大米中直鏈淀粉快速檢測方法的研究與應用

袁士猛 閔國春 袁 建 王 晴

(長春長光思博光譜技術有限公司1，長春 130102)(遼寧省糧油檢驗監測所2，沈陽 110032)(南京財經大學3，南京 210023)(浙江伯利恒儀器設備有限公司4，臺州 318010)

大米是我國最主要的主食，其主要成分是淀粉。淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉隨著大米品種的不同在大米淀粉中所占比例有很大差別。糯米幾乎不含有直鏈淀粉；粳米的直鏈淀粉含量較低，只有少數品種的粳稻的直鏈淀粉含量稍高；而秈米的直鏈淀粉含量則是總體偏高，少數偏低[1]。

大米中直鏈淀粉含量影響著大米的晶體結構、糊化作用、熱力學性能、老化(回生)特性等淀粉功能特征，對稻米品質起著決定性的作用[2-5]，因此對大米及其米制品的口感控制、原料采購、加工工藝設計等工業生產品控環節具有重要意義。直鏈淀粉本身也有著多樣的性能和用途，比如直鏈淀粉具凝膠性、良好的成模性、質構調整，以及促進營養素吸收等功能，而被廣泛地應用于食品、醫療、建筑、環保、紡織和包裝等領域中[6-10]。所以，準確測定直鏈淀粉含量對大米及米制品加工具有重要的意義。

測定直鏈淀粉含量的方法較多，常見的有電位滴定法[11，12]，碘比色法[13]；如應用于薯類、高粱、馬鈴薯等經濟作物的直鏈淀粉含量測定的單波長比色法[14]與雙波長比色法[15，16]，另外也有研究應用近紅外光譜分析法[17]、伴刀豆球蛋白法[18]等方法測定直鏈淀粉含量。

比色法是經典的測定直鏈淀粉含量的方法，很多國家均采用該類方法作為國家標準方法。我國現行測定直鏈淀粉含量的標準方法GB/T 15683—2008[13]即為比色法。

GB/T 15683—2008規定的測定方法檢測時間較長，部分實驗步驟不易操作，需要自行提純馬鈴薯直鏈淀粉和人工挑選糯性大米，工作曲線的建立和實驗的重復性與再現性較差。為縮短檢測大米直鏈淀粉含量的時間，有效地減少操作過程中的人為誤差，本研究建立利用直鏈淀粉速測儀測定大米直鏈淀粉含量的快速檢測方法。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 試劑

甲醇、95%乙醇溶液，均為分析純；1.0 mol/L氫氧化鈉溶液、直鏈淀粉速測儀專用顯色試劑。

1.1.2 實驗材料

超聲波脫脂與平衡水分實驗的樣品：隨機選取20份直鏈淀粉含量在15%～25%范圍內的大米樣品；

直鏈淀粉速測儀性能評價實驗的樣品：支鏈淀粉選用蠟質糯米，純度100%(挑選去除非糯性大米)，粉碎至80～100目；馬鈴薯直鏈淀粉(sigma公司)，CAS：9005-82-7。

快速法比較實驗樣品：隨機采集黑龍江、吉林、遼寧、江蘇、江西、湖南、四川等省當年新鮮的粳米和秈米樣品40份。

1.1.3 參考物質

已知直鏈淀粉含量的參考物質：壇墨質檢(北化恒信-國家標準物質中心)購入的有證標準參考物質，編號BCR?-467。

1.2 實驗儀器

CNS2100直鏈淀粉速測儀，0.5 mm篩片的旋風磨，KQ5200型數控超聲波清洗器，恒溫干燥箱；索氏提取器，鋁盒，脫脂袋等。

1.3 實驗方法

1.3.1 超聲波脫脂

稱取0.5 g樣品置于濾紙袋內，將濾紙袋放入裝有150 mL甲醇的250 mL廣口瓶中，置于超聲波清洗器內， 50 ℃進行超聲波處理。超聲Ⅰ組、超聲Ⅱ組、超聲Ⅲ組超聲時間分別是30、50、70 min。超聲后將濾紙袋取出，按照國家標準[13]的要求平衡水分后繼續進行其余操作。

1.3.2 水分平衡

取出用索氏提取器脫脂回流后的樣品，自然晾干30 min，使甲醇揮發近干，然后將樣品轉移至鋁盒，置于恒溫干燥箱中105 ℃烘干。烘干Ⅰ組、烘干Ⅱ組、烘干Ⅲ組，分別烘干60、80、100 min，并在干燥器中冷卻30 min。隨后按照國家標準[13]要求進行其余操作。

1.3.3 直鏈淀粉速測儀內置曲線的制作

直鏈淀粉速測儀內置的標準曲線是利用已知大米直鏈淀粉含量的參考物質繪制的。首先測定不同濃度參考物質的吸光度值，然后以吸光度值為縱坐標，直鏈淀粉含量為橫坐標繪制曲線。

1.4 直鏈淀粉速測儀性能的評價

按照國家標準[13]要求準備測試樣品。選取糯米支鏈淀粉與馬鈴薯直鏈淀粉，進行脫脂和平衡水分。測試用樣品共9組，由糯米支鏈淀粉與馬鈴薯直鏈淀粉兩者混合配制，其中馬鈴薯直鏈淀粉質量分數分別為14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%。

1.4.1 準確性

用兩臺直鏈淀粉速測儀，按照儀器操作方法測定直鏈淀粉質量分數在14%～30%參考物質配制樣品，兩次測定均值作為測試結果。

1.4.2 重復性

采用一臺直鏈淀粉速測儀，6次重復測定直鏈淀粉含量在20%左右的樣品。

1.4.3 穩定性

采用一臺直鏈淀粉速測儀，對直鏈淀粉含量在20%左右的樣品每小時測定一次，連續測定12 h。

1.5 快速測定法測定值同國家標準測定值的比較

將40份大米樣品，同時采用國家標準方法[13]和快速檢測方法測定樣品直鏈淀粉含量。快速檢測方法的操作步驟如下：

用0.5 mm篩片的旋風磨將大米粉碎成粉末；稱取0.5 g粉末樣品，置于定性濾紙袋中；將濾紙袋放入預先裝有150 mL甲醇的250 mL廣口瓶中；再將廣口瓶放到超聲波清洗器中50 ℃，超聲提取50 min后取出，放在通風處；甲醇揮發至近干后，在恒溫干燥箱內105 ℃烘干80 min，取出后立即放入干燥器中冷卻30 min。

稱取100 mg干燥后的樣品于100 mL容量瓶中，小心加入95 %乙醇1.0 mL與1.0 mol/L 的氫氧化鈉溶液9.0 mL，輕輕搖勻；將容量瓶放在恒溫水浴鍋中，沸水浴加熱10 min；取出容量瓶冷卻至室溫，蒸餾水定容，劇烈振搖混勻30 s，制成試樣分散液。

向比色管中加入100 μL直鏈淀粉速測儀專用顯色試劑，搖勻，加入約10 mL蒸餾水，搖勻，加入1.0 mL試樣分散液，加蒸餾水定容至20 mL刻度處，緩慢搖勻，靜置10 min，制成顯色溶液。

將裝有蒸餾水的比色皿放入直鏈淀粉速測儀中進行空白測試，調零。然后，測定顯色溶液，在顯示屏上直接讀取吸光度值和直鏈淀粉含量。

2 結果與分析

2.1 標準曲線的繪制

按照國家標準方法，由馬鈴薯直鏈淀粉標準物質與糯米混合制得不同直鏈淀粉含量的樣品，使用快速檢測方法進行檢測，建立標準曲線。如圖1所示。直鏈淀粉含量與儀器吸光度呈良好的線性關系，其回歸方程為：y=0.028 1x-0.046 1(R2=0.999 6)，說明使用該方法能得到良好的線性關系。

圖1 直鏈淀粉標準工作曲線

2.2 超聲波脫脂時間的確定

利用直鏈淀粉速測儀測定大米樣品時，其樣品脫脂采用超聲波脫脂替代國家標準[13]方法規定的索氏提取器脫脂法。將20份大米樣品，采用不同的脫脂方法與脫脂時間對樣品進行脫脂，并測定直鏈淀粉含量。實驗共設四組，第一組為對照組，采用國家標準[13]方法測定直鏈淀粉含量；其余三組為超聲Ⅰ組、超聲Ⅱ組、超聲Ⅲ組，均利用超聲波清洗器進行超聲波脫脂，按照國家標準[13]測定樣品直鏈淀粉含量。

實驗結果如表1所示，將四組數據進行單因素方差分析，考察采用不同的超聲波脫脂條件處理樣品后測定的結果與采用國家標準[13]測定的結果之間是否存在顯著性差異。P=0.02 1<0.05，各組之間差異顯著。其中，超聲Ⅰ組與對照組，差異顯著，超聲Ⅱ組和超聲Ⅲ組與對照組無顯著差異，但是，超聲Ⅱ組的平均值與對照組更為接近，而且該組的超聲時間較短。所以，選定超聲Ⅱ組的處理條件作為超聲波脫脂的條件，如圖2所示，即水溫50 ℃，時間50 min。

2.3 平衡水分方法的改進

選取20份大米樣品，按照國家標準[13]方法脫脂后，采用不同的平衡水分方法與平衡時間對脫脂后樣品進行平衡水分，并測定直鏈淀粉含量。實驗共分四組，第一組為對照組，采用國家標準[13]方法測定樣品的直鏈淀粉含量；其余三組為烘干Ⅰ組、烘干Ⅱ組、烘干Ⅲ組，使用恒溫干燥箱烘干脫脂后的樣品，烘干時間分別是60、80、100 min，其余操作都按照國家標準[13]執行。

將測定結果進行單因素方差分析，考察烘干樣品對樣品測定結果的影響并挑選出適合的烘干條件，結果見表2。P=0.206 >0.05，測定結果之間無顯著差異，即采用恒溫干燥箱烘干樣品并不會影響直鏈淀粉含量的測定結果。但是，由于對照組平均值與烘干組平均值的差值最小的是烘干Ⅱ組，所以選擇烘干Ⅱ組的烘干條件，如圖3所示，即105 ℃，烘干80 min作為平衡水分的條件。

表1 不同方案脫脂處理后樣品直鏈淀粉含量

注：1為對照組；2為超聲Ⅰ組 50 ℃,30 min；3為超聲Ⅱ組 50 ℃,50 min；4為超聲Ⅲ組50 ℃,70 min。圖2 在50 ℃條件下，不同超聲時間處理樣品的直鏈淀粉質量分數

表2 不同方案平衡水分后樣品直鏈淀粉含量

注：1為對照組；2為烘干Ⅰ組 105 ℃,60 min；3為烘干Ⅱ組 105 ℃,80 min；4為烘干Ⅲ組 105 ℃,100 min。圖3 在105 ℃條件下，不同烘干時間處理樣品的直鏈淀粉質量分數

2.4 直鏈淀粉速測儀性能的評價

利用已知直鏈淀粉含量的參考物質繪制直鏈淀粉速測儀內置曲線，可免去國家標準[13]中規定的標準曲線的繪制，減少了工作量與操作誤差，提高了檢測效率。

2.4.1 準確性

準確性測定結果見表3、表4。采用測定值與配制值進行配對T檢驗，考察驗證儀器測定結果與配制結果之間是否存在顯著性差異，儀器1：td=0.40，查t分布表，t0.05,8=2.306，td=0.40

表3 直鏈淀粉測定儀器1準確性

表4 直鏈淀粉測定儀器2準確性

2.4.2 重復性

按照GB/T 4889—2008[19]中7.1單總體方差或標準檢驗實施χ2分布檢驗，判斷該方法重復性測定標準差是否超過國家標準[13]方法中規定的重復性要求，同時采用6次測定極差與現有國家標準規定的6次測定重復性臨界極差進行對照，考察該方法的重復性。測定結果見表5。

表5 直鏈淀粉測定重復性

2.4.3 穩定性

儀器穩定性測定結果見表6。依據國家標準[13]規定而計算出在重復性條件下獲得的兩次獨立測定結果的絕對差不得超過1.27，13次測定的重復性臨界差值2.13，國家規定的重復性標準差sr=0.454，顯著性水平α=0.05情況下，極差=1.04<重復性臨界極差=2.13，說明該方法測定的穩定性標準差和極差均沒有超過國家標準[13]中規定的重復性要求。

表6 直鏈淀粉測定穩定性

2.5 快速測定法同國家標準的測定值比較

為了驗證快速測定法能夠準確測定大米直鏈淀粉含量，同時用快速測定法和國家標準[13]方法測定大米樣品的直鏈淀粉含量，測定結果進行配對T檢驗，結果見圖4和表7。td=0.40，查t分布表，t0.05,39=2.023 0，td=0.40

圖4 直鏈淀粉檢測值偏差離散圖

表7 直鏈淀粉速測儀測定值與GB/T 15683—2008測定值對比

續表7

3 結論

直鏈淀粉快速檢測方法可以成功地檢測大米直鏈淀粉含量，單次檢測時間僅為3 h，遠低于GB/T 15683—2008的3 d，大幅度地縮短了實驗時間。同時，減少了人為誤差，有效地提高了實驗的準確性和重復性，最大限度保證測定過程快速、測定結果準確可靠，能夠滿足實際檢測工作的需要。