不同熱水抽提工藝對竹材淀粉含量的影響研究

欒潔 胡嬋 林家純 冷少華

[摘 要] 目前，我國竹材工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)的問題涉及防霉、防蟲技術(shù)的科學(xué)改性，而竹材中的淀粉含量對竹材的生長和蟲害的預(yù)防有很大的影響。微波處理能夠降低淀粉的結(jié)晶性、溶解性、溶脹性和黏度，提高糊化溫度和糊穩(wěn)定性，并使淀粉的老化趨勢減少。熱水抽提作為一種常用的物理加工處理方法，用于降低竹材中淀粉含量具有重要的意義。基于此，本文就不同的熱水抽提工藝對竹材淀粉含量的影響展開試驗研究，為降低竹材中的淀粉含量提供技術(shù)支持。

[關(guān)鍵詞] 竹材；淀粉；熱水抽提

[中圖分類號] S781.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2018）07-120-3

1 研究依據(jù)

一般水抽提物包含極性較強(qiáng)的單寧、色素、生物堿（主要為其鹽類）、可溶性礦物成分及某些單糖、淀粉和果膠質(zhì)。這些物質(zhì)被抽出得越多，竹材的pH值就上升越快：溫度越高，水抽提物在水中的溶解度越大，水抽提物的抽出量也隨之增大。因此，抽提物的存在及其含量對竹材本身的物理、化學(xué)性質(zhì)影響極大。

2 熱水抽提試驗研究

2.1 試驗原理

竹材作為一種豐富的林業(yè)資源，被人們稱為“第二森林”。竹材化學(xué)成分與木材類似，主要為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，另外還有少量的抽提物和灰分。竹材化學(xué)成分的含量及分布是影響竹材性質(zhì)和利用的重要因素。

竹片經(jīng)1 s浸泡后進(jìn)行熱水抽提，將溫度和時間作為獨(dú)立的變量來研究主要糖類組分的變化規(guī)律。熱水抽提物的測定原理是基于用熱水抽提試樣中的水溶成分，根據(jù)抽提后試料減輕的質(zhì)量或?qū)⒊槌鲆赫舾伤脷堅|(zhì)量確定為抽出物的含量[1]。

2.2 試驗步驟

2.2.1 熱水抽提。把竹片分成15份，分別稱初始質(zhì)量，將這15份竹片分別在不同酸堿性溶液浸泡下采用不同熱水抽提工藝進(jìn)行抽提，抽提溫度為60 ℃，時間為3 h。抽提后的竹片在60 ℃恒溫下干燥8～10 h。稱取干燥后的竹片質(zhì)量，即干燥后的質(zhì)量。將標(biāo)有熱水、熱水（酸）、熱水（堿）的袋子里的10個竹片一起稱質(zhì)量記錄為初始質(zhì)量。將袋子內(nèi)的竹片在錐形瓶內(nèi)浸泡至竹片全部下沉。水浴鍋加熱至60 ℃，裝有竹片的錐形瓶封口放入水浴鍋在60 ℃恒溫下加熱3 h，取出竹在60 ℃恒溫下烘干稱質(zhì)量為干燥后質(zhì)量。其中，酸由8 mL 37%的鹽酸與300 mL水配制得到，堿由3 g氫氧化鈉與300 mL水配制得到。

2.2.2 溶液色度和濁度分析。取出抽提后的竹片，對留在錐形瓶里的溶液進(jìn)行濁度和色度的分析（堿性條件下的溶液稀釋10倍測量）。

2.2.3 竹片淀粉含量測定。利用碘—淀粉比色法，可見光分光光度計分析不同熱水抽提的淀粉含量。用碘—淀粉比色法制定淀粉待測液，取標(biāo)準(zhǔn)淀粉溶液，可見光分光光度計在590 nm波長處測定。淀粉在加熱情況下能溶于硝酸鈣溶液中，當(dāng)?shù)饣浐拖跛徕}共存時，碘能以碘—淀粉藍(lán)色化合物沉淀全部淀粉[2]。將此沉淀溶于堿液，并在酸性條件下與碘作用形成藍(lán)色溶液進(jìn)行比色。

2.3 結(jié)果與分析

熱水抽提之后的試樣，從質(zhì)量上來說，有明顯的減少，色澤鮮艷程度也有所變淡（水泡的影響）。在堿性條件下抽提的竹片顏色變化最大，質(zhì)量減輕的程度大，說明堿性條件抽提的效果最好。

根據(jù)圖1和表1中所求的平均值用公式y(tǒng)=0.083 5x-0.023 7從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得淀粉量：熱水是0.419 1 mg，熱水（酸）是0.395 2 mg，熱水（堿）是0.389 2 mg。再根據(jù)公式求得淀粉含量：淀粉含量/%=100×C×VT/（V1×1 000×W）。其中，C為從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的淀粉量，mg；VT為樣品提取液總體積，mL；V1為顯色時取樣品液量，mL；W為樣品重，g。結(jié)果得出淀粉含量為：熱水是2.07%，熱水（酸）是1.96%，熱水（堿）是1.94%。

結(jié)合圖2分析可知，在同一種工藝條件即60 ℃恒溫下加熱3 h的抽提條件下，堿性條件下熱水抽提后的淀粉含量最少，熱水條件下熱水抽提后淀粉含量最多。這是因為堿具有降低淀粉的糊化溫度的作用，當(dāng)堿達(dá)到一定限量時，淀粉發(fā)生糊化，淀粉含量減少。

3 微波熱水抽提試驗研究

3.1 試驗原理

微波提取主要是利用其熱效應(yīng)。由于被萃取物細(xì)胞內(nèi)含水和極性有效成分，在微波電磁場作用下，極性分子從原來的熱運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)向依照電磁場的方向交變而排列取向，產(chǎn)生類似摩擦熱，這些含水成分和極性有效成分在微波場中大量吸收熱量，內(nèi)部產(chǎn)生熱效應(yīng)，從而被萃取物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生破裂。細(xì)胞外溶劑容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，溶解并釋放出細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)。這就是細(xì)胞的破壁作用。微波技術(shù)應(yīng)用于植物細(xì)胞破壁，可有效提高收率[3]。

3.2 試驗步驟

將標(biāo)有微波、微波（酸）、微波（堿）的竹片在錐形瓶內(nèi)浸泡至竹片全部下沉分別放入微波爐處理90 s，微波功率控制在900 W，再放入錐形瓶內(nèi)浸泡至全部下沉，最后取出熱水抽提。

3.3 溶液色度和濁度分析

取出抽提后的竹片，對留在錐形瓶里的溶液進(jìn)行濁度和色度的分析。

3.4 結(jié)果與分析

根據(jù)表2和表3中所求的平均值用公式y(tǒng)=0.083 5x-0.023 7從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得淀粉量：微波是0.40 mg，微波（酸）是0.39 mg，微波（堿）是0.39 mg。再根據(jù)淀粉含量計算公式，得出淀粉含量為：微波是1.98%，微波（酸）是1.92%，微波（堿）是1.87%。

由圖3分析可知，在同一種工藝條件即在60 ℃恒溫下加熱3 h的抽提條件下，在堿性條件下微波熱水抽提的淀粉含量最少，熱水條件下微波熱水抽提后的淀粉含量最多。淀粉在微波輻射中的分解或合成反應(yīng)是多因素影響且相互作用極為復(fù)雜的過程。在堿性條件下，射線電離引發(fā)淀粉分子產(chǎn)生更多的自由基，細(xì)胞內(nèi)的極性物質(zhì)尤其是水分子吸收微波能產(chǎn)生大量的熱，使細(xì)胞內(nèi)溫度迅速升高，水汽化產(chǎn)生的壓力將細(xì)胞膜和細(xì)胞壁沖破，間接地對淀粉分子產(chǎn)生作用。

4 兩種熱水抽提工藝的對比

4.1 熱水抽提條件下不同熱水抽提工藝處理后的淀粉含量比較

根據(jù)表1和表3中所求的平均值用公式y(tǒng)=0.083 5x-0.023 7從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得淀粉量：熱水是0.450 mg，微波是0.400 mg，再根據(jù)淀粉含量計算公式求得淀粉含量為：熱水是2.07%，微波是1.98%。

4.2 酸性條件下不同熱水抽提工藝處理后的淀粉含量比較

根據(jù)表1和表4中所求的平均值用公式y(tǒng)=0.083 5x-0.023 7從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得淀粉量：熱水（酸）是0.395 5 mg，微波（酸）是0.390 0 mg。再根據(jù)淀粉含量計算公式求得淀粉含量為：熱水（酸）是1.96%，微波（酸）是1.92%。

4.3 堿性條件下不同熱水抽提的淀粉含量比較

根據(jù)表1和表5中所求的平均值用公式y(tǒng)=0.083 5x-0.023 7從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得淀粉量：熱水（堿）是0.389 2 mg，微波（堿）是0.390 0 mg。再根據(jù)淀粉含量計算公式求得淀粉含量為：熱水（堿）是1.94%，微波（堿）是1.87%。

5 結(jié)論

對比熱水抽提、微波抽提的結(jié)果可知，同一種抽提工藝在堿性條件下抽提后的淀粉含量最少，抽提效果最好。這是因為堿具有降低淀粉糊化溫度的作用，當(dāng)堿的用量達(dá)到一定限量時，淀粉就發(fā)生糊化。

參考文獻(xiàn)

[1]羅志剛，高群玉，楊連生.熱處理對淀粉改性的研究進(jìn)展[J].糧食與飼料工業(yè)，2003（2）：36-38.

[2]趙凱.淀粉非化學(xué)改性技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3]Sinisterra JV. Application of ultrasound to biotechnology： an overview[J]. Ultrasonics，1992（3）：180-185.