超聲波輔助堿法提取小麥麩皮淀粉條件的優(yōu)化

唐 艷，顏嘉良，吳 文，張洪微

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

超聲波輔助堿法提取小麥麩皮淀粉條件的優(yōu)化

唐 艷，顏嘉良，吳 文，*張洪微

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

采用超聲波輔助堿法提取小麥麩皮中的淀粉，優(yōu)化超聲條件，以提高淀粉的提取率。試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳超聲條件為固液比1∶15，pH值11，超聲時間30 min，超聲功率450 W。此時，小麥麩皮淀粉提取率為90.97%，比單純堿法提取淀粉的提取率提高了10.10%，小麥麩皮淀粉為白色粉末狀。

麩皮淀粉；超聲波法；堿法

0 引言

小麥麩皮是小麥加工的副產(chǎn)品，麩皮中含有較豐富的營養(yǎng)成分[1-3]，除粗纖維成分外，淀粉含量最豐富，達(dá)20%以上，因此小麥麩皮是一種可開發(fā)利用的淀粉原料。研究表明，小麥麩皮淀粉具有良好的功能性質(zhì)[4]，營養(yǎng)價值和生理價值均高于小麥淀粉[5]，是一種優(yōu)質(zhì)淀粉。

目前，國內(nèi)外研究有關(guān)小麥麩皮淀粉分離提取的研究較少，已有文獻(xiàn)報(bào)道的小麥麩皮淀粉提取方法主要有堿法和酶法[6-7]2種，其機(jī)理是利用堿或酶的作用將與淀粉結(jié)合的蛋白質(zhì)和纖維素等成分水解，進(jìn)而釋放淀粉，提高淀粉的得率。但這2種方法都有其局限性，因此探索新的方法以提高小麥麩皮淀粉提取率是目前需解決的重要問題。超聲波具有空穴效應(yīng)、熱效應(yīng)等有效機(jī)制[8-10]，可促進(jìn)淀粉與纖維素和蛋白質(zhì)的分離，有利于堿解作用的進(jìn)行，提高堿解效率，因此采用超聲波輔助堿法提取小麥麩皮淀粉可提高小麥麩皮淀粉的提取率。

試驗(yàn)先對小麥麩皮進(jìn)行超聲處理，再用堿法提取小麥麩皮淀粉，通過正交試驗(yàn)對超聲波處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，提高小麥麩皮淀粉的提取率。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

小麥麩皮，北大荒豐緣麥業(yè)有限公司提供；氫氧化鈉溶液，分析純。

1.1.2 儀器

HWS24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司產(chǎn)品；PHS-3C型精密pH計(jì)，上海雷磁儀器廠產(chǎn)品；FW100型粉碎機(jī)，廈門東星機(jī)械工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；FA1104A型分析天平，上海壘固儀器有限公司產(chǎn)品；TD5A型離心機(jī)，長沙英泰儀器有限公司產(chǎn)品；DGG-9140型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；JJ-1型精密增力電動攪拌器，江蘇省金壇市榮華儀器制造公司產(chǎn)品；XCCD1800型超聲波細(xì)胞粉碎儀，寧波市先倡電子科技有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)處理

小麥麩皮在電熱鼓風(fēng)干燥箱中于50℃條件下干燥24 h用手揉碎后，用粉碎機(jī)打成細(xì)粉末，過100目篩后備用。

1.2.2 小麥麩皮淀粉的提取

準(zhǔn)確稱取小麥麩皮20.00 g置于250 mL的燒杯中，按比例加一定pH值的NaOH溶液并搖勻，在一定的超聲功率下處理一定時間后，取出在25℃水浴鍋中用電動攪拌器攪動1 h，然后用4層紗布過濾，留濾液。將過濾后的料液進(jìn)行第1次離心，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心15 min。離心后的料液棄去上清液，調(diào)節(jié)離心后的沉淀至中性，pH值為7；第2次離心，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心15 min，并將2次離心后的料液棄去上清液，加入適量蒸餾水洗滌離心后沉淀，以除去其中鹽分；第3次離心，將離心后的固狀物放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中，熱風(fēng)溫度40～50℃，至干燥為止。用研缽將干燥后的粗淀粉粉碎至100目，得到小麥麩皮淀粉。

1.2.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)。單因素試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 單因素試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.3 小麥麩皮淀粉提取率測定

采用GB/T 5514—2008和GB/T 5009.7—2003測定小麥麩皮淀粉含量，再根據(jù)公式（1）計(jì)算小麥麩皮淀粉提取率。

式中：

m0——小麥麩皮質(zhì)量，g；

m1——小麥麩皮淀粉中純淀粉質(zhì)量，g；

19.06 ——小麥麩皮中淀粉含量，%。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)的結(jié)果與分析

2.1.1 固液比對小麥麩皮中淀粉提取量的影響

試驗(yàn)中固液比選取的4個水平，分別為1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，pH值10，超聲時間15 min，超聲功率100%（450 W），對小麥麩皮進(jìn)行處理，以小麥麩皮淀粉的提取量為指標(biāo)進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

固液比對小麥麩皮淀粉提取量的影響見圖1。

圖1 固液比對小麥麩皮淀粉提取量的影響

由圖1可知，隨著固液比中溶劑的增加，淀粉提取量逐漸增加后趨于平衡。固液比為1∶10為最佳。加水太少不利于淀粉分子的釋放，淀粉提取量偏低；當(dāng)固液比低于1∶10時，淀粉提取量增加不明顯，會增加水和堿的用量，廢水排放量增加。綜上所述，固液比的水平應(yīng)選1∶5，1∶10，1∶15。

2.1.2 pH值對小麥麩皮中淀粉提取量的影響

在試驗(yàn)中pH值選取4個水平，分別為9，10，11，12，固液比1∶10，超聲時間15 min，超聲功率100%（450 W）。

pH值對小麥麩皮中淀粉提取量的影響見圖2。

圖2 pH值對小麥麩皮中淀粉提取量的影響

由圖2可知，隨著pH值的逐漸增大，小麥麩皮淀粉的提取量也逐漸增大。在pH值為9～12時加堿量越大，提取的小麥麩皮淀粉越多；加堿量過大時，小麥麩皮粉和水的糊狀物過于黏滯，不利于淀粉與蛋白的分離，所以最佳pH值為11。綜上所述，正交試驗(yàn)中pH值應(yīng)選10，11，12。

2.1.3 超聲時間對小麥麩皮中淀粉提取量的影響

試驗(yàn)中超聲時間選取5個水平，分別為15，20，25，30，35 min，固液比1∶10，pH值11，超聲功率100%（450 W）。

超聲時間對小麥麩皮淀粉提取量的影響見圖3。

由圖3可知，隨著超聲時間的延長，小麥麩皮淀粉的提取量顯著提高，但是超過一定時間（30 min）小麥麩皮淀粉提取量有所下降。下降的原因可能是超聲時間太長，溫度升高使淀粉分解成更小的分子，如多糖會導(dǎo)致淀粉含量下降。因此，正交試驗(yàn)中超聲時間應(yīng)選25，30，35 min。

2.1.4 超聲功率對小麥麩皮中淀粉提取量的影響

在試驗(yàn)中超聲功率選取4個水平，分別為25%，50%，75%，100%，固液比1∶10，pH值11，超聲時間30 min。

超聲功率對小麥麩皮淀粉提取量的影響見圖4。

圖3 超聲時間對小麥麩皮淀粉提取量的影響

圖4 超聲功率對小麥麩皮淀粉提取量的影響

由圖4可知，隨著超聲功率的加大，小麥麩皮中淀粉的提取量也隨著增加；但當(dāng)超聲功率為100%（450 W）時，小麥麩皮淀粉的提取量最大，并且增大幅度較明顯。故超聲功率為100%（450 W）時最好，因此正交試驗(yàn)中選定此功率為最佳條件。

2.2 正交試驗(yàn)

2.2.1 正交試驗(yàn)因素與水平的確定

因?yàn)閜H值、固液比、超聲時間均是影響小麥麩皮中淀粉提取量的主要因素，所以采用L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)，其中每組小麥麩皮樣品均為20.00 g，超聲功率為100%。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表2。

表2 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)采用極差分析法，對各因素的K及R值的大小進(jìn)行分析。由表3可知，影響小麥麩皮淀粉提取量3個因素的極差R大小為RC＞RB＞RA，即其影響能力大小為超聲時間對小麥麩皮淀粉提取量影響最大，其次是固液比，最后是pH值。最佳提取工藝條件為C3B2A2，即超聲時間35 min，固液比1∶10，pH值11。

正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表3。

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

準(zhǔn)確稱取3份20.00 g經(jīng)預(yù)處理的小麥麩皮粉末，以正交試驗(yàn)最佳提取工藝條件為固液比1∶10，pH值11，超聲時間35 min，超聲功率100%（450 W）進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

超聲波輔助堿法提取小麥麩皮淀粉優(yōu)化的工藝條件為固液比1∶10，超聲時間35 min，pH值11，超聲功率100%（450 W），小麥麩皮淀粉提取率達(dá)90.97%。得到的小麥麩皮粗淀粉為白色，呈粉末狀。與單純的堿法提取小麥麩皮淀粉相比，提取率提高了10.10%。

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[4]李全宏，付才力，蔡同一，等.麥麩中生理活性物質(zhì)研究與應(yīng)用進(jìn)展 [J].食品科學(xué)，2004，25（8）：196-199.

[5]梁靈，魏益民，師俊玲.小麥淀粉研究概況 [J].西部糧油科技，2003（3）：21-25.

[6]鄒弈星，潘志芬，鄧光兵，等.谷物籽粒淀粉研究進(jìn)展 [J].西北植物學(xué)報(bào)，2007，27（10）：2 128-2 139.

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南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[8]李光，張雅利，梁花香.豆渣異黃酮超聲提取工藝的響應(yīng)曲面法優(yōu)化 [J].食品科技，2008，33（2）：144-148.

[9]張澤生，于衛(wèi)濤.超聲波法提取米糠中植物甾醇的工藝研究 [J].食品研究與開發(fā)，2007（1）：43-46.

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Optimizing the Ultrasonic Assisted Extraction Bran Starch

TANG Yan，YAN Jialiang，WU Wen，*ZHANG Hongwei
（College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

Extraction of wheat bran starch by ultrasonic assisted alkali method ，optimal ultrasonic conditions，in order to improve the extraction rate of starch.The experimental results show that the optimal ultrasonic condition is as follow：solid-liquid ratio 1∶15，pH 11，ultrasonic time 30 min，ultrasonic power is 450 W.Under this condition，wheat bran starch extraction rate is 90.97%，than the alkali extraction of starch extraction rate increased to 10.10%，wheat bran starch obtained as white powder.

wheat bran；ultrasonic method；alkali method

TS210

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.01.036

1671-9646（2017）01b-0001-03

2016-12-10

黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（XC2015043）。

唐 艷（1993— ），女，本科，研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量與安全。

*通訊作者：張洪微（1975— ），女，碩士，副教授，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)。