CN108148142B - 一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法 - Google Patents

一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，该方法利用超声波处理的方法来提取玉米淀粉，有助于解除蛋白质基质对淀粉颗粒的束缚。与传统湿法加工方法相比，在保证淀粉纯度的前提下减少了玉米的浸泡时间和二氧化硫的添加量，大大提高了玉米淀粉的生产效率。试验证明，经超声波辅助提取的玉米淀粉与传统湿法加工方法相比，玉米浸泡时间缩短了33.33％，二氧化硫的添加量减少了75％，淀粉得率提高了10.37％。本发明在处理过程中使更多的淀粉从蛋白质基质中释放出来，所以经超声波辅助处理提取玉米淀粉的得率大大增加。本发明的超声波辅助提取玉米淀粉方法，所用设备简单，加工方便，生产成本低，利于工业化生产。

Description

一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法
技术领域
本发明涉及一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，属于粮食加工技术领域。
背景技术
成熟的玉米籽粒主要由四部分组成：根冠0.8％、果皮5.3％、胚芽11.9％、胚乳82％。胚乳包括糊粉层和淀粉细胞，是玉米籽粒的最大组分，主要由蛋白质基质包埋淀粉颗粒和细小蛋白质颗粒组成。玉米胚乳分为粉质胚乳和角质胚乳，粉质胚乳和角质胚乳的平均比例大约为1:2，这与玉米籽粒中蛋白质含量有关。粉质胚乳中蛋白质基质较薄、淀粉颗粒大且圆，在加工时，淀粉回收更为容易，角质胚乳中蛋白质基质较厚，且形成一种致密的玻璃状结构，淀粉颗粒被挤成角状的紧密堆积构型。角质胚乳组织结构紧密，硬度大，透明而有光泽。角质胚乳的这一特性使得淀粉生产时玉米需要充分地浸泡，以保证淀粉的回收。玉米蛋白质基质是由谷蛋白中不同蛋白质亚基通过二硫键结合成的大而复杂的蛋白质分子，淀粉嵌在其中，正是因为蛋白质和淀粉的这种结合方式使得玉米淀粉与蛋白质不易分离彻底，从而影响淀粉和蛋白质的提取率和纯度。
玉米胚乳中淀粉与蛋白的结合方式是限制玉米淀粉生产的关键。通过一些技术手段改良玉米胚乳结构，破坏或削弱玉米淀粉颗粒与蛋白质之间的结合作用，尽可能多地释放出淀粉，进一步深化玉米淀粉在食品行业的应用。
目前，湿法加工是玉米淀粉生产的主要方法，玉米湿法加工的浸泡时间一般需要50h左右，另外还需添加二氧化硫破坏蛋白质亚基之间的二硫键，二氧化硫的使用对生产设备、环境和健康都是一个急需解决的问题。因此研究一种能够在减少二氧化硫的使用量，减少浸泡时间的前提下，提高玉米淀粉得率的淀粉提取方法具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，该方法可减少湿法加工中的玉米浸泡时间和二氧化硫添加量，并提高玉米淀粉的得率。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)浸泡：挑选出玉米中的杂质和不完善颗粒，称取50g玉米在150ml浓度为0.05％-0.25％(w/w)的二氧化硫水溶液中浸泡8-40h，浸泡温度为53℃；
(2)粗磨：将浸泡后的玉米与150ml水混合，在组织破碎机中研磨5s；
(3)胚芽提取：将粗磨后的玉米乳液进行脱胚处理；
(4)细磨：将脱胚后的玉米乳液在组织破碎机中研磨5min；
(5)纤维分离：细磨后的玉米乳液依次过50目和200目分样筛，分别筛除粗纤维和细纤维；
(6)超声波处理：纤维分离后的粗淀粉乳经真空抽滤后调整料液比为1:1-1:30，超声波处理；
(7)淀粉和蛋白质分离：借助蔗糖溶液对粗淀粉进行离心精制，使淀粉和蛋白质分离，然后水洗去蔗糖，干燥，制得玉米淀粉。
步骤(6)中超声波处理的温度为0-9℃，功率为130-200w，时间为5-25min。
所述的玉米中水分含量为13.92％，淀粉含量为71.45％，蛋白质含量为8.2％。
步骤(2)中水的温度为45℃。
步骤(3)中脱胚处理的具体方法为：粗磨后的玉米乳液过7目分样筛，对筛上物挑拣，取胚置于16目分样筛。
步骤(7)的方法为：利用蔗糖溶液与淀粉、蛋白质密度的不同进行离心分离，超声波处理后的粗淀粉乳经真空抽滤后与蔗糖溶液加入离心管中进行混合、离心，此时，混合液分为三层，上层为蛋白层，中间层为蔗糖溶液，底层为淀粉层，将蛋白层和蔗糖溶液倒出，在含淀粉层的离心管中加水搅拌均匀，然后离心处理，离心管中产生固体沉淀和上清液，弃上清，即可洗去淀粉层中的蔗糖，固体沉淀即为淀粉，干燥。
步骤(7)中蔗糖溶液的质量浓度为65％，添加量为粗淀粉乳经真空抽滤后质量的3倍。
粗淀粉乳经真空抽滤后的水分含量为40-50％。
步骤(7)中离心的转速为10000r/min，时间为10min；干燥的温度为45℃，时间为24h。
优选的，步骤(1)中玉米浸泡时间为32h，二氧化硫水溶液的浓度为0.05％，步骤(6)中料液比为1:1，超声波处理的温度为5℃，时间为15min，超声波功率为200W。
本发明的有益效果：
本发明利用超声波处理的方法来提取玉米淀粉，有助于解除蛋白质基质对淀粉颗粒的束缚，与传统湿法加工方法相比，在保证淀粉纯度的前提下减少了玉米的浸泡时间和二氧化硫添加量，大大提高了玉米淀粉的生产效率。具体表现为以下几个方面：
(1)经超声波辅助提取的玉米淀粉与传统湿法加工方法相比，玉米浸泡时间缩短了33.33％，二氧化硫的添加量减少了75％，淀粉得率提高了10.37％，本发明在处理过程中使更多的淀粉从蛋白质基质中释放出来，所以经超声波辅助处理提取玉米淀粉的得率大大增加。
(2)经超声波辅助提取的玉米淀粉，糊化温度范围缩短，糊化焓下降。说明超声波处理使淀粉和蛋白质的结合变得疏松，水分更容易进入而发生糊化作用。
(3)经超声波辅助提取的玉米淀粉的峰值黏度、最低黏度和最终黏度均变大，回升值增加。这说明超声波处理使淀粉和蛋白质之间的结合减弱了，这与DSC测试结果一致。
(4)经超声波辅助提取的玉米淀粉，在2500倍电镜下发现超声波处理并没有改变玉米淀粉的颗粒形状，仍为多角形和圆形。
(5)经超声波辅助提取的玉米淀粉仍为典型的A型晶体，超声波处理后，淀粉的衍射峰位置和衍射强度都没有出现明显变化。
本发明的超声波辅助提取玉米淀粉方法，所用设备简单，加工方便，生产成本低，利于工业化生产。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为传统湿法加工玉米淀粉和超声波辅助提取玉米淀粉的DSC扫描曲线。图中，a为传统湿法加工玉米淀粉，b为本发明超声波辅助提取玉米淀粉。横坐标为温度，纵坐标为热流。
图2为传统湿法加工玉米淀粉和超声波辅助提取玉米淀粉的RVA黏度曲线。图中，a为本发明超声波辅助提取玉米淀粉，b为传统湿法加工玉米淀粉。横坐标为时间，纵坐标分别为黏度(a、b)、温度(A)、转速(B)。
图3为传统湿法加工玉米淀粉2500倍的扫描电镜图。
图4为超声波辅助提取玉米淀粉2500倍的扫描电镜图。
图5为传统湿法加工玉米淀粉和超声波辅助提取玉米淀粉的X射线衍射图。图中，a为传统湿法加工玉米淀粉，b为本发明超声波辅助提取玉米淀粉。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
玉米中水分含量为13.92％，淀粉含量为71.45％，蛋白质含量为8.2％。
实施例1
一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)浸泡：挑选出玉米中的杂质和不完善颗粒，称取50g玉米在150ml浓度0.20％(w/w)二氧化硫水溶液中浸泡8h，浸泡温度为53℃；
(2)粗磨：将浸泡后的玉米与150ml水(45℃)混合，在组织破碎机中低速研磨5s；
(3)胚芽提取：将粗磨后的玉米乳液过7目分样筛脱除胚芽，对筛上物挑拣，取胚置于16目分样筛；
(4)细磨：将脱胚后的玉米乳液在组织破碎机中高速研磨5min；
(5)纤维分离：细磨后的玉米乳液依次过50目和200目分样筛，分别筛除粗纤维和细纤维；
(6)超声波处理：纤维分离后的粗淀粉乳经真空抽滤后调整料液比为1:1(g/mL)，在0℃，200w的条件下超声波处理25min；
(7)淀粉和蛋白质分离：利用蔗糖溶液与淀粉、蛋白质密度的不同进行离心分离。超声波处理后的粗淀粉乳经真空抽滤后(水分含量40-50％)与质量浓度65％的蔗糖溶液加入离心管中进行混合(蔗糖溶液添加量为粗淀粉乳经真空抽滤后质量的3倍)离心，此时，混合液分为三层，上层为蛋白层，中间层为蔗糖溶液，底层为淀粉层，将蛋白层和蔗糖溶液倒出，重复3次。在含淀粉层的离心管中加入50ml水搅拌均匀，然后离心(10000r/min，10min)处理，离心管中产生固体沉淀和上清液，弃上清，重复3次，即可洗去淀粉层中的蔗糖，固体沉淀即为淀粉，45℃干燥24h，制得玉米淀粉，得率为66.15％。
实施例2
一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)浸泡：挑选出玉米中的杂质和不完善颗粒，称取50g玉米在150ml浓度0.05％(w/w)二氧化硫水溶液中浸泡24h，浸泡温度为53℃；
(2)粗磨：将浸泡后的玉米与150ml水(45℃)混合，在组织破碎机中低速研磨5s；
(3)胚芽提取：将粗磨后的玉米乳液过7目分样筛脱除胚芽，对筛上物挑拣，取胚置于16目分样筛；
(4)细磨：将脱胚后的玉米乳液在组织破碎机中高速研磨5min；
(5)纤维分离：细磨后的玉米乳液依次过50目和200目分样筛，分别筛除粗纤维和细纤维；
(6)超声波处理：纤维分离后的粗淀粉乳经真空抽滤后调整料液比为1:1，在9℃，130w的条件下超声波处理25min；
(7)淀粉和蛋白质分离：利用蔗糖溶液与淀粉、蛋白质密度的不同进行离心分离。超声波处理后的粗淀粉乳经真空抽滤后(水分含量40-50％)与质量浓度65％的蔗糖溶液加入离心管中进行混合(蔗糖溶液添加量为粗淀粉乳经真空抽滤后质量的3倍)离心，此时，混合液分为三层，上层为蛋白层，中间层为蔗糖溶液，底层为淀粉层，将蛋白层和蔗糖溶液倒出，重复3次。在含淀粉层的离心管中加入50ml水搅拌均匀，然后离心(10000r/min，10min)处理，离心管中产生固体沉淀和上清液，弃上清，重复3次，即可洗去淀粉层中的蔗糖，固体沉淀即为淀粉，45℃干燥24h，制得玉米淀粉，得率为67.00％。
实施例3
一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)浸泡：挑选出玉米中的杂质和不完善颗粒，称取50g玉米在150ml浓度0.05％(w/w)二氧化硫水溶液中浸泡24h，浸泡温度为53℃；
(2)粗磨：将浸泡后的玉米与150ml水(45℃)混合，在组织破碎机中低速研磨5s；
(3)胚芽提取：将粗磨后的玉米乳液过7目分样筛脱除胚芽，对筛上物挑拣，取胚置于16目分样筛；
(4)细磨：将脱胚后的玉米乳液在组织破碎机中高速研磨5min；
(5)纤维分离：细磨后的玉米乳液依次过50目和200目分样筛，分别筛除粗纤维和细纤维；
(6)超声波处理：纤维分离后的粗淀粉乳经真空抽滤后调整料液比为1:1，在5℃，160w的条件下超声波处理5min；
(7)淀粉和蛋白质分离：利用蔗糖溶液与淀粉、蛋白质密度的不同进行离心分离。超声波处理后的粗淀粉乳经真空抽滤后(水分含量40-50％)与质量浓度65％的蔗糖溶液加入离心管中进行混合(蔗糖溶液添加量为粗淀粉乳经真空抽滤后质量的3倍)离心，此时，混合液分为三层，上层为蛋白层，中间层为蔗糖溶液，底层为淀粉层，将蛋白层和蔗糖溶液倒出，重复3次。在含淀粉层的离心管中加入50ml水搅拌均匀，然后离心(10000r/min，10min)处理，离心管中产生固体沉淀和上清液，弃上清，重复3次，即可洗去淀粉层中的蔗糖，固体沉淀即为淀粉，45℃干燥24h，制得玉米淀粉，得率为67.05％。
实施例4
一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)浸泡：挑选出玉米中的杂质和不完善颗粒，称取50g玉米在150ml浓度0.05％(w/w)二氧化硫水溶液中浸泡24h，浸泡温度为53℃；
(2)粗磨：将浸泡后的玉米与150ml水(45℃)混合，在组织破碎机中低速研磨5s；
(3)胚芽提取：将粗磨后的玉米乳液过7目分样筛脱除胚芽，对筛上物挑拣，取胚置于16目分样筛；
(4)细磨：将脱胚后的玉米乳液在组织破碎机中高速研磨5min；
(5)纤维分离：细磨后的玉米乳液依次过50目和200目分样筛，分别筛除粗纤维和细纤维；
(6)超声波处理：纤维分离后的粗淀粉乳经真空抽滤后调整料液比为1:10，在0℃，160w的条件下超声波处理15min；
(7)淀粉和蛋白质分离：利用蔗糖溶液与淀粉、蛋白质密度的不同进行离心分离。超声波处理后的粗淀粉乳经真空抽滤后(水分含量40-50％)与质量浓度65％的蔗糖溶液加入离心管中进行混合(蔗糖溶液添加量为粗淀粉乳经真空抽滤后质量的3倍)离心，此时，混合液分为三层，上层为蛋白层，中间层为蔗糖溶液，底层为淀粉层，将蛋白层和蔗糖溶液倒出，重复3次。在含淀粉层的离心管中加入50ml水搅拌均匀，然后离心(10000r/min，10min)处理，离心管中产生固体沉淀和上清液，弃上清，重复3次，即可洗去淀粉层中的蔗糖，固体沉淀即为淀粉，45℃干燥24h，制得玉米淀粉，得率为66.41％。
实施例5
一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，包括以下步骤：
(1)浸泡：挑选出玉米中的杂质和不完善颗粒，称取50g玉米在150ml浓度0.05％(w/w)二氧化硫水溶液中浸泡32h，浸泡温度为53℃；
(2)粗磨：将浸泡后的玉米与150ml水(45℃)混合，在组织破碎机中低速研磨5s；
(3)胚芽提取：将粗磨后的玉米乳液过7目分样筛脱除胚芽，对筛上物挑拣，取胚置于16目分样筛；
(4)细磨：将脱胚后的玉米乳液在组织破碎机中高速研磨5min；
(5)纤维分离：细磨后的玉米乳液依次过50目和200目分样筛，分别筛除粗纤维和细纤维；
(6)超声波处理：纤维分离后的粗淀粉乳经真空抽滤后调整料液比为1:1，在5℃，200w的条件下超声波处理15min；
(7)淀粉和蛋白质分离：利用蔗糖溶液与淀粉、蛋白质密度的不同进行离心分离。超声波处理后的粗淀粉乳经真空抽滤后(水分含量40-50％)与质量浓度65％的蔗糖溶液加入离心管中进行混合(蔗糖溶液添加量为粗淀粉乳经真空抽滤后质量的3倍)离心，此时，混合液分为三层，上层为蛋白层，中间层为蔗糖溶液，底层为淀粉层，将蛋白层和蔗糖溶液倒出，重复3次。在含淀粉层的离心管中加入50ml水搅拌均匀，然后离心(10000r/min，10min)处理，离心管中产生固体沉淀和上清液，弃上清，重复3次，即可洗去淀粉层中的蔗糖，固体沉淀即为淀粉，45℃干燥24h，制得玉米淀粉，得率为68.96％。
对比试验
将传统湿法加工，即50g玉米籽粒在150ml浓度0.20％(w/w)二氧化硫水溶液中浸泡48h，浸泡温度为53℃；再经过粗磨；脱胚；细磨；纤维分离；淀粉和蛋白质的分离(同本发明的相同步骤)所制得玉米淀粉和实施例5超声波辅助提取的玉米淀粉进行对比，各实验数据取平均值。
1、淀粉得率
将传统湿法加工和本发明淀粉得率进行对比实验。
表1传统湿法加工和本发明的淀粉得率
Figure BDA0001568268490000071
从表1可看出，本发明的玉米淀粉得率相比于传统玉米淀粉得率提高了10.37％，而二氧化硫的添加量减少了75％，玉米浸泡时间缩短了33.33％。这是由于超声波处理有助于打破二硫键，可从蛋白质基质束缚中释放出更多淀粉，所以淀粉得率显著增加。
2、DSC分析
表2传统湿法加工玉米淀粉和超声波辅助提取玉米淀粉的DSC糊化特征值
Figure BDA0001568268490000072
从图1和表2可以看出，经超声波辅助提取的玉米淀粉的起始糊化温度、峰值温度与传统加工玉米淀粉相比变化不大，但是结束温度变小，糊化温度范围缩短，糊化焓下降。这说明超声波处理削弱了淀粉和蛋白质结合，水分更容易进入而发生糊化作用。
3、不同加工处理玉米淀粉的RVA黏度曲线分析
表3不同加工处理玉米淀粉的糊化特性
Figure BDA0001568268490000073
从图2和表3可以看出，经超声波辅助提取的玉米淀粉的峰值黏度、最低黏度和最终黏度均变大，回升值增加。这说明超声波处理使淀粉和蛋白质之间的结合减弱，这与DSC测试结果一致。
4、扫描电镜分析
从图3和图4可看出，在2500倍电镜下发现超声波处理并没有改变玉米淀粉的颗粒形状，仍为多角形和圆形。
5、X射线衍射图谱分析
由图5可以看出，传统湿法加工玉米淀粉与超声波辅助提取玉米淀粉的衍射曲线均是由尖峰衍射和弥散衍射特征两部分构成，这是由于淀粉颗粒由结晶区和非结晶区两部分组成，是典型的“A”型淀粉特征峰，这说明超声波处理并没有改变玉米淀粉结晶类型。
以上所述仅为本发明最佳的实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）浸泡：挑选出玉米中的杂质和不完善颗粒，称取50g玉米在150ml浓度为0.05%（w/w）的二氧化硫水溶液中浸泡32h，浸泡温度为53℃；
（2）粗磨：将浸泡后的玉米与150ml水混合，在组织破碎机中研磨5s；
（3）胚芽提取：将粗磨后的玉米乳液进行脱胚处理；
（4）细磨：将脱胚后的玉米乳液在组织破碎机中研磨5min；
（5）纤维分离：细磨后的玉米乳液依次过50目和200目分样筛，分别筛除粗纤维和细纤维；
（6）超声波处理：纤维分离后的粗淀粉乳经真空抽滤后调整料液比为1:1，超声波处理；
（7）淀粉和蛋白质分离：借助蔗糖溶液对粗淀粉进行离心精制，使淀粉和蛋白质分离，然后水洗去蔗糖，干燥，制得玉米淀粉；
步骤（3）中脱胚处理的具体方法为：粗磨后的玉米乳液过7目分样筛，对筛上物挑拣，取胚置于16目分样筛；
步骤（6）中超声波处理的温度为5℃，功率为200w，时间为15min；
步骤（7）的方法为：利用蔗糖溶液与淀粉、蛋白质密度的不同进行离心分离，超声波处理后的粗淀粉乳经真空抽滤后与蔗糖溶液加入离心管中进行混合、离心，此时，混合液分为三层，上层为蛋白层，中间层为蔗糖溶液，底层为淀粉层，将蛋白层和蔗糖溶液倒出，在含淀粉层的离心管中加水搅拌均匀，然后离心处理，离心管中产生固体沉淀和上清液，弃上清，即可洗去淀粉层中的蔗糖，固体沉淀即为淀粉，干燥；其中蔗糖溶液的质量浓度为65%，添加量为粗淀粉乳经真空抽滤后质量的3倍；
所述离心的转速为10000r/min，时间为10min；干燥的温度为45℃，时间为24h。
2.根据权利要求1所述的超声波辅助提取玉米淀粉的方法，其特征在于，所述的玉米中水分含量为13.92%，淀粉含量为71.45%，蛋白质含量为8.2%。
3.根据权利要求1所述的超声波辅助提取玉米淀粉的方法，其特征在于，步骤（2）中水的温度为45 ℃。
4.根据权利要求1所述的超声波辅助提取玉米淀粉的方法，其特征在于，粗淀粉乳经真空抽滤后的水分含量为40-50%。
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