不同提取液對粘多糖去除效果的影響

不同提取液對粘多糖去除效果的影響

芋頭是天南星科植物。芋頭是芋頭的地下塊，俗稱芋頭。芋頭主產(chǎn)區(qū)在非洲、中國、日本、印度、菲律賓等地。芋頭含淀粉69.6%~73.7%、蛋白質(zhì)1.75%~2.30%、脂類0.47%~0.68%,含有豐富鈣、磷、鐵、維生素B1和B2等微量元素。還含花青甙、甾醇、過氧化氫酶、胡蘿卜素及維生素D2等。因此,芋頭具有豐富的營養(yǎng)價值。淀粉是大多數(shù)植物的主要儲備物,在種子、根和莖中最豐富,人類70%~80%的熱量由淀粉提供。芋頭中含有一類既粘又滑的含氮粘多糖而將很小的淀粉顆粒包圍,常規(guī)方法不易提取,影響其性能及應(yīng)用的研究。因此,研究芋頭粘多糖的去除方法,提高淀粉得率,對研究芋頭淀粉的特性有一定的意義。1材料和方法1.1儀器、設(shè)備和測試儀器8520芋頭:實驗基地提供。標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩(80目)、過篩用刷子:浙江省上虞市滬江儀器紗篩廠;Sartorius電子天平:北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;752型紫外可見分光光度計:上海光譜儀器有限公司;電磁爐:廣東銀港科技股份有限公司;DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海精宏實驗設(shè)備有限公司;組織搗碎機(jī)、水浴鍋、蒸煮不銹鋼鍋等。1.2試劑氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、蒸餾水、氯化鈉、乙酸鉛、硫酸鈉、葡萄糖、石油醚、無水乙醇等,均購于天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠。1.3測試方法1.3.1均漿和浸泡時間去皮芋頭切成薄片并護(hù)色,在料水比為1∶3的不同提取液中,用植物組織搗碎機(jī)均漿3min后浸泡。分別用20目和80目的篩子過濾,篩下物離心(3000r/min,15min),加水溶解,用0.1mol/L的HCl調(diào)pH為中性,蒸餾水洗3次,收集淀粉,在40℃干燥48h至恒重。1.3.2干燥數(shù)鮮芋去皮切成小薄片裝干燥平皿入恒溫干燥箱,101~105℃干燥數(shù)小時至恒重。含水量,M為干燥后平皿和芋頭質(zhì)量/g,N為干燥前平皿和鮮芋質(zhì)量/g,A為鮮芋質(zhì)量/g。1.3.3去糖溶劑的選擇(1)堿性法(2)堿性加熱法(3)酸提取法1.3.4淀粉糊化溫度的測定,式中:A為鮮芋質(zhì)量/g,W為鮮芋含水量/g。淀粉含量:按GB5009.9—85測定。透明度測定:參見文獻(xiàn)。凝沉性、溶解度和膨脹度測定:參見文獻(xiàn)。溶解度S=(A/W)×100%,膨脹度B=P/[W×(100-S)]×100%,式中:W為淀粉樣品質(zhì)量/g,干基計;A為被溶解淀粉質(zhì)量/g,干基計;P為膨脹淀粉質(zhì)量/g,干基計。糊化溫度:淀粉溶液在水浴中加熱不斷攪拌,用溫度計讀出淀粉糊化溫度。以顆粒開始出現(xiàn)黏膠狀為糊化溫度開始,溶液全部透明為糊化結(jié)束溫度,測3次取平均。2結(jié)果與分析2.1分離人的淀粉濃堿法提取的芋頭液顏色為褐色且粘稠,無法過濾,幾乎無法提取到淀粉,因而無法計算淀粉提取率。褐變可能是高濃度堿液條件下,芋頭中還原糖和蛋白質(zhì)氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng),生成類似黑色素的物質(zhì)。粘稠可能是由于在一定堿濃度下淀粉可以常溫糊化。2.2堿性加熱法2.2.1堿液濃度對溶液穩(wěn)定性的影響圖1所示,當(dāng)NaOH濃度為0.04mol/L時,提取率最高,為51.54%。濃度在0~0.04mol/L時,曲線不斷上升,這是由于堿液濃度的增大有利于粘多糖的溶解,釋放淀粉顆粒;大于0.04mol/L時,曲線開始下降,是由于堿液濃度的增高對淀粉的糊化作用加劇,破壞淀粉分子結(jié)構(gòu),部分直鏈淀粉溶解,導(dǎo)致提取率降低。2.2.2提取率的測定圖2表明,在NaOH濃度為0.04mol/L條件下,當(dāng)溫度為60℃時,提取率最高;溫度小于60℃時曲線上升,這是由于加溫利于粘多糖的去除;高于60℃后,提取率降低,這是由于溫度升高使淀粉的糊化作用加劇,導(dǎo)致部分直鏈淀粉溶解加快。2.2.3浴溫度對提取率的影響圖3表明,NaOH濃度0.04mol/L,水浴溫度60℃下,提取率在2h達(dá)到最高,之后提取率逐漸下降。這可能是浸泡時間過長,水分進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部,破壞了淀粉分子結(jié)構(gòu),同時在加熱的作用下部分分解。2.3酸法2.3.1硫酸濃度對粘多糖提取率的影響由圖4a可知,當(dāng)鹽酸濃度為0.5mol/L時,淀粉提取率最高,為41.08%;由圖4b可知,硫酸濃度為0.25mol/L時,淀粉提取率最高,為45.11%。兩種酸濃度較低時,提取率較平穩(wěn),表明對粘多糖的去除效果不明顯;隨濃度增大,提取率逐漸上升,表明粘多糖不斷被破壞;大于最佳濃度時提取率不斷下降,且幅度較大,原因可能是淀粉在鹽酸的催化下發(fā)生了水解反應(yīng)。2.3.2硫酸提取率圖5表明,在50℃時,鹽酸有最大提取率43.25%;在60℃時,硫酸有最大提取率45.11%。隨溫度升高,在高于兩種酸的最佳溫度后,提取率逐漸下降,這可能是因為在有酸且不斷加熱的情況下,淀粉的水解反應(yīng)不斷增強(qiáng),導(dǎo)致提取率下降。2.3.3最佳取得率圖6表明,提取時間為6h時,HCl和H2SO4溶液的提取率最高,分別為48.93%和47.68%。6h后兩種酸的提取率開始下降,原因可能是隨著時間的延長,水分進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部,破壞了淀粉分子結(jié)構(gòu),淀粉水解量增大,影響了提取率。2.4粘多糖提取工藝正交試驗根據(jù)NaOH溶液單因素實驗結(jié)果,選擇NaOH濃度0.02、0.04、0.06mol/L,提取溫度55、60、65℃,提取時間1、2、4h做正交試驗,結(jié)果見表1。由表1可知,在以淀粉提取率為指標(biāo)的粘多糖去除工藝中,各因素影響大小為:RA>RB>RC,即堿液濃度對試驗結(jié)果的影響較大,在一定范圍內(nèi)提高其濃度,能有效去除粘多糖,提高淀粉得率;提取溫度對試驗結(jié)果的影響其次,但在一定范圍內(nèi)的升高能增大淀粉的提取率;提取時間對試驗結(jié)果的影響較小。粘多糖去除工藝的最優(yōu)條件是:NaOH溶液濃度0.04mol/L,提取溫度60℃,提取時間2h。2.5它是芋頭的一種成分2.5.1饅頭的提取率在NaOH濃度0.04mol/L、水浴溫度60℃、提取時間2h的條件下,重復(fù)實驗得粗淀粉提取率為52.54%。淀粉含量為X=70.92%,此純度與86%或97%(含水)以上的合格淀粉純度相比有較大差距,原因為:芋頭粉碎后過80目篩,孔徑較大,粗纖維等雜質(zhì)含量較多;粗淀粉中存在較多的蛋白質(zhì)。使用紅外水分測定儀測定粗淀粉中含水量,得平均值為12.17%。2.5.2天然高分子的晶束或晶區(qū)透明度為8.9%。芋頭淀粉的直鏈含量較低,因此透光率較高。這是因為直鏈淀粉的分子理論上柔順性好,質(zhì)子易與負(fù)電子性大的氧產(chǎn)生吸引形成氫鍵力,由于氫鍵力在天然高分子中為多分子效應(yīng),有加成作用,形成多分子的晶束或晶區(qū),很容易相互凝聚締合使淀粉糊凝沉,使光線發(fā)生散射,減弱了光的穿透百分率,糊的透明度降低。2.5.3控制饅頭淀粉凝沉慢、凝膠構(gòu)造弱芋頭淀粉沉降積為4.3mL,玉米、甘薯的沉降積分別為3.8、4.0mL,可見芋頭淀粉的直鏈淀粉含量最低,凝沉性差,不易老化。直鏈淀粉含量低在淀粉形成過程中淀粉凝沉慢,凝膠的構(gòu)造弱。而支鏈淀粉由于高度的分支性與水的親和力強(qiáng),易于糊化不利于凝沉。2.5.4溫度對淀粉分子結(jié)晶作用由圖7可知,芋頭淀粉的溶解度隨溫度的增加而增加,在75℃以后上升加快。這是由于在加熱時,分子結(jié)晶區(qū)氫鍵被切斷,結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到破壞,使得游離水易于滲入淀粉分子內(nèi)部,因此,溫度越高,其溶解度越大。而膨脹度變化不大,受溫度影響較小。2.5.5饅頭淀粉結(jié)構(gòu)由表2可知,芋頭淀粉的糊化溫度為76~83℃,為幾種不同淀粉樣品中最高,不易糊化,說明芋頭淀粉的結(jié)構(gòu)致密,可能是因為其內(nèi)部氫鍵作用力強(qiáng),交聯(lián)度高,這與張兆麗等人研究結(jié)果相類似,利用這個性質(zhì)可將其用于固、液粘合劑的研究。3提取率的測定芋頭淀粉粘多糖去除工藝的最優(yōu)條件是:NaOH濃度為0.04mol/L,溫度60℃,時間2h。粗淀粉提取率為52.54%。鮮芋平均含水量為79.07%,芋頭淀粉含量70.92%,水分含量12.17%;透明度8.9%,沉降積4.3mL,較玉米和甘薯的小,表明芋頭淀粉的直鏈淀粉含量低,凝沉性差,不易老化;芋頭淀粉的溶解度隨溫度的增加而增加,在75℃以后上升加快;膨脹度受溫度影響變化不大;糊化溫度為76~83℃,不容易糊化,可將其用于固、液粘合劑的試制。濃度為1.0、1.2、1.4、1.6、1.8mol/L的NaOH溶液(料液比1∶3)浸泡攪拌2h,過篩沉降干燥,計算淀粉的提取率;濃度為1.4mol/L,提取時間為2、4、6、8、10h的提取率。NaOH濃度為0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.2mol/L,