周文超，李強(qiáng)雙，曹龍奎,2,*

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319）

我國(guó)不同地區(qū)特色品種小米淀粉性質(zhì)

周文超1，李強(qiáng)雙1，曹龍奎1,2,*

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319）

選取10個(gè)不同地區(qū)、品種的特色小米作為研究對(duì)象，采用0.2 g/100 mL的NaOH溶液與1 g/100 mL的十二烷基硫酸鈉溶液復(fù)合法提取小米淀粉，并對(duì)其基本成分、顆粒形態(tài)、黏度、透光率、溶解度和膨脹度等進(jìn)行研究。結(jié)果表明：小米淀粉的直鏈淀粉含量為12.10%，平均粒徑為6.49 ?m，糊化溫度為68.9～72.3 ℃。不同地區(qū)、品種的小米淀粉的直鏈淀粉、溶解度、峰值黏度、崩解值和老化值存在較大差異。

小米；淀粉；理化特性

小米，谷類，原產(chǎn)中國(guó)，含有豐富的維生素和礦質(zhì)元素，具有滋陰養(yǎng)血的功能，增強(qiáng)人體免疫力、催乳補(bǔ)身之功能[1]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)小米的研究主要集中于育種、營(yíng)養(yǎng)特性等方面，對(duì)小米淀粉全面的研究卻很少有報(bào)道，缺乏對(duì)小米淀粉理化特性的系統(tǒng)研究[2]。小米含淀粉約50%～60%[3]，淀粉是進(jìn)一步加工利用的基礎(chǔ)原料，小米淀粉品質(zhì)的好壞決定著小米的性質(zhì)與食用品質(zhì)和加工工藝品質(zhì)，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，人們很多時(shí)候利用的是淀粉糊性質(zhì)[4]，因此淀粉品質(zhì)的研究主要集中在淀粉糊的性質(zhì)上，主要包括淀粉糊的黏度特性、熱力學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)等，根據(jù)不同小米淀粉的不同特性，使得淀粉得到針對(duì)性強(qiáng)應(yīng)用范圍廣的合理深加工。孫翠霞等[1]對(duì)山東省6種小米進(jìn)行基本理化測(cè)定，張敏等[5]對(duì)黑龍江地方小米品質(zhì)進(jìn)行分析，王玉文等[6]對(duì)山西小米糊化性等進(jìn)行研究及其他一些對(duì)單一小米品種進(jìn)行研究測(cè)定等，而本實(shí)驗(yàn)選取了我國(guó)范圍內(nèi)10個(gè)不同品種、不同省份的特色優(yōu)質(zhì)小米作為研究對(duì)象，從小米淀粉成分、直鏈淀粉含量、顆粒形貌、透光率、凍融穩(wěn)定性、溶解度、膨脹度和黏度等幾個(gè)方面進(jìn)行比較研究，分析比較了不同地區(qū)、品種小米淀粉的差異性，旨在為小米加工與綜合利用提供一定的理論數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

10份小米樣品，選用著名品種陜西米脂小米、廣西巴馬糯小米、云南高原糯小米、山東金鄉(xiāng)小米及優(yōu)質(zhì)品種黑龍江龍谷25、遼寧金谷米[7]、內(nèi)蒙古大金苗[8]、山西晉谷21[6]、河南本地、河北冀優(yōu)2號(hào)[9]，均具有小米產(chǎn)地及品種的代表性。小米淀粉由實(shí)驗(yàn)室提取。

氫氧化鈉、可溶性淀粉 天津市大茂化學(xué)試劑廠；濃硫酸 北京化工廠；高氯酸溶液 沈陽(yáng)市東華試劑廠；蒽酮 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。

1.2 儀器與設(shè)備

T6新世紀(jì)紫外-可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限公司；E型布拉班德爾黏度儀 德國(guó)Brabender公司；LD4-40低速大容量離心機(jī) 北京京立離心機(jī)有限公司；TD5A臺(tái)式多管架離心機(jī) 長(zhǎng)沙英泰有限責(zé)任公司；DGG-9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)、DK-S24電熱恒溫水浴鍋 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；DJ1C增力電動(dòng)攪拌器 江蘇省金壇市大地自動(dòng)化儀器廠；AR2140電子分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；SB102-20002電子天平 上海儀器儀表電子儀器廠；MB23型快速水分測(cè)定儀 上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 小米淀粉的提取[10-11]

采用0.2 g/100 mL的NaOH溶液與1 g/100 mL的十二烷基硫酸鈉溶液復(fù)合法提取[3]，經(jīng)過(guò)多次攪拌以提取蛋白質(zhì)用200目紗布過(guò)濾，濾液以3 000 r/min離心20 min數(shù)次，離心棄上清得沉淀，刮去上部的灰色蛋白層、黃泥層、細(xì)纖維層，剩下白色淀粉層，水洗數(shù)次，45 ℃干燥36 h得淀粉。

1.3.2 小米淀粉的物化指標(biāo)測(cè)定

水分含量測(cè)定：采用MB23型快速水分測(cè)定儀測(cè)定；脂肪含量測(cè)定：采用脂肪測(cè)定儀；蛋白質(zhì)含量測(cè)定：采用凱氏定氮法測(cè)定；灰分含量測(cè)定：參照GB 5009.4—2010《食品中灰分的測(cè)定》方法測(cè)定；白度測(cè)定：采用白度測(cè)定儀測(cè)定；直鏈淀粉含量測(cè)定：參照GB/T 15683—1995《稻米直鏈淀粉含量的測(cè)定》中直鏈淀粉含量的測(cè)定方法。

1.3.3 小米淀粉的電鏡掃描

把雙面膠固定在樣品臺(tái)上，取少量淀粉均勻地灑在雙面膠上，然后噴金處理。樣品保存于干燥器中，經(jīng)過(guò)短暫干燥后，用電鏡掃描觀察并拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。

1.3.4 小米淀粉的粒度分布

采用X射線衍射儀進(jìn)行淀粉顆粒分析，進(jìn)行寬角X射線衍射粉末衍射步進(jìn)掃描法，重復(fù)次數(shù)為3次。結(jié)晶度為在X射線衍射圖樣中，繪制了一條光滑的基線，將與曲線中的結(jié)晶區(qū)、亞結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)相對(duì)應(yīng)的X射線衍射區(qū)域以及背底準(zhǔn)確地劃分出來(lái)。通過(guò)平面幾何方法來(lái)測(cè)量衍射峰面積與總衍射面積的比值。

1.3.5 小米淀粉的透光度測(cè)定

配制為1 g/100 mL的淀粉乳于沸水中水浴加熱30 min，每5 min振蕩1次，使淀粉乳充分混勻，室溫條件下冷卻5 min，以蒸餾水作空白樣，測(cè)定A620nm淀粉糊的透光率。

1.3.6 小米淀粉的凍融穩(wěn)定性

配制6 g/100 mL的淀粉乳，在沸水浴上加熱糊化15 min后置于塑料離心管中，冷卻至室溫后稱取其質(zhì)量，加蓋放置于－18 ℃冰箱中冷卻24 h后取出，讓其自然解凍4 h，以3 000 r/min離心15 min，棄去上清液后稱量沉淀物質(zhì)量，計(jì)算析水率。

1.3.7 溶解度和膨脹度測(cè)定[12]

稱取0.5 g樣品，放入45 mL已知質(zhì)量的帶蓋離心管中，加入40 mL蒸餾水，振蕩后分別于50、60、70、80、90 ℃水浴30 min，每5 min振蕩1次，取出冷卻至室溫，3 800 r/min離心20 min。倒出上清液，于130 ℃干燥2 h后稱取溶出物質(zhì)量，同時(shí)稱取管中沉淀物質(zhì)量。

式中：m1為上清液中溶出物質(zhì)量/g；m2為管中沉淀物質(zhì)量/g。

1.3.8 小米淀粉的黏度測(cè)定

采用E型布拉本德黏度糊化儀測(cè)定。稱取適量淀粉溶解于100 mL蒸餾水中，配制成6 g/100 mL的淀粉乳，并將淀粉乳置于Brabender測(cè)量杯中，從35 ℃開始升溫，以1.5 ℃/min的速率加熱至95 ℃，保溫30 min，再以l.5 ℃/min的速率冷卻至50 ℃，保溫30 min，Brabender黏度計(jì)自動(dòng)繪出一條隨時(shí)間和溫度變化的連續(xù)黏度曲線，曲線上的黏度單位是BU。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并采用SPSS 17.0對(duì)結(jié)果進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析及相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小米淀粉的物化指標(biāo)分析結(jié)果

表1 小米淀粉的物化指標(biāo)Table 1 Physiochemical indicators of millet starches %

由表1可知，不同地區(qū)的小米淀粉各主要成分含量不同，其中內(nèi)蒙古大金苗脂肪含量最高，為0.55%；山東金鄉(xiāng)小米灰分最大，為0.64%；河南本地小米白度最高，為93.9%，小米白度的平均值為92.49。直鏈淀粉的含量存在差異，其中遼寧金谷直鏈淀粉含量高于其他小米品種，為16.12%；黑龍江龍谷25直鏈含量最低，為9.05%；10 個(gè)品種直鏈淀粉含量范圍為9.05%～16.12%，直鏈淀粉含量的平均值為12.10%，這與劉成等[13]研究的小米直鏈淀粉平均值14.96%存在差異，說(shuō)明種植地域、品種對(duì)直鏈淀粉的含量存在較大的影響。直鏈淀粉的含量對(duì)小米品質(zhì)有重要的影響，也是小米加工過(guò)程中的影響因素。如：直鏈淀粉的含量過(guò)高，蒸煮小米飯冷卻后會(huì)變硬夾生；也不利于膨化食品的膨化；影響到小米產(chǎn)品的口感。所以實(shí)際應(yīng)用中，選擇適宜原材料的品種，對(duì)產(chǎn)品的性質(zhì)有著重要影響。

2.2 小米淀粉的電鏡掃描結(jié)果

圖1 淀粉顆粒掃描電子顯微鏡照片（×3 000）Fig.1 Scanning electron micrographs of starch granules from different regions (× 3 000)

由圖1可知，10個(gè)品種小米淀粉的顆粒形貌相似，由大顆粒和小顆粒組成，淀粉顆粒呈不規(guī)則多面體，均勻、大小不一，小顆粒則多呈圓形，淀粉顆粒表面有輕微的機(jī)械損傷，有凹陷。不同品種、地區(qū)在粒度大小上存在著一定的差異，淀粉顆粒形態(tài)的差異主要是由于品種的基因和生長(zhǎng)環(huán)境綜合作用的結(jié)果[14]。

2.3 小米淀粉的粒度分析

表2 不同品種小米淀粉粒徑Table 2 Granular sizes of millet starches from different regions

由表2可知，山西晉谷21的小米淀粉顆粒較小平均值為4.42 ?m，內(nèi)蒙古大金苗淀粉顆粒較大平均粒徑值為11.64 ?m。產(chǎn)生淀粉顆粒的大小原因是由于小米品種、種植地理氣候、光照和晝夜溫差等因素綜合作用的結(jié)果，其次顆粒大小受到淀粉合成機(jī)理影響，并且由遺傳因素決定，淀粉的顆粒大小與淀粉的性質(zhì)有緊密的聯(lián)系[14]。研究[15]發(fā)現(xiàn)玉米淀粉顆粒粒徑在15.20 ?m左右，馬鈴薯淀粉顆粒粒徑在39.3 ?m左右，小米淀粉顆粒相對(duì)較??；而同為禾谷類的大米淀粉相比，酶法制備具有最小的顆粒粒徑，顆粒平均粒徑在5 ?m左右，粒徑大小接近。

2.4 小米淀粉的透光度

淀粉受熱吸水膨脹后，分子重新締合排列以及回生后所形成的凝膠束是影響淀粉糊透明度的重要因素，當(dāng)光線穿過(guò)淀粉糊液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和散射現(xiàn)象。

圖2 各種小米淀粉的透光度Fig.2 Paste clarity of millet starches from different regions

由圖2可知，不同品種小米淀粉的透光率存在著差異，在淀粉乳質(zhì)量濃度為1 g/100 mL時(shí)，10種小米淀粉乳的平均透光率為6.10%，遼寧金谷米的透光率最低，為2.90%，山西晉谷21小米淀粉的透光率最大為7.20%，隨著待測(cè)樣品質(zhì)量濃度的增加而下降，透光率越高，表明淀粉糊的透明度越好，淀粉糊的透光率是淀粉外在重要的特征，它的好壞直接影響到產(chǎn)品的外觀及使用等特征。

透光率受多種因素的影響，直鏈淀粉含量及淀粉的分支特性等對(duì)淀粉的透明度都有影響，直鏈淀粉含量越高，導(dǎo)致淀粉分子締合程度較大，其透光度越低[16]。

2.5 小米淀粉的凍融穩(wěn)定性

凍融穩(wěn)定性是淀粉重要的指標(biāo)，它的好壞直接關(guān)系到淀粉在冷凍食品中的應(yīng)用。首先凍融穩(wěn)定性主要與直鏈淀粉含量有關(guān)，直鏈淀粉易老化，凍融性差，其次支鏈淀粉的長(zhǎng)度、淀粉顆粒大小對(duì)凍融穩(wěn)定性也有一定的影響[17]。

圖3 各種小米淀粉糊的凍融穩(wěn)定性Fig.3 Freeze-thawing stability of millet starches from different regions

由圖3可知，不同小米淀粉的凍融穩(wěn)定性也不同，隨著凍融次數(shù)的增加，析水率也不斷的增大，凍融3次后基本趨于穩(wěn)定。在10個(gè)小米樣品中，析水率范圍在11.90%～60.20%，河北翼優(yōu)2號(hào)小米在第1次凍融后析水率最大，凍融穩(wěn)定性也最差，河南本地小米淀粉的析水率最小，凍融穩(wěn)定性最好。

2.6 小米淀粉的溶解度和膨脹度

圖4 小米淀粉溶解度Fig.4 Solubility of millet starches from different regions

圖5 小米淀粉膨脹度Fig.5 Swelling power of millet starches from different regions

由圖4、5可知，不同地區(qū)、品種的小米淀粉的溶解度和膨脹度在溫度低于70 ℃時(shí)，淀粉溶解度較小，淀粉膨脹也不明顯，當(dāng)溫度高于70 ℃時(shí)，小米淀粉的溶解度、膨脹度都有比較明顯的增大，在70 ℃后速度加快，這與淀粉受熱達(dá)到了糊化溫度有關(guān)，經(jīng)測(cè)定，小米淀粉成糊溫度范圍68.9～72.3℃，符合溶解度、膨脹度變化趨勢(shì)的改變。淀粉分子由于受熱吸水膨脹，不同小米淀粉的溶解度也有了不同的變化，其中內(nèi)蒙古大金苗小米的溶解度最大，山東金鄉(xiāng)小米溶解度最小。小米淀粉顆粒較小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，并且含較高的脂類化合物，會(huì)抑制淀粉顆粒的溶解，因此溶解度較低。本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)低直鏈小米淀粉的溶解度和膨潤(rùn)力高于高直鏈小米淀粉，與孫翠霞等[1]研究結(jié)果基本相同。首先由于種植地區(qū)、品種的不同，淀粉顆粒大小，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的緊密程度不同，導(dǎo)致加熱糊化過(guò)程中，對(duì)淀粉的溶解度、膨脹力都有較大的影響[14]。其次直鏈和支鏈淀粉的比例以及支鏈淀粉中長(zhǎng)鏈短鏈所占的比例都不同，也是造成溶解度和膨脹度不同的原因[18]。

2.7 小米淀粉的布拉班德曲線

表3 參試小米淀粉黏度參數(shù)測(cè)定結(jié)果Table 3 Descriptive statistics of viscosity parameters of millet starches

由表3可知，作為優(yōu)良品種的河北冀優(yōu)2號(hào)的回生值最高且高于峰值黏度，容易糊化、老化；黑龍江龍谷25的峰值黏度適中而回生值最低，較易糊化，不易老化，食用品質(zhì)好；內(nèi)蒙古大金苗具有較高峰值的同時(shí)回生值適中；從特色品種上看，陜西米脂小米淀粉的各特征值都在平均值之上，黏度、熱穩(wěn)定性好。從地區(qū)上看，廣西巴馬糯小米淀粉的各特征值均低于小米主產(chǎn)區(qū)出產(chǎn)的小米淀粉各特征值，不具特殊代表性。

小米淀粉的成糊溫度范圍為68.9～72.3 ℃，與楊紅丹等[12]研究的糊化溫度70.4℃、董穎超等[19]研究的糊化溫度70℃相近。糊化溫度中等，較易糊化[20]，其中遼寧金谷米溫度最高，說(shuō)明其直鏈淀粉含量高、結(jié)晶度高、支鏈外鏈較長(zhǎng)的淀粉晶體結(jié)構(gòu)緊密，晶體溶解所需熱量大，從而使它的起始糊化溫度較其他地區(qū)品種略高。當(dāng)溫度高于成糊溫度時(shí)，淀粉顆粒開始溶脹，黏度突然升高，并逐漸達(dá)到峰值，結(jié)果表明，其中遼寧金谷最高為594BU，河南本地和內(nèi)蒙古大金苗次之，而陜西米脂米最低為455BU，這可能是由于在升溫過(guò)程中淀粉顆粒膨脹程度不同所致；同時(shí)相同地區(qū)不同品種，如黑龍江、內(nèi)蒙古等地極差可以達(dá)到90～120BU；不同地區(qū)相同品種的峰值黏度，如遼寧金谷米，內(nèi)蒙古大金苗等也有不同程度的區(qū)別，這可能是由于不同淀粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)、不同地區(qū)生長(zhǎng)環(huán)境條件影響不同使淀粉的膨脹力能力不同所致。淀粉糊化后經(jīng)95℃保溫，膨脹的淀粉粒在高溫和機(jī)械剪切力的作用下分離支解，黏度急劇下降。當(dāng)溫度降到50℃時(shí)，重新聚合起來(lái)的淀粉分子使黏度增加到一定數(shù)值時(shí)便停止上升。崩解值是峰值黏度與熱漿黏度的差值，值越大，熱穩(wěn)定性越差，數(shù)據(jù)顯示，山西晉谷21熱穩(wěn)定性較差，而陜西米脂小米的熱穩(wěn)定最好?；厣凳抢淠z黏度與熱膠黏度的差值，是糊化淀粉冷卻過(guò)程中重結(jié)晶能力的標(biāo)志，反映了老化趨勢(shì)，值越小，冷穩(wěn)定性越好，黑龍江龍谷25、山東金鄉(xiāng)小米等淀粉均老化較慢。

2.8 小米淀粉各理化指標(biāo)間相關(guān)性分析

由表4可知，溶解度與糊化溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，與老化值呈極顯著正相關(guān)；透光率與析水率和糊化溫度均為極顯著負(fù)相關(guān)；析水率與糊化溫度呈極顯著正相關(guān)；峰值黏度與崩解值呈極顯著正相關(guān)。

表4 各指標(biāo)間的相關(guān)性Table 4 Correlation between starch parameters

3 結(jié) 論

3.1 采用0.2 g/100 mL的NaOH溶液與1 g/100 mL的十二烷基硫酸鈉溶液復(fù)合多次提取小米淀粉法，淀粉提取更為充分，蛋白質(zhì)殘留量少。結(jié)果表明：在10個(gè)不同地區(qū)、不同品種的小米淀粉中直鏈淀粉含量平均值為12.10%；通過(guò)對(duì)淀粉的電子顯微鏡觀察，可以清楚的看到不同品種小米淀粉的顆粒形貌相似，呈不規(guī)則多面體，平均粒徑為6.49 μm；小米淀粉的糊化溫度為68.9～72.3℃，比較可知，小米淀粉的成糊溫度低于小麥87℃、蕓豆77℃，高于馬鈴薯61℃、豌豆65℃，與綠豆72℃相接近，說(shuō)明其較容易糊化。

3.2 云南小米淀粉透光率最大，適宜開發(fā)小米薄膜；內(nèi)蒙古小米淀粉凍融穩(wěn)定性最差，析水率較高；黑龍江龍谷25、內(nèi)蒙古大金苗，崩解值大、消減值小、糊化時(shí)間短、黏度高、耗能小適宜做米粥類食品；山西晉谷21熱穩(wěn)定性較差，回生劇烈適宜應(yīng)用于膨化酥脆的烘烤食品等。對(duì)10個(gè)不同品種、不同地區(qū)優(yōu)質(zhì)小米進(jìn)行理化指標(biāo)相關(guān)性分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)、品種淀粉差異顯著，直鏈淀粉含量、溶解度、凍融穩(wěn)定性、黏度間在不同程度上具有相關(guān)性，從而有一組數(shù)據(jù)推斷另一數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，對(duì)小米淀粉實(shí)際應(yīng)用方向有指導(dǎo)意義。

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Starch Properties of Different Millet Varieties from Different Regions of China

ZHOU Wen-chao1, LI Qiang-shuang1, CAO Long-kui1,2,*
(1. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2. National Coarse Cereals Engineering Research Center, Daqing 163319, China)

Millet starches extracted with a mixed solution containing 0.2 g/100 mL NaOH and 1 g/100 mL SDS from ten millet varieties in different regions of China were investigated for physico-chemical properties such as basic components, starch granule morphology, viscosity, clarity, solubility and swelling power. The results showed that the average content of amylose in millet was 12.10%, particle size was 6.49 μm, and gelatinization temperature was in the range of 68.9–72.3 ℃. Meanwhile, significant differences in amylose content, solubility, peak viscosity, and breakdown and setback among millet varieties from different regions were observed.

millet; starch; physico-chemical properties

TS231.2

A

1002-6630（2014）05-0059-05

10.7506/spkx1002-6630-201405012

2013-01-20

國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心啟動(dòng)基金項(xiàng)目（GZLZX2012005）

周文超（1987—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：eleven0451@126.com

*通信作者：曹龍奎（1965—），男，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：longkuicao@yahoo.com.cn