糯玉米淀粉理化特性基因型差异研究

陆大雷 孙旭利 赵浚宇 王 鑫 闫发宝 董 策 陆卫平

糯玉米淀粉理化特性基因型差异研究

陆大雷 孙旭利 赵浚宇 王 鑫 闫发宝 董 策 陆卫平

(扬州大学农学院江苏省作物遗传生理重点实验室农业部长江中下游作物生理生态与栽培重点开放实验室，江苏扬州 225009)

以15个糯玉米品种为材料，研究其淀粉理化特性的基因型差异。结果表明，淀粉中Cu、Fe、Mn、S、K、Na、Mg等7个元素含量糯玉米品种间无显著差异，最大吸收波长、碘结合力和回复值均表现出典型的糯性特征，糊化温度、起始温度、峰值温度和终值温度品种间虽有显著差异，但变异系数较小。膨胀势、溶解度、峰值黏度、崩解值、热焓值和回生值品种间有显著差异。相关分析表明，S元素含量与回复值、糊化温度显著正相关，与溶解度和崩解值显著负相关。Ca元素含量与热焓值显著正相关。溶解度与直径9～13μm淀粉粒比例显著负相关，与直径＞17μm淀粉粒比例显著正相关。

糯玉米 淀粉 理化特性 基因型差异

明确不同来源淀粉理化特性的差异是其得以合理应用的基础［1］。玉米淀粉是工业淀粉的主要来源，占据了世界淀粉市场80%左右的份额［2］。玉米根据籽粒组成与形态结构可以分为普通玉米、糯玉米、高直链淀粉玉米等不同类型，且不同类型玉米淀粉由于直链淀粉含量以及淀粉结构的不同，淀粉理化特性有显著差异，因此在市场上有不同用途［3－6］。糯玉米由于wx基因突变，导致籽粒不能合成直链淀粉，胚乳淀粉全部由支链淀粉组成，具有透明度优、溶解度和稳定性好、黏度高且不易凝沉等特性，在食品、纺织、黏合剂等行业具有独特用途［7］。

中国是糯玉米起源地，具有丰富的种质资源［8］。虽然糯玉米淀粉与其他类型玉米淀粉相比具有显著差异［3－6］，但糯玉米理化特性品种之间是否存在差异目前尚缺乏相关报道。本研究以国家糯玉米区域试验品种为研究对象，分析了糯玉米淀粉理化特性的基因型差异，以期为根据市场需求选择适宜品种提供参考。

1 材料与方法

1．1 试验品种和样品制备

供试材料为2010年国家糯玉米区域试验15个品种，种子由农业部品种管理处提供。试验于2010年于扬州大学实验农牧场进行，3月15日播种，3月25日移栽，各品种于开花期选择10株进行人工套袋辅助授粉，花后40 d收获，籽粒参照文献［7］分离淀粉后进行理化特性分析。

1．2 试验仪器

Mastersizer 2000激光衍射粒度分析仪:英国Malvern;3D快速黏度分析仪(RVA):澳大利亚Newport Scientific;200F3差示扫描量热仪:德国NETZSCH;PE Lambda 12紫外－可见分光光度计:美德合资Perkin Elmer;5415D小型台式高速离心机:德国Eppondorf;TDL－5飞鸽台式离心机:上海安亭;JYL－350九阳料理机:浙江九阳;722型分光光度计:上海菁华科技仪器有限公司;FW－100万能粉碎机:天津泰斯特仪器有限公司;SHZ－88台式水浴恒温振荡器:江苏太仓实验设备厂。

1．3 理化特性测定

微量元素含量测定:参照文献［9］进行测定。膨胀势和溶解度测定:参照文献［7］进行测定。糊化特性测定:参照文献［10］进行测定，样品质量浓度为100 mg/mL。淀粉粒分布测定:参照文献［11］进行测定。碘结合力测定:参照文献［11］进行测定。热力学特性测定:参照文献［9］进行测定，样品浓度为333 mg/mL。

1．4 数据分析

数据采用DPS7．05进行统计分析。

2 结果与分析

2．1 元素含量

淀粉中含有一定数量的元素。Cu、Fe、Mn、S、K、Na、Mg等7个元素含量品种间无显著差异(表1)。Zn、Ca、P和B元素含量有显著的基因型差异，Zn元素含量以血糯8号最低(2．8 mg/kg)、三北白糯4最高(8．8 mg/kg);Ca元素含量含量以SNN－12最高(35．6 mg/kg)，银糯2号最低(23．3 mg/kg);B元素含量SNN－12最高(9．3 mg/kg)，禾盛糯1512最低(3．4 mg/kg);P元素以含量SNN－12最低(99．5 mg/kg)，晋糯5号最高(188．5 mg/kg)。Thitipraphunkul等［12］对美人蕉科块茎淀粉的研究表明，P、Ca、Mg、K、Na和F元素在不同基因型间存在显著差异。

表1 糯玉米淀粉元素含量的基因型差异/mg/kg

2．2 淀粉粒体积分布

糯玉米籽粒淀粉粒粒径和分布有显著的基因型差异(表2)。淀粉粒平均粒径以禾盛糯1512最低(16．0μm)，晋糯5号最高(30．5μm)。淀粉粒体积分布中，直径0～5μm、5～9μm、9～13μm、13～17 μm和＞17μm的淀粉粒比例变幅分别为0．0%(郑白糯968)～7．9%(三北白糯4)、4．2%(银糯2号)～15．0%(京科糯968)、16．4%(三北白糯4)～29．0%(沈糯062)、16．7%(淮科糯3号、京科糯598)～26．2%(沈糯062)和28．4%(沈糯062)～59．9%(三北白糯4)。普通玉米淀粉粒分布以及不同类型玉米淀粉粒分布同样均存在显著的基因型差异［13－15］。

表2 糯玉米淀粉粒体积分布的基因型差异

2．3 膨胀势、溶解度和碘结合力

糯玉米淀粉的膨胀势以淮科糯3号最高(26．5 g/g)，血糯8号最低(15．6 g/g)，而溶解度则以血糯8号最高(38．0%)，斯达29最低(26．2%)(表3)。碘结合力为可用来评价淀粉中短分支链和长分支链的比例，糯玉米淀粉的碘结合力在0．78左右，支链淀粉约为0．55，而直链淀粉则大于1．5［16］。蓝值、最大吸收波长和碘结合力3个指标均以万糯8号最高(分别为0．203、553．3 nm和0．77)，最低分别为0．116(禾盛糯1512)、536．2 nm(京彩甜糯)和0．53(京彩甜糯)，但最大吸收波长变异系数较小，且表现出典型的糯性特征。

表3 糯玉米淀粉膨胀势、溶解度和碘结合力的基因型差异

2．4 糊化特性

糯玉米籽粒淀粉糊化特征值有显著的基因型差异(表4)。糊化温度以禾盛糯1512最低(75．1℃)，京科糯598最高(79．9℃)，但其变异系数较低(仅为1．8)。京科糯598的峰值黏度、谷值黏度和崩解值在不同品种间均最低(分别为45．6 RVU、42．0 RVU和3．6 RVU)，这3项特征值分别以斯达29、沈糯062和SNN－12最高(分别为143．8 RVU、89．9 RVU和70．8 RVU)。终值黏度以SNN－12最低(55．2 RVU)，沈糯062最高(106．4 RVU)。回复值不同品种间变幅为3．3(京彩甜糯)～16．5 RVU(沈糯062)，虽然该参数品种间有显著差异，但其值相对较低，且均表现出显著的糯性特征，其主要原因由于糯玉米淀粉不含直链淀粉所致［17］。

表4 糯玉米淀粉糊化特性的基因型差异

2．5 胶凝特性

糯玉米淀粉糊化范围和峰值指数品种间无显著差异，但起始温度、峰值温度、终值温度和热焓值品种间有显著差异(表5)。起始温度、峰值温度、终值温度虽有显著基因型差异，但总体上变异系数较小(变异系数分别为2．4、2．0、1．4)，而热焓值品种间变幅为10．5～13．9 J/g，以SNN－12最高，淮科糯3号最低。

表5 糯玉米淀粉胶凝特性的基因型差异

2．6 回生特性

糯玉米淀粉糊化冷藏后发生回生，表现为转变温度和热焓值的降低。回生后，淀粉的转变温度同样品种间变异较小(分别为2．0、1．4、0．6)，品种间热焓值以盛糯1号最低(5．8 J/g)，斯达29最高(7．9 J/g)。回生值品种间变幅为47．3%～64．2%，以SNN－12最低，淮科糯3号最高。Sandhu等［18］和Yamin等［19］分别报道了普通玉米的回生值在50%～60%和40%～60%之间。

表6 糯玉米淀粉回生特性的基因型差异

表7 糯玉米淀粉理化特征值间的相关分析

2．7 相关分析

淀粉中Cu、Fe、Mn、Zn、K、Na、Mg、P、B元素含量对籽粒淀粉理化特性无显著影响，S元素含量与回复值、糊化温度和峰值温度显著正相关，与溶解度和崩解值显著负相关。Ca元素含量与热焓值显著正相关(表7)。Inatsu等［20］同样报道Ca和K对马铃薯淀粉的糊化特性存在显著影响。淀粉粒中直径5～9μm淀粉粒比例与糊化温度和峰值温度显著正相关，与崩解值显著负相关;Zaidul等［21］发现，马铃薯淀粉的平均粒径与崩解值显著正相关，与糊化温度显著负相关。Singh等［22］发现，木薯淀粉中大颗粒的比例与崩解值显著正相关，这与本研究结果相似。溶解度与直径9～13μm淀粉粒比例显著负相关，与直径＞17μm淀粉粒比例显著正相关，但平均粒径与淀粉理化特征值间无显著相关关系。蓝值与膨胀势显著负相关，其他理化特性值间无显著相关关系。

3 结论

糯玉米籽粒淀粉中Cu、Fe、Mn、S、K、Na、Mg等7个元素含量品种间无显著差异，Zn、Ca、P和B元素含量有显著差异。淀粉粒粒径和分布有显著的基因型差异，且平均粒径变幅为16．0～30．5μm。淀粉的溶解度和膨胀势有显著的基因型差异，而碘结合力和最大吸收波长均表现出典型的糯性特征。RVA研究表明，淀粉黏度特征值有显著的基因型差异，但糊化温度变异较小，而回复值较低(＜16．5 RVU)。淀粉热力学特征参数中，峰值指数和糊化范围品种间无显著差异，起始温度、峰值温度和终值温度变异系数较小;热焓值和回生值品种间有显著差异，且前者以SNN－12最高，淮科糯3号最低，后者表现相反。相关分析表明，淀粉中Ca和S元素含量以及淀粉粒分布对淀粉膨胀势、溶解度、黏度特性和热力学特性有显著影响。

志谢:江苏高校优势学科建设工程和江苏高校优秀科技创新团队资助项目。

［1］Duxbury D D．Modified starch functionalities——no chemicals or enzymes［J］．Food Processing，1989，50:35－37

［2］Jobling S．Improving starch for food and industrial applications［J］．Plant Biology，2004，7:210－218

［3］Singh N，Sandhu K S，Kaur M．Physicochemical properties including granular morphology，amylose content，swelling and solubility，thermal and pasting properties of starches from normal，waxy，high amylose and sugary corn［J］．Progress in Food Biopolymer Research，2005，1:44－54

［4］Liu H，Ramsden L，Corke H．Physical properties and enzymatic digestibility of acetylated ae，wx and normal maize starch［J］．Carbohydrate Polymers，1997，34:283－289

［5］Singh N，Inouchi N，Nishinari K．Structure，thermal and viscoelastic characteristics of starches separated from normal，sugary and waxy maize［J］．Food Hydrocolloids，2006，20:923－935

［6］Perera C，Lu J，Sell J，et al．Comparison of physicochemical properties and structures of sugary－2 corn starch with normal and waxy cultivars［J］．Cereal Chemistry，2001，78:249－256

［7］陆大雷，王德成，赵久然，等．糯玉米粉、淀粉和脱脂淀粉的理化特性研究［J］．中国粮油学报，2009，24(1):54－59

［8］梁志杰，陆卫平．特用玉米［M］．北京:中国农业出版社，1997:122－140

［9］陆大雷，郭换粉，董策，等．脱脂对糯玉米淀粉热力学特性的影响［J］．中国粮油学报，2011，26(1):48－51

［10］陆大雷，陆卫平，赵久然，等．基肥配比和拔节期追氮对糯玉米淀粉糊化(RVA)特性的影响［J］．作物学报，2008，34(7):1253－1258

［11］陆大雷，郭换粉，董策，等．普通、甜、糯玉米果穗不同部位籽粒淀粉理化特性和颗粒分布差异［J］．作物学报，2011，37(2):331－338

［12］Thitipraphunkul K，Uttapap D，Piyachomkwan K，et al．A comparative study of edible canna(Canna edulis)starch from different cultivars．Part I．Chemical composition and physicochemical properties［J］．Carbohydrate Polymers，2003，53:317－324

［13］Ji Y，Wong K，Hasjim J，et al．Structure and function of starch from advanced generation of new corn lines［J］．Carbohydrate Polymers，2003，54:305－319

［14］Ji Y，Seetharaman K，Wong K，et al．Thermal and structure properties of unusual starches from developmental corn lines［J］．Carbohydrate Polymers，2003，51:439－450

［15］Sandhu K S，Singh N，Kaur M．Characteristics of the different corn types and their grain fractions:physicochemical，thermal，morphological and rheological properties of starches［J］．Journal of Food Engineering，2004，64:119－127

［16］Ratnayake W S，Hoover R，Warkentin T．Pea starch:composition，structure and properties:a review［J］．Starch/Starke，2002，54:217－234

［17］Fiedorowicz M，Rebilas K．Physicochemical properties of waxy corn starch and corn amylopectin illuminated with linearly polarized visible light［J］．Carbohydrate Polymers，2002，50:315－319

［17］Miles M J，Morris V J，Orford P D，et al．The roles of amylose and amylopectin in the gelation and retrogradation of starch［J］．Carbohydrate Research，1985，135:271－281

［18］Sandhu K S，Singh N．Some properties of corn starches II:Physicochemical，gelatinization，retrogradation，pasting and gel textural properties［J］．Food Chemistry，2007，101:1499－1507．

［19］Yamin F F，Svendsen L，White P J．Thermal properties of corn starch extraction intermediates by differential scanning calorimetry［J］．Cereal Chemistry，1997，74:407－411

［20］Inatsu O，Maeda I，Jimi N，et al．Edible canna starch．I．Some properties of edible canna starch produced in Taiwan［J］．Journal of Japanese Society Starch Science，1983，30:38－47

［21］Zaidul I SM，Yamauchi H，Takigawa S，et al．Correlation between the compositional and pasting properties of various potato starches［J］．Food Chemistry，2007，105:164－172

［22］Singh J，McCarthy O J，Singh H．Physicochemical and morphological characteristics of New Zealand Taewa(Maori potato)starches［J］．Carbohydrate Polymers，2006，64:569－581．

Genotypic Differences for Starch Physicochemical Features of Waxy Corn

Lu Dalei Sun Xuli Zhao Junyu Wang Xin Yan Fabao Dong Ce Lu Weiping
(College of Agronomy，Yangzhou University/Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province/Key Laboratory of Crop Physiology，Ecology and Cultivation in Middle and Lower Reaches of Yangtse River of Ministry of Agriculture，Yangzhou 225009)

The genotypic differences for starch physicochemical features of waxy corn were studied using 15 varieties as materials．The results showed that Cu，Fe，Mn，S，K，Na，and Mg contents were similar among 15 varieties．The values ofλmax，iodine binding capacity，and feedback all presented typical waxy feature．The coefficient of variation for pasting－ ，onset－ ，peak－ ，and conclusion temperature was small though it was significantly different among varieties．Significantly differences were showed for swell power，solubility，peak viscosity，breakdown，enthalpy，and setback rate among different varieties．Scontent was significantly positive related to setback and pasting temperature，while it was significantly negative related to solubility and breakdown．Ca content was significantly positively related to enthalpy．Solubility was significantly positive related to the percentage of starch granule that diameter higher than 17 μm，while it was significantly negative related to the percentage of starch granule that diameter between 9 and 13μm．

waxy corn，starch，physicochemical features，genotypic difference

S513

A

1003－0174(2012)10－0049－05

国家自然科学基金(30971731、31000684)，江苏省高校自然科学基金(11KJB210006)，江苏省作物栽培生理重点实验室开放课题(K100010)

2012－02－21

陆大雷，男，1980年出生，讲师，博士，玉米品质

陆卫平，男，1958年出生，教授，博士生导师，玉米生理