CN102993318B - 超声波提取马铃薯淀粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波提取马铃薯淀粉的方法，属于淀粉生产技术。将新鲜马铃薯清洗、去皮、粉碎处理后，调成一定料水比的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉。在超声波处理环境中，调整鲜马铃薯具有适当的粒度、加水量及处理时间进行马铃薯淀粉的萃取，经分离、洗涤、精制获得高纯度马铃薯淀粉。本发明可提高马铃薯淀粉的提取率及纯度。提取过程中反应条件温和，无废渣、废汽及有害物质产生；节约资源，且对环境友好。
Description
技术领域
本发明属于淀粉生产技术。
背景技术
马铃薯（学名：Solanum tuberosum，英文：Potato）又名土豆、洋芋、洋山芋、山药蛋等。马铃薯是世界上仅次于小麦、水稻和玉米的第四种主要农作物，是重要的淀粉生产原料，自20世纪60年代以来，发展中国家的马铃薯产区面积增长就已经超过了其他粮食作物，为维护全球性粮食安全带来了巨大希望。中国马铃薯种植面积和总产量均居世界首位，种植面积超过1亿亩，单产突破1200公斤，产量占世界总产量的20%。与其他作物相比，马铃薯集粮、菜、饲、工业原料兼用于一身，马铃薯的种薯及各种加工产品已成为全球经济贸易中的重要组成部分。目前世界农产品市场上，马铃薯的销售量与谷物不相上下，居第三位。马铃薯营养丰富，鲜马铃薯块茎含20％左右的碳水化合物，2%左右的蛋白质及1%左右的无机盐及丰富的维生素C（40mg/100g）,是一种营养成分较全面的食物资源。马铃薯淀粉品质优良，广泛应用于食品工业、医药工业及化工业等。目前，我国马铃薯淀粉工业技术水平相对落后，淀粉得率低，产品品质差、耗水量大、产生大量工艺废水、环境污染严重等，极大地制约着马铃薯淀粉工业快速良性发展。近年来，随着水资源匮乏和水污染问题日趋严重，开发马铃薯淀粉节水式绿色生产技术已迫在眉睫。
马铃薯中含有多酚氧化酶(PPO)， 鲜切过程中内源性多酚类底物及酚类衍生物在酶的催化作用下多酚类物质氧化成邻醌，醌是氧化反应的第一个产物它既不能被还原为酚也不能有效的去除，醌类物质再进一步氧化聚合成黑色素，严重影响马铃薯制品的感官品质和商品价值。PPO催化的酶促褐变反应分两步进行：单酚羟化为二酚，然后二酚氧化为二醌。酚类物质分布于植物液泡中，PPO则位于质体中，PPO与底物不能相互接触。而马铃薯破碎过程中，破坏膜系统，打破了酚类与酶类的区域化分布，酶与PPO接触，使酚类物质氧化成醌，进行一系列的脱水、聚合反应，最后形成黑褐色物质。
马铃薯传统抗褐变的方法主要包括物理法和化学法。物理法如烫漂、蒸汽处理及驱逐或隔绝氧等。化学法主要局限于抗氧化剂与酸性物质的添加，如抗坏血酸、柠檬酸、亚硫酸盐等控制马铃薯产品的褐变。由于亚硫化物食品安全问题，目前对亚硫酸盐类酶抑制剂在食品工业应用受到限制。
目前国内外马铃薯淀粉生产方法主要为水提取沉淀法，工艺流程为：马铃薯→清洗、去皮→破碎（粒度80目）→常温水浸渍（料水比1︰4-6，时间1-2h,添加二巯基丙醇、亚硫酸钠、半胱氨酸、柠檬酸等化学护色剂）→筛分与分离→洗涤精制→脱水干燥→马铃薯淀粉。淀粉提取率为80%左右，每吨马铃薯淀粉约耗水15-20吨，劳动强度大，生产过程产生大量废水，污染环境，必须经过无害化处理才能排放。
酶是生物活细胞中存在的具有催化功能的蛋白质,它与其它蛋白质一样,也有等电点和蛋白质变性作用。蛋白质不可逆性变性导致酶钝化失活,热处理方法是最有效的蛋白质变性方法，但常规加热法使酶失活的时间较长，热处理使酶变性的同时也会导致质地软化、淀粉糊化，使马铃薯淀粉提取率大幅度下降，甚至无法进行淀粉提取。
发明内容
本发明提供一种超声波提取马铃薯淀粉的方法,以解决目前制备马铃薯淀粉过程中使用护色剂，导致产物有化学试剂残留，常规加热使马铃薯淀粉提取率大幅度下降的问题。
本发明采取的技术方案包括下列步骤：
（一）.马铃薯前处理
马铃薯挑选剔除腐败、霉烂的变质部分，清洗去皮，破碎物粒度为40-60目，密闭、隔绝空气保存备用；
（二）.马铃薯淀粉提取与精制
将上述处理好的马铃薯加水，调成料水比1︰（1-3）g/ml的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉,超声波功率300w-1500w/kg马铃薯、超声时间4-7min、超声间隔时间10-20s，超声波处理1-3次，物料温度25-45℃；过80-100目筛分离除渣，残渣加入1-2倍水洗涤2-3次，过80-100目筛分离除渣，合并滤液，离心沉降8-10min，转速3000-4000r/min，取沉淀物为湿淀粉，干燥。
超声波是频率高于20000赫兹的声波，方向性好，穿透能力强。在超声波处理固液混合物时液体里将发生剧烈的空化效应，形成强压力脉冲，分散破坏植物组织，加速溶剂快速穿透致密组织，提高植物成分提取率。同时超声波可加速介质分子运动，使得提取介质和植物成分快速接触，相互溶合、混合，也实现提高某些成分提取效率的作用。另外超声波作用下空穴效应严重影响植物细胞壁、微生物细胞膜、细胞器等受到机械破坏；超声波的空化气泡的产生、长大、内爆破产生的瞬间的高压,改变细胞渗透性及细胞的结构，使酶活性中心快速失去催化能力, 处于失活状态，在较低温度下即可抑制酶促反应的发生。在超声波提取作用温度低、提取率高、提取时间短，在马铃薯淀粉生产过程中无需采用任何化学护色剂，即可替代传统加热灭酶，又可提高淀粉提取率，实现高效、环保的现代分离提取技术。
本发明采用超声波振荡处理提取马铃薯淀粉方法，提取过程中钝化导致褐变的酶类，避免使用任何护色剂，产物无化学试剂残留，本发明方法与传统水提法相比具有高效，节水、省时、无污染，无化学试剂残留、降低粉碎能耗等优点，并可实现连续化、自动化生产。萃取物及萃余物都最大限度保留了马铃薯天然活性成分，再利用价值高，排放水无污染物，实现马铃薯高值化、资源化及环境友好化利用。
本发明获得的产品，即可作为食品加工辅料、食品添加剂或保健食品及药品的填充助剂使用，也可用于化工原料。
附图说明
图1 是采用本发明方法提取的马铃薯淀粉的扫描电镜图；
图2 是采用传统水提沉淀法提取的马铃薯淀粉的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
一.马铃薯前处理
马铃薯挑选剔除腐败、霉烂等变质部分，清洗去皮，破碎物粒度为60目，密闭、隔绝空气保存备用。
二.马铃薯淀粉提取与精制
将上述处理好的马铃薯加水，调成料水比1︰1 g/ml的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉,超声波功率300w/kg马铃薯、超声时间7min、超声间隔时间10s，超声波处理3次，物料温度25-45℃；过80目筛分离除渣，残渣加入1倍水洗涤3次，过80目筛分离除渣，合并滤液，离心沉降10min，转速3000r/min，取沉淀物为湿淀粉，干燥处理得到含水量15%以下的马铃薯淀粉。
实施例2
一.马铃薯前处理
马铃薯挑选剔除腐败、霉烂等变质部分，清洗去皮，破碎物粒度为60目，密闭、隔绝空气保存备用。
二.马铃薯淀粉提取与精制
将上述处理好的马铃薯加水，调成料水比1︰2g/ml的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉,超声波功率900w/kg马铃薯、超声时间5min、超声间隔时间15s，超声波处理2次，物料温度25-45℃；过100目筛分离除渣，残渣加入1.5倍水洗涤2次，过100目筛分离除渣，合并滤液，离心沉降9min，转速3500r/min，取沉淀物为湿淀粉，干燥处理得到含水量15%以下的马铃薯淀粉。
实施例3
一.马铃薯前处理
马铃薯挑选剔除腐败、霉烂等变质部分，清洗去皮，破碎物粒度为40目，密闭、隔绝空气保存备用。
二.马铃薯淀粉提取与精制
将上述处理好的马铃薯加水，调成料水比1︰3g/ml的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉,超声波功率1500w/kg马铃薯、超声时间4min、超声间隔时间10-20s，超声波处理1次，物料温度25-45℃；过100目筛分离除渣，残渣加入2倍水洗涤3次，过100目筛分离除渣，合并滤液，离心沉降8min，转速4000r/min，取沉淀物为湿淀粉，干燥处理得到含水量15%以下的马铃薯淀粉。
实施例4
一.马铃薯前处理
同实施例2。
二.马铃薯淀粉提取与精制
将上述处理好的马铃薯加水，调成料水比1︰3 g/ml的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉,超声波功率1200w/kg马铃薯、超声时间4min、超声间隔时间15s，超声波处理1次，物料温度25-45℃；过80目筛分离除渣，残渣加入2倍水洗涤2次，过80目筛分离除渣，合并滤液，离心沉降9min，转速3500r/min，取沉淀物为湿淀粉，干燥处理得到含水量15%以下的马铃薯淀粉。
实施例5
一.马铃薯前处理
同实施例3。
二.马铃薯淀粉提取与精制
将上述处理好的马铃薯加水，调成料水比1︰2.5g/ml的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉,超声波功率800w/kg马铃薯、超声时间6min、超声间隔时间20s，超声波处理2次，物料温度25-45℃；过100目筛分离除渣，残渣加入1.5倍水洗涤2次，过80目筛分离除渣，合并滤液，离心沉降10min，转速4000r/min，取沉淀物为湿淀粉，干燥处理得到含水量15%以下的马铃薯淀粉。
实施例6。
一.马铃薯前处理
同实施例1。
二.马铃薯淀粉提取与精制
将上述处理好的马铃薯加水，调成料水比1︰2g/ml的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉,超声波功率500w/kg马铃薯、超声时间7min、超声间隔时间15s，超声波处理3次，物料温度25-45℃；过100目筛分离除渣，残渣加入1倍水洗涤3次，过100目筛分离除渣，合并滤液，离心沉降10min，转速3000r/min，取沉淀物为湿淀粉，干燥处理得到含水量15%以下的马铃薯淀粉。
利用扫描电子显微镜观察淀粉颗粒的形貌及大小。从放大400倍电镜图可以看出，图1是采本发明超声波提取马铃薯淀粉颗粒大的呈椭圆形，小的呈圆形，大小均匀，粒径范围为14~54μm，平均粒径为26.2μm，超声波使淀粉降解，分子量降低，导致平均粒径减小。超声波提取马铃薯淀粉直链淀粉含量为36%，支链淀粉含量为62%。图2传统水提沉淀法淀粉颗粒大的呈不规则的牡蛎壳状，小的呈圆形，大小不均匀，粒径范围为14~83μm，平均粒径为31.7μm。传统水提沉淀法马铃薯淀粉直链淀粉含量为25%，支链淀粉含量为72%。超声波提取马铃薯淀粉提取率为94%，比常规传统水提沉淀法高出7%。超声波提取马铃薯淀粉洁白有光泽，蛋白质为0.14%，灰分为0.27%，透明度降低，溶解度和膨润力以及凝沉性提高，峰值粘度为1292BU，符合国家相关标准的要求。
Claims (1)
1.一种超声波提取马铃薯淀粉的方法，其特征在于包括下列步骤：
（一）.马铃薯前处理
马铃薯挑选剔除腐败、霉烂的变质部分，清洗去皮，破碎物粒度为40-60目，密闭、隔绝空气保存备用；
（二）.马铃薯淀粉提取与精制
将上述处理好的马铃薯加水，调成料水比1︰（1-3）g/ml的悬浮液，置于超声处理环境中提取马铃薯淀粉,超声波功率300w-1500w/kg马铃薯、超声时间4-7min、超声间隔时间10-20s，超声波处理次数1-3次，物料温度25-45℃；过80-100目筛分离除渣，残渣加入1-2倍水洗涤2-3次，过80-100目筛分离除渣，合并滤液，离心沉降8-10min，转速3000-4000r/min，取沉淀物为湿淀粉，干燥。
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