全 文 ：第 29 卷 第 2 期 作　物　学　报 V ol. 29, N o. 2
2003 年 3 月　 300～ 304 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 300～ 304　M ar. , 2003
五种禾谷类作物淀粉糊化特性的比较研究α
池晓菲1　吴殿星1　楼向阳2　夏英武1　舒庆尧1, 3
(1浙江大学核农所突变与基因组工程实验室, 浙江杭州 310029; 2 浙江大学农学系作物遗传育种与种子工程研究所, 浙江杭州 310029)
摘　要　对水稻、小麦、大麦、玉米和高粱 5 种禾谷类作物运用冷碱糊化法、粘度速测仪 (R ap id V isco A nalyser, RVA )
及差示扫描量热仪 (D ifferen tial scann ing calo rim etry, D SC)进行淀粉糊化特性的比较研究。结果表明, 用不同方法测得
的结果, 有的反映某种共同的特征, 有的则显示糊化特性的不同方面。总体而言, D SC 揭示的糊化特性比较全面, 而冷
碱糊化法和RVA 揭示的信息较少。用冷碱糊化法和D SC 均发现大麦和小麦的糊化温度最低, 小于 70℃; 高粱最高,
大于 75℃; 水稻和玉米居中, 在 74℃左右。就糊化所需的热能而言, 则是水稻最多, 达 5. 74 J ög; 玉米最少, 仅 2. 31 Jö
g; 大麦和高粱相仿 (3. 85 J ög 和 3. 94 J ög) , 少于小麦 (4. 82 Jög)。就糊化的温度范围而言, 玉米最宽, 为 11. 34 ℃, 其
他差异不大, 在 7. 12～ 8. 90℃之间。上述结果说明, 5 种作物的淀粉糊化特性存在很大差异。
关键词　禾谷类作物; 淀粉; 糊化特性; 碱消值; 粘度速测仪; D SC
中图分类号: S337, S332　　　文献标识码: A
Compara tive Studies on the Starch Gela tin iza tion Character istics of F ive Cerea l
Crops
CH I X iao2Fei1　WU D ian2X ing1　LOU X iang2Yang2　X IA Ying2W u1　SHU Q ing2Yao1
(1 L aboratory of M utational and Genom ic E ng ineering , Institu te of N uclear A g ricultural S ciences, Z hej iang U niversity , H angzhou 310029, China;
2D epartm ent of A g ronom y , Z hej iang U niversity , H angzhou 310029, China)
Abstract　T he starch gelatin ization p roperties of rice, w heat, barley, m aize and so rghum w ere comparatively
studied, by using alkali sp reading value (A SV ) , R ap id V isco A nalyser (RVA ) , and D ifferen tial Scann ing
Calo rim etry (D SC). T he results show ed som e of the conclusions obtained by m eans of above m ethods reflected
bo th common and varied aspects of starch gelatin ization characteristics. A ll in all, D SC opened out more
info rm ation than A SV and RVA did. A SV and D SC show ed that barley and w heat had the low est
gelatin ization temperature (GT ) of less than 70℃. So rghum had the h ighest GT of above 75℃. R ice and m aize
had in term ediate GT of about 74℃. A s far as of needed heat energy, rice up to 5. 74 J ög, m aize simp ly dow n
to 2. 31 Jög, barley (3. 85 J ög) sim ilar to so rghum (3. 94 Jög) , and less than w heat (4. 82 J ög). M aize had
w idest gelatin ization range (11. 34℃) , and o ther four cereal crop s w ere sim ilar (7. 12～ 8. 90℃). T he above
results indicated that the cereal crop s varied greatly in term s of starch gelatin ization characteristics.
Key words　Cereal; Starch; Gelatin ization characteristics; A SV ; RVA ; D SC
　　水稻、小麦等禾谷类作物淀粉既是人类重要的
食物来源, 也是食品加工的重要原材料。淀粉由线
性连接的直链淀粉和分枝连接的枝链淀粉两种形式
混合构成。在过量水分条件下, 将淀粉与水混合加
热至一定温度后, 淀粉颗粒吸水膨胀, 晶体熔解,
双折射性和结晶性不可逆转地丧失, 这就是所谓的
糊化现象[ 1 ]。糊化是淀粉固有的重要物理特性之
一, 无论是直接用作食品, 还是用于加工, 糊化特α 基金项目: 浙江省科技厅重点实验室建设项目
作者简介: 池晓菲 (19772) , 女, 生物物理专业博士研究生; 　　3 舒庆尧 (19652) , 通讯作者, 男, 教授, 博士生导师, Tel & Fax:
0571286971202, E2m ail: qyshu@zju. edu. cn; qingshu@hotm ail. com
Received on (收稿日期) : 2002201208, A ccep ted on (接受日期) : 2002204229

性都具有重要的实际意义[ 2～ 4 ]。在日常生活中, 已
知不同来源的淀粉具有不同的理化特征, 但是, 迄
今未见有针对不同禾谷类作物淀粉糊化特性差异的
比较研究。除水稻外, 对其它作物淀粉糊化特性的
研究尚少见报道。一般只是在研究淀粉其他特性时
对糊化特性作一些简单的研究[ 5～ 8 ]。本研究运用冷
碱糊化法、粘度速测仪及差示扫描量热仪对 5 种禾
谷类作物淀粉糊化特性的异同进行了比较, 为禾谷
类作物食用品质改良、工业淀粉原料选择提供依据
和参考。
1　材料与方法
1. 1　试验材料
水稻: 沈农 265、泥青粘、99 亚 162、秀水 11、
Jasm ine 85 由浙江大学核农所育种组提供;
小麦: 九高绵、扬麦 158 由台州市农科所提供,
W 67、L 92、L 650 由安徽农业大学提供;
大麦: 秀麦 3 号、92211、99210、99218、99214
由浙江大学农学系提供;
玉米: 掖 107、126、玉引 29、新大黄 132、秦湾
1611 由云南省农业科学院提供;
高粱: 忻粱、鲁 1B 由山东省农业科学院提供,
抗四由山西省农业科学院提供, KS03421、KS03422
由安徽省合肥市肥东良种中心提供。
1. 2　样品制备
水稻籽粒经 Satake 糙米机脱壳后, 与其它 4 种
禾谷类作物一样, 用 Satake 精米机自动碾磨, 碾减
率为 10% 左右, 后取其中的一部分用旋风式磨粉机
(U dy, Fo rt Co llin s, CO. , U SA ) 磨成粉末, 过 100
目筛。
1. 3　碱消值 (ASV)测定糊化温度
本实验中 5 种作物籽粒的A SV 均采用水稻的
标准测定方法, 即农业部部颁标准N Y147288[ 9 ] ,
进行测定。在结果表述上, 将A SV 的 1 级和 2 级统
称为 2 级。测定时, 每份样品为 6 粒, 两次重复, 求
平均值。
1. 4　粘度速测仪 (RVA)测定糊化特性
粘度速测仪既可测定淀粉的粘度变化, 也可测
定若干糊化特征, 如起始糊化温 度 ( Pasting
temperature, pT emp )、最高粘度时间 (Peak tim e,
pT im e)。本实验所用 RVA 系澳大利亚 N ewport
Scien tific 仪器公司生产, 用 TCW (T herm al Cycle
fo r W indow s) 配套软件记录和分析数据。每样本测
定 1 次, 具体操作过程见舒庆尧[ 10 ]等。
1. 5　差示扫描量热仪 (D SC)测定热特性
以美国 Perk in2E lm er 公司D SC27 型差示扫描
量热仪测定。步骤如下: 用十万分之一电子天平精
确称取 2. 5 m g 粉, 置于铝盒中, 加 7. 5 ΛL 蒸馏水,
然后用配套铝盖密封铝盒, 平衡 1h 后, 以 10 ℃ö
m in 的加热速率使铝盒温度由 30℃上升到 110℃。
以密封空白铝盒作为对照。每样本测定 1 次。采用
配 套 分 析 程 序 PC Series D SC7 M ultitask ing
Softw are V ersion 2. 1 记录和计算吸热曲线上的起
始温度 (O nset temperature, T o )、峰值温度 (Peak
m ax im um temperature, T p )、终止温度 (Conclusion
temperature, T c ) 和糊化吸收热焓 ( En thalpy of
transition, ∃H ) , 以及糊化范围 R = 2× (Tp - To)
和峰高指数 PH I= ∃H ö(Tp- To) [ 11 ]。
1. 6　数据分析
应用方差分析法分析试验数据, 平均数的多重
比较采用最小显著差数法 (L SD ) , 数据运算由 SA S
分析软件在 PC 机上完成。
2　结果与分析
2. 1　糊化特性的种间差异
从表 1 可知, 除RVA 谱的 pT emp 在作物间有
显著差异外, 其它各项指标的平均值在作物间的差
异均达极显著水平。这与在现实生活中蒸煮这 5 类
作物种子时需添加的水分和蒸煮时间及熟后的粘
度、韧性和弹性等存在差异是一致的。
2. 2　碱消值
由表 2 可知, A SV 值从大到小的顺序依次为
大麦 (6. 3 级)、小麦 (5. 3 级)、水稻 (4. 4 级)、玉米
(4. 1 级) 和高粱 (2. 3 级)。大麦极显著地大于高粱,
与水稻和玉米也有显著差异, 但与小麦无显著差
异。水稻则显著大于高粱, 与玉米和小麦无显著差
异。高粱与小麦差异极显著, 并显著小于玉米。小
麦和玉米的差异未达到显著水平。A SV 的 6～ 7 级
对应于低糊化温度 (< 70℃) , 4～ 5 级对应于中等
糊化温度 (70～ 74℃) , 1～ 3 级对应于高糊化温度
(> 74℃) [ 1, 9 ]。从本试验的结果看, 较低的温度就
可使大麦和小麦的淀粉糊化, 而高粱在达到较高温
度的情况下, 才开始糊化, 水稻和玉米居中。
2. 3　RVA 谱
5 种作物的RVA 图谱见图 1。由图可知, 作物
间 RVA 谱明显不同。就糊化特性而言, 以此方法
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测定的大麦起始糊化温度 (83. 44℃) 反而最高, 玉
米 (73. 43℃) 为最低。再进一步分析达到峰值粘度
所需的时间, 各种作物存在很大差异 (图 1; 表 2)。
玉米不但起始糊化温度低, 而且出现峰值粘度时间
早, 仅需 4. 77 m in; 相反, 大麦起始糊化温度高,
而且峰值粘度时间迟, 达 6. 31 m in。
表 1　　5 种禾谷类作物淀粉糊化特性单因子分析
Table 1　　Analysis of var iance for starch gelatin ization character istics in f ive cerea l crops
变异来源
Resources of
variation
自由度
df
均方　M ean square
A SV
(Score)
pT im e
(m in)
pTemp
(℃)
To
(℃)
Tp
(℃)
Tc
(℃)
∃H
(Jög) PH I R(℃)
作物间
Among crop s
4 11. 143 3 2. 483 3 81. 493 100. 683 3 110. 133 3 104. 713 3 8. 123 3 0. 683 3 13. 403 3
品种内W ith in
crop among
varieties
20 1. 55 0. 18 18. 70 10. 26 7. 46 5. 53 0. 57 0. 12 1. 83
　　注: 3 代表 0. 05 显著水平, 　　3 3 代表 0. 01 显著水平。　　A SV 指碱消值, pT im e 和pTemp 分别指RVA 谱上的最高粘度时间和起
始糊化温度, To、Tp、Tc、∃H、PH I 和 R 分别为DSC 吸热曲线上的起始温度、峰值温度、终止温度、吸收热焓、峰高指数和糊
化范围。
　　Note: 3 and 3 3 stand for significant at the 0. 05 and 0. 01 levels, respectively. 　　A SV stands for alkali2sp reading value; pT im e and pTemp
for peak tim e and pasting temperature in RVA p rofile; To, Tp, Tc, ∃H, PH I and R m ean onset temperature, peak m axim um
temperature, conclusion temperature, Enthalpy of transition, peak high index and gelatinization range in DSC curve respectively.
表 2　　5 种禾谷类作物淀粉糊化特性指标平均值的多重比较 (LSD )
Table 2　　M ultiple compar ison for average gelatin ization character istic indexes in the starches of f ive cerea l crops
作物　Crop A SV 　 (Score) pT im e　 (m in) pTemp　 (℃) To　 (℃) Tp　 (℃)
大麦　Barley 6. 3±1. 07 a A 6. 31±0. 20 a A 83. 44±2. 13 a A 57. 19±1. 89 c C 60. 75±1. 65 c B
水稻　R ice 4. 4±2. 15 b AB 6. 32±0. 16 a A 76. 18±6. 16 bc AB 63. 9±6. 48 b AB 68. 35±5. 71 b A
高粱　Sorghum 2. 3±0. 31 c B 5. 19±0. 30 b B 76. 93±0. 67 bc AB 68. 57±0. 68 a A 72. 38±0. 22 a A
玉米　M aize 4. 1±1. 06 b AB 4. 77±0. 27 b B 73. 43±2. 64 c B 63. 21±0. 59 b AB 68. 88±0. 54 ab A
小麦　W heat 5. 3±0. 87 ab A 5. 29±0. 83 b B 81. 25±6. 60 ab A 58. 88±2. 21 c BC 63. 1±1. 26 c B
作物　Crop Tc　 (℃) ∃H PH I R　 (℃)
大麦　Barley 66. 2±1. 32 c B 3. 85±0. 42 b B 1. 09±0. 16 a A 7. 12±0. 98 b B
水稻　R ice 73. 99±4. 87 b A 5. 74±1. 36 a A 1. 38±0. 65 a A 8. 9±1. 65 b B
高粱　Sorghum 77. 38±0. 33 a A 3. 94±0. 60 b B 1. 06±0. 29 a A 7. 62±0. 91 b B
玉米　M aize 74. 44±1. 08 ab A 2. 31±0. 55 c C 0. 4±0. 08 b B 11. 34±0. 83 a A
小麦　W heat 68. 63±0. 97 c B 4. 82±0. 42 ab AB 1. 18±0. 26 a A 8. 45±1. 98 b B
　　注: 表中同一性状数据后带相同小写ö大写字母者表示在 0. 05ö0. 01 水平差异不显著。±后为标准误差。
　　Note: The data of the sam e characteristics fo llow ed by common sm all and cap ital letters indicate no significant at 0. 05 and 0. 01 levels,
respectively. ±Standard deviation.
2. 4　淀粉热特性
淀粉具有半结晶的颗粒结构, 经热水处理会发
生糊化现象, 有序的晶体相向无序的非晶体相转
化, 在此过程中伴随有能量的变化。来源不同的淀
粉与水作用过程中热力学性质各有差异, 这些差异
可以用D SC 检测。以此方法测定的起始糊化温度
高粱 (68. 57℃)极显著地高于大麦 (57. 19℃)和小麦
( 58. 88℃) , 显著高于水稻 ( 63. 90℃) 和玉米
( 63. 21℃)。从热焓上看, 玉米糊化所需的热量
(2. 31 Jög) 极显著地低于水稻 (5. 74 Jög)、小麦 (4. 82 J ög)、高粱 (3. 94 Jög) 和大麦 (3. 85 Jög) , 同时峰高指数 (0. 40) 也极显著地小于其它 4 类作物,而糊化范围 (11. 34℃) 极显著地大于其它 4 类作物。　　2. 5　相关性分析表 3 为 3 种不同方法测得的淀粉糊化特性相关分析结果。由表 3 可见, 若干指标之间存在显著相关性, 如 To 与 T c、To 与 Tp、Tp 与 T c 间存在极显著正相关, 而A SV 与 To、A SV 与 Tp、A SV 与T c 间为显著负相关。
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图 1　　五种禾谷类作物代表性的RVA 谱
F ig. 1　　Rep resentative RVA p rofiles of five cereal crop s
表 3　　不同方法测得的糊化特性之间的相关系数
Table 3　　The correlation between gelatin ization
character istics obta ined by different means
T rait
pT im e
(m in)
pTemp
(℃)
A SV
(sco re)
To
(℃)
Tp
(℃)
Tc
(℃)
∃H
(Jög) PH I　
pTemp 0. 56
A SV 0. 39 0. 36
To - 0. 31 - 0. 33 - 0. 913
Tp - 0. 38 - 0. 42 - 0. 913 0. 983 3
Tc - 0. 37 - 0. 46 - 0. 913 0. 963 3 0. 993 3∃H 0. 43 0. 11 - 0. 01 0. 10 0. 02 0. 02
PH I 0. 39 0. 25 - 0. 13 0. 25 0. 10 0. 07 0. 89
R - 0. 32 - 0. 43 0. 10 - 0. 17 0. 02 0. 09 - 0. 42 - 0. 74
　　注: 3 代表 0. 05 显著水平, 3 3 代表 0. 01 显著水平。
　　No te: 3 and 3 3 stand fo r the sign ifican t at the 0. 05 and 0. 01 levels,
respectively.
3　讨论
淀粉是禾谷类作物籽粒最重要的组成成分, 淀
粉糊化特性与水稻等谷类作物的蒸煮、食用、加工
品质直接相关。本文是国内、外第一篇有关禾谷类
作物淀粉糊化特性比较研究的报道。从实验结果可
知, 这 5 种禾谷类作物淀粉糊化特性间有非常大的
差异, 为满足不同消费者的口味和食品生产加工中
对淀粉特性的不同要求, 提供了丰富的选择空间。
3. 1　糊化特性的比较
5 种禾谷类作物淀粉的主要糊化特性指标 (包
括起始糊化温度、最高粘度时间、A SV 值、焓变及
峰高指数和糊化范围)间存在显著或极显著的差异。
玉米糊化的温度范围最宽, 极显著地大于其它 4 种
禾谷类作物, 而峰高指数极显著地少于其它 4 类,
这可能与其糊化所需热能和时间最少有关。用冷碱
糊化法和D SC 均发现大麦和小麦的糊化温度最低,
而且极显著地低于高粱、水稻和玉米居中。
一般认为, 糊化温度低, 则蒸煮容易。但在本
试验中, 相比其它禾谷类淀粉, 水稻的糊化温度虽
然不是最高, 但糊化所需的热能和时间却最多, 说
明糊化温度和糊化时间并不一一对应。所以在食品
加工中选择哪类淀粉作为原材料或进行专用优质育
种时不仅要考虑糊化温度, 还应充分考虑糊化所需
的热能和时间。
3. 2　测定方法的比较
冷碱糊化法是测定稻米糊化温度常用的间接手
段, 但在大麦、小麦、玉米、高粱等谷类作物上的
应用还未见报道。从本试验的结果看, 此法测定的
结果与D SC 所得结果较为一致, A SV 与D SC 的
3032 期　　　　　　　　　　　　　池晓菲等: 五种禾谷类作物淀粉糊化特性的比较研究　　　　　　　　　　　　　　　　

To、Tp 和 T c 皆显著相关, 从而表明冷碱糊化法同
样也适用于其它禾谷类作物, 尤其适用于育种早期
世代的大量筛选。
本试验运用了 3 种测定淀粉糊化特性的常用方
法。虽然这 3 种方法所测得的结果并不完全一致,
但这并不表明结果是矛盾的, 而是与各方法的原理
不同以及淀粉糊化特性本身的复杂性有关。以大麦
为例, 利用碱消值法测得大麦糊化温度最低, 与
D SC 法一致, 但与 RVA 谱上其 pT emp 最高相悖。
分析其原因, 这可能与RVA 谱的 pT emp 的定义有
关[ 12 ]。由于 pT emp 反映的是规定时间间隔内粘度
的变化幅度大于某一设定值时的温度, 如本实验设
定在 2 秒间隔内罐内粘度变化大于 4RVU (RVU 为
RVA 测得的粘度单位) 时的温度为 pT emp, 因此,
对实际糊化温度较低, 但糊化相对较慢的材料, 用
RVA 测得的 pT emp 可能会出现偏高的情况。这与
本试验中大麦糊化所需的时间比高粱、玉米和小麦
都多, 也即大麦糊化速率较慢是一致的。
此外, D SC 测得的起始糊化温度有低于A SV
和RVA 结果的倾向, 这可能是由于D SC 在密闭的
体系内完成, 随着温度的升高, 水发生汽化, 提高
了体系内部的压力, 这反过来又提高了水分子的活
度和能量, 进而促进了淀粉分子的扩散而造成
的[ 12 ]。
在这 3 种方法中, D SC 测定所需的样本量最
少, 一次试验只需 2. 5 m g 左右, 不仅能测定 GT ,
而且还可得到糊化所需热能、峰高指数和糊化范围
等特征指标, 可以较全面地反映淀粉的糊化特性。
相对而言, 用冷碱糊化法测得的信息较少, 但其测
定方法简便、成本少, 所以仍是一种有效的技术。
RVA 测得的糊化特性也较少, 还可能存在一些误
差, 但是它能更多地揭示淀粉的其它特性, 因此在
谷物淀粉品质分析中, 仍然是一种常用的分析方
法[ 10 ]。
致谢: D SC 测定部分在浙江大学化学工程研究所高分子分
析测试联合实验室完成, 该实验室的韩冬林老师和浙江大
学农学系硕士生黄华宏在D SC 测定上, 给予了热心的指
导, 在此一并致谢。
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