江大庆）、‘晋谷21 号’（山西晋城）、‘黄金苗’（内蒙古赤峰）、‘红谷’（河北承德）、‘龙山小米’（山东章丘）、‘沁州黄’（山西沁县）、‘黄金苗’（辽宁朝阳）等9 个品种小米的直链淀粉含量较为适宜，食味品质可能更佳，但仍需结合蒸煮后小米粥的感官特性、质构特性，进行食味品质的综合评价。