榆林地區(qū)不同產(chǎn)地馬鈴薯中淀粉含量的測(cè)定與比較

李霄，薛成虎，高立國(guó)，任國(guó)瑜，曹艷萍，張東霞

(1.榆林學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院 榆林市農(nóng)產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 榆林 719000;2.西北政法大學(xué) 公安學(xué)院，陜西 西安 710063)

馬鈴薯(Solanum tuberosum)，茄科茄屬，一年生草本植物，別稱地蛋、洋芋、芋頭、土豆等。21 世紀(jì)中國(guó)馬鈴薯種植面積居世界第二位，主產(chǎn)區(qū)位于西南、西北、內(nèi)蒙古和東北地區(qū)。馬鈴薯性喜冷涼，其地下薯塊形成和生長(zhǎng)需要疏松透氣、涼爽濕潤(rùn)的土壤環(huán)境［1］。陜西榆林地區(qū)土地廣闊，土質(zhì)疏松，土壤富含鉀素，污染少，具有適合馬鈴薯生長(zhǎng)的得天獨(dú)厚的地理環(huán)境和自然條件，故成為陜西省馬鈴薯的生產(chǎn)主區(qū)之一［2-3］，并且有全國(guó)重要的脫毒馬鈴薯繁育基地［4］、商品薯生產(chǎn)基地和薯制品加工基地［5］。

馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)成分非常全面，營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)也較合理，是人們攝取能量的主要來(lái)源，同時(shí)也是許多工業(yè)生產(chǎn)的原輔料，特別是在造紙、紡織、醫(yī)藥、石油、食品［6］和發(fā)酵等工業(yè)方面被廣泛應(yīng)用［7］，具有很高的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值［8-10］。其中馬鈴薯的干物質(zhì)中60% ～80% 為淀粉［10-13］。目前，以馬鈴薯為原料開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用系列淀粉是馬鈴薯深加工的主要方向［14-17］。馬鈴薯淀粉加工業(yè)在國(guó)內(nèi)馬鈴薯加工業(yè)中所占比例最大，作為工業(yè)和食品加工原料，馬鈴薯精淀粉的需求量仍有逐年增加的趨勢(shì)［18-19］。淀粉含量的高低成為評(píng)價(jià)馬鈴薯品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，且馬鈴薯的淀粉含量不同決定了其不同的用途及深加工的方式［20-22］。這就要求挖掘利用優(yōu)質(zhì)資源，馬鈴薯的培養(yǎng)應(yīng)該更符合生產(chǎn)的特定生產(chǎn)需求［23］，因此，比較不同產(chǎn)地的馬鈴署中淀粉含量，并且分析產(chǎn)生差異的原因，將為馬鈴薯的種植分布以及馬鈴薯育種和生產(chǎn)上的加工和選用提供理論依據(jù)［24］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

馬鈴薯，取自榆林地區(qū)主要種植縣區(qū)(榆陽(yáng)區(qū)、橫山、靖邊、米脂、綏德、佳縣、神木、府谷)，同品種，成熟期獲得;草酸、氯化鈣、可溶性淀粉、冰乙酸、硫酸鋅、亞鐵氰化鉀、氫氧化鈉均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

BS 224S 電子天平;SHB-ⅢA 循環(huán)水多用真空泵;WZZ-1 圓盤(pán)旋光儀;0-70 波美比重計(jì);pHS-25 酸度計(jì);DF-101S 電熱恒溫甘油浴鍋;JYL-C012 榨汁機(jī)。

1.2 溶液配制

1. 2. 1 氯化鈣-乙酸溶液的配制 將氯化鈣(CaCl2)500.0 g 溶解于600.00 mL 蒸餾水中，冷卻過(guò)濾，波美比重計(jì)調(diào)整溶液比重到1.30，再用冰乙酸調(diào)節(jié)pH 值為2.3。

1.2.2 30%硫酸鋅溶液(W/V)的配制 取硫酸鋅30.00 g，用蒸餾水溶解并稀釋至100.00 mL。

1.2.3 15%亞鐵氰化鉀溶液(W/V)的配制 取亞鐵氰化鉀15. 00 g，用蒸餾水溶解并稀釋至100.00 mL。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)馬鈴薯淀粉比旋光度值的測(cè)定 稱取馬鈴薯淀粉純品1. 000 g 于250 mL 三角瓶中，加60.00 mL CaCl2-HAc 溶液，在(120 ±1)℃恒溫油浴鍋中，使之沸騰，恒溫0.5 h，取出冷卻，用水洗至100.00 mL 容量瓶中，加1.00 mL 30% ZnSO4溶液充分搖勻后再加1.00 mL 15% 亞鐵氰化鉀溶液混勻，二次蒸餾水定容，用慢速濾紙過(guò)濾，濾液用于測(cè)定［25］。將濾液裝入旋光管中，測(cè)定旋光度值，同時(shí)作幾組平行實(shí)驗(yàn)。公式如下:

得出馬鈴薯淀粉的旋光度值。表1 是幾組平行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):本實(shí)驗(yàn)測(cè)得［α］D≈203，D 為鈉光源589 nm，此數(shù)值與文獻(xiàn)中谷物類的比旋光度是一致的。

表1 馬鈴薯淀粉旋光度值Table 1 The optical rotation values of potato starch

1.3.2 樣品淀粉含量的測(cè)定步驟

1.3.2.1 水解 稱取馬鈴薯鮮薯5.000 g 左右于榨汁機(jī)中打碎，用2. 00 mL 無(wú)水乙醇全部轉(zhuǎn)移至250 mL 錐形瓶中，再加60.00 mL CaCl2-HAc 溶液，置于120 ℃恒溫油浴鍋中，溶液微沸0.5 h，取出冷卻。

1.3.2.2 提取 用蒸餾水洗至100 mL 容量瓶中，加1.00 mL 30%硫酸鋅溶液搖勻后加入1.00 mL 15%亞鐵氰化鉀溶液，搖勻，定容，過(guò)濾，濾液用于測(cè)定。

1.3.2.3 測(cè)定 以CaCl2-HAc ∶蒸餾水=6 ∶4 為空白液，調(diào)零，再將樣品濾液裝入旋光管，測(cè)定旋光度。

1.3.2.4 計(jì)算 馬鈴薯淀粉的含量按下式計(jì)算:

式中 α樣——樣品的旋光度;

α空——參比液的旋光度;

W——樣品的質(zhì)量，g;

L——旋光管的長(zhǎng)度，dm;

203——馬鈴薯淀粉的比旋光度值。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取劑的pH 值對(duì)淀粉得率的影響

在料液比為1 ∶5 g/mL，浸泡時(shí)間4 h，浸泡溫度25 ℃，沉降時(shí)間3 h 的條件下，用pH 值分別為4，5，6，7，8，9 的溶液對(duì)馬鈴薯淀粉進(jìn)行提取，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1 可知，提取劑pH 值在5 ～7 范圍內(nèi)，淀粉的得率隨pH 值增加而上升，但當(dāng)pH ＞7，馬鈴薯淀粉得率隨pH 值增加反而下降。產(chǎn)生這一變化的原因可能是酸性較大的條件下淀粉難以被浸提，但是pH 值過(guò)高，又會(huì)破壞淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)，影響提取率，且導(dǎo)致淀粉顏色變黃，對(duì)淀粉的品質(zhì)造成一定的影響，接近中性是最好的pH 條件。

圖1 不同pH 值對(duì)淀粉提取率的影響Fig.1 The effect of extracting agent pH value to starch extraction yield

2.2 料液比對(duì)淀粉得率的影響

在pH 值為7，浸泡時(shí)間4 h，浸泡溫度25 ℃，沉降時(shí)間3 h 的條件下，用料液比分別為1 ∶3，1 ∶4，1 ∶5，1 ∶6，1 ∶7 g/mL 的提取劑對(duì)馬鈴薯淀粉進(jìn)行提取，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同料液比對(duì)淀粉提取率的影響Fig.2 The effect of material liquid ratio to starch extraction yield

由圖2 可知，液料比在3 ～5 mL/g 范圍內(nèi)，淀粉得率隨料液比的增加而上升，當(dāng)液料比大于5，淀粉得率呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)。說(shuō)明此時(shí)馬鈴薯組織中的淀粉已最大量的被提取出來(lái)，繼續(xù)增加液料比對(duì)淀粉的提取率幾乎沒(méi)有影響了。

2.3 浸泡時(shí)間對(duì)淀粉得率的影響

在pH 值為7，料液比1 ∶5 g/mL，浸泡溫度25 ℃，沉降時(shí)間3 h 的條件下，以浸泡時(shí)間分別為0，1，2，3，4，5 h 對(duì)馬鈴薯淀粉進(jìn)行提取，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3 可知，浸泡時(shí)間在1 ～4 h 范圍內(nèi)，淀粉得率隨浸泡時(shí)間增加而增加，超過(guò)4 h 淀粉得率呈下降趨勢(shì)，原因可能是在浸泡過(guò)程中，淀粉顆粒隨著時(shí)間的增加逐漸被提取出來(lái)，但是浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)之間會(huì)變得疏松，不利于沉淀，影響了淀粉得率。

圖3 不同浸泡時(shí)間對(duì)淀粉提取率的影響Fig.3 The effect of immersing time to starch extraction yield

2.4 浸泡溫度對(duì)淀粉得率的影響

在pH 值為7，料液比為1 ∶5 g/mL，浸泡4 h，沉降3 h 的條件下，以浸泡溫度分別為20，25，30，35，40 ℃對(duì)馬鈴薯淀粉進(jìn)行提取，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同浸泡溫度對(duì)淀粉提取率的影響Fig.4 The effect of immersing temperature to starch extraction yield

由圖4 可知，浸泡溫度低于25 ℃時(shí)提取率隨溫度的升高而增大，25 ℃時(shí)達(dá)到最大，繼續(xù)升高溫度，提取率反而下降。分析原因:可能是低溫時(shí)，淀粉顆粒游離速度慢，隨溫度升高會(huì)促進(jìn)淀粉析出，而溫度過(guò)高會(huì)加速馬鈴薯淀粉顆粒的糊化，從而不利于淀粉的提取。

2.5 沉降時(shí)間對(duì)淀粉得率的影響

在pH 值為7，料液比1 ∶5 g/mL，浸泡時(shí)間4 h，浸泡溫度25 ℃，沉降時(shí)間分別為1，2，3，4，5 h 條件下對(duì)馬鈴薯淀粉進(jìn)行提取，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同沉降時(shí)間對(duì)淀粉提取率的影響Fig.5 The effect of subsidence time to starch extraction yield

由圖5 可知，沉降時(shí)間在1 ～3 h 范圍內(nèi)，淀粉得率隨沉降時(shí)間的增加而升高，但沉降時(shí)間超過(guò)3 h，淀粉得率達(dá)到最大值，且繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間淀粉得率不變。分析原因:經(jīng)過(guò)3 h 沉降，淀粉幾乎全部沉淀下來(lái)，繼續(xù)增加沉降時(shí)間就沒(méi)有意義了。

2.6 馬鈴薯淀粉提取最佳工藝條件的確定

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以淀粉提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇料液比、提取劑的pH、浸泡時(shí)間、浸泡溫度，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行極差分析，以確定最優(yōu)的提取工藝條件，因素水平見(jiàn)表2，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

表3 馬鈴薯淀粉提取正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Potato starch extraction orthogonal array design matrix and experimental results

由表3 可知，4 個(gè)因素對(duì)馬鈴薯淀粉的影響主次順序?yàn)锳 ＞C ＞D ＞B。最佳提取工藝為A2B1C1D2，即料液比為1 ∶5 g/mL，提取劑的pH 為6.0，浸泡時(shí)間為3.5 h，浸泡溫度為25 ℃，沉降時(shí)間為3 h，在此最佳工藝條件下，淀粉的提取率達(dá)16.13%。

2.7 不同產(chǎn)地馬鈴薯淀粉含量的測(cè)定結(jié)果

測(cè)定不同產(chǎn)地馬鈴薯淀粉含量，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 不同地區(qū)馬鈴薯淀粉含量測(cè)定結(jié)果Fig.6 The potato starch content determination results in different areas

由圖6 可知，靖邊縣馬鈴薯的淀粉含量最高，橫山次之，米脂、綏德、佳縣三縣的馬鈴薯含量相近且較低，神木、府谷和榆陽(yáng)區(qū)的馬鈴薯淀粉含量更低，其中榆陽(yáng)區(qū)最低。分析原因:這八個(gè)縣的氣候、溫差、光照等因素相差不明顯［26-27］，但是各地的土壤類型有所不同，故土壤的有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分含量、保水保肥能力、透氣性、導(dǎo)熱性等都有差異，這些可能是導(dǎo)致馬鈴薯淀粉含量不同的主要因素。

3 結(jié)論

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究馬鈴薯淀粉提取的最佳工藝條件為:料液比1 ∶5 g/mL，pH 為6. 0，浸泡溫度25 ℃，浸泡時(shí)間3.5 h。因素主次順序?yàn)榱弦罕龋窘輹r(shí)間＞浸泡溫度＞pH 值。在最佳條件下對(duì)榆林地區(qū)馬鈴薯主要產(chǎn)地的同品種的馬鈴薯淀粉含量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，不同生長(zhǎng)地區(qū)淀粉含量有不同程度的差異，分析原因，被研究的榆林地區(qū)8 個(gè)主要的馬鈴薯產(chǎn)地氣候、溫差、光照等因素相差不明顯，差異主要取決于土壤類型。

此外土壤中礦物成分和酸堿差異也是影響淀粉含量的因素，因此進(jìn)一步分析影響馬鈴薯淀粉含量的因素將有利于指導(dǎo)榆林地區(qū)馬鈴薯的種植分布，以期為馬鈴薯育種工作者選擇優(yōu)質(zhì)材料及生產(chǎn)上選用加工提供理論依據(jù)，更有效的發(fā)展農(nóng)業(yè)。

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