大麥芽淀粉堿法提取工藝的研究

沈生文

(國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣州 510000)

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大麥芽淀粉堿法提取工藝的研究

沈生文

(國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣州 510000)

摘要：以大麥芽為原料，以淀粉提取率為指標(biāo)，通過堿法提取工藝提取大麥芽淀粉，采用正交試驗(yàn)探討了攪拌時(shí)間、料液比、pH對(duì)淀粉提取率的影響，在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化得出最佳提取工藝條件為：攪拌時(shí)間為3h，料液比為1 ∶4，pH值為12；在此條件下淀粉的提取率為87.12%。

關(guān)鍵詞：大麥芽；淀粉；堿法提??；提取率

0引言

淀粉工業(yè)為食品行業(yè)提供眾多功能特性的配料，如能改善組織、增強(qiáng)甜味、減少水活性、控制結(jié)晶及延緩老化等的配料，主要材料均由淀粉及其衍生物衍生而成[1-4]。我國的淀粉工業(yè)經(jīng)過了50余年發(fā)展，出現(xiàn)了淀粉產(chǎn)量大幅度提高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)漸趨合理、生產(chǎn)規(guī)模日趨大型化、淀粉加工綜合逐步改善以及淀粉加工裝備能力和水平顯著提高的可喜局面。但相比起發(fā)達(dá)國家，我國淀粉工業(yè)還是有一定差距，如淀粉產(chǎn)量低、品種少、收率低等[5-9]；所以對(duì)淀粉品種的開發(fā)和利用顯得越來越重要。

大麥芽為大麥的成熟果實(shí)經(jīng)發(fā)芽干燥而得。大麥芽營養(yǎng)豐富，含有較高的胡蘿卜素、核黃素和各族維生素等，特別是維生素E[10-11]。過去大麥芽主要用于啤酒工業(yè)，但是近年來，出現(xiàn)了一系列的大麥芽制品，如大麥芽蛋白粉、大麥芽油、大麥芽糊精、大麥芽酚、大麥芽糖醇等[12]。而作為大麥芽的主要成分是大麥芽淀粉，所以為開發(fā)利用大麥芽淀粉、提高大麥芽的綜合利用率、為大麥芽淀粉的深加工提供依據(jù)的基礎(chǔ)研究顯得尤為重要。

本試驗(yàn)對(duì)大麥芽淀粉堿法提取工藝進(jìn)行了研究，以期為大麥芽資源的進(jìn)一步開發(fā)利用從理論上提供依據(jù)和指導(dǎo)，促進(jìn)我國大麥芽深加工的發(fā)展。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1主要材料、試劑和設(shè)備

大麥芽(廣州麥芽廠)；氫氧化鈉、無水乙醇(均為分析純產(chǎn)品，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)。

萬能粉碎機(jī)(浙江屹立工貿(mào)有限公司)；電子分析天平(上海精密儀器儀表有限公司)；PHS-3D pH計(jì)(上海精密科學(xué)儀器)；L-530臺(tái)式離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司)；鼓風(fēng)電熱恒溫干燥箱(浙江省嘉興縣新騰電熱儀器廠)；磁力攪拌器(上海人和科學(xué)儀器有限公司)；100目篩網(wǎng)；200目濾布。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1大麥芽淀粉的提取工藝流程

工藝操作要點(diǎn)：(1)粉碎：將大麥芽通過粉碎機(jī)粉碎，以破壞淀粉原料的細(xì)胞組織，使淀粉顆粒從細(xì)胞中游離出來，以利提取；(2)過篩：用100目篩過濾，除去篩上物，除去粗纖維等物質(zhì)；(3)NaOH攪拌：在磁力攪拌器上用稀NaOH溶液攪拌一段時(shí)間，破壞蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，除去蛋白質(zhì)，皂化除去脂類；(4)過濾：用200目濾布過濾，除去剩余的粗纖維等物質(zhì)；(5)離心：將淀粉溶液置于離心機(jī)以3000r/s離心15min，傾去上清液，分離除去蛋白質(zhì)、脂肪等雜質(zhì)，濃縮提純大麥芽淀粉；(6)洗滌：用蒸餾水反復(fù)洗滌，離心，傾去上清液，除去殘留的NaOH；(7)干燥：將淀粉放入鼓風(fēng)干燥箱(40℃)中干燥，一段時(shí)間后取出稱重，繼續(xù)干燥，2次重量差不超過0.5g為止；(8)粉碎：將干燥后的淀粉放入粉碎機(jī)內(nèi)粉碎。

1.2.2淀粉提取率的單因素試驗(yàn)

影響淀粉提取率的主要因素有提取時(shí)的攪拌時(shí)間、料液比、NaOH溶液的pH，按照提取工藝流程，在攪拌提取過程中分別對(duì)這三個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以確定各因素正交試驗(yàn)的適宜范圍。各因素的水平條件見表1。

表1　大麥芽淀粉提取工藝單因素試驗(yàn)表

1.2.3正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)攪拌時(shí)間(A)、料液比(B)和NaOH溶液pH值(C)，設(shè)計(jì)L9(33)正交試驗(yàn)，因素水平表見表2。

表2　正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)表

1.2.4淀粉提取率計(jì)算

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

碳排放與經(jīng)濟(jì)增長——基于湖北省1997-2015年的數(shù)據(jù)分析 …………………………………………… 王 丹 張 凱（6/03）

2.1.1攪拌時(shí)間對(duì)淀粉提取率的影響

在pH為10.0，料液比1 ∶3，攪拌時(shí)間分別為1h、2h、3h、4h、5 h的條件下對(duì)大麥芽淀粉進(jìn)行提取，結(jié)果見圖1。

從圖1中可以看出，隨著攪拌時(shí)間的延長，大麥芽淀粉的提取率逐漸增加。當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到3h時(shí)，淀粉提取率已達(dá)到最高水平64.33%，再延長攪拌時(shí)間則出現(xiàn)提取率下降的現(xiàn)象。這是因?yàn)閿嚢璧募羟辛Φ茸饔?，可以使溶液變稀，體系粘度下降，也可以使大麥芽粉與提取液充分接觸，提取液可充分進(jìn)入大麥芽粉內(nèi)部，可以使提取液的堿度均勻，且攪拌過程中發(fā)生的碰撞也進(jìn)一步使淀粉從大麥芽組織中游離出來，有利于提取，而游離出來的脂肪則和氫氧化鈉反應(yīng)，皂化除去，蛋白質(zhì)則在之后的離心操作中被除去，有利于淀粉的純化。但攪拌時(shí)間過長，淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)變得疏松，不利于沉淀，以相同的轉(zhuǎn)速和時(shí)間離心時(shí)，有部分淀粉隨著上清液被損失。因而影響了淀粉提取率。綜合考慮成本和提取率，選擇攪拌時(shí)間2~4h為正交試驗(yàn)參數(shù)。

2.1.2料液比對(duì)淀粉提取率的影響

在pH為10.0，攪拌時(shí)間為3h的條件下，料液比分別為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 時(shí)對(duì)大麥芽淀粉進(jìn)行提取，結(jié)果見圖2。

從圖2中可以看出，從料液比為1∶2到1∶4時(shí)，淀粉提取率上升較快，當(dāng)料液比為1∶4時(shí)，淀粉的提取率達(dá)到64.82%，而料液比為1∶5時(shí)，得率為64.96%，盡管料液比從1∶4到1∶5時(shí)，得率有所上升，但上升非常緩慢，繼續(xù)增加料液比，淀粉的提取率幾乎不再增加。這是因?yàn)樘崛∫狠^少時(shí)淀粉與提取液的接觸不夠充分，體系處于過飽和狀態(tài)，整個(gè)體系較為粘稠，不利于淀粉從大麥芽組織中游離出來，故導(dǎo)致得率較低，而隨著提取液的增加，大麥芽粉與提取液充分接觸，體系的粘度下降，有利于淀粉從大麥芽組織中游離出來，故得率升高，但當(dāng)提取液增加到一定程度時(shí)，得率上升不明顯，這是因?yàn)樘崛∫汉痛篼溠糠劢佑|已呈不飽和狀態(tài)，此時(shí)再增加提取液的量，對(duì)淀粉的提取并無多大的作用，故從節(jié)約用水，簡化操作的角度考慮，結(jié)合提取率，選擇料液比為(1∶3)~(1∶5)為正交試驗(yàn)參數(shù) 。

2.1.3pH值對(duì)淀粉提取率的影響

在料液比為1∶4，攪拌時(shí)間為3h的條件下，分別用pH值為8、9、10、11、12的NaOH溶液，對(duì)大麥芽淀粉進(jìn)行提取，結(jié)果見圖3。

從圖3中可以看出，隨著NaOH溶液pH值的增加，淀粉的提取率也隨之增加，pH值為11.0時(shí)淀粉提取率最高，達(dá)到64.46%；當(dāng)pH值升高到12.0時(shí)，提取率略微有所下降。這是因?yàn)殡S著NaOH溶液pH值的增加，同時(shí)可以使淀粉和蛋白質(zhì)分離，降低了整個(gè)體系的粘度，也使得纖維渣變得相對(duì)蓬松[7]，從而提高了淀粉的得率。堿度過小，蛋白質(zhì)與淀粉分離不完全，堿度過大，會(huì)導(dǎo)致淀粉糊化，使產(chǎn)品純度與得率下降[8]。而且淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)變得疏松，不利于沉淀，以相同的轉(zhuǎn)速和時(shí)間離心時(shí)，有部分淀粉隨著上清液被損失。因而影響了淀粉的得率，且淀粉水解較為嚴(yán)重，會(huì)對(duì)淀粉的品質(zhì)造成一定的影響。因此從保證較高得率和淀粉質(zhì)量的角度考慮，選擇提取液的pH值為10~12為正交試驗(yàn)參數(shù)。

2.2正交試驗(yàn)提取工藝參數(shù)優(yōu)化

為了探討上述3種因素對(duì)大麥芽淀粉得率的協(xié)同作用的影響，結(jié)合上述單因素試驗(yàn)，通過L9(33)正交試驗(yàn)考察提取液攪拌時(shí)間(A)、料液比(B)、pH值(C)對(duì)大麥芽淀粉提取率的影響，正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表2。

表2　大麥芽淀粉提取工藝正交試驗(yàn)結(jié)果

從表2中可以看出攪拌時(shí)間、料液比、pH值都對(duì)大麥芽淀粉得率有一定的影響，從極差R可以看出，各因素對(duì)淀粉得率的影響作用順序?yàn)閿嚢钑r(shí)間>料液比>pH值，最優(yōu)條件為：A3B2C3。這可能因?yàn)閿嚢栌幸韵伦饔茫?1)攪拌的剪切力等作用，可以使體系粘度下降；(2)攪拌產(chǎn)生的碰撞可以進(jìn)一步使淀粉從大麥芽組織中游離出來；(3)攪拌可以使提取液和大麥芽粉充分接觸，體系堿度均勻分布。而料液比的變化對(duì)提取的作用主要是降低整個(gè)體系的粘度以及使提取液和大麥芽粉充分接觸。pH值變化則主要起到降低整個(gè)體系的粘度的作用，使纖維渣變得疏松，但對(duì)于大麥芽淀粉來說，由于發(fā)芽的過程已使得致密緊固的結(jié)構(gòu)變得疏松，所以pH值升高使得纖維渣變得疏松對(duì)大麥芽淀粉的提取效果并不是非常顯著。綜合來講，攪拌時(shí)間對(duì)于大麥芽淀粉的提取的作用大于料液比和pH值。

試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳工藝為A3B2C3，即攪拌時(shí)間為4h，料液比1∶4，pH值為12。在此工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證優(yōu)化試驗(yàn)，即取100g原料大麥芽，經(jīng)過篩、堿法提取等步驟，大麥芽淀粉的提取率達(dá)到87.12%。

3結(jié)束語

通過提取的單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，提取的各單因素的最佳條件分別為攪拌時(shí)間為3h，料液比1∶4，pH值為11。正交試驗(yàn)結(jié)果顯示，各因素的最優(yōu)水平與單因素試驗(yàn)稍有差別，正交試驗(yàn)結(jié)果顯示的最佳工藝條件為：攪拌時(shí)間為4h，料液比1∶4，pH值為12；在此條件下對(duì)大麥芽淀粉進(jìn)行提取，大麥芽淀粉的提取率達(dá)到87.12%。

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Studies on Alkali Extraction of Starch from Malt

SHEN Sheng-wen

(Patent Examintion Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Guangdong,Guangzhou 510000，China )

Abstract:The technological conditions of alkali extraction of starch from malt were discussed in this paper by studying the influence of stirring time，the ratio of solid to liquid and pH on the extraction rate.The results of experiments showed that: under the optimum conditions that stirring time of 3h，the ratio of solid to liquid of 1 ∶4，pH of12，the extraction ratio of starch was 87.12%.

Key words:malt; starch; alkali extraction; extraction rat

doi:10.3969/j.issn.1005-1295.2016.01.004

中圖分類號(hào)：TS234.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-1295(2016)01-0014-04

作者簡介：沈生文(1988- )，男，碩士，主要從事專利審查工作，

通信地址：510000 廣東廣州市黃浦區(qū)開源大道11號(hào)科技企業(yè)加速器A3棟508室 國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作廣東中心，E-mail:shenshengwen1988@163.com。

收稿日期：2015-10-12