全 文 ：激光共聚焦显微拉曼光谱法测定籼米淀粉回生
吴 跃 1 林亲录 1* 陈正行 2 付湘晋 1 肖华西 1
（1中南林业科技大学 稻谷及副产物深加工国家工程实验室 食品科学与工程学院 长沙 410004
2江南大学 粮食发酵工艺及技术国家工程实验室 江苏无锡 214122）
摘要 目的和方法：本文研究利用激光共聚焦显微拉曼（Laser Confocal Micro-Raman，LCM-Raman）分子振动
光谱快速检测籼米淀粉回生的可能性；结果：拉曼光谱中一些振动模式（包括 1 122.37 cm-1 处的 C-O 伸缩和
C-O-H 弯曲振动，1 082.83 cm-1 的 C-O-H 弯曲振动，1 050.05 cm-1 的 C-C 伸缩振动，854.31 cm-1 的 C-H 变形
振动和 440.66 cm-1处的吡喃环骨架振动）的相对强度均随淀粉回生程度的增加呈现降低的规律。 将这些拉曼
峰的相对强度倒数与 DSC 回生焓值进行相关性分析发现，854.31 cm-1、1 082.83 cm-1 和 1 050.05 cm-1 这些峰的
相关系数均能在 0.9 以上。 结论：这 3 个振动模式的相对强度变化可作为定量指示籼米淀粉回生程度的多重
指标。
关键词 籼米淀粉； 回生； 激光共聚焦显微拉曼
文章编号 1009-7848（2012）11-0204-06
只要体系中存在天然淀粉， 就不可避免地遇
到淀粉回生问题。淀粉回生（retrogradation）亦称老
化、凝沉、β-化，是糊化后的淀粉分子贮存在低于
溶解温度下，重新结合形成有序结构的过程。它往
往会使包含淀粉的体系劣化，如出现结晶，硬度增
加，抗酸解，黏度降低，体系凝集，脱水，冻融稳定
性降低等现象， 更重要的是回生后的淀粉具有抗
酶解性，不易被人体消化吸收。
拉曼光谱和红外光谱均属于分子振动光谱，
是快速、无损、绿色环保的检测方法，可以检测液
体、固体。其中，红外光谱是吸收光谱，来自分子偶
极矩的变化；而拉曼光谱是一种散射光谱，来自分
子极化率的变化。对于分子中的同一个基团，它的
红外光谱吸收峰的位置和拉曼光谱峰的位置是相
同的。当一个基团存在几种振动模式时，偶极矩变
化大的振动， 红外吸收峰强； 偶极矩变化小的振
动，红外吸收峰弱。 拉曼光谱则与之相反，这就是
红外和拉曼的互补性， 故红外和拉曼光谱有 “姊
妹”光谱之称。
采用分子振动光谱可以检测构型和晶体相关
化学键的振动频率变化[1]，因此可用来检测淀粉回
生。 其中，用红外光谱跟踪淀粉的回生，已有一些
报道；而采用拉曼光谱研究淀粉回生的报道，主要
有 Bulkin[2]用氩离子激光（紫外激光器）在 488 nm
下进行的 200~3 500 cm-1波数范围扫描和 Fechner[3]
用傅立叶拉曼光谱在 1 064 nm下进行的测定。 随
着仪器的发展，拉曼技术不断地被更新，产生了激
光共聚焦显微拉曼光谱 （Laser Confocal Micro-
Raman spectroscopy，LCM-Raman），其信号强度和
检测效率大大提高。 本文采用 LCM-Raman 测定
淀粉回生， 期望寻找到定量指示淀粉回生程度的
指标。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
早籼米，安徽定远 （市售）；直链淀粉标准品，
美国 Sigma公司。
1.2 仪器设备
InVia 型激光共聚焦显微拉曼光谱仪， 英国
Renishaw 公司； 差示扫描量热仪 DSC （Pyris 1
型）， 美国 PE 公司；Labconco 冷冻干燥机， 美国
Labconco公司。
1.3 籼米淀粉的提取
淀粉提取方法是在 Lin[4]等采用的方法基础上
进行一些修改。称取 400 g籼米，清洗干净、沥干后
收稿日期： 2011-11-21
作者简介： 吴跃，女，1981 年出生，博士，讲师
Vol． 12 No． 11
Nov． 2 0 1 2Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology
中 国 食 品 学 报第 12 卷 第 11 期
2 0 1 2 年 11 月
DOI:10.16429/j.1009-7848.2012.11.010
第 12 卷 第 11 期
放入 2 L 的 0.1% NaOH 溶液中， 搅拌 （350 r/
min）过夜。将其中的乳白液过 100目筛后倒入 5 L
大烧杯中， 加满清水除去表面泡沫后放入冰箱中
（4 ℃）静置；剩余破碎的米粒在 0.1% NaOH 溶液
中用打浆机打浆粉碎，乳液过 100 目筛后，同样倒
入 5 L 大烧杯中加满清水除去泡沫后放入冰箱中
（4℃）静置。
静置 12 h 后，将上层清液虹吸出去，再加满
清水（边加边搅），同时除去泡沫，继续静置 12 h。
经过 4 次换水即可，最后一次用去离子水，此时已
不会出现黄色泡沫。 静置完，水经虹吸去除后，将
底部的淀粉湿块在 38 ℃下干燥至含水量 13%左
右。
1.4 籼米淀粉中主要化学组分含量测定
直链淀粉含量是依据文献[5]中的报道进行测
定的。 淀粉中水分、灰分、蛋白质和脂肪含量依次
按照国标 GB/T5009.3-2003、GB/T 5009.4-2003、
GB/T5009.5-2003 和 GB/T5009.6-2003，平行测定
3次，取其平均值。
1.5 籼米淀粉回生样品的制备
5 g 籼米淀粉加入 10 mL 去离子水，混合均匀
后蒸汽密闭加热 20 min进行糊化。 糊化后的样品
冷却到室温， 密封好后放入 4 ℃冰箱中分别贮存
0、5、10 和 15 d。 取出后进行冷冻干燥并粉碎，过
200 目筛。 装入自封袋， 放入干燥器中待以后测
定。
1.6 激光共聚焦显微拉曼光谱和差示扫描量热
仪测定籼米淀粉的回生
贮存不同天数的回生颗粒样品分别进行
LCM-Raman和 DSC测定。
LCM-Raman 分析条件 ：632.8 nm 氦氖激光
器，输出功率 17 mW，扫描次数 20 次，曝光时间
10 s。 结果用 Ominic 软件分析计算，Origin Pro7.5
软件作图；
DSC 检测方法和条件是，称取 2 mg 回生样品
粉末于 PE 液体坩埚中，按质量比 1∶2 加入去离子
水。 样品密封后在室温下放置 24 h平衡。 条件是
以 10℃/min的速度从 20℃加热到 95 ℃， 以空坩
埚作参比，载气为氮气，流速 20 mL/min。 从 DSC
的回生曲线中根据峰面积计算回生焓值（ΔHr）。
2 结果与分析
2.1 籼米淀粉中主要化学组分含量结果分析
淀粉中主要化学组分含量如表 1 所示， 其中
直链淀粉含量占提取淀粉湿基的 29.4%， 应属于
高直链淀粉[6]。稻米的品种和类型对直链淀粉含量
的影响非常明显， 如籼米的直链淀粉含量一般为
25.4%±2.1%，粳米为 18.4%±2.7%，糯米的直链淀
粉含量几乎为零 0.98%±1.51%[7]。大米中淀粉与蛋
白质结合牢固， 碱法提取是去除大米淀粉中蛋白
质的最有效办法，蛋白含量仅占 0.73%。
水分 灰分 蛋白质 直链淀粉 脂肪
13.5 ± 0.34 0.30 ± 0.08 0.73 ± 0.11 29.4 ± 0.41 0.52 ± 0.17
表 1 籼米淀粉的主要化学成分（%）*
Table 1 The main chemical compositions of long-shaped rice starch（%）*
注：* 表中的数值均是占淀粉湿基重，平均值±SD。
2.2 激光共聚焦显微拉曼光谱测定籼米淀粉回
生的结果分析
图 1显示了贮存不同时间即不同回生程度的
籼米淀粉样品的 LCM-Raman 谱图。 图中曲线是
用 Ominc 软件先自动调整基线，再用软件中“An-
alyze”中“Statistical Spectra”项将每个样品的 4 条
平行拉曼光谱曲线平均成 1 条得到的， 再用该软
件计算出图谱中各个峰的峰高。同时，不同回生程
度的淀粉样品的拉曼谱带位置（拉曼位移）、相对
强度以及依据文献查阅的振动谱带的归属均列于
表 2中。
淀粉的 Raman 图谱可以划分成 4 个主要的
区域，这样有助于连续解释和描述主要的谱带。这
4个区域分别是：800 cm-1以下，800~1 500 cm-1（指
纹区），2 800~3 000 cm-1（C-H伸缩区域）和 3 000~
3 600 cm-1（O-H伸缩区域）。 Raman光谱在低波数
（<800 cm-1）时呈现出复杂的振动模式，属于葡萄
糖吡喃糖环的骨架模式振动。 711 cm-1、576 cm-1、
激光共聚焦显微拉曼光谱法测定籼米淀粉回生 205
中 国 食 品 学 报 2012 年第 11 期
479 cm-1和 440 cm-1这些拉曼谱带均归属到淀粉
葡萄糖单元的吡喃环骨架振动。 在这些谱带中，
479 cm-1处的这个强烈振动峰表示的是多糖聚合
程度，是吡喃环骨架的重要振动模式。 α-1，4-糖
苷键的 C-O-C 振动表现为 936 cm-1 附近的一个
强拉曼谱带， 这是因为葡萄糖在 914~998 cm-1之
间的区域没有显示出任何拉曼谱带， 因此将淀粉
在 936 cm-1 处的谱带归属于 α-1，4-糖苷键 。
1 260 cm-1 处的拉曼峰是侧链 CH2OH 的相关振
动；1 122 cm-1处的谱带归属于两个主要的振动模
式：C-O 伸缩和 C-O-H 弯曲；1 082 cm-1 处谱带
是 C-O-H 弯曲模式；1 458 cm-1 的拉曼谱带是
CH2弯曲；1 381 cm-1的拉曼谱带可能是由于 C-H
和/或 C-O-H弯曲振动[8]。
每一种物质有自己的特征拉曼光谱， 拉曼谱
线的数目、 位移值的大小和谱带的强度等都与物
质分子振动和转动能级有关。因此，拉曼的高分辨
分析主要考察 3 个量，峰位、峰强和半峰宽。 对图
1 中各个峰位进行仔细观察， 未见明显的拉曼位
移变化。
Bulkin[2]用拉曼光谱研究了蜡质玉米淀粉的回
生， 认为回生淀粉的拉曼光谱能显示出一些小但
却显著的不同，是在 C-H 伸缩区域（2 905 cm-1）和
主要的骨架模式（477 cm-1），这两个峰的半峰宽随
着蜡质玉米淀粉的贮存时间的延长而变小， 具体
是糊化后样品的 481 cm-1处的半峰宽是 26，2 905
cm-1的半峰宽是 96； 而回生 1 d 后，477 cm-1的半
峰宽是 18.5，2 901 cm-1的半峰宽是 82；回生 1 周
后，475 cm-1 的半峰宽是 18，2 902 cm-1 的半峰宽
是 80；回生 4 周后，475 cm-1 的半峰宽是 17.5，
2 901 cm-1的半峰宽是 80。 因此，该研究者认为，
作为主要骨架模式的 480 cm-1处的半峰宽变化看
上去是检测淀粉回生的良好指标。 Fechner[3]等人
认为， 拉曼光谱根据在分子水平上的构象变化可
以作为一种无损技术检测随时间变化的淀粉回
生。 通过傅立叶拉曼光谱 400 次（相当于 12 min）
不断的连续扫描 1 500 min 发现 ，480 cm-1 和 2
800~3 050 cm-1之间的 C-H 伸缩振动这两个峰的
半峰宽的整体趋势是随着回生程度的增加而降
低。因此，认为回生率的评价可以基于 480 cm-1以
及 2 800~3 050 cm-1之间的 C-H 伸缩振动这两个
峰的半峰宽和峰位移， 并且认为回生是个多阶段
过程，同时不同淀粉的回生过程也是不尽相同的。
而半峰宽的计算首先需要对峰型进行拟合，
这样的拟合所得到的最终结果有很大的人为误
差。 本研究也试图计算不同贮存时间的回生样品
在 480 cm-1和 2 937 cm-1处的半峰宽，但随着回生
程度的增强， 并未发现这些值存在以上报道所述
的规律性变化。 因此，研究中采用先调整基线，再
计算相对峰强度即每个谱图中各拉曼峰的峰高与
1 457.92 cm-1处（作为指定峰）的峰高比值 [2]，以此
来寻找能指示回生变化的特征拉曼峰。
研究发现， 表 2 中粗体标识的峰 （分别是
1 122.37 cm-1、1 082.83 cm-1、1 050.05 cm-1、854.31
cm-1和 440.66 cm-1处左右的吸收峰）。这些峰的相
对强度能随着贮存时间的延长即回生程度增强逐
渐降低。这是因为淀粉在回生过程中，体系逐渐处
于稳定、有序状态，因而淀粉样品的这些特征峰的
相对强度逐渐降低。
随着贮存时间的延长即回生程度增加， 对相
应变化的 DSC 回生焓值（图 2a）和拉曼中呈规律
性变化的特征峰的相对强度倒数分别作图 （图
2b），并计算二者的相关性系数（表 3）。
对比图 2 中 a 和 b 的变化趋势， 可以发现
1 122.37 cm-1和 440.66 cm-1处峰的相对强度倒数
300000
250000
200000
150000
100000
50000
0
强
度
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
拉曼位移/cm-1
0 d
5 d
10 d
15 d
图 1 贮存不同时间的籼米淀粉回生样品的激光共聚
焦显微拉曼光谱图
Fig.1 Laser Confocal Micro-Raman spectra of
retrograded long-shaped rice starch samples stored
at different days
206
第 12 卷 第 11 期
变化曲线与 DSC 的焓值变化趋势差别较大，主要
表现在贮存 5 d 与 0 d 的差别没有在 DSC 曲线上
明显。 而 854.31 cm-1、1 050.05 cm-1和 1 082.83 cm-1
代表的曲线变化趋势与 DSC 回生焓值的相应变
化趋势非常相近。
拉曼位移/cm-1
0 d
相对强度 *
5 d
相对强度 *
10 d
相对强度 *
15 d
相对强度 *
谱带归属[2， 8-10]
3 415.32 0.872 0.842 0.847 0.781 O-H 键伸缩振动
2 937.06 4.707 4.301 4.484 4.361 C-H 键伸缩振动
2 910.06 5.376 4.946 5.208 4.997
1 457.92 1.000 1.000 1.000 1.000 CH2键弯曲振动
1 381.75 1.372 1.406 1.251 1.285 CH2键剪式振动，C-H 和 C-O-H 键变形振动
1 337.39 1.636 1.629 1.455 1.466 CH2键扭曲振动，C-O-H 键弯曲振动
1 260.25 0.660 0.660 0.672 0.658 CH2OH（侧链）相关振动模式
1 205.29 0.250 0.294 0.305 0.307
1 122.37 1.639 1.601 1.432 1.417 C-O 键伸缩振动，C-O-H 键弯曲振动
1 082.83 1.446 1.391 1.301 1.286 C-O-H（在聚合物上的）键弯曲振动
1 050.05 0.917 0.885 0.830 0.827 C-C 键伸缩振动
936.27 1.088 1.022 1.028 0.965 α-1，4 糖苷键（C-O-C）的骨架振动模式
854.31 0.860 0.802 0.761 0.742 C（1）-H，CH2 键相关的变形振动
756.92 0.157 0.154 0.150 0.130 C-C 键伸缩振动
711.60 0.155 0.145 0.119 0.122
576.61 0.506 0.482 0.411 0.411
479.22 1.811 1.532 1.670 1.611 吡喃环骨架振动模式
440.66 0.768 0.752 0.642 0.610
表 2 贮存不同时间的籼米淀粉回生样品的激光共聚焦显微拉曼光谱数据和峰归属
Table 2 The data and peaks assignment of LCM-Raman spectra of retrograded long-shaped
rice starch samples stored at different days
注：表中数据是从 4 个平行样品谱图平均化得到的谱图中计算的结果；* 各峰与 1 457.92cm-1处指定峰的峰高比值。
8
6
4
2
0
回
生
焓
值
（ J
/g
干
淀
粉
）
0 5 10 15
贮存时间/d
（a）
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
相
对
强
度
倒
数
1 457.92cm-1/1 122.37cm-1
1 457.92cm-1/1 082.83cm-1
1 457.92cm-1/1 050.05cm-1
1 457.92cm-1/854.31cm-1
1 457.92cm-1/440.66cm-1
0 5 10 15
贮存时间/d
（b）
图 2 贮存不同时间的籼米淀粉回生样品 DSC 回生焓值（a）和主要激光共聚焦显微拉曼特征峰
相对强度倒数（b）的变化趋势图
Fig.2 Tendency charts of DSC retrogradation enthalpy and major LCM-Raman peaks’ relative intensity reciprocal
of retrograded long-shaped rice starch samples stored at different days
激光共聚焦显微拉曼光谱法测定籼米淀粉回生 207
中 国 食 品 学 报 2012 年第 11 期
从表 3 中的相关性分析可知，854.31 cm-1 处
振动峰的相对强度倒数与 DSC 回生焓值有最高
的相关系数为 0.9877， 其次相关性系数达到 0.9
以上的还有 1 082.83 cm-1（0.9477）和 1 050.05 cm-1
处振动峰 （0.9431）。 测定结果表明，LCM-Raman
可以作为淀粉回生研究的一种有效表征方法，其
中的一些特征峰的相对强度倒数可以用来定量考
察籼米淀粉回生程， 作为监测淀粉回生程度的多
重指标。
DSC 回生焓值 0.8851 0.9477 0.9431 0.9877 0.8660
1 122.37 cm-1 1 082.83 cm-1 1 050.05 cm-1 854.31 cm-1 440.66 cm-1
相关系数（R）
相对强度倒数
表 3 贮存不同时间的籼米淀粉回生样品的主要激光共聚焦显微拉曼特征峰相对强度倒数
与 DSC 回生焓值之间的相关性系数
Table 3 The correlation coefficient between major LCM-Raman peaks’ relative intensity reciprocal and DSC retrogradation
enthalpy of retrograded long-shaped rice starch samples stored at different days
3 结论
本文通过采用 LCM-Raman 测定贮存不同时
间的籼米淀粉回生样品时发现， 光谱中的一些特
征振动峰的相对强度能随回生程度的增加而逐渐
降低。 在与 DSC 的回生焓值进行相关性分析时，
也证明了二者之间存在较高的相关性系数 （可达
0.9以上）。 这说明 LCM-Raman可以成为快速、定
量检测淀粉回生程度的新方法。 而该法对于其它
类型的淀粉是否呈现同样的规律性和灵敏度值得
进一步研究。
参 考 文 献
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208
第 12 卷 第 11 期
The Retrogradation of Long-shaped Rice Starch Determined by Using Laser Confocal Micro-
raman Spectrometry
Wu Yue1 Lin Qinlu1* Chen Zhengxing2 Fu Xiangjin1 Xiao Huaxi1
（1National Engineering Laboratory for Rice and By-product Deep Processing， Faculty of Food Science and Engineering，
Center South University of Forestry and Technology， Changsha 410004
2National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology， Jiangnan University， Wuxi 214122， Jiangsu）
Abstract The possibility of laser confocal micro-raman （LCM-Raman） spectroscopy for rapid analyzing the retrogra-
dation of long -shaped rice starch was investigated. The results showed that the relative intensity of some vibrational
modes reduced regularly with increased extent of the retrogradation. These peaks included C-O stretching and C-O-H
bending （1 122.37 cm-1）， C-O-H bending （1 082.83 cm-1）， C-C stretching （1 050.05 cm-1）， C-H deformation （854.31 cm-1），
and skeletal modes of pyranose ring（440.66 cm-1）. By the correlation analysis between retrogradation enthalpy of DSC and
the relative intensity reciprocal of above vibrational modes， these LCM-Raman peaks at 854.31 cm-1， 1 082.83 cm-1， and
1 050.05 cm-1 had correlation coefficient above 0.9. Therefore， the relative intensity change of the three vibrational modes
listed above can be as multi-index to quantify the degree of the retrogradation.
Key words long-shaped rice starch； retrogradation； laser confocal micro-raman
黄曲霉毒素高快准检测技术难题破解
据中国农业科学院最新消息， 该院油料作物所研究员李培武带领农业部生物毒素检测重点实验室科研团
队， 成功破解了黄曲霉毒素高灵敏快速准确定量检测的技术难题， 研制出黄曲霉毒素系列检测仪器和配套产
品，如牛奶等单个样品从取样到结果打印最快 9 分钟即可完成，用时相当于国外同类产品的一半，检测技术达
国际领先水平，打破了发达国家在该领域的垄断。
黄曲霉毒素是迄今发现的毒性和致癌性最强的真菌毒素。 其中，黄曲霉毒素 B1 的毒性是氰化钾的 10 倍，
是砒霜的 68 倍，致癌力是标准致癌物二甲基硝胺的 75 倍。 此前，国际通行的黄曲霉毒素检测方法为高效液相
色谱法或高效液相色谱质谱联用法，不仅需大型仪器，而且相关设备价格昂贵（每台几十万元甚至几百万元）。
由于缺少现场高灵敏准确定量检测技术产品，误食黄曲霉毒素污染超标的农产品或食品时有发生，致使一些地
区肝癌发生率偏高。 这不仅对百姓健康和生命安全构成威胁，而且严重影响农产品和食品出口贸易。
该所研究团队成功选育出具有完全自主知识产权的黄曲霉毒素系列杂交瘤细胞株， 研制出多个高亲和力
抗体，是目前国内外报道的灵敏度最高、特异性最强的黄曲霉毒素通用抗体和分量抗体。 该团队还研制出黄曲
霉毒素系列配套试纸条、试剂盒、黄曲霉毒素标准品替代物、免疫亲和微柱，开发出黄曲霉毒素免疫亲和荧光速
测仪、黄曲霉毒素单光谱成像速测仪和黄曲霉毒素流动滞后免疫时间分辨荧光速测仪，如牛奶等单个样品从取
样到结果打印最快 9 分钟即可完成，破解了黄曲霉毒素高灵敏快速准确定量检测技术难题。
据介绍，这些技术成果和产品已应用于农产品（花生、玉米、稻米等）、食用油（花生油、玉米油等）、调味品
（花生酱、酱油、醋等）、乳制品（鲜牛奶、奶粉等）和饲料（饼粕等）等 5 大类 65 种农产品和食品检测中，并被德国
慕尼黑理工大学等一些国内外权威科研机构应用，为农产品和食品黄曲霉毒素检测、监管、评估与防控提供了
有力的技术支撑，取得了显著社会经济效益。
（消息来源：中国食品报）
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