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2020 Volume 42 Issue 4
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Xue-mei ZHANG, Ling ZHAGN, Fei-hu GAO, et al. The Effects of Different Conditions (Dispersion Temperature and Time) in Dual Wavelength Violet Spectrophotographic Determination of Rice Starch Content[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2020, 42(4): 49-55. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.04.006
Citation: Xue-mei ZHANG, Ling ZHAGN, Fei-hu GAO, et al. The Effects of Different Conditions (Dispersion Temperature and Time) in Dual Wavelength Violet Spectrophotographic Determination of Rice Starch Content[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2020, 42(4): 49-55. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.04.006
shu

The Effects of Different Conditions (Dispersion Temperature and Time) in Dual Wavelength Violet Spectrophotographic Determination of Rice Starch Content

  • Agro-product Storage and Processing Institute, Chongqing Academy of Agricultural Science, Chongqing 401329, China

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  • Corresponding author: Ling ZHAGN ; 
  • Received Date: 10/07/2019
    Available Online: 20/04/2020

  • MSC: S521

  • The dual wavelength violet spectrophotographic method was used to determine the amylase, amylopectin and total starch contents of rice grain under different conditions (dispersion temperature and time). The results showed that in a temperature range of 70-100℃, the percentage of amylopectin was the highest when the sample treatment temperature and time were 75℃ and 15 min and the percentage of amylopectin was the lowest when the sample treatment temperature was 80℃; the percentage of amylase was the highest when the sample treatment temperature and time were 80℃ and 15 min; and the effects of different sample dispersion temperature and time on total starch content were similar to those on amylopectin. These results demonstrated that sample dispersion temperature and time in dual wavelength violet spectrophotographic determination have different effects on the contents of starch components in rice grain.
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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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The Effects of Different Conditions (Dispersion Temperature and Time) in Dual Wavelength Violet Spectrophotographic Determination of Rice Starch Content

    Corresponding author: Ling ZHAGN ; 
  • Received Date: 10/07/2019
  • Available Online: 20/04/2020

Abstract: The dual wavelength violet spectrophotographic method was used to determine the amylase, amylopectin and total starch contents of rice grain under different conditions (dispersion temperature and time). The results showed that in a temperature range of 70-100℃, the percentage of amylopectin was the highest when the sample treatment temperature and time were 75℃ and 15 min and the percentage of amylopectin was the lowest when the sample treatment temperature was 80℃; the percentage of amylase was the highest when the sample treatment temperature and time were 80℃ and 15 min; and the effects of different sample dispersion temperature and time on total starch content were similar to those on amylopectin. These results demonstrated that sample dispersion temperature and time in dual wavelength violet spectrophotographic determination have different effects on the contents of starch components in rice grain.

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  • 淀粉根据其分子中糖苷键的不同可分为两种性质差异很大的直链淀粉和支链淀粉，不同作物中直链淀粉和支链淀粉比例各不相同[1-2]. 稻米中直链、支链淀粉质量分数和比例对其出饭率、食用品质贮藏与加工的方式有着决定性的影响[3]. 因此，稻米中淀粉质量分数的测定对稻米的品质分析有着重要的意义.

    淀粉质量分数的测定常用的有旋光法[4]、蒽酮法[5]、水解总糖测定法[6]、碘比色法[7]、差式扫描量热仪法[8]、近红外光谱法[9]、热重法[10]等.其中旋光法、蒽酮法、水解总糖测定法仅能测定总淀粉质量分数并且操作复杂.碘比色法最为常用，双波长法即利用碘比色，1次处理，能同时测定直链淀粉、支链淀粉和总淀粉质量分数[11].通过研究发现，在处理不同的样品时对测定条件中的温度和时间的设置很不一致[11-23].为此，本文采用双波长法测定稻米品种渝香203直链淀粉、支链淀粉及总淀粉质量分数随测定条件(温度和时间)的不同而产生的变化情况，从而为双波长法测定大米中直链、支链淀粉及总淀粉质量分数提供参考.

1.   材料与方法

    1.1.   材料与试剂

  • 材料采自重庆市农业科学院特色作物研究所试验田，品种为渝香203.稻谷用打米机除壳后，粉碎过60目筛，放于鼓风干燥箱中烘干，将烘干后的样品用石油醚回流脱脂，脱脂后去除残留的石油醚，其大米干粉用于试验测定.

    石油醚、无水乙醇、氢氧化钠、盐酸、碘、碘化钾为成都市科龙化工试剂厂生产，直链淀粉、支链淀粉标准品从Sigma公司购置.

    • 1.2.   仪器

  • UV-6000PC分光光度计，上海元析仪器有限公司；DHG-9053J电热鼓风干燥箱，上海三发科学食品有限公司；高速粉碎机，永康市铂欧五金制品有限公司；索氏抽提器，蜀牛玻璃仪器有限公司；HH-6数显恒温水浴锅，国华电器有限公司；AR2202CN电子精密天平，奥豪斯仪器(常州)有限公司等.

    • 1.3.   方法

    1.3.1.   标准溶液

  • 参照戴双等[24]的方法配置浓度为0，2，6，10，14，18，22，26 μg/mL的直链淀粉标准溶液系列以及浓度为0，40，50，60，70，80，90，100 μg/mL的支链淀粉标准溶液系列.

    • 1.3.2.   选择测定波长

  • 选择1.3.1中配置的浓度最高的直链淀粉和支链淀粉标准溶液系列分别在UV-6000PC分光光度计上进行扫描(波长为400~1 000 nm)，在扫描图谱上绘图，确定直链淀粉的双波长为λ1(626 nm)和λ2(431 nm)，支链淀粉的双波长为λ3(534 nm)和λ4(753 nm)(图 1).

    • 1.3.3.   淀粉标准曲线的绘制
    1.3.3.1.   直链淀粉标准曲线

  • 将1.3.1中配制的直链淀粉标准溶液系列分别在626 nm和431 nm下测定其吸光度A1，A2，得ΔA=A1-A2.以直链淀粉标准溶液系列浓度为横坐标，ΔA为纵坐标，绘制直链淀粉标准曲线(图 2)：

    • 1.3.3.2.   支链淀粉标准曲线

  • 将1.3.1中配制的支链淀粉标准溶液系列分别在534 nm和753 nm下测定其吸光度A3，A4，得ΔA=A3-A4.以支链淀粉标准溶液系列浓度为横坐标，ΔA为纵坐标，绘制支链淀粉标准曲线(图 3)：

    • 1.3.4.   大米中淀粉质量分数测定

  • 大米干粉中直、支链淀粉及总淀粉质量分数的测定方法参照戴双等[24]的方法，略有改动.准确称取脱脂大米干粉样品0.100 0 g，置于100 mL容量瓶中，加1 mL无水乙醇分散再加9 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液，在不同的温度和时间下分散.根据以往的相关研究[21]，本试验选取的处理温度分别为70，75，80，85，90，95，100 ℃，分散时间分别为5，10，15 min.然后取出迅速冷却后，用水定容至100 mL，静置待用.分别吸取样品液0 mL和2.5 mL，加蒸馏水30 mL，以0.1 mol/L盐酸溶液调节pH值为3.5左右，加1 mL碘试剂，定容至50 mL，显色10 min后上机.以未加样品液的试剂为空白调零，分别测定样品溶液在626 nm，431 nm，534 nm，753 nm波长下的吸光度值，然后根据直链淀粉和支链淀粉标准曲线分别算出样品的直链、支链淀粉和总淀粉的质量分数，样品进行3次重复.

    • 1.3.   计算结果

  • 大米中各淀粉质量分数(C)为

    式中，Y1为直链淀粉浓度(μg/mL)，m为样品质量(g)，W1为水分质量分数，W2为脂肪质量分数.

    式中，Y2为支链淀粉浓度(μg/mL)，m为样品质量(g)，W1为水分质量分数，W2为脂肪质量分数.

    • 1.4.   数据处理

  • 测定结果以平均数±标准差(X±S)表示，数据使用Excel和SPASS软件进行分析整理.

2.   结果与分析

    2.1.   不同测定条件下，大米直链淀粉质量分数的变化

  • 由图 4可以看出，不同温度条件下测得的直链淀粉质量分数分散处理由多到少依次为15 min，10 min，5 min.在70~90 ℃温度范围内，同一分散时间下，直链淀粉质量分数随着温度的升高，先上升后下降，在80 ℃达到最大值；在90 ℃之后，直链淀粉质量分数随温度的升高而升高.

    • 2.2.   不同测定条件下，大米支链淀粉质量分数的变化

  • 由图 5可以看出，在70~90 ℃温度条件下测得的支链淀粉质量分数分散处理由多到少依次为15 min，10 min，5 min.同一分散时间下，支链淀粉质量分数随温度的变化差异比较明显，但3组分散时间的变化趋势基本相同.开始时支链淀粉质量分数呈上升趋势，在80 ℃时急速下降，测得的支链淀粉质量分数最低.在95~100 ℃温度条件下，大米支链淀粉质量分数分散处理由大到小依次为5 min，10 min，15 min.

    • 2.3.   不同测定条件下，大米总淀粉质量分数的变化

  • 由图 6可知，在90 ℃和95 ℃温度、不同分散处理时间下，测得的总淀粉质量分数有一共同值.在70~90 ℃温度范围内，大米的总淀粉质量分数分散处理由大到小依次为15 min，10 min，5 min；在95~100 ℃温度范围内，大米的总淀粉质量分数分散处理由大到小依次为5 min，10 min，15 min；在80 ℃有一最低值，与支链淀粉质量分数变化趋势相似.

    • 2.4.   同一温度、不同处理时间下，大米直链淀粉质量分数的变化

  • 由表 1可以看出，同一温度条件下，除95 ℃处理外，其余各处理直链淀粉质量分数随时间的延长而逐渐升高.在70~85 ℃温度条件下，分散处理5 min、10 min分别与处理15 min直链淀粉质量分数差异有统计学意义(p＜0.05)，分散处理5 min与10 min之间差异无统计学意义.

    • 2.5.   同一温度、不同处理时间下，大米支链淀粉质量分数的变化

  • 由表 2可知，在70~90 ℃温度范围内，同一温度条件下大米支链淀粉质量分数随分散处理时间的延长而逐渐升高.处理15 min与5 min支链淀粉质量分数差异有统计学意义(p＜0.05)；除80 ℃外，其余温度条件下分散处理10 min与处理15 min支链淀粉质量分数差异有统计学意义(p＜0.05).

    在95 ℃和100 ℃温度条件下，各处理支链淀粉质量分数随时间的延长而降低.分散处理5 min与15 min支链淀粉质量分数差异有统计学意义(p＜0.05)；分散处理10 min分别与5 min，15 min之间差异无统计学意义.

    • 2.6.   同一温度、不同处理时间下，大米总淀粉质量分数的变化

  • 由表 3可知，在70~90 ℃温度范围内，各处理的大米总淀粉质量分数随时间的延长而升高，处理15 min与5 min其总淀粉质量分数差异有统计学意义(p＜0.05)；除80 ℃和85 ℃处理10 min，5 min的总淀粉质量分数差异有统计学意义(p＜0.05)外，其余温度下差异无统计学意义.在95 ℃和100 ℃温度下，各处理的总淀粉质量分数随分散时间的延长而降低，并且各处理之间差异无统计学意义.

3.   结论

  • 不同测定条件(温度、时间)对双波长法测定大米中直、支链淀粉质量分数有一定的影响.在70~100 ℃温度条件下，样品75 ℃、处理15 min测得的大米支链淀粉质量分数最高，80 ℃时测得的支链淀粉相对质量分数最低；在80 ℃、处理15 min时，样品直链淀粉质量分数最高；处理温度和时间对大米中总淀粉质量分数的影响与支链淀粉相似.

4.   讨论

  • 由实验结果可以看出，大米中直链淀粉质量分数总体上随温度的上升而升高，随着分散处理时间的延长其测定结果也随之上升，这可能因为直链淀粉分子间结合力较强，相对于支链淀粉难于糊化[23].对于支链淀粉来说，当分散温度较低时(小于90 ℃)，支链淀粉测定结果随处理时间的延长而呈上升趋势；当温度偏高时，其测定结果随处理时间的延长而降低.这与刘向农等[22]研究结果一致.

    大米总淀粉质量分数达到最大值的处理温度与支链淀粉质量分数达到最大值的温度不同，应该是由于直、支链淀粉比率的不同而导致的.同时，直链淀粉和支链淀粉随温度、时间的变化出现了波谷、波峰现象，其测定过程中有一温度拐点，即为80 ℃，这为今后双波长法测定大米中各种淀粉质量分数提供了一定的参考.

    与以往研究[11-23]比较可以看出，不同的样品测量时，应选择恰当的分散处理温度和时间.双波长比色法测定结果还受到标准品与样品的相似程度、碱浓度等因素的影响[22, 24]，有待更深入的研究.

Figure (6)  Table (3) Reference (24)

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