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    西藏馬鈴薯淀粉的形態(tài)及組成研究

    2024-07-26 00:00:00郭曉晴謝和兵楊林尼瑪次仁白瑪?shù)┰?/span>
    湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2024年7期

    收稿日期:2023-04-11

    基金項(xiàng)目:西藏自治區(qū)科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(XZ202301ZY0005G)

    作者簡(jiǎn)介:郭曉晴(1996-),女,河北衡水人,在讀碩士研究生,研究方向?yàn)榈矸鄹男耘c藥物制劑技術(shù),(電話)15932266263(電子信箱)xqguo0206@163.com;通信作者,謝和兵(1982-),男,江蘇常州人,碩士生導(dǎo)師,碩士,主要從事新型藥用輔料與藥物制劑技術(shù)研究,(電話)13921087087(電子信箱)Binghe_8213@163.com。

    郭曉晴,謝和兵,楊 林,等. 西藏馬鈴薯淀粉的形態(tài)及組成研究[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2024,63(7):154-157,164.

    摘要:采用粒徑分布儀、掃描電鏡、紫外雙波長(zhǎng)法分別測(cè)定西藏不同產(chǎn)地馬鈴薯淀粉的粒徑分布、微觀顆粒形態(tài)以及淀粉中的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量,并與市售馬鈴薯淀粉原料和內(nèi)地不同產(chǎn)地馬鈴薯的淀粉進(jìn)行比較。結(jié)果表明,西藏馬鈴薯淀粉的粒徑及微觀形態(tài)與市售淀粉、內(nèi)地馬鈴薯淀粉無(wú)明顯差異;西藏馬鈴薯淀粉的直鏈淀粉含量平均為36.73%,支鏈淀粉含量平均為45.87%,市售馬鈴薯淀粉的直鏈淀粉含量平均為30.76%,支鏈淀粉含量平均為49.94%,內(nèi)地馬鈴薯淀粉的直鏈淀粉含量平均為31.73%,支鏈淀粉含量平均為46.80%,與市售和內(nèi)地的馬鈴薯淀粉相比,西藏馬鈴薯淀粉的直鏈淀粉含量極顯著增高(P<0.001),支鏈淀粉含量顯著降低(P<0.05)。西藏馬鈴薯淀粉與市售及內(nèi)地的馬鈴薯淀粉的組成存在顯著差異,為西藏馬鈴薯淀粉的高值開(kāi)發(fā)提供了試驗(yàn)依據(jù)。

    關(guān)鍵詞:馬鈴薯;淀粉;形態(tài);組成;西藏

    中圖分類號(hào):TS235.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    文章編號(hào):0439-8114(2024)07-0154-04

    DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.07.025 開(kāi)放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):

    Study on the morphology and composition of potato starch in Tibet

    GUO Xiao-qing1,2,3, XIE He-bing1,2,3,4, YANG Lin3,NIMA Ci-ren4, BAIMA Dan-zeng4

    (1.School of Pharmacy, Anhui University of Chinese Medicine, Hefei 230013, China;2. Yangtze Delta Drug Advanced Research Institute, Nantong 226133, Jiangsu, China;3. Jiangsu God Mokey Medical Research Co., Ltd., Nantong 226133, Jiangsu, China;4. Tibet God Mokey Pharmaceutical Co., Ltd., Shigatse 857000, Tibet,China)

    Abstract: The particle size distribution, microscopic particle morphology and amylose and amylopectin contents of potato starch from different producing areas in Tibet were determined by particle size distribution instrument, scanning electron microscope and ultraviolet dual wavelength method, and compared with the commercial potato starch and those of potato starch from different producing areas in China’s mainland. The results showed that the particle size and micromorphology of potato starch in Tibet were not significantly different from those in the market and the mainland. The average amylose content of Tibetan potato starch was 36.73% and the average amylopectin content was 45.87%. The average amylose content of commercial potato starch was 30.76% and the average amylopectin content was 49.94%. The average amylose content of potato starch in China’s mainland was 31.73%, and the average amylopectin content was 46.80%. Compared with the potato starch in the market and China’s mainland, the amylose content of potato starch in Tibet was significantly increased (P<0.001), and the content of amylopectin was significantly decreased (P<0.05). The composition of potato starch in Tibet was significantly different from that in the market and China’s mainland, which provided an experimental basis for the high-value development of potato starch in Tibet.

    Key words: potato; starch; morphology; composition; Tibet

    馬鈴薯淀粉是從馬鈴薯植物中提取的由葡萄糖分子聚合而成的多糖[1],具有糊化度高、糊化溫度低、吸水力強(qiáng)、透明度好、黏結(jié)力強(qiáng)、拉伸性大等特征[2,3],使其在工業(yè)應(yīng)用中的品質(zhì)和檔次遠(yuǎn)高于玉米、小麥等其他淀粉,在紡織、制藥、飼料和食品等領(lǐng)域用途廣泛[4]。尤其在食品、制藥工業(yè)領(lǐng)域[5,6],馬鈴薯淀粉是產(chǎn)品附加值較高的藥用淀粉、改性淀粉等高端淀粉產(chǎn)品的重要原料,應(yīng)用價(jià)值高。西藏馬鈴薯種植面積逐年增加[7,8],目前已經(jīng)達(dá)到約1.3萬(wàn)hm2,是西藏第四大糧食作物。西藏獨(dú)特的光照時(shí)間長(zhǎng)、早晚溫差大等自然條件,有利于淀粉積累[9],但馬鈴薯淀粉質(zhì)量研究鮮有報(bào)道,在食品及醫(yī)藥高端淀粉領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)應(yīng)用還是空白。本研究通過(guò)收集西藏高原主要產(chǎn)地的馬鈴薯,提取淀粉并以淀粉顆粒的粒徑分布、微觀形態(tài)和直鏈、支鏈淀粉的含量為指標(biāo)研究馬鈴薯淀粉的形態(tài)及組成,并與目前市售的馬鈴薯淀粉產(chǎn)品及內(nèi)地的馬鈴薯自提淀粉進(jìn)行對(duì)比,以期為西藏馬鈴薯淀粉的高附加值產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)提供試驗(yàn)依據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 材料

    1.1.1 馬鈴薯淀粉樣品 共收集國(guó)內(nèi)外不同產(chǎn)地、不同廠家的16批次馬鈴薯,具體信息如表1所示。

    表1 馬鈴薯樣品信息

    [編號(hào) 廠家/產(chǎn)地 批號(hào) S1 米拉尼公司 /荷蘭 20221220 S2 羅蓋特公司/法國(guó) VNA29 S3 長(zhǎng)嶺吉隆生物藥業(yè)有限公司/吉林 D520221001 S4 山東聊城魯西藥用輔料有限公司/山東 10221201 S5 安徽山河藥用輔料股份有限公司/湖北 220204 S6 東莞市永益食品有限公司/甘肅 20220504 S7 自制/西藏自治區(qū)亞?wèn)|縣 220617 S8 自制/西藏自治區(qū)察雅縣 221215 S9 自制/西藏自治區(qū)貢嘎縣 2212191 S10 自制/西藏自治區(qū)聶拉木縣 2212261 S11 自制/西藏自治區(qū)南木林縣 2301031 S12 自制/甘肅省平?jīng)鍪?2207191 S13 自制/云南省楚雄彝族自治州 2207192 S14 自制/黑龍江省綏化市 2207193 S15 自制/山東省青島市 2207201 S16 自制/湖北省恩施州 2207202 ]

    1.1.2 試驗(yàn)試劑 直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品(RW23543)、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品(CI22924),西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司;碘化鉀(20211026)、碘(20210926)、氫氧化鉀(20190807),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;無(wú)水乙醇(20220321),南通誠(chéng)記化工貿(mào)易有限公司。

    1.1.3 儀器 HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋,上海力辰邦西儀器科技有限公司;UV-1900型紫外分光光度計(jì),日本島津公司;PTY-B5000型電子天平,華志(福建)電子科技有限公司;XSR205DU/AC型分析天平,瑞士梅特勒-托利多集團(tuán)公司;Topsizer激光粒度分析儀,珠海歐美克儀器有限公司;SCF-108A型循環(huán)進(jìn)樣系統(tǒng),珠海歐美克儀器有限公司;Regulus8100型超高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡,日本日立公司;DHG-9070型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,常州中捷實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司;SP503A型溫養(yǎng)破壁料理機(jī),浙江紹興蘇泊爾生活電器;HM-101X型鹵素水分測(cè)定儀,上海禾工科學(xué)儀器有限公司。

    1.2 方法

    1.2.1 馬鈴薯淀粉的提取 參考文獻(xiàn)[10]的方法有所改動(dòng),選取新鮮的馬鈴薯150 g,切成大小約0.2 cm3的小塊,置破壁機(jī)內(nèi),加200 mL水,破碎2 min。漿液經(jīng)100目棉綸篩網(wǎng)過(guò)濾。濾渣用400 mL水多次清洗,收集合并濾液。濾液置燒杯中,玻璃棒攪拌2 min,靜置2 h。棄去上清液,沉淀物加入200 mL水?dāng)嚢柘礈?次后用布氏漏斗抽濾。收集濾餅,并置鼓風(fēng)干燥箱,50 ℃干燥3 h,過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩,即得馬鈴薯淀粉。

    1.2.2 馬鈴薯淀粉的粒徑測(cè)定 馬鈴薯淀粉樣品過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩,以水為溶劑,采用激光粒度分析儀濕法測(cè)定樣品粒徑及其粒度分布,每份淀粉樣品重復(fù)測(cè)定3次。

    1.2.3 馬鈴薯淀粉的電鏡掃描 以淀粉顆粒的微觀形態(tài)為指標(biāo),以S5、S10和S15三批馬鈴薯淀粉為試驗(yàn)樣品,在5 kV的加速電壓下,采用掃描電鏡分別在100×、200×、350×放大倍數(shù)下觀察試驗(yàn)樣品的微觀形態(tài)。

    1.2.4 淀粉中直鏈淀粉、支鏈淀粉含量測(cè)定

    參考文獻(xiàn)[11-13]的方法測(cè)定直鏈淀粉和支鏈淀粉含量。

    1)碘試劑的配制。稱取碘化鉀1 000 mg于50 mL容量瓶中,加入20 mL去離子水,全部溶解后再加入100 mg碘,全部溶解后再用去離子水定容,避光保存。

    2)直鏈淀粉和支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)液的制備[11]。精密稱取直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品100 mg,置50 mL燒杯中,加入1 mL無(wú)水乙醇潤(rùn)濕,加入0.5 mol/L 氫氧化鉀溶液10 mL, 80 ℃水浴10 min,放冷后用去離子水定容至100 mL容量瓶,即為1 mg/mL 直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)原液,依同法制備1 mg/mL支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)原液。精密吸取直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)原液1.5 mL、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)原液3.0 mL,分別置于50 mL容量瓶中,加25 mL去離子水,再加2.5 mL 0.1 mol/L 鹽酸溶液調(diào)pH至3左右,加0.5 mL碘試劑,定容,混勻,即得濃度為 30 μg/mL 的直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液和60 μg/mL的支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液。

    3)供試品溶液的制備。精密稱取淀粉樣品100 mg(以干品計(jì)),置50 mL燒杯中,加入1 mL無(wú)水乙醇潤(rùn)濕,再加入0.5 mol/L的氫氧化鉀溶液10 mL, 80 ℃水浴10 min,放冷后用去離子水定容至50 mL容量瓶,再精密移取2.5 mL于另一個(gè)50 mL容量瓶中,加去離子水25 mL,再加2.5 mL 0.1 mol/L 鹽酸溶液調(diào)pH至3左右,再加入碘試劑0.5 mL,用去離子水定容至刻度,靜置20 min,即得供試品溶液。

    4)含量測(cè)定。采用紫外雙波長(zhǎng)分光光度法測(cè)定,直鏈淀粉的測(cè)定波長(zhǎng)和參比波長(zhǎng)分別為623、498 nm,支鏈淀粉的測(cè)定波長(zhǎng)和參比波長(zhǎng)分別為557、729 nm,以溶劑為空白,對(duì)照品及供試品溶液分別在測(cè)定波長(zhǎng)和參比波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度,計(jì)算吸光度差值,外標(biāo)法計(jì)算供試品溶液中直鏈淀粉和支鏈淀粉的濃度,并計(jì)算直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量,直鏈淀粉的含量=直鏈淀粉濃度×稀釋倍數(shù)/淀粉質(zhì)量×100%,支鏈淀粉含量=支鏈淀粉濃度×稀釋倍數(shù)/淀粉質(zhì)量×100%。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 淀粉粒徑結(jié)果

    由表2可知,市售組、西藏組、內(nèi)地組淀粉樣品測(cè)定的粒徑均在31.13~44.92 μm,性狀為大小均勻的白色粉末,無(wú)肉眼可見(jiàn)雜質(zhì),無(wú)明顯差異。3組樣品的粒徑相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為8.728%、2.703%和13.670%,其中西藏組RSD最小,粒徑最均勻。

    2.2 淀粉微觀形態(tài)結(jié)果

    由圖1可知,掃描電鏡下,市售、內(nèi)地及西藏馬鈴薯淀粉顆粒表面光滑,呈球形或橢球形,淀粉顆粒完整,表面光滑無(wú)空隙。不同組別間馬鈴薯淀粉微觀形態(tài)無(wú)明顯差異。

    2.3 淀粉中直鏈淀粉、支鏈淀粉含量測(cè)定結(jié)果

    用Excel和SPSS 25.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和組間數(shù)據(jù)分析,結(jié)果(表3)表明,與市售及內(nèi)地馬鈴薯淀粉相比,西藏馬鈴薯淀粉的直鏈淀粉含量顯著增高(P<0.001),支鏈淀粉含量顯著降低(P<0.05),該結(jié)果證實(shí)了西藏馬鈴薯直鏈淀粉占比較高的特征。

    3 討論與結(jié)論

    西藏高原特有的馬鈴薯品種有昌果紅土豆、艾瑪土豆等[8,14],本研究采集了上述品種的地理標(biāo)志產(chǎn)地的馬鈴薯作為研究樣品,并結(jié)合中國(guó)內(nèi)地馬鈴薯的主要產(chǎn)區(qū)以及目前市場(chǎng)上主要的國(guó)內(nèi)外的淀粉輔料產(chǎn)品,選用了甘肅、山東、黑龍江、云南等省及法國(guó)、荷蘭等國(guó)的馬鈴薯、馬鈴薯淀粉產(chǎn)品作為研究對(duì)照樣品,因此,本研究的樣品選擇合理,研究結(jié)果能夠客觀全面地評(píng)價(jià)西藏馬鈴薯淀粉與市售馬鈴薯淀粉的質(zhì)量差異。

    中國(guó)是世界第一大馬鈴薯種植國(guó)家[15],但消費(fèi)方式單一,主要是鮮食[16]、畜禽飼料和普通工業(yè)原料,與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的大部分馬鈴薯淀粉應(yīng)用于制藥、造紙、紡織和建材[17]等行業(yè)的高端改性淀粉相比,中國(guó)的馬鈴薯淀粉產(chǎn)業(yè)的高、精加工依然很薄弱[18]。直鏈淀粉分子相對(duì)較小且位于淀粉粒的非晶區(qū),因此在淀粉改性過(guò)程中比支鏈淀粉更容易受到物理、化學(xué)影響而得到改性,在低升糖指數(shù)食品、可降解材料中[19]的產(chǎn)業(yè)化價(jià)值巨大。因此,直鏈淀粉占比是影響馬鈴薯淀粉改性的重要指標(biāo),通常馬鈴薯淀粉中直鏈淀粉占20%~30%[20]。利用轉(zhuǎn)基因方法,雖能獲得直鏈淀粉含量高達(dá)78%的馬鈴薯品系,但這些品系的淀粉顆粒形態(tài)高度變形,不能規(guī)模生產(chǎn)[20-22]。本研究結(jié)果證實(shí)了西藏馬鈴薯具有直鏈淀粉占比較高的特征,這可能與西藏高原光照強(qiáng)度高且持久,晝夜溫差大等自然環(huán)境有關(guān)[23, 24]。本研究為轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的研究提供了新的樣品,也為西藏馬鈴薯淀粉在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的高端改性淀粉的開(kāi)發(fā)利用提供了試驗(yàn)依據(jù)。

    本研究采用雙波長(zhǎng)法測(cè)定西藏馬鈴薯淀粉中的直鏈淀粉、支鏈淀粉含量,傳統(tǒng)的淀粉測(cè)定方法主要有旋光法、酶水解法和蒽酮比色法[25],這幾種方法操作較為繁瑣,無(wú)法排除樣品中糖分與脂類物質(zhì)的干擾,且無(wú)法區(qū)分直鏈淀粉、支鏈淀粉。現(xiàn)在最常用的方法是分光光度法[26,27],主要有單波長(zhǎng)法、雙波長(zhǎng)法和多波長(zhǎng)法,其原理是直鏈淀粉與碘的結(jié)合物呈藍(lán)色,支鏈淀粉與碘的結(jié)合物呈紫色。單波長(zhǎng)法可以測(cè)定原料直鏈淀粉的含量,但直、支鏈淀粉吸收峰重疊,對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成了干擾,導(dǎo)致精確度不足[28];雙波長(zhǎng)法扣除了兩類淀粉吸收背景的相互影響,消除了這兩者引起的誤差,能大幅提高測(cè)定的靈敏度、選擇性和準(zhǔn)確度,可以同時(shí)測(cè)定直、支鏈淀粉的含量,進(jìn)而計(jì)算總淀粉含量;多波長(zhǎng)法也能同時(shí)測(cè)得直、支鏈淀粉和總淀粉含量,結(jié)果更加精確,然而由于波長(zhǎng)數(shù)量多,結(jié)果計(jì)算非常復(fù)雜,因此應(yīng)用不多。因而選擇雙波長(zhǎng)比色法進(jìn)行方法學(xué)研究及含量測(cè)定,為西藏馬鈴薯淀粉質(zhì)量檢測(cè)以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究提供了參考。

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