我国不同地区特色品种小米淀粉性质

周文超1，李强双1，曹龙奎1,2,*

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319）

摘 要：选取10个不同地区、品种的特色小米作为研究对象，采用0.2 g/100 mL的NaOH溶液与1 g/100 mL的十二烷基硫酸钠溶液复合法提取小米淀粉，并对其基本成分、颗粒形态、黏度、透光率、溶解度和膨胀度等进行研究。结果表明：小米淀粉的直链淀粉含量为12.10%，平均粒径为6.49 μm，糊化温度为68.9～72.3 ℃。不同地区、品种的小米淀粉的直链淀粉、溶解度、峰值黏度、崩解值和老化值存在较大差异。

关键词：小米；淀粉；理化特性

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)

Abstract: 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.

Key words: millet; starch; physico-chemical properties

中图分类号：TS231.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）05-0059-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201405012

小米，谷类，原产中国，含有丰富的维生素和矿质元素，具有滋阴养血的功能，增强人体免疫力、催乳补身之功能[1]。

目前，国内外对小米的研究主要集中于育种、营养特性等方面，对小米淀粉全面的研究却很少有报道，缺乏对小米淀粉理化特性的系统研究[2]。小米含淀粉约50%～60%[3]，淀粉是进一步加工利用的基础原料，小米淀粉品质的好坏决定着小米的性质与食用品质和加工工艺品质，在实际生产应用中，人们很多时候利用的是淀粉糊性质[4]，因此淀粉品质的研究主要集中在淀粉糊的性质上，主要包括淀粉糊的黏度特性、热力学性质、物理性质等，根据不同小米淀粉的不同特性，使得淀粉得到针对性强应用范围广的合理深加工。孙翠霞等[1]对山东省6种小米进行基本理化测定，张敏等[5]对黑龙江地方小米品质进行分析，王玉文等[6]对山西小米糊化性等进行研究及其他一些对单一小米品种进行研究测定等，而本实验选取了我国范围内10个不同品种、不同省份的特色优质小米作为研究对象，从小米淀粉成分、直链淀粉含量、颗粒形貌、透光率、冻融稳定性、溶解度、膨胀度和黏度等几个方面进行比较研究，分析比较了不同地区、品种小米淀粉的差异性，旨在为小米加工与综合利用提供一定的理论数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

10份小米样品，选用著名品种陕西米脂小米、广西巴马糯小米、云南高原糯小米、山东金乡小米及优质品种黑龙江龙谷25、辽宁金谷米[7]、内蒙古大金苗[8]、山西晋谷21[6]、河南本地、河北冀优2号[9]，均具有小米产地及品种的代表性。小米淀粉由实验室提取。

氢氧化钠、可溶性淀粉 天津市大茂化学试剂厂；浓硫酸 北京化工厂；高氯酸溶液 沈阳市东华试剂厂；蒽酮 天津市光复精细化工研究所。

1.2 仪器与设备

T6新世纪紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；E型布拉班德尔黏度仪 德国Brabender公司；LD4-40低速大容量离心机 北京京立离心机有限公司；TD5A台式多管架离心机 长沙英泰有限责任公司；DGG-9053A型电热恒温鼓风干燥机、DK-S24电热恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司；DJ1C增力电动搅拌器 江苏省金坛市大地自动化仪器厂；AR2140电子分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；SB102-20002电子天平 上海仪器仪表电子仪器厂；MB23型快速水分测定仪 上海洪纪仪器设备有限公司。

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溶液与1 g/100 mL的十二烷基硫酸钠溶液复合法提取[3]，经过多次搅拌以提取蛋白质用200目纱布过滤，滤液以3000 r/min离心20 min数次，离心弃上清得沉淀，刮去上部的灰色蛋白层、黄泥层、细纤维层，剩下白色淀粉层，水洗数次，45 ℃干燥36h得淀粉。

1.3.2 小米淀粉的物化指标测定

水分含量测定：采用MB23型快速水分测定仪测定；脂肪含量测定：采用脂肪测定仪；蛋白质含量测定：采用凯氏定氮法测定；灰分含量测定：参照GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》方法测定；白度测定：采用白度测定仪测定；直链淀粉含量测定：参照GB/T 15683—1995《稻米直链淀粉含量的测定》中直链淀粉含量的测定方法。

1.3.3 小米淀粉的电镜扫描

把双面胶固定在样品台上，取少量淀粉均匀地洒在双面胶上，然后喷金处理。样品保存于干燥器中，经过短暂干燥后，用电镜扫描观察并拍摄具有代表性的淀粉颗粒形貌。

1.3.4 小米淀粉的粒度分布

采用X射线衍射仪进行淀粉颗粒分析，进行宽角X射线衍射粉末衍射步进扫描法，重复次数为3次。结晶度为在X射线衍射图样中，绘制了一条光滑的基线，将与曲线中的结晶区、亚结晶区和非结晶区相对应的X射线衍射区域以及背底准确地划分出来。通过平面几何方法来测量衍射峰面积与总衍射面积的比值。

1.3.5 小米淀粉的透光度测定

配制为1 g/100 mL的淀粉乳于沸水中水浴加热30 min，每5 min振荡1次，使淀粉乳充分混匀，室温条件下冷却5 min，以蒸馏水作空白样，测定A620nm淀粉糊的透光率。

1.3.6 小米淀粉的冻融稳定性

配制6 g/100 mL的淀粉乳，在沸水浴上加热糊化15min后置于塑料离心管中，冷却至室温后称取其质量，加盖放置于－18 ℃冰箱中冷却24h后取出，让其自然解冻4h，以3000 r/min离心15min，弃去上清液后称量沉淀物质量，计算析水率。

（1）

1.3.7 溶解度和膨胀度测定[12]

称取0.5g样品，放入45mL已知质量的带盖离心管中，加入40mL蒸馏水，振荡后分别于50、60、70、80、90 ℃水浴30 min，每5 min振荡1次，取出冷却至室温，3800 r/min离心20 min。倒出上清液，于130 ℃干燥2h后称取溶出物质量，同时称取管中沉淀物质量。

（2）

（3）

式中：m1为上清液中溶出物质量/g；m2为管中沉淀物质量/g。

1.3.8 小米淀粉的黏度测定

采用E型布拉本德黏度糊化仪测定。称取适量淀粉溶解于100mL蒸馏水中，配制成6 g/100 mL的淀粉乳，并将淀粉乳置于Brabender测量杯中，从35 ℃开始升温，以1.5 ℃/min的速率加热至95 ℃，保温30 min，再以l.5 ℃/min
的速率冷却至50 ℃，保温30 min，Brabender黏度计自动绘出一条随时间和温度变化的连续黏度曲线，曲线上的黏度单位是BU。

1.4 数据分析

使用Excel软件对数据进行整理，并采用SPSS 17.0对结果进行描述性统计分析及相关性统计分析。

2 结果与分析

2.1 小米淀粉的物化指标分析结果

表 1 小米淀粉的物化指标

Table 1 Physiochemical indicators of millet starches

%

由表1可知，不同地区的小米淀粉各主要成分含量不同，其中内蒙古大金苗脂肪含量最高，为0.55%；山东金乡小米灰分最大，为0.64%；河南本地小米白度最高，为93.9%，小米白度的平均值为92.49。直链淀粉的含量存在差异，其中辽宁金谷直链淀粉含量高于其他小米品种，为16.12%；黑龙江龙谷25直链含量最低，为9.05%；10 个品种直链淀粉含量范围为9.05%～16.12%，直链淀粉含量的平均值为12.10%，这与刘成等[13]研究的小米直链淀粉平均值14.96%存在差异，说明种植地域、品种对直链淀粉的含量存在较大的影响。直链淀粉的含量对小米品质有重要的影响，也是小米加工过程中的影响因素。如：直链淀粉的含量过高，蒸煮小米饭冷却后会变硬夹生；也不利于膨化食品的膨化；影响到小米产品的口感。所以实际应用中，选择适宜原材料的品种，对产品的性质有着重要影响。

2.2 小米淀粉的电镜扫描结果

a

b

c

d

e

f

g

h

i

j

a.黑龙江龙谷25；b.辽宁金谷米；c.山东金乡小米；d.河北翼优2号；e.广西巴马糯小米；f.陕西米脂小米；g.云南高原糯小米；h.山西晋谷21；i.河南本地；j.内蒙古大金苗。

图 1 淀粉颗粒扫描电子显微镜照片（×3000）

Fig.1 Scanning electron micrographs of starch granules from
different regions (× 3000)

由图1可知，10个品种小米淀粉的颗粒形貌相似，由大颗粒和小颗粒组成，淀粉颗粒呈不规则多面体，均匀、大小不一，小颗粒则多呈圆形，淀粉颗粒表面有轻微的机械损伤，有凹陷。不同品种、地区在粒度大小上存在着一定的差异，淀粉颗粒形态的差异主要是由于品种的基因和生长环境综合作用的结果[14]。

2.3 小米淀粉的粒度分析

表 2 不同品种小米淀粉粒径

Table 2 Granular sizes of millet starches from different regions

由表2可知，山西晋谷21的小米淀粉颗粒较小平均值为4.42 μm，内蒙古大金苗淀粉颗粒较大平均粒径值为11.64 μm。产生淀粉颗粒的大小原因是由于小米品种、种植地理气候、光照和昼夜温差等因素综合作用的结果，其次颗粒大小受到淀粉合成机理影响，并且由遗传因素决定，淀粉的颗粒大小与淀粉的性质有紧密的联系[14]。研究[15]发现玉米淀粉颗粒粒径在15.20 μm左右，马铃薯淀粉颗粒粒径在39.3 μm左右，小米淀粉颗粒相对较小；而同为禾谷类的大米淀粉相比，酶法制备具有最小的颗粒粒径，颗粒平均粒径在5 μm左右，粒径大小接近。

2.4 小米淀粉的透光度

淀粉受热吸水膨胀后，分子重新缔合排列以及回生后所形成的凝胶束是影响淀粉糊透明度的重要因素，当光线穿过淀粉糊液时，会产生反射和散射现象。

图 2 各种小米淀粉的透光度

Fig.2 Paste clarity of millet starches from different regions

由图2可知，不同品种小米淀粉的透光率存在着差异，在淀粉乳质量浓度为1 g/100 mL时，10种小米淀粉乳的平均透光率为6.10%，辽宁金谷米的透光率最低，为2.90%，山西晋谷21小米淀粉的透光率最大为7.20%，随着待测样品质量浓度的增加而下降，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，它的好坏直接影响到产品的外观及使用等特征。

透光率受多种因素的影响，直链淀粉含量及淀粉的分支特性等对淀粉的透明度都有影响，直链淀粉含量越高，导致淀粉分子缔合程度较大，其透光度越低[16]。

2.5 小米淀粉的冻融稳定性

冻融稳定性是淀粉重要的指标，它的好坏直接关系到淀粉在冷冻食品中的应用。首先冻融稳定性主要与直链淀粉含量有关，直链淀粉易老化，冻融性差，其次支链淀粉的长度、淀粉颗粒大小对冻融稳定性也有一定的影响[17]。

图 3 各种小米淀粉糊的冻融稳定性

Fig.3 Freeze-thawing stability of millet starches from different regions

由图3可知，不同小米淀粉的冻融稳定性也不同，随着冻融次数的增加，析水率也不断的增大，冻融3次后基本趋于稳定。在10个小米样品中，析水率范围在11.90%～60.20%，河北翼优2号小米在第1次冻融后析水率最大，冻融稳定性也最差，河南本地小米淀粉的析水率最小，冻融稳定性最好。

2.6 小米淀粉的溶解度和膨胀度

图 4 小米淀粉溶解度

Fig.4 Solubility of millet starches from different regions

图 5 小米淀粉膨胀度

Fig.5 Swelling power of millet starches from different regions

由图4、5可知，不同地区、品种的小米淀粉的溶解度和膨胀度在温度低于70 ℃时，淀粉溶解度较小，淀粉膨胀也不明显，当温度高于70 ℃时，小米淀粉的溶解度、膨胀度都有比较明显的增大，在70 ℃后速度加快，这与淀粉受热达到了糊化温度有关，经测定，小米淀粉成糊温度范围68.9～72.3℃，符合溶解度、膨胀度变化趋势的改变。淀粉分子由于受热吸水膨胀，不同小米淀粉的溶解度也有了不同的变化，其中内蒙古大金苗小米的溶解度最大，山东金乡小米溶解度最小。小米淀粉颗粒较小，内部结构紧密，并且含较高的脂类化合物，会抑制淀粉颗粒的溶解，因此溶解度较低。本实验还发现低直链小米淀粉的溶解度和膨润力高于高直链小米淀粉，与孙翠霞等[1]研究结果基本相同。首先由于种植地区、品种的不同，淀粉颗粒大小，内部组织结构的紧密程度不同，导致加热糊化过程中，对淀粉的溶解度、膨胀力都有较大的影响[14]。其次直链和支链淀粉的比例以及支链淀粉中长链短链所占的比例都不同，也是造成溶解度和膨胀度不同的原因[18]。

2.7 小米淀粉的布拉班德曲线

表 3 参试小米淀粉黏度参数测定结果

Table 3 Descriptive statistics of viscosity parameters of millet starches

注：A.成糊温度(最初达到10 BU时的温度)；B.峰值黏度，即升温期间淀粉糊化时达到的最高黏度值；C.升温到95 ℃时的黏度值；D.淀粉糊在95 ℃保温30 min的黏度值；E.淀粉糊冷却到50 ℃时的黏度值；F.淀粉糊在50℃保温30 min后的黏度值；B－D.降落值或破损值；E－D.反映淀粉糊的老化或回生的程度。

由表3可知，作为优良品种的河北冀优2号的回生值最高且高于峰值黏度，容易糊化、老化；黑龙江龙谷25的峰值黏度适中而回生值最低，较易糊化，不易老化，食用品质好；内蒙古大金苗具有较高峰值的同时回生值适中；从特色品种上看，陕西米脂小米淀粉的各特征值都在平均值之上，黏度、热稳定性好。从地区上看，广西巴马糯小米淀粉的各特征值均低于小米主产区出产的小米淀粉各特征值，不具特殊代表性。

小米淀粉的成糊温度范围为68.9～72.3 ℃，与杨红丹等[12]研究的糊化温度70.4℃、董颖超等[19]研究的糊化温度70℃相近。糊化温度中等，较易糊化[20]，其中辽宁金谷米温度最高，说明其直链淀粉含量高、结晶度高、支链外链较长的淀粉晶体结构紧密，晶体溶解所需热量大，从而使它的起始糊化温度较其他地区品种略高。当温度高于成糊温度时，淀粉颗粒开始溶胀，黏度突然升高，并逐渐达到峰值，结果表明，其中辽宁金谷最高为594BU，河南本地和内蒙古大金苗次之，而陕西米脂米最低为455BU，这可能是由于在升温过程中淀粉颗粒膨胀程度不同所致；同时相同地区不同品种，如黑龙江、内蒙古等地极差可以达到90～120BU；不同地区相同品种的峰值黏度，如辽宁金谷米，内蒙古大金苗等也有不同程度的区别，这可能是由于不同淀粉内部结构、不同地区生长环境条件影响不同使淀粉的膨胀力能力不同所致。淀粉糊化后经95℃保温，膨胀的淀粉粒在高温和机械剪切力的作用下分离支解，黏度急剧下降。当温度降到50℃时，重新聚合起来的淀粉分子使黏度增加到一定数值时便停止上升。崩解值是峰值黏度与热浆黏度的差值，值越大，热稳定性越差，数据显示，山西晋谷21热稳定性较差，而陕西米脂小米的热稳定最好。回生值是冷胶黏度与热胶黏度的差值，是糊化淀粉冷却过程中重结晶能力的标志，反映了老化趋势，值越小，冷稳定性越好，黑龙江龙谷25、山东金乡小米等淀粉均老化较慢。

2.8 小米淀粉各理化指标间相关性分析

由表4可知，溶解度与糊化温度呈显著负相关，与老化值呈极显著正相关；透光率与析水率和糊化温度均为极显著负相关；析水率与糊化温度呈极显著正相关；峰值黏度与崩解值呈极显著正相关。

3 结 论

3.1 采用0.2 g/100 mL的NaOH溶液与1 g/100 mL的十二烷基硫酸钠溶液复合多次提取小米淀粉法，淀粉提取更为充分，蛋白质残留量少。结果表明：在10个不同地区、不同品种的小米淀粉中直链淀粉含量平均值为12.10%；通过对淀粉的电子显微镜观察，可以清楚的看到不同品种小米淀粉的颗粒形貌相似，呈不规则多面体，平均粒径为6.49μm；小米淀粉的糊化温度为68.9～72.3℃，比较可知，小米淀粉的成糊温度低于小麦87℃、芸豆77℃，高于马铃薯61℃、豌豆65℃，与绿豆72℃相接近，说明其较容易糊化。

3.2 云南小米淀粉透光率最大，适宜开发小米薄膜；内蒙古小米淀粉冻融稳定性最差，析水率较高；黑龙江龙谷25、内蒙古大金苗，崩解值大、消减值小、糊化时间短、黏度高、耗能小适宜做米粥类食品；山西晋谷21热稳定性较差，回生剧烈适宜应用于膨化酥脆的烘烤食品等。对10个不同品种、不同地区优质小米进行理化指标相关性分析研究，结果发现不同地区、品种淀粉差异显著，直链淀粉含量、溶解度、冻融稳定性、黏度间在不同程度上具有相关性，从而有一组数据推断另一数据变化趋势，对小米淀粉实际应用方向有指导意义。

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