葛根淀粉生产工艺的研究.docx

第 13 卷第 5 期Jo ur nal of t he Chinese Cereals and Oils Associatio nOct . 1998葛根淀粉生产工艺的研究杜先锋许时婴王璋(无锡轻工大学食品学院 ,无锡214036)摘要采用 Ca (O H) 2 水溶液代替清水作为浸泡剂 ,可以有效地提高淀粉的抽提率及淀粉的品质 ,也使功能性保健因子葛根总黄酮在淀粉中的保留量大为提高 。正交试验研究的结果表明 ,葛根淀粉生产的最优工艺条 件为 :料液比 14 ,浆料 p H 8 . 5 ,浸泡时间 3 h ,浸泡温度 30 。关键词葛根淀粉淀粉抽提率总黄酮Technology of Pueraria Lo bata ( Willd . ) Ohwi Starch Pro ductio nDu XianfengXu Shiyi ngWang Zhang( School of Foo d Science and Technology ,Wuxi U niversit y of Light Indust ry ,Wuxi214036)AbstractAn effective way to increase t he yield and t he qualit y of Pueraria Lo bata ( Willd. ) Ohwi starch is touse lime water as an immerser instead of water in t he w hole p rocedure . The isoflavo ne at tached to t he isolated starch is also increased so as to ensure t he healt h - p rotective f unctio n of t he starch . By o rt hogo nal experiment s t he op timum technology parameters are o btained.Key words p ueraria Lo bata ( Willd. ) Ohwi ,starch ,starch recovery ,isoflavo ne0前言葛根为豆科植物野葛 Pueraria Lo bata ( Willd. ) O2制成的食品 ,具葛根特有的清香味 ,可口宜人 ,并具营养保健功能 。在日本 ,葛根食品一直被列为畅销保健 品 ,甚至已成为皇室的特供品4。但 由 于 资 源 匮 乏 , 日本葛粉的年产量仅约 300 t ,因而葛粉的价格在日本 相当昂贵5 ,6。葛根淀粉近年来一直是我国外贸出口 的畅销商品 ,出口价达 31 ,000 元人民币/ t7 ,8。鉴于 我国丰富的葛根资源及潜在巨大的国内国际消费市场 ,开发和利用葛根资源具有很大的现实意义 , 其经 济效益也将是十分明显的 。目前 ,我国国内葛根淀 粉 的 加 工 多 为 传 统 的 、经 验性的 、手工作坊式的生产方式 ,技术含量低 ,资源浪 费大 , 产品的质量不稳定 , 理化指标也达不到应有的标准 。 葛根淀粉不同于其它淀粉的生产特 点 是 在 考 虑如何提高淀粉的抽提率和淀粉品质的同时 ,还必须考 虑如何减少功能性保健因子总黄酮的流失 ,尽量提高hwi 的块根 。我国为此种植物的分布中心 。在我国西南部 ,中南部至东南部均有大量的分布1。黄酮类化 合物 ,膳食 纤 维 及 淀 粉 是 葛 根 中 所 含 的 3 种 主 要 成 分 。葛根总黄酮能扩张冠状动脉和脑血管 ,改善心脑 血液循环 ,降低心肌耗氧量 ,明显缓解心绞痛 ,并且具有捕捉自由基的抗氧化作用 ,增强机体免疫力以及降 低血糖等功能2 ,3。葛根成熟期在每年的 11 月份前后 。对葛根的药 理作用及植物化学特性的研究较多 , 也较为详细 , 而 对葛根淀粉作深入系统的研究则少有涉足 。新鲜块根中淀粉的含量约在 20 %25 %之间 。用葛根淀粉收稿日期 :1998 - 04 - 10杜先锋 :男 ,35 岁 ,博士 ,食品工程专业第 13 卷第 5 期杜先锋等葛根淀粉生产工艺的研究29淀粉中总黄酮的含量 , 使葛根淀粉在用作食品时 , 还具有功能保健作用 ,充分体现出葛根食品“药食兼用” 的特色和功能 。在葛根淀粉的生产过程中 ,对一些不利于淀粉生 产的因素必须充分加以考虑 。如新鲜葛根中粗纤维的含量较高 , 含有一定量的果胶及蛋白质等 , 这些都 给淀粉的分离和总黄酮的保留带来困难 。对此 ,新鲜 原料中的多酚氧化酶的活性很高 ,极易使酚类物质发 生褐变作用 ; 微生物活动会引起的酸败等等 , 所有这 些因素都会影响淀粉的品质 。本文详细地探讨了利用新鲜原料制备葛根淀粉的生产工艺 ,目的是提高葛 根淀粉的抽提率 、葛根淀粉的品质和葛根淀粉中总黄 酮的含量 。从图 1 可见 ,芦丁的含量与光密度 OD 值具有良好的线性关系 ,相关系数 R = 0 . 9998 。在考察单 因素的影响及正交实验时 ,淀粉中总黄酮的保留量以 光密度 OD 值来表示 ,OD 值越高 ,总黄酮的保留量越 大 。1 . 2 . 2 淀粉含量的测定101 . 2 . 3 果胶质含量的测定111 . 2 . 4 淀粉白度的测定121 . 2 . 5 淀粉酸度的测定13葛根淀粉生产工艺1 . 3石灰水水筛分粉碎泡去皮 ,切片洗新鲜葛调 PH脱水烘干成品包装1 试验材料和方法1 . 1实验材料新鲜葛根 :采集于江苏连云港 。吉野本葛粉 :日本三木谷粉株式会社产品 。 葛粉 :市购 。芦丁 (lutin) :生化试剂 ,上海试剂二厂 。Al ( NO3 ) 3 ,Al2 ( SO4 ) 3 ,Na2 NO2 , CaCl2 ,醋酸等 : 均 为分析纯试剂 。1 . 2实验方法1 . 2 . 1分光光度法测定总黄酮9以芦丁标样 ,用甲醇配制 0 . 959 mg/ ml 的芦丁标 准溶 液 。分 别 取 0 . 00 , 0 . 10 , 0 . 20 , 0 . 30 , 0 . 40 , 0 .55 , 0 . 70 ,0 . 85 ,1 . 00 ml 上述芦丁标准溶液于 9 个 10ml 容量 瓶 中 , 用 30 % 的 乙 醇 分 别 将 体 积 补 充 至 5 ml , 加 0 . 30 ml NaNO2 (120) ,摇匀 ,放置 5 min ,加入0 . 30 ml Al ( NO3 ) 3 ( 110) ,摇匀 ,5 min ,再加入 3 . 0 ml1 mol/ L NaO H ,摇匀 ,最后以 30 %乙醇稀释至刻度 ,10 min 后于 510 nm 处测定光密度 OD 值 。1 . 4新鲜葛根中淀粉的抽提率及淀粉的收率1 . 4 . 1选材 葛根生 长 于 丘 陵 坡 地 及 疏 林 中 较 阴 湿 的 环 境 。制作 淀 粉 时 以 根 的 中 段 饱 满 , 表 皮 呈 黄 褐 色 , 无 冻 、涝 、虫害的为佳 。1 . 4 . 2单因素试验 影响淀粉抽提率及淀粉中总黄酮保 留 量 的 主 要因素有 :浸泡剂 ,浸泡时间 ,浸泡温度及料液比 。分别 对这 4 个因素进行单因素试验 。1 . 4 . 3正交试验针对单因素试验结果 ,选择影响淀粉抽提率及淀 粉中总黄酮含量的因素浆料的 P H ,浸泡时间 ,浸泡温 度和料 液 比 做 正 交 试 验 , 以 确 定 最 优 的 生 产 工 艺 条件 。采用 L 9 (34 ) 正交表进行三水平试验 。淀粉的抽提率( %) = 葛粉中纯淀粉含量 (100 %)葛根中的淀粉含量14= 葛粉重量(按 12 %水份含量进行折算)淀粉 的 收 率 ( %)(100 %)葛根重量2 结果与讨论2 . 1单因素试验2 . 1 . 1浸泡剂水虽然是最常用的浸 泡 剂 , 但 在 浸 泡 过 程 中 , 褐 变现象严重 , 浆水颜色很快变深 , 这对淀粉的白度将 会产生影响 。果胶与蛋白质的存在使体系具有一定 的粘度 , 不利于淀粉的抽提 , 而且蛋白质易形成絮状 沉淀使淀粉的品质受到影响 。微生物活动所产生的 水解酶的作用也会使淀粉颗粒发生某种程度的降解 。图 1 分光光度法测定总黄酮的标准曲线 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 浸根清中国粮油学报1998 年第 5 期30另外 ,黄酮类化合物难溶于水和酸性水溶液15,葛根中的总黄酮就难以被浸出 ,这样在筛分时大量的黄酮 类化合物随粗纤维一道而被丢失 ,因而所得葛粉中总 黄酮的含量难以提高 。到相当大的抑制作用 ,并可使原料中含有的色素存留于浆水中 ,从而避免淀粉分子的降解也使淀粉的白度 提高 。碱溶液对蛋白质的促溶作用有利于淀粉与蛋 白质的分离 ,减少了淀粉中蛋白质的含量 。图 3 黄酮类化合物母核的分解图 2 不同浸泡剂对葛根总黄酮浸提效果的影响采用碱性的石灰水作为浸泡剂 ,则从图 2 所得的 结果可见 ,碱性水溶液对葛根总黄酮的浸提效果明显 高于水及酸性水溶液 。黄酮类化合物因分子 中 多 个 酚 羟 基 , 故 显 酸 性 ,可溶于碱性水溶液 。粉碎后的葛根经碱液浸泡后 ,绝 大部分黄酮类化合物被浸提至筛分后的淀粉乳液中 ,再以 HCL 调节所得淀粉乳液的 p H 至 56 ,由于黄酮类化合物在酸性环境下难溶而随淀粉一道沉积下来 , 从而使淀粉中总黄酮的含量增加 。葛根总黄酮的浸 提效率是 随 浆 料 p H 值 的 不 同 而 有 变 化 的 , 调 节 p H后 ,沉积于淀粉中的总黄酮也就有差异 。虽然随着浆料 p H 值的增高 ,葛根总黄酮的浸提效率随之增高 ,但 对浆料的 p H 必须加以控制 ,因为较高的 p H 环境有使 淀粉颗粒发生糊化作用 , 而且在强碱性下 , 黄酮类化合物的母核易被破坏而分解成对羟基苯甲酸和苯二酚 ,见图 3 。因此 ,在实际操作中 ,浆料的 p H 应控制在9 . 510 . 0 以下 。 碱法工 艺 对 提 高 淀 粉 的 抽 提 率 具 有 促 进 作 用 。新鲜葛根中果胶的含量按文献11测定为 1 . 51 % , Ca(O H) 2 与 果 胶 形 成 难 溶 的 钙 盐 , 降 低 了 整 个 体 系 粘 度 ,此外 , 由于碱溶液对蛋白质分子的次级键特别是 氢键有破坏作用 , 并使某些极性基团发生解离 , 使蛋 白质分子的表面带有相同电荷 ,从而对蛋白质分子有 增溶作用 ,增溶作用的结果进一步促进了淀粉和蛋白质的分离 。Ca ( O H) 2 存在也使得纤维渣变得相对蓬 松 。所有这些因素作用的结果使筛分效率大为提高 , 也使淀粉更易于沉淀 。碱法工艺对提高淀粉的品质也有不 可 低 估 的 作 用 ,碱性条件对微生物的活动及多酚氧化酶的活性起图 4 p H 对淀粉抽提率及淀粉总黄酮含量的影响2 . 1 . 2浸泡时间图 5 浸泡时间对淀粉抽提率及淀粉中总黄酮含量的影响随着浸泡时间的延长 ,淀粉中总黄酮的含量逐渐 增加 ,但对淀粉的抽提率来说 ,当浸泡时间超过 2 h ,随 着时间的延长 ,反而有不利的影响 。这是因为随着浸 泡时间的延长 , 淀粉颗粒的结构变得疏松 , 而且浆水 中微生物的活动也加剧 ,这些因素必然会对淀粉的抽 提率产生影响 (图 5) 。2 . 1 . 3浸泡温度图 6 表明 , 随着温度提 高 , 淀 粉 中 总 黄 酮 的 含 量 相应增加 ,但正如在 2 . 1 . 1 中所述 ,在碱性条件下 ,较高的温度会对黄酮类化合物的稳定性产生破坏作用 。 温度对淀粉的抽提率影响不大 ,而且温度过高有可能 使淀粉颗粒发生糊化 ,同时也不利于工业化规模的生 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 13 卷第 5 期杜先锋等葛根淀粉生产工艺的研究31产 。因此 ,选择浸泡温度以不大于 40 为宜 。以浸没粉碎葛根的石灰水用量确定最低料液比为 12( W : V ) 。从图 7 中看到 ,随着石灰水用量的增加 ,淀 粉的抽提率随之增加 ,但增加的幅度趋于平缓 。而淀 粉中总黄酮的含量总的来说是呈下降的趋势 。2 . 2 正交试验在考察了浆料 p H ,浸泡时间 ,浸泡温度和料液比 这四个因素对淀粉抽提率及淀粉中总黄酮保有量影 响的基础上 , 采用正交试验进行优化组合 , 每个因素选三个水平 ,选择 L 9 (34 ) 正交表 。表 1 以石灰水为浸泡剂的正交试验试验号浆料 p H浸泡时间浸泡温度 料液比 淀粉抽提率( %) OD图 6 浸泡温度对淀粉抽提率及淀粉中总黄酮含量的影响123456786 . 56 . 56 . 57 . 57 . 57 . 58 . 58 . 5123123122530353035253525121314141213131469778084747982850 . 3120 . 3000 . 2550 . 2910 . 3110 . 3570 . 3880 . 3222 . 1 . 4料液比 9 8 . 5 3 30 12 76 0 . 378 根据表 2 ,按极差 R 值的大小确定各因素的主次顺序 。从淀粉抽提率来看 ,其顺序依次为 D ,A , C ,B , 即料液比和浆料 p H 对淀粉抽提率有较大的影响 ,浸 泡温度和浸泡时间的影响较小 , 最优组合为 D3 , A3 , C2 ,B2 。从淀粉中总黄酮的保留量来看 , 其顺序则为A ,D ,B ,C ,最优组合为 A3 ,D2 ,B3 ,C1 。图 7料液比对淀粉抽提率及淀粉中总黄酮的影响表 2以石灰水为浸泡剂的正交试验结果数据处理淀粉抽提率光密度ABCDABCD浆料 p H浸泡时间浸泡温度料液比浆料 p H浸泡时间浸泡温度料液比K1K2K32262372432352362352332372362192382490 . 8670 . 9591 . 0880 . 9810 . 9330 . 9900 . 9910 . 9690 . 9541 . 0011 . 0450 . 868K175 . 378 . 377 . 6730 . 2890 . 3270 . 3300 . 333K27978 . 67979 . 30 . 3190 . 3110 . 3230 . 348K38178 . 378 . 6830 . 3620 . 3300 . 3180 . 289R5 . 70 . 31 . 4100 . 0730 . 0190 . 0120 . 0592 . 3淀粉的收率按本研究所得的最优生产工艺条件 ,投入新鲜原 料葛根 10 . 8 kg , 得 葛 粉 1 . 78 kg , 水 份 含 量 13 % , 按12 %的水份含量进行折算 ,则淀粉的收率为 16 . 3 % 。2 . 4淀粉的理化指标显然 ,淀粉抽提率的高低是首先必须要考虑的问题 ,其次才是淀粉中总黄酮的持有量 。综合考虑上述 的两组组合 ,得到最优的工艺组合为 A3 ,B3 , C2 ,D3 , 即最优的生产工艺条件为 : 浆料 p H 为 8 . 5 ,浸泡时间为 3 h ,浸泡温度为 30 ,料液比为 14 。 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 中国粮油学报1998 年第 5 期32按最优的生产工艺条件生产所得的 葛 粉 与 市 售的及日本三木谷粉株式会社的产品吉野本葛粉的理 化指标进行比较 。参考文献吴 德 邻 , 陈 忠 颜 , 黄 向 旭. 中 国 葛 属 ( Pue ra ri aD C . ) 的研究 . 热带亚热带 植 物 学 报 , 1994 , 2 ( 3 ) :12 - 21Ohshima Y ,O KU YAMA T , Takahashi K ,et al . Iso2 latio n and high perfo r mance liquid chro matograp hy ( HPL C ) of isoflavo noids f ro m t he Pueraria root . Planta . Med. ,1988 ,54 (3) :250 - 254顾志平 , 陈碧珠 , 冯瑞芝等 . 中药葛根及其同属植物的资源利用和评价 . 药学学报 ,1996 ,31 ( 5) : 387- 393刘勇. 葛根资源的开发利用. 生物学杂志 ,1996 ,3 :30Suzuki A , Hizukuri S , Takeda Y. Physicochemical st udies of Kuzu starch . Cereal Chem. ,1981 ,58 (4) :286 - 290Bo ki K , Ohno S. Moist ure so rp tio n hysteresis in Kudzu starch and sweet potato starch . 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