大米中直链淀粉快速检测方法的研究与应用

2020-11-05袁士猛闵国春

中国粮油学报 2020年10期

袁士猛闵国春袁建王晴

(长春长光思博光谱技术有限公司1，长春 130102)(辽宁省粮油检验监测所2，沈阳 110032)(南京财经大学3，南京 210023)(浙江伯利恒仪器设备有限公司4，台州 318010)

大米是我国最主要的主食，其主要成分是淀粉。淀粉分为直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉随着大米品种的不同在大米淀粉中所占比例有很大差别。糯米几乎不含有直链淀粉；粳米的直链淀粉含量较低，只有少数品种的粳稻的直链淀粉含量稍高；而籼米的直链淀粉含量则是总体偏高，少数偏低[1]。

大米中直链淀粉含量影响着大米的晶体结构、糊化作用、热力学性能、老化(回生)特性等淀粉功能特征，对稻米品质起着决定性的作用[2-5]，因此对大米及其米制品的口感控制、原料采购、加工工艺设计等工业生产品控环节具有重要意义。直链淀粉本身也有着多样的性能和用途，比如直链淀粉具凝胶性、良好的成模性、质构调整，以及促进营养素吸收等功能，而被广泛地应用于食品、医疗、建筑、环保、纺织和包装等领域中[6-10]。所以，准确测定直链淀粉含量对大米及米制品加工具有重要的意义。

测定直链淀粉含量的方法较多，常见的有电位滴定法[11，12]，碘比色法[13]；如应用于薯类、高粱、马铃薯等经济作物的直链淀粉含量测定的单波长比色法[14]与双波长比色法[15，16]，另外也有研究应用近红外光谱分析法[17]、伴刀豆球蛋白法[18]等方法测定直链淀粉含量。

比色法是经典的测定直链淀粉含量的方法，很多国家均采用该类方法作为国家标准方法。我国现行测定直链淀粉含量的标准方法GB/T 15683—2008[13]即为比色法。

GB/T 15683—2008规定的测定方法检测时间较长，部分实验步骤不易操作，需要自行提纯马铃薯直链淀粉和人工挑选糯性大米，工作曲线的建立和实验的重复性与再现性较差。为缩短检测大米直链淀粉含量的时间，有效地减少操作过程中的人为误差，本研究建立利用直链淀粉速测仪测定大米直链淀粉含量的快速检测方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 试剂

甲醇、95%乙醇溶液，均为分析纯；1.0 mol/L氢氧化钠溶液、直链淀粉速测仪专用显色试剂。

1.1.2 实验材料

超声波脱脂与平衡水分实验的样品：随机选取20份直链淀粉含量在15%～25%范围内的大米样品；

直链淀粉速测仪性能评价实验的样品：支链淀粉选用蜡质糯米，纯度100%(挑选去除非糯性大米)，粉碎至80～100目；马铃薯直链淀粉(sigma公司)，CAS：9005-82-7。

快速法比较实验样品：随机采集黑龙江、吉林、辽宁、江苏、江西、湖南、四川等省当年新鲜的粳米和籼米样品40份。

1.1.3 参考物质

已知直链淀粉含量的参考物质：坛墨质检(北化恒信-国家标准物质中心)购入的有证标准参考物质，编号BCR®-467。

1.2 实验仪器

CNS2100直链淀粉速测仪，0.5 mm筛片的旋风磨，KQ5200型数控超声波清洗器，恒温干燥箱；索氏提取器，铝盒，脱脂袋等。

1.3 实验方法

1.3.1 超声波脱脂

称取0.5 g样品置于滤纸袋内，将滤纸袋放入装有150 mL甲醇的250 mL广口瓶中，置于超声波清洗器内， 50 ℃进行超声波处理。超声Ⅰ组、超声Ⅱ组、超声Ⅲ组超声时间分别是30、50、70 min。超声后将滤纸袋取出，按照国家标准[13]的要求平衡水分后继续进行其余操作。

1.3.2 水分平衡

取出用索氏提取器脱脂回流后的样品，自然晾干30 min，使甲醇挥发近干，然后将样品转移至铝盒，置于恒温干燥箱中105 ℃烘干。烘干Ⅰ组、烘干Ⅱ组、烘干Ⅲ组，分别烘干60、80、100 min，并在干燥器中冷却30 min。随后按照国家标准[13]要求进行其余操作。

1.3.3 直链淀粉速测仪内置曲线的制作

直链淀粉速测仪内置的标准曲线是利用已知大米直链淀粉含量的参考物质绘制的。首先测定不同浓度参考物质的吸光度值，然后以吸光度值为纵坐标，直链淀粉含量为横坐标绘制曲线。

1.4 直链淀粉速测仪性能的评价

按照国家标准[13]要求准备测试样品。选取糯米支链淀粉与马铃薯直链淀粉，进行脱脂和平衡水分。测试用样品共9组，由糯米支链淀粉与马铃薯直链淀粉两者混合配制，其中马铃薯直链淀粉质量分数分别为14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%。

1.4.1 准确性

用两台直链淀粉速测仪，按照仪器操作方法测定直链淀粉质量分数在14%～30%参考物质配制样品，两次测定均值作为测试结果。

1.4.2 重复性

采用一台直链淀粉速测仪，6次重复测定直链淀粉含量在20%左右的样品。

1.4.3 稳定性

采用一台直链淀粉速测仪，对直链淀粉含量在20%左右的样品每小时测定一次，连续测定12 h。

1.5 快速测定法测定值同国家标准测定值的比较

将40份大米样品，同时采用国家标准方法[13]和快速检测方法测定样品直链淀粉含量。快速检测方法的操作步骤如下：

用0.5 mm筛片的旋风磨将大米粉碎成粉末；称取0.5 g粉末样品，置于定性滤纸袋中；将滤纸袋放入预先装有150 mL甲醇的250 mL广口瓶中；再将广口瓶放到超声波清洗器中50 ℃，超声提取50 min后取出，放在通风处；甲醇挥发至近干后，在恒温干燥箱内105 ℃烘干80 min，取出后立即放入干燥器中冷却30 min。

称取100 mg干燥后的样品于100 mL容量瓶中，小心加入95 %乙醇1.0 mL与1.0 mol/L 的氢氧化钠溶液9.0 mL，轻轻摇匀；将容量瓶放在恒温水浴锅中，沸水浴加热10 min；取出容量瓶冷却至室温，蒸馏水定容，剧烈振摇混匀30 s，制成试样分散液。

向比色管中加入100 μL直链淀粉速测仪专用显色试剂，摇匀，加入约10 mL蒸馏水，摇匀，加入1.0 mL试样分散液，加蒸馏水定容至20 mL刻度处，缓慢摇匀，静置10 min，制成显色溶液。

将装有蒸馏水的比色皿放入直链淀粉速测仪中进行空白测试，调零。然后，测定显色溶液，在显示屏上直接读取吸光度值和直链淀粉含量。

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

按照国家标准方法，由马铃薯直链淀粉标准物质与糯米混合制得不同直链淀粉含量的样品，使用快速检测方法进行检测，建立标准曲线。如图1所示。直链淀粉含量与仪器吸光度呈良好的线性关系，其回归方程为：y=0.028 1x-0.046 1(R2=0.999 6)，说明使用该方法能得到良好的线性关系。

图1 直链淀粉标准工作曲线

2.2 超声波脱脂时间的确定

利用直链淀粉速测仪测定大米样品时，其样品脱脂采用超声波脱脂替代国家标准[13]方法规定的索氏提取器脱脂法。将20份大米样品，采用不同的脱脂方法与脱脂时间对样品进行脱脂，并测定直链淀粉含量。实验共设四组，第一组为对照组，采用国家标准[13]方法测定直链淀粉含量；其余三组为超声Ⅰ组、超声Ⅱ组、超声Ⅲ组，均利用超声波清洗器进行超声波脱脂，按照国家标准[13]测定样品直链淀粉含量。

实验结果如表1所示，将四组数据进行单因素方差分析，考察采用不同的超声波脱脂条件处理样品后测定的结果与采用国家标准[13]测定的结果之间是否存在显著性差异。P=0.02 1<0.05，各组之间差异显著。其中，超声Ⅰ组与对照组，差异显著，超声Ⅱ组和超声Ⅲ组与对照组无显著差异，但是，超声Ⅱ组的平均值与对照组更为接近，而且该组的超声时间较短。所以，选定超声Ⅱ组的处理条件作为超声波脱脂的条件，如图2所示，即水温50 ℃，时间50 min。

2.3 平衡水分方法的改进

选取20份大米样品，按照国家标准[13]方法脱脂后，采用不同的平衡水分方法与平衡时间对脱脂后样品进行平衡水分，并测定直链淀粉含量。实验共分四组，第一组为对照组，采用国家标准[13]方法测定样品的直链淀粉含量；其余三组为烘干Ⅰ组、烘干Ⅱ组、烘干Ⅲ组，使用恒温干燥箱烘干脱脂后的样品，烘干时间分别是60、80、100 min，其余操作都按照国家标准[13]执行。

将测定结果进行单因素方差分析，考察烘干样品对样品测定结果的影响并挑选出适合的烘干条件，结果见表2。P=0.206 >0.05，测定结果之间无显著差异，即采用恒温干燥箱烘干样品并不会影响直链淀粉含量的测定结果。但是，由于对照组平均值与烘干组平均值的差值最小的是烘干Ⅱ组，所以选择烘干Ⅱ组的烘干条件，如图3所示，即105 ℃，烘干80 min作为平衡水分的条件。

表1 不同方案脱脂处理后样品直链淀粉含量

注：1为对照组；2为超声Ⅰ组 50 ℃,30 min；3为超声Ⅱ组 50 ℃,50 min；4为超声Ⅲ组50 ℃,70 min。图2 在50 ℃条件下，不同超声时间处理样品的直链淀粉质量分数

表2 不同方案平衡水分后样品直链淀粉含量

注：1为对照组；2为烘干Ⅰ组 105 ℃,60 min；3为烘干Ⅱ组 105 ℃,80 min；4为烘干Ⅲ组 105 ℃,100 min。图3 在105 ℃条件下，不同烘干时间处理样品的直链淀粉质量分数

2.4 直链淀粉速测仪性能的评价

利用已知直链淀粉含量的参考物质绘制直链淀粉速测仪内置曲线，可免去国家标准[13]中规定的标准曲线的绘制，减少了工作量与操作误差，提高了检测效率。

2.4.1 准确性

准确性测定结果见表3、表4。采用测定值与配制值进行配对T检验，考察验证仪器测定结果与配制结果之间是否存在显著性差异，仪器1：td=0.40，查t分布表，t0.05,8=2.306，td=0.40

表3 直链淀粉测定仪器1准确性

表4 直链淀粉测定仪器2准确性

2.4.2 重复性

按照GB/T 4889—2008[19]中7.1单总体方差或标准检验实施χ2分布检验，判断该方法重复性测定标准差是否超过国家标准[13]方法中规定的重复性要求，同时采用6次测定极差与现有国家标准规定的6次测定重复性临界极差进行对照，考察该方法的重复性。测定结果见表5。

表5 直链淀粉测定重复性

2.4.3 稳定性

仪器稳定性测定结果见表6。依据国家标准[13]规定而计算出在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差不得超过1.27，13次测定的重复性临界差值2.13，国家规定的重复性标准差sr=0.454，显著性水平α=0.05情况下，极差=1.04<重复性临界极差=2.13，说明该方法测定的稳定性标准差和极差均没有超过国家标准[13]中规定的重复性要求。