水稻淀粉糊化温度表征差异的比较

中国粮油学报

JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociationVol．34，No．4

Apr．2019

水稻淀粉糊化温度表征差异的比较

许

亮

向珣朝

杨博文

游

慧

龙跃腾

谢雨锋

（西南科技大学植物分子遗传育种实验室，绵阳621010）

糊化温度（GT）是稻米蒸煮食味品质的检测指标之一，也是衡量淀粉品质的重要指标。为了提

本实验以102个水稻回交重组自交系单株为材料，采用三种方法来表征稻供淀粉糊化温度的最佳测试方案，

摘

要

并通过检测各单株的表观直链淀粉含量（AAC），将材料按AAC背景分类，对三种方法进行比米的糊化温度，

在明确样品AAC分类且属于同一类型的情况下，校准成糊温度（PTm）才能准确表征糊化较分析。结果显示，

PTm只比DSC测定的糊化温度温度（GT）；在低AAC（7．8%～19．75%）和中高AAC（20．22%～34．92%）中，

（Tp）分别高0．9℃（P=0．19＞0．05）和0．7℃（P=0．11＞0．05）；样品AAC不分类的PTm和Tp之间存在极不能用来表征淀粉的糊化特性。DSC法虽然重显著差异（P＜0．001）。ＲVA成糊温度（PaT）与Tp相比过高，

PTm能准确结果准确，但成本高，制样困难。因此，当所测样品的AAC属于低或中高的同一类型时，复性好，

PTm仅能反映糊化温度的变化趋势。表征GT；当所测样品的AAC未知或属于不同类型时，

水稻（OryzasativaL．）糊化温度回交重组自交系DSCＲVA谱

中图分类号：S511文献标识码：A文章编号：1003－0174（2019）04－0063－06网络出版时间：2019－03－1410：47：25关键词

网络出版地址：http：//kns．cnki．net/kcms/detail/11．28．TS．20190314．1047．018．html淀粉的糊化温度（GelatinizationTemperature，GT）是指淀粉溶液在升温过程中，淀粉粒随温度的升开始发生不可逆膨胀，丧失其双折射性和结晶性高，

［1］

的临界温度；其本质是高能量的热水破坏了淀粉

使分子的混乱度增分子内部彼此之间的氢键结合，

最终使混合溶液的黏度增大；其过程是一个一级大，

分为可逆吸水、不可逆吸水和颗粒解体化学反应，［2］

三个阶段。淀粉的糊化特性是衡量淀粉品质的研究淀粉糊化特性在淀粉应用一个重要理化指标，

［3］

GT方面有着广泛的实际意义：在水稻研究领域，

是评价水稻蒸煮食味品质三大重要指标之一，影响高糊化温度的水稻品稻米煮熟所需的时间和能量，

种较低糊化温度的水稻品种需要更多的水和更长

［4］

如的蒸煮时间。测定淀粉糊化温度的方法较多，

动态流仪法、核磁共振技术、碱消值法偏光十字法、

（ASV，alkalispreadingvalue）、差示扫描量热法

（differentialscanningcalorimetry，DSC）和黏度速测

基金项目：四川省教育厅重点项目（17ZA0272）；西南科技大学

重点科研平台专职科研创新团队建设基金（14tdgc07）：2018－06－17收稿日期

作者简介：许亮，男，1995年出生，硕士，分子标记辅助改良稻

米品质

1965年出生，教授，分子遗传育种通信作者：向珣朝，男，

［5］

仪（ＲapidViscoAnalyzer，ＲVA）等；就稻米淀粉

目前国内测定其GT的国标法糊化特性研究而言，

此法操作简便，但人为误差大，结果也是碱消值法，

影响淀粉糊化品质的准确评价；仅为高中低分类，

最准确的方法是利用差示扫描量热仪测定；此外，

稻米淀粉黏滞性谱（ＲVA谱）常被用来鉴定水稻的且从ＲVA谱中得到的淀粉成糊温度食味品质，

（pastingtemperature，PaT）可以粗略反映部分稻米

但经过公式PTm=（45/3．8）×（T1－1）+的GT，

50校准之后得到的校准成糊温度（PTm）［6］也较多

PT的地被用来预测稻米淀粉的糊化特性。但是，PTm衡量GT的准确程度及直链淀粉含校准范围、

量对其的影响等问题未见报道。影响淀粉糊化特以稻米淀粉为例，除受SSIIa这一主性的因素很多，［7］

还同时受到蜡质基因Wx等多个效基因控制外，

；韩文芳等以糯稻淀粉为研微效基因的影响

发现淀粉的结晶性与糊化温度呈极显著正究材料，

相关。为了减少淀粉自身的遗传特性对GT的影因此本实验采用遗传背景差异小的102个回交响，

并按直链淀粉含量对重组自交系单株为实验材料，

在不同直链淀粉含量背景下，供试材料进行分类，

PTm以及DSC测定的GT3种表征糊化特用PaT、

［8－9］

［10］

中国粮油学报2019年第4期

性的方法进行分析比较，

以期为水稻淀粉糊化特性的表征提供最佳方法。

1

材料与方法

1．1

实验材料与试剂

以水稻籼型（Oryzasativassp．indica）光温敏核

不育系

‘广占63S’和潜力恢复系CG173Ｒ杂交得到F1代，再与亲本CG173Ｒ回交得到BC1F1，之后再连续自交至BC1F10，

以此来构建回交重组自交系（back-crossinbredlines，BILs）。2016年将BC1F9材料正季

种植于西南科技大学农学实验基地，

于当年9月初随机收集5个BC1F10株系：株系521有19株、株系524有16株、株系528有17株、株系533有20株和

株系570有30株，

共计102个水稻单株作为实验材料，

待稻谷自然风干后，在40℃的恒温烘箱中烘48h，常温静置1月后再脱壳和除糙。直链淀粉和支链淀粉标样；其他试剂均为分析纯。1．2

仪器设备

TＲ－200型电动砻谷机；Pearlest实验用小型精

米机；Lm3100型高速锤式粉碎磨；METTLEＲTOLE-DODSC1专业型差示扫描量热仪；4500型黏度速测仪。

经电动砻谷机脱壳为糙米，之后用Pearlest实验

用小型精米机磨成精米，

然后进一步经Lm3100型高速锤式粉碎磨磨成米粉，过100目筛后放置待用。1．3方法

1．3．1

精米粉的制备

将稻谷脱壳为糙米，之后用精米机磨成精米，再经粉碎机过100目筛磨成粉后放置待用。1．3．2

测定表观直链淀粉含量

在国家标准GB/T15683—1995［11］

的基础上适

当修改之后，

绘制直链淀粉标准曲线，参照标准曲线测定样品表观直链淀粉含量（apparentamylosecon-tent，AAC），重复测定3次，控制误差在1%以内。1．3．3

ＲVA谱法

ＲVA谱反映的是淀粉悬浊液在加热过程中，黏度随时间变化的曲线。淀粉的黏滞性特征采用黏度

速测仪测定，

该仪器的配套分析软件为TCW（Ther-malCycleforWindows，4500型），按照AACC操作规

程进行测定。

称取3．00g含水量为12．0%的稻米粉于罐内，加入25mL蒸馏水，具体的温度变化过程见苏文

丽［12］等的描述。本实验所有样品的ＲVA特征值包括三个描述淀粉的黏度变化一级指标：峰值黏度（PeakViscosity，PKV）、热浆黏度（HotPastViscosity，HPV）、冷浆黏度（ColdPastViscosity，CPV）和成糊温

度（PastingTemperature，PaT）、

峰值时间（PeakTime，PeT）和淀粉黏度开始上升的时间（T1）等，采用配套

程序中的标准方法1（standard1）来获得；其中用来测定成糊温度的公式是：TempAtViscＲate（T1，T2，Tinc，Tine），该公式是指在时间T1（min）和T2（min）

期间，黏度的变化率（Tine/Tinc）首次达到设定值时的温度，

其中，T1和T2分别设定为（1，7），后两个参数（Tinc，Tine）可以根据需要来设定，本实验中，设为（1，24）。黏度单位为厘泊（cP），重复两次。1．3．4

糊化温度的测定

GT用带有配套分析软件的DSC（METTLEＲTO-LEDODSC1专业型）来测定。参照张大鹏等［13］的测定方法，

并在此基础上稍作改变：称取5．0mg干燥的米粉于铝制小坩埚内，加入10μL去离子水后将坩埚密封好，于4℃冰箱中冷藏

过夜；将冷藏过夜的坩埚取出，

于室温中平衡1h以上；放入DSC仪器中测定，

以空坩埚作为对照，设定升温速率为10℃/min，

温度范围30～100℃；测定淀粉糊化过程的热焓变化见图2，

利用配套软件分析样品热效应曲线，

记录糊化起始温度（onsettempera-ture，To）、峰值温度（peaktemperature，Tp）、最终糊

化温度（conclusiontemperature，Tc），其中，Tp即为淀粉的GT，重复两次取平均。1．3．5

公式校准法

在ＲVA的配套TCW软件中，测试者可以根据需

要放大曲线，

并且用鼠标点击ＲVA曲线时可以显示时间和黏度，

这样就可以准确地找到黏度开始上升的时间T1，

再将其代入校准公式PTm=（45/3．8）×（T1－1）+50［6］，得到PTm，重复2次。1．4

数据分析和统计

实验所得数据采用office2016进行数据统计，采用origin8．0来绘制图表，

采用IBMSPSSstatistics软件对实验数据进行相关性分析和t测验。

2

结果与分析

2．1

淀粉的ＲVA曲线和DSC曲线

ＲVA曲线反映的是淀粉悬浊液的黏度随温度变

化而变化的过程；而DSC曲线反映的是在维持试样

与参照物温度相同的情况下，

输送给试样和对照物第34卷第4期许亮等水稻淀粉糊化温度表征差异的比较

65

的功率差与温度变化之间的关系。同一米粉样品的ＲVA曲线和DSC曲线如图1所示，从图1a可以看出，

在ＲVA曲线上可以直观看出该样品的峰值黏度、

最低黏度和最终黏度3个参数，这3个特征值是反映稻米蒸煮食味品质的重要参数；同时根据程序给定的公式可以计算出该样品的成糊温度（PaT）为．7℃。淀粉的DSC曲线见图1b，可以看出，淀粉与水混合之后，

淀粉颗粒吸水膨胀形成淀粉乳，随着温度的升高，

淀粉分子开始剧烈运动致使氢键被打断，

此时淀粉颗粒吸入大量的水，当淀粉的双折射性结晶区完全消失时淀粉即达到糊化状态，此时的温度便是淀粉的糊化温度。在淀粉的糊化过程

中，

高能量的热水打破氢键，分子状态发生转变，使淀粉分子的混乱度增加，

并同时伴随能量的变化，因此DSC法可以准确地测量淀粉的糊化温度。图1b清楚地反映通过DSC得到的该淀粉样品的Tp为71．58℃，即该样品的糊化温度（GT）。从ＲVA谱得到的成糊温度PaT（．7℃）远高于该样品的

真实糊化温度（71．58℃），

这是因为成糊温度PaT反映的是刚开始糊化而未完全糊化的温度，造成最终的PaT过高。因此，直接用PaT来表征样品的GT不准确。

注：Peak为峰值黏度；Hold为最低黏度；Final为最终黏度；T1为人工确定的黏度刚开始上升点的时间；Tp为峰值温度。

图1

同一淀粉样品的ＲVA曲线和DSC曲线

2．2

用PTm表征GT

由于用ＲVA程序给定的公式计算出的PaT过高，

不能准确表征样品的GT，因此有学者提出使用时可以借助校准公式对PaT予以校正［6］

。利用该方

法人工观测黏度曲线，

记录淀粉黏度开始上升的时间T1（如图1a中所示），

再代入校准公式（45/3．8）×（T1－1）+50，经过校准之后的平均成糊温度PTm（71．8℃）与DSC测定的平均Tp（70．6℃）相比，高了1．2℃。

图2淀粉PaT、

PTm以及Tp的变化趋势所有供试材料的PaT、

PTm以及Tp的变化趋势，如图2所示，其中PaT、PTm和Tp的变异范围分别为87．12～92．95℃、65．03～74．39℃和68．83～72．21℃。从图2可以看出，在同一淀粉样品中，由ＲVA谱得出的PaT远高于Tp，

而PTm与Tp大致吻合；进一步将PTm和Tp的差值进行t测验，

结果表明二者之间存在极显著差异（P＜0．001）。2．3

不同AAC背景下PaT、PTm和Tp表征糊化温度的比较

为了探究在不同AAC背景下3种淀粉糊化特性

表征方法的准确性，

测定样品的AAC。以直链淀粉含量为横坐标（X），

吸光度为纵坐标（Y）绘制标准曲线，

如图3所示，得到标准曲线的回归方程为Y=0．017X+0．160（Ｒ2=0．995）。

图3

直链淀粉标准曲线

66

中国粮油学报

2019年第4期

根据标准曲线，

本实验供试样品的AAC变异范围为7．8%～34．92%。由于参试材料属于回交重组自交系，所以遗传背景差异小，根据《中国优特稻种资源评价》［14］

中的稻米AAC分类标准，

供试样品主要是低AAC和中AAC，

极低AAC和高AAC的样品极少，

所以在进行相关性分析时，按AAC背景不同，将样品仅分为低AAC（7．8%～19．75%）和中高AAC（20．22%～34．92%）两类。

直链淀粉质量分数=

G×100

m×5

×100%

（1）

式中：G为带入回归方程得到的AAC/mg/L值；

m为称取样品中粗淀粉的含量。

在不同AAC背景下，以样品的Tp平均值为标准，

将稻米PaT平均值和PTm平均值分别与其进行比较，

比较结果列于表1。从表1可知，所有样品的PaT比DSC测定的Tp平均高了18．1℃，这证实了Varavinit等［15］报道的ＲVA测定的PaT要比DSC的

糊化温度高得多，

在某些情况下，稻米粉的PaT甚至可能超过90℃。因此，

如果直接用ＲVA谱的PaT值来表征淀粉的糊化温度通常会起到误导作用。前文中提到的PTm与DSC测定的Tp相比，

高了1．2℃，其差值存在极显著差异，直接用PTm表征GT也有问题。因此，进一步分析发现，在低AAC和中高AAC中，PTm分别比GT仅高0．9℃（P=0．19＞0．05）和0．7℃（P=0．11＞0．05），经t测验分析表

明二者与Tp的差值均未达到显著差异，

说明在明确样品AAC背景的前提下，

PTm可以更准确地表征GT的变化。

表1

稻米淀粉PaT、

PTm以及Tp平均值的比较成糊校准成糊化差值/℃

温度糊温度温度PaT/℃PTm/℃

Tp/℃PaT－TpPTm－Tp所有样品88．871．870．618．21．2＊＊低AAC．371．770．818．50．9中高AAC

87．9

72．0

71．3

16．6

0．7

注：＊＊

，表示显著水平为0．01，

PaT成糊温度；PTm校准成糊温度；Tp糊化最高温度。

在不同AAC背景下，将Tp与PaT、

PTm的相关性分析结果列于表2。由表2可知，

在不按AAC背景分类的情况下，

DSC表征的糊化温度Tp与PaT，PTm的相关性皆不显著，而分别在低AAC和中高AAC样品中，Tp与PaT、PTm皆分别呈极显著负相

关和极显著正相关，

这也证实了之前的推论。表2

不同AAC背景下，

Tp与PaT、PTm的相关性分析低直链淀粉含量中高直链淀粉含量所有样品

PaTPTm

PaTPTm

PaTPTmTp

－0．902＊＊0．961＊＊－0．584＊＊0．602＊＊

－0．0030．075

注：＊＊，表示显著水平为0．01

3讨论

稻米淀粉糊化温度是衡量其蒸煮食味品质的三

大指标之一。影响淀粉糊化特性的因素很多，

除受遗传因素影响外，

孙业盈等［16］

认为稻米的AAC与GT呈极显著正相关，曹清明等［17］、冷雪等［18］

和王雪

雁等

［19］

发现淀粉糊化特性还受外源添加物、加工条

件以及测定方法的影响，

因此，要想准确测定稻米淀粉的糊化特性，

需要综合多方面的因素。本实验以遗传背景差异小的水稻回交重组自交系为材料，

分别采用PaT、

PTm和Tp来表征稻米淀粉的糊化特性，并在不同AAC背景下对这3种方法进行了分析比较，

结果表明，在不按AAC背景分类的情况下，PaT远高于Tp，这是因为淀粉的成糊比糊化要早一些，此时供试样品淀粉的黏度低。这说明，

由于不同品种淀粉的糊化行为不同，

仅只用TCW程序中水稻分析方法中的一组参数来预测不同品种的糊化特性是不

可能的；而校准之后的PTm比Tp高出了1．2℃，

其差值存在极显著差异，

与包劲松［6］

的结果（1．1℃）也有0．1℃的偏差，这说明PTm仅能反映糊化温度

的变化趋势，

因为不管淀粉的黏度高低，淀粉溶液黏度上升的点都可以在黏度曲线上找出。进一步对数据进行处理，

将供试样品按AAC背景进行分类后发现，

在同一类AAC背景下的淀粉，低AAC和中高AAC样品的PTm与Tp偏差更小（分别为0．9℃和0．7℃），经t测验分析均未达到显著差异，说明测试样品如果在同一类AAC背景下，

PTm可以准确地表征GT，

因此，在使用PTm预测GT时，明确样品的AAC背景可以提高PTm表征GT的准确性。虽然通过DSC得到的Tp表征淀粉糊化特性的

准确性毋庸置疑，

但其成本高，制样困难，其样品量、加水量和升温速率都存在一定的差异［20－22］

，这些缺

点极大地了它的使用。ＲVA谱特征值是鉴定水

稻种质蒸煮食味品质的重要参数，

PTm常被用来当作稻米淀粉的糊化温度，

因为从ＲVA特征参数中通过计算就能获得GT，

节省了大量时间和资源。但是，

本研究结果显示其偏差较大，仅能表示样品糊化温度的变化趋势。

第34卷第4期许亮等水稻淀粉糊化温度表征差异的比较

67

4结论

本研究通过在明确材料AAC的情况下采用3种

方法来表征稻米的糊化温度，

分析后认为PaT不能直接用来表征稻米粉的GT；Tp可以准确表征米粉

GT，但成本高，制样困难；在不明确样品AAC分类背

景情况下，

PTm仅能反映GT的变化趋势；在明确AAC且属于同一类型的情况下，PTm才能准确地表

征GT。

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TheComparisonofDifferenceBetweenDifferentMeasurements

forGelatinizationTemperatureofＲiceStarch

XuLiang

XiangXunchaoYangBowenLongYuetengXieYufeng

YouHui

（LabofPlantMolecularGeneticsandBreeding，SouthwestUniversityof

ScienceandTechnology，Mianyang621010）

Abstract

Gelatinizationtemperature（GT）isoneofimportantindicesmeasuringqualitiesofriceeatingand

atotalof102riceplantscamefromback-cookingaswellasstarch．InordertoprovidethebesttestingmethodforGT，

thecrossinbredlineswereusedasmaterialsinthisinvestigationandGTwasmeasuredbythreemethods．Furthermore，apparentamylosecontent（AAC）ofeverysingleplantwasdetected．ThenthesampleswereclassifiedaccordingtoAACtherein．Onthatscore，threemeasurementswerecomparedandanalyzedunderthecircumstanceofdifferentAAC．ＲesultsshowedthatCalibratedpastingtemperature（PTm）couldaccuratelypredictGTwhentheAACofsamplesbelongedtosametype；InlowAAC（7．8%～19．75%）andmiddle－highAAC（20．22%～34．92%），PTmisonlyhigher0．9℃（P=0．19＞0．05）and0．7℃（P=0．11＞0．05）thanTpmeasuredbydifferentialscanningcalorimetry（DSC），respectively．WhentheAACoftotalsampleswerenotclassified，theirdifferencebetweenPTmandTpwasex-tremelysignificant（P＜0．001）．Thepastingtemperature（PaT）testedbyＲVAwastoohighcomparedwithTp．Therefore，itcouldnotbeusedtorepresentGTofstarchwhenDSCmethodpossessesadvantagesofhighrepeatabilityandaccuracy．However，itisexpensive，andsamplemakingisverydifficult．Hence，whenAACofsamplesbelongedPTmcouldaccuratelyrepresentGT；thePTmcouldonlyreportthetothesametypeoflowAACormiddle－highAAC，

variationtrendofGTwhentheAACofsampleswereunknownorbelongedtodifferenttypes．

Keywords

rice（OryzasativaL．），gelatinizationtemperature，backcrossinbredlines，differentialscanning

calorimetry（DSC），rapidviscoanalyzer（ＲVA）