CN101303277B - 小麦胚乳淀粉的微量提取工艺及其粒度测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了小麦花期籽粒淀粉粒的微量提取工艺及粒度测定方法，属于农产品加工技术领域。包括：取10-15颗小麦籽粒，去胚粉碎，无水乙醇灭酶活、脱色，使用稀碱除去蛋白质，去离子水洗涤过滤，无水乙醇精制、过滤；粒度测定过程包括：使用偏六磷酸钠溶液悬浮淀粉粒，正确设定激光衍射粒度分析仪参数，即可得到小麦花期籽粒淀粉粒粒度分布图。只需5-15个小麦籽粒微量提取淀粉粒，淀粉粒能很好地保存原始形态。且提取效率高，工艺流程简单，重复性和复现性优良。提取及测定过程快捷安全，可用于科学研究(包括育种过程中后代的筛选)及工业生产中粒度的在线实时监测。

Description

小麦胚乳淀粉的微量提取工艺及其粒度测定方法

一、技术领域

本发明涉及小麦胚乳淀粉的微量提取工艺及其粒度测定方法，属于农产品加工领域。具体说是一种从极少量的小麦胚乳中提取纯淀粉的工艺流程，并将提取的淀粉作为样品测定其淀粉粒粒度分布特征，使科研工作者或工程师快速、便捷地了解淀粉粒粒度特征对麦制食品或基于小麦淀粉的工业产品的影响。

二、背景技术

小麦胚乳淀粉是禾本科植物小麦(Triticum aestivum L.)胚乳中的贮藏型淀粉，是小麦胚乳的重要组成部分(约占小麦胚乳重量的3/4)，也是决定小麦品质的重要因素之一，不仅是人类主要的食品来源，也是一种应用广泛的工业原材料。在食品工业中，淀粉不仅是各类烘烤食品的主要成分，还作为冷冻食品、奶制品、汤料、调味料等诸多产品的添加剂，起增稠、胶凝、乳化、稳定等作用。在烘烤面包和蛋糕等食品时，淀粉颗粒经烘焙化溶涨后吸收超量的水，产生柔软的胶状物。在加工软饼干(曲奇)等食品时，淀粉不发生糊化，而以部分晶体状的完整颗粒状态，在制成食品中呈现为填充物。基于淀粉的粘滞性、膨胀性、胶沉性和重结晶性及成膜特性等，淀粉在非食品行业中的应用更为广泛。在石油工业中，用作稠化剂和钻井泥浆的降失水剂；在造纸行业中，变性淀粉是最重要的造纸化学添加剂，可提高纸张的物理强度、表面性能，并具有节能降耗、减轻污染等功效；在纺织行业中，用于浆纱、印染、织物后整理及非织造布和复合制品上，小麦淀粉是丝绸印花行业中应用较为广泛的糊料之一；在医药工业中，淀粉用作片剂的赋形剂，也可作吸收性的医用撒粉辅料。随着世界经济迅猛发展及人民生活水平的不断提高，谷物淀粉已成为一种高效的再生性碳水化合物。据FAO统计数据，2003年世界谷物产量小麦为5.619亿吨，饲料谷物(玉米、黍、高梁等)为9.182亿吨，粉碎性水稻为3.043亿吨，其中有10亿吨作为原料用于淀粉生产。

植物中的贮藏淀粉是以大小不同的淀粉粒形式存在的。植物淀粉特性主要包括淀粉粒的大小、形状、淀粉晶体模式、直链淀粉含量、淀粉糊化粘度、糊化温度以及淀粉的老化等，其中淀粉粒的大小和淀粉糊化特性尤为重要。在世界范围内工业用淀粉的市场在不断扩大，目前主要受到淀粉作物种类的限制，其中最主要的来源是马铃薯、玉米、小麦和木薯淀粉，而不同来源淀粉粒的大小各不相同。玉米(2-30μm)和木薯(4-35μm)的淀粉粒相对较小，而马铃薯淀粉粒最大直径可达到100μm。小麦籽粒淀粉粒大小虽然只有1-45μm或1-100μm，但与其他来源的淀粉相比其粒度分布却极为特殊。小麦淀粉粒粒径大小在这个范围内的分布至少出现两到三个峰，各峰分布比较集中，而马铃薯、玉米、木薯等作物籽粒淀粉粒粒径分布却只有近似正态分布的单峰。因此，小麦胚乳淀粉粒按其粒度大小通常被分为A型(10-45μm)和B型(1-10μm)。

粒度大小分布不同的淀粉粒具有截然不同的糊化特性。如分离出的小麦A型淀粉粒直链淀粉含量和糊化时焓变(ΔH)比B型淀粉粒大，而B型淀粉粒的最高糊化温度和终止糊化温度较高。由此可见，通过调整大小淀粉粒的比例可以改善淀粉的糊化特性，增强淀粉的应用性。小麦作为人类主要的粮食作物，产量高、价格低廉以及淀粉粒分布的特殊性较其他来源的淀粉具有更广泛地应用性和更灵活的操作性。不但可以通过育种和栽培手段获得满足食品制作和其他工业生产要求具有特殊粒度分布的小麦籽粒，也可以通过特殊的工业程序将小麦大小淀粉粒分离使其有更广泛的应用性。因此开发微量淀粉的工艺程序及快速测定其粒度特征的方法将对科研和生产中粒度检测和质量控制具有十分重要的现实意义。

小麦胚乳淀粉的微量提取及快速测定其粒度特征的研究较少，更缺乏系统性的研究。目前，国内外有文献报道提取淀粉的方法主要有稀碱法和洗面筋法，但提取效果都不是非常理想，主要原因是纯度过低严重影响测定精度。偶有报道使用蛋白酶或甲苯等试剂，但因其成本过高或者涉及有毒试剂很难得到广泛的应用。针对于目前激光衍射粒度分析仪的测量精度高、重复性和复现性好，我们开发了小麦胚乳淀粉的微量提取工艺即能满足激光衍射粒度分析仪的样品要求，而且操作简便，所使用的试剂价格低廉、无毒，可以很好地控制成本和节约人力、物力，非常适合日常的粒度监测工作。

三、发明内容：

技术问题

本发明目的之一是提供一个简单、快捷地从微量的小麦胚乳样品中提取淀粉的工艺流程；

本发明同时还提供了一种测定小麦胚乳淀粉粒粒度分布的方法，而且精度高、重复性和复现性好。

本发明的工艺流程简单、提取效率高，而且测定方法精度高、重复性好，可以用于科研和生产中的粒度监测。

技术方案

所述的小麦胚乳淀粉的微量提取工艺，包括：

1、取样：在小麦开花期选择同日开花、长相一致的穗子剪下3-5个，立即置于液氮中速冻4h后，放入-70℃冰箱中保存；

2、脱壳去胚：将完整籽粒从穗子中拨出5-15粒，用经消毒灭菌的刀片将籽粒麦胚切除；

3、粉碎：将脱壳去胚后的籽粒放入10mL无水乙醇中进行粉碎，匀浆，淬灭酶活性；

4、脱色：回收浆液中的固体物质，再次悬浮在20-30mL的无水乙醇中脱色10分钟；

5、除去蛋白质：将上述脱色的固体物质悬浮在质量体积比0.25％的氢氧化钠溶液中，25℃条件下连续震荡1h，使蛋白质溶解在氢氧化钠溶液中；

6、洗涤：用蒸馏水或去离子水连续洗涤三次，然后用0.1mol/L盐酸溶液调节PH值至中性；

7、过滤：洗涤后的水悬浮液滤过325目网筛，除去粗纤维及其他大颗粒杂质，收集滤过的淀粉匀浆；

8、精制：将收集得到的淀粉匀浆悬浮在无水乙醇中，充分震荡；

9、粒度测定：选用水作为分散剂(500-600ml/样品)，添加辅助试剂偏六磷酸钠(sodium meta-phosphate)，其与分散剂的质量体积百分比为0.05％；分散剂水的折射率、密度、粘度参数分别设置为1.331、0.996g/cm³、0.798cp，样品淀粉的折射率实部、折射率虚部和密度参数分别设置为1.530、0.200、3.880g/cm³，使用激光衍射粒度分析仪(Saturn Digisizer 5200，麦克公司，美国)测定样品中淀粉粒度。

有益效果

本发明具有如下优点：

1、本发明人首次结合激光粒度分析仪的测定原理提出了从小麦花期籽粒中微量提取淀粉的工艺流程，只需5-10个小麦籽粒(取决于小麦籽粒发育时期)微量提取淀粉粒，且提取效率高，工艺流程简单，重复性和复现性优良。一方面提取过程保存了淀粉粒原始形态，高效率的回收淀粉，对淀粉粒度的研究具有重要的现实意义；另一方面为科学研究及工业生产实时监测淀粉粒度提供了一种理想的方法。

2、本发明以物理加工为主，使用无毒试剂，既去除了除淀粉外的大量杂质，又很好地保存了淀粉的原始形态，保证了淀粉粒测定优良的重复性和复现性，同时达到了安全利用淀粉提取物的理想效果。

3、本发明提供了一种提取效率高，工艺流程简单的从小麦花期籽粒中微量提取淀粉的工艺方法。本发明的工艺方法使用的样品量非常少，只有5-15个左右的小麦籽粒，而且工序少，操作简便，生产周期短，容易实现机械化和自动化生产，且用本法提取的淀粉无毒安全，生产成本低，市场竞争力强，利于推广使用。

四、附图说明：

图1为小麦花期籽粒中微量提取淀粉工艺方法及粒度测定的流程图。

图2为小麦花期籽粒淀粉粒粒度分布图。

五、具体实施方式

本发明中所使用的样品是指小麦开花以后的新鲜籽粒。小麦淀粉于开花2-4天开始形成，其形成及累积过程贯穿整个花期，直至籽粒成熟。在这个过程中，新鲜籽粒样品中的酶较为活跃，首先要对酶进行灭活处理，避免在提取过程中酶分解淀粉对测试造成的误差。其次，在小麦开花前期籽粒中的淀粉含量较少，淀粉累积过程呈“S”型曲线，即淀粉含量在前期增长较缓慢，中期迅速增长，后期增长较为平缓，直至成熟期停止增长，因此，在准备新鲜样品时应注意花前期样品量要大一些，中期和后期可以相应地减少。

提取工艺中最重要的环节是除去蛋白质。蛋白质是小麦籽粒中除淀粉外含量最大的组分，另外小麦籽粒中蛋白质的粘性较高，对淀粉粒度的影响最大。本发明中使用无水乙醇进行部分溶解以及稀碱液将绝大部分蛋白质析出，以达到测定粒度的要求。

所述的提取过程主要包括：

1、取样：在小麦开花期选择同日开花、长相一致的穗子进行标记，取样时剪下3-5个穗子，立即置于液氮中速冻4h后，放入-70℃冰箱中保存。

2、脱壳去胚：将籽粒从穗子中拨出，注意选择大小一致、形状相同、无病虫害的完整籽粒5-10粒(花期16天之前籽粒淀粉含量较低，可取10-15粒)。用经消毒灭菌的刀片将籽粒麦胚切除，麦胚中蛋白质以及脂类物质含量最高，去胚可以很好地增强提取效果。

3、粉碎：将脱壳去胚后的籽粒放入10mL无水乙醇中进行粉碎，粉碎程度以浆液均匀，浆液中无明显小块为标准。

4、灭活：步骤3中加入无水乙醇除作为缓冲溶液外，还可以淬灭新鲜籽粒中各种分解淀粉的酶活性。

5、脱色：回收浆液中的固体物质，再次悬浮在20-30mL的无水乙醇中，进一步除去新鲜籽粒样品中的叶绿素等有色物质，达到脱色的目的。

6、除去蛋白质：经上述五个步骤的处理，回收的固体物质中主要杂质是蛋白质和种皮中的粗纤维。再将回收物质悬浮在0.25％氢氧化钠溶液中，25℃条件下连续震荡1h，使蛋白质溶解在氢氧化钠溶液中。

7、洗涤：用蒸馏水或去离子水连续洗涤三次，最大限度减少氢氧化钠的残留，然后用0.1mol/L盐酸溶液调节PH值至中性。

8、过滤：洗涤后的水悬浮液滤过325目网筛，除去粗纤维及其他大颗粒杂质，收集滤过的淀粉匀浆。

9、精制：将收集得到的淀粉悬浮在无水乙醇中，充分震荡。此步骤主要是利用无水乙醇除去醇溶性蛋白及一些脂类物质，增加淀粉的亲水性。

10、粒度测定：

测定过程中选用水作为分散剂(500-600ml/样品)，但需要添加特定辅助试剂来降低水的表面张力增强测定效果。本发明中使用的辅助试剂剂偏六磷酸钠(sodium meta-phosphate)，其与分散剂的质量体积百分比为0.05％。另外，根据激光衍射粒度分析仪(Saturn Digisizer 5200，麦克公司，美国)的原理需要设定分散剂以及待测物质的一些物理属性，具体见表1：

以扬麦158和扬麦11两个小麦品种花后不同时期的籽粒为材料，采用本方法微量提取胚乳中淀粉粒，按照上述参数进行激光衍射粒度分析仪(SaturnDigisizer 5200，麦克公司，美国)的设置，测定的结果包括淀粉粒的平均粒径、表面积以及数量，详见表2、表3、表4。

表2花后不同时期小麦胚乳淀粉粒平均粒径(μm)

表3花后不同时期小麦胚乳淀粉粒表面积(m³/g)

表4花后不同时期小麦胚乳淀粉粒数量(×10¹⁰/g)

Claims (2)

1.小麦胚乳中提取淀粉的工艺，包括：

1)取样：在小麦开花期选择同日开花、长相一致的穗子剪下3-5个，立即置于液氮中速冻4h后，放入-70℃冰箱中保存；

2)脱壳去胚：将完整籽粒从穗子中拨出5-15粒，用经消毒灭菌的刀片将籽粒麦胚切除；

3)粉碎灭酶：将脱壳去胚后的籽粒放入10mL无水乙醇中进行粉碎，匀浆，淬灭酶活性；

4)脱色：回收浆液中的固体物质，再次悬浮在20-30mL的无水乙醇中脱色10分钟；

5)除去蛋白质：将上述脱色的固体物质悬浮在质量体积比0.25％的氢氧化钠溶液中，25℃条件下连续震荡1h，使蛋白质溶解在氢氧化钠溶液中；

6)洗涤：用蒸馏水或去离子水连续洗涤三次，然后用0.1mol/L盐酸溶液调节PH值至中性；

7)过滤：洗涤后的水悬浮液滤过325目网筛，收集滤过的淀粉匀浆；

8)精制：将收集得到的淀粉匀浆悬浮在无水乙醇中，充分震荡，即为提取工艺所获得的淀粉。

2.小麦胚乳中淀粉粒度的测定方法，其特征在于：将权利要求1所获得的淀粉，选用水作为分散剂，添加辅助试剂偏六磷酸钠，其与分散剂的质量体积百分比为0.05％；分散剂水的折射率、密度、粘度参数分别设置为1.331、0.996g/cm³、0.798cp，样品淀粉的折射率实部、折射率虚部和密度参数分别设置为1.530、0.200、3.880g/cm³，使用激光衍射粒度分析仪测定样品中的淀粉粒度。

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