淀粉與谷物品質(zhì)的關(guān)系

淀粉與谷物品質(zhì)的關(guān)系

谷物分為三種類型：水稻、豆類和甘薯。它的營養(yǎng)成分是人類最基本的食物來源。谷物胚乳中最主要的碳水化合物為淀粉,質(zhì)量分數(shù)在70%—80%。淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉,其中直鏈淀粉是葡萄糖分子以α-1,4糖苷鍵連接而成,分子量大小一般在105—106之間,聚合度約為324—4920個葡萄糖單位。直鏈淀粉能與碘發(fā)生顯色反應,形成藍紫色的絡合物,在620—680nm有最大光吸收;支鏈淀粉是淀粉的主要成分,是高度分支的葡萄糖多聚物,分子量約在107—109之間,聚合度在9600—15900個葡萄糖之間。支鏈淀粉也能與碘發(fā)生顯色反應,由于支鏈淀粉長度短,分支多,結(jié)合的碘分子數(shù)目較少,形成的絡合物顏色比較淺,呈紫紅色,在530—550nm有最大光吸收值。淀粉不僅是人類主要的食物來源,也是應用廣泛的工業(yè)原材料。淀粉可對食品起增稠、膠凝、乳化、穩(wěn)定等作用,故可作許多產(chǎn)品的添加劑;淀粉可作為稠化劑和鉆井泥漿的降失水劑用于石油工業(yè)中;造紙行業(yè)中,可改善紙的性質(zhì)、提高紙張耐磨性和耐水性,并能節(jié)能降耗、減輕污染;紡織行業(yè)中,淀粉用于經(jīng)紗上漿、印染漿料、織物后整理及精細加工的輔料,能夠改善織物的手感和外觀;醫(yī)藥工業(yè)中,淀粉起到粘合、沖淡、賦型等作用,可制成藥片和藥丸,也可作吸收性的醫(yī)用撒粉輔料;淀粉經(jīng)物理、化學、生物等手段改性后成為變性淀粉,使淀粉的應用范圍更加廣泛。變性淀粉在造紙工業(yè)中應用量最大,而最有發(fā)展前景的領(lǐng)域是食品工業(yè)。變性淀粉經(jīng)特殊處理后,還可以作為脂肪的替代品。淀粉深加工業(yè)越來越受到人們的關(guān)注,其中變性淀粉占有非常重要的地位,它是淀粉工業(yè)常盛不衰的根本。淀粉工業(yè)已成為重要的工業(yè),淀粉及其制品的應用越來越廣泛,其產(chǎn)品幾乎應用于各個領(lǐng)域,對工業(yè)和人們的日常生活產(chǎn)生著重要影響?；诘矸墼谥T多領(lǐng)域有著不可替代的作用和應用價值,因此對谷物中總淀粉含量的測定方法進行全面系統(tǒng)的介紹和評述顯得十分必要。瑞典人JHolm提出的快速分析測定淀粉的方法被認為是最準確最經(jīng)典的測定淀粉的方法,常用的方法有比色法、酶解法、酸解法和旋光法等。本文對測定總淀粉含量的方法進行了分類,介紹了常用方法、標準方法和近幾年發(fā)展的新方法,對各種方法的原理、優(yōu)缺點和適用的試驗類型進行了評論,希望人們在選擇總淀粉含量測定的方法時起到一定的參考作用。1直接測定法為了便于說明總淀粉的測定方法,筆者把總淀粉含量的測定方法分為間接測定法和直接測定法兩種。其中,將測定時不需要對樣品中的淀粉進行水解,轉(zhuǎn)化為還原糖的方法稱為直接測定法;將測定時需要對樣品中的淀粉進行水解轉(zhuǎn)化成還原糖,然后測定還原糖的含量,最后用還原糖的量計算淀粉含量的方法定義為間接測定法。1.1測定還原糖的方法與技術(shù)間接法一般分為兩個步驟,一是樣品中淀粉的水解,二是還原糖的測定。迄今為止,淀粉的水解方法有酶解法和酸解法兩種。酶解法專一性高、準確性好,但操作難度大,測定速度慢,成本較高很難得到人們的廣泛使用;酸解法除準確性比酶解法稍差外,精確性、測定速度等方面均優(yōu)于酶解法。測定還原糖的方法眾多,不同方法有各自的測定要求和適用范圍,已知的還原測定方法有容量法、比色法、色譜法、葡萄糖氧化酶法和旋光法等十多種方法。綜上,如果把兩個步驟結(jié)合將會得出許多種測定總淀粉含量的方法。1.1.1總淀粉含量測定糧食中測定淀粉含量的標準方法為《糧食、油淀粉含量測定》、《食品中還原糖的測定》。國標法中淀粉水解的方法采用的是酶解法,測定還原糖含量采用兩種方法:直接滴定法和高錳酸鉀滴定法。原理如下:酶解法原理:樣品用乙醚、乙醇除去脂肪和可溶性糖后,α-淀粉用淀粉酶水解成雙糖,雙糖再用鹽酸水解成具有還原性的單糖,最后按還原糖測定,并折算成淀粉。直接滴定法原理:樣品經(jīng)除去蛋白質(zhì)后,在加熱條件下,以亞甲藍作指示劑,滴定標定過的堿性酒石酸銅溶液,最后根據(jù)樣品液消耗體積計算還原糖含量。高錳酸鉀滴定法原理:樣品經(jīng)除去蛋白質(zhì)后,其中還原糖把銅鹽還原為氧化亞銅,加硫酸鐵后,氧化亞銅被氧化為銅鹽,以高錳酸鉀溶液滴定作用后生成的亞鐵鹽,最后根據(jù)高錳酸鉀消耗量,計算氧化亞銅含量,查表得還原糖量。國標法測定總淀粉含量結(jié)果準確,但操作步驟繁瑣,使用試劑種類多,測定時間長,分析速度慢,對操作要求比較嚴格。需要測試人員具備良好的試驗技能,適合對測定結(jié)果要求較高且測定的樣品數(shù)量較少的試驗使用。1.1.2總淀粉含量測定愛爾蘭Megazyme公司研發(fā)出一種用耐熱a-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶測定總淀粉的試劑盒,該方法已被官方分析化學家協(xié)會(AOAC)和美國臨床化學協(xié)會(AACC)采用。原理為:樣品經(jīng)脫脂等步驟后加入耐熱α-淀粉酶,將淀粉水解為可溶性支鏈和無支鏈的麥芽糊精。淀粉葡糖苷酶將麥芽糊精定量水解成D-葡萄糖,然后葡萄糖氧化酶將D-葡萄糖氧化成D-葡萄酸鹽并釋放一摩爾H2O2,再用過氧化物酶催化H2O2反應,產(chǎn)生的昆亞胺染料含量用比色法測定。試劑盒法測定總淀粉含量結(jié)果準確,不需要制作標準曲線,可用于不同品種的谷物樣品(天然或加工過的),也可用于大部分食品、飼料和植物總淀粉含量的測定。但是由于試劑盒成本較高、測定時間長、測定過程繁瑣等因素,該法不適合對大批量樣品的測定,應用并不十分廣泛。1.1.3甘薯淀粉含量測定結(jié)果Rose等對6種比色法和高氯酸、酶兩種水解淀粉方法進行了比較研究,認為酶解法結(jié)合蒽酮比色法是測定淀粉比較理想的方法。其原理為在濃硫酸作用下,糖脫水生成糠醛,再進一步脫水形成環(huán)后,形成糠醛衍生物,再與蒽銅脫水縮合形成藍綠色化合物。在一定范圍內(nèi)其顏色深淺與溶液中糖含量成正比,該化合物在620nm處有最大吸收。黃光文等采用酶解—蒽酮比色法等7種方法對甘薯淀粉含量進行測定,結(jié)果表明,酶解—蒽酮比色法測定結(jié)果與旋光法、近紅外光譜法、國家標準法、高氯酸—蒽酮法測定的結(jié)果基本無差別。其中高氯酸—碘法得到的數(shù)值最高,可能是由于甘薯中的果膠和纖維素等其它物質(zhì)可以被高氯酸水解,并與碘形成絡合物,導致測定結(jié)果不準確。采用該方法得到甘薯淀粉的回收率為95.27%—99.69%,對春薯和夏薯測定淀粉含量所得的標準方差分別為0.033和0.064,變異系數(shù)分別為0.137%和0.276%,表明該方法準確度較高、精確度良好。但本法屬微量法,適用于含微量淀粉的谷物樣品,對試驗操作技能要求較高。1.1.4淀粉含量測定結(jié)果DNS比色法是較為經(jīng)典的測定還原糖方法。其原理為:在堿性條件下,還原糖與3,5-二硝基水楊酸沸水浴中共熱5min,可將黃色的3,5-二硝基水楊酸還原成棕紅色的3-氨基-5-硝基水楊酸。在一定范圍內(nèi),棕紅色物質(zhì)顏色深淺與還原糖含量呈正比,在540nm波長處測定反應液的吸光度,查找標準曲線,即可計算出還原糖含量,最后將還原糖含量換算成淀粉含量,此方法可分為酸水解-DNS法和酶水解-DNS法。陸國權(quán)等研究表明,酶解-DNS法和鹽酸水解-DNS法測定淀粉含量結(jié)果相近,準確性均符合標準方法的要求。但實際測定中由于酶解-DNS法測定淀粉含量需要價格較高的酶,所以鹽酸水解-DNS法比較常用。于魯浩等將玉米粉用酸水解后采用DNS法、苯酚硫酸法、還原糖測定儀法測定了玉米粉中的淀粉含量,測得的淀粉含量DNS法為66.28%、苯酚硫酸法為70.93%、還原糖測定儀法為67.57%。因為苯酚硫酸法測定的是總糖含量得到結(jié)果較高,DNS法和還原糖測定儀法結(jié)果很接近,準確性較好。翁忠嵐用鹽酸水解高粱淀粉并用經(jīng)典費林滴定法和DNS法測定淀粉含量,結(jié)果表明,兩種方法的平均標準偏差為0.189%,變異系數(shù)0.421%—0.474%。DNS法得到的淀粉回收率在99.3%—101.7%之間,平均值為100.4%,標準偏差為1.12%。陸國權(quán)等用鹽酸水解-DNS法測定甘薯淀粉含量,得到淀粉回收率在100.38%—100.98%,平均為100.69%,該方法測定結(jié)果的平均標準偏差為0.27%,重現(xiàn)性RSD為0.405%。對費林試劑滴定法與NDS比色法進行比較,得出結(jié)果,兩種方法的平均標準方差為0.2635%,說明兩種分析方法不存在顯著性差異。應用3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量時,對最佳吸收光譜的確定,不同的作物有不同的選擇。因此在選擇DNS法測定淀粉含量時,應根據(jù)實際情況來選擇試驗條件,常常要考慮待測樣品中還原糖含量、樣品中可溶性物質(zhì)種類、共熱時間、DNS用量、儀器性能和靈敏度等多種因素的影響。1.1.5葡萄糖濃度分析酶電極法原理:淀粉在α-淀粉酶的作用下,水解為麥芽糖,麥芽糖在葡萄糖淀粉酶的作用下進一步水解為葡萄糖,在有氧條件下,葡萄糖氧化酶(GOD)將生成的葡萄糖水解成葡萄糖酸內(nèi)酯和過氧化氫。過氧化氫與過氧化氫型電極接觸產(chǎn)生電流。該電流值與葡萄糖濃度呈線性關(guān)系,在酶電極葡萄糖分析以上直接顯示葡萄糖含量,最后換算成淀粉含量。禹萍等用酶電極法測定了大米的淀粉含量,得到結(jié)果,重現(xiàn)性為4.39;淀粉回收率為75%—86%,對玉米粉、玉米淀粉、大米粉等6種谷物淀粉含量進行測定,并與酸解直接滴定法測定結(jié)果進行了比較,結(jié)果表明,用兩種方法無顯著差異。酶電極法反應速度快、操作簡便、專一性好、不受溶液顏色影響,同時價格昂貴的酶被固定住了,可反復使用,價低了測定成本,適合對大批量樣品的測定。1.2直接測量法1.2.1總淀粉含量檢測方法雙波長法是測定淀粉含量的常用方法,其原理是如果溶液中某溶質(zhì)在兩個波長處均有吸收,則兩個波長的吸光度差值與溶質(zhì)濃度成正比。支鏈淀粉和直鏈淀粉均可與碘發(fā)生顯色反應,生成棕紅色的絡合物和深藍色的絡合物,它們的吸收光譜不同,用碘試劑分別與直鏈淀粉和支鏈淀粉標準品(與待測樣品相應)發(fā)生顯色反應后,再用分光光度計進行掃描獲得吸收光譜,運用作圖法找到直鏈淀粉及支鏈淀粉的測定波長和參比波長λ2、λ1,λ4、λ3,作出直鏈淀粉、支鏈淀粉濃度與吸光度的標準曲線,在選定的4種波長下,對生成的絡合物進行比色,查找標準曲線求得直鏈淀粉與支鏈淀粉的含量,將直鏈淀粉和支鏈淀粉含量相加求得總淀粉含量。林美娟等用雙波長法測定鮮食玉米中直鏈淀粉和支鏈淀粉含量,測得結(jié)果為直鏈淀粉回收率在97.5%—101.7%之間、支鏈淀粉回收率為96.5%—101.3%,表明該方法具有較高的準確度。石海信等采用雙波長法測定木薯淀粉中直鏈和支鏈淀粉的含量,得到結(jié)果,雙波長法與旋光法測得的淀粉總量相對誤差小于1%。直鏈淀粉與支鏈淀粉平均回收率分別為98.44%和96.93%,相對標準偏差均小于1%。用雙波長法測定直鏈淀粉與支鏈淀粉含量,具有測定成本低、精度較高、結(jié)果較準確、可行性高、重復性和穩(wěn)定性好的特點,同時可以得到直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉的含量,提高了效率,適用于大批量樣品的測定。1.2.2玉米混合淀粉含量校正模型的建立在20世紀80年代后期,近紅外光譜分析技術(shù)(NIRS)迅速發(fā)展起來,在各領(lǐng)域中的應用研究陸續(xù)展開。其原理是依據(jù)某一化學成分對近紅外區(qū)光譜的吸收特性而進行的定量測定,每種物質(zhì)成分都有特定的吸收特征為定性分析提供了基礎(chǔ)。該方法測定玉米淀粉含量已被選入國標法。沈林峰等應用近紅外光譜和偏最小二乘回歸法預測玉米中淀粉含量的結(jié)果顯示,校正模型的校正誤差、交叉檢驗誤差和預測誤差分別為0.31%、0.42%和0.29%,校正數(shù)據(jù)集和獨立的檢驗數(shù)據(jù)集的預測值與實際測定值之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.9255和0.9310,表明建立的校正模型具有較高的預測精度和較好的推廣性。Orman等采用偏最小二乘(PLS)回歸法,建立了測定玉米混合籽粒樣品淀粉含量的校正模型,其外部驗證決定系數(shù)為0.62,預測標準差為1.21。魏良明等采用近紅外反射光譜測定玉米完整籽粒淀粉含量,得出校正決定系數(shù)0.976,交叉驗證和外部驗證決定系數(shù)分別為0.923和0.933,但各項誤差均小于1。該方法具有制樣簡單、分析速度快、同時測定多組分、可進行在線分析、非破壞性分析、不使用有毒有機試劑、無污染等優(yōu)點,在玉米品質(zhì)改良工作中,NIRS法將具有良好的應用前景。但有其固有的弱點。一是測試靈敏度相對較低;二是它是一種間接分析技術(shù),需要建立模型,且模型需要不斷改進,模型建立需要一定的化學計量學知識,用標準方法或參考方法對一定范圍內(nèi)的樣品測定組成或性質(zhì)數(shù)據(jù),費時費力,另外模型使用的合理性和模型建立的質(zhì)量與結(jié)果的準確性關(guān)系很大。1.2.3旋光性物質(zhì)的提取旋光法原理:酸性氯化鈣溶液與磨細的含淀粉樣品共煮,可使淀粉輕度水解,鈣離子與淀粉分子上的羥基形成絡合物,使淀粉分子充分地分散到溶液中,成為淀粉溶液。淀粉分子中含有旋光性的不對稱碳原子,可通過旋光儀來測定其旋光度(α),淀粉的濃度與旋光度的大小成正比,因此得到淀粉含量。需要注意的是酸性氯化鈣溶液的pH值必須保持2.30,密度為1.30,加熱時間的長短也要控制在一定范圍內(nèi),樣品中其它旋光性物質(zhì)須預先除去。在這些條件下,來源不同的淀粉溶液的比旋度(α)才恒定不變是203°。王喜萍等用酶水解法、酸水解法、旋光法測定普通玉米淀粉含量并進行比較,旋光法與其它兩種方法差異不顯著,有較高的精確度,變異程度較小,說明該方法可用于糧食食品中淀粉的測定。1.2.4玉米淀粉的測定差熱分析(DTA)是在物質(zhì)加熱或冷卻過程中發(fā)生物理和化學變化的同時所產(chǎn)生熱效應的一種方法。對熱效應進行測定可以得到樣品物理—化學變化與熱變化的關(guān)系,通過對樣品特征熱效應的分析研究從而可對樣品進行定性、定量分析。展海軍等采用國標法和差熱分析法對5種不同品種的玉米樣品進行淀粉含量測定,結(jié)果表明,差熱分析法和國標法測定玉米淀粉含量值之間的相對誤差均小于0.20%,表明差熱分析法可測定不同玉米品種的淀粉含量。該方法無需