CN110627915A - 一种提取甘薯地上部淀粉的方法 - Google Patents

一种提取甘薯地上部淀粉的方法 Download PDF

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曹清河
戴习彬
邓逸烔
周志林
赵冬兰
张安
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Abstract

本发明公开了一种提取甘薯地上部淀粉的方法。所述方法包括取样、研磨、过滤、离心、去除杂质及收集淀粉等步骤，以新鲜的甘薯叶片、叶柄或茎秆，或者新鲜的甘薯叶片、叶柄或茎秆采摘后立即冷冻保存的样品作为提取材料，以0.1％的NaOH溶液作为提取介质，依次采用100目和200目的尼龙纱网布进行过滤；控制离心转速为6000g，并且每次离心去除上清后均刮除杂质，清洗后烘干收集淀粉。本发明操作简单、快速且节约成本，提取效率高，成本低，获得的淀粉纯度高，且不会被损害，适合于甘薯的叶片、叶柄及茎秆淀粉的提取，有利于充分地利用甘薯地上部的淀粉资源。

Description

一种提取甘薯地上部淀粉的方法
技术领域
本发明属于淀粉提取加工技术领域，涉及一种提取甘薯地上部淀粉的方法。
背景技术
甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)具有投入低、产量高及适应性强等优点。甘薯块根是贮藏养分的主要器官，地上部资源也十分丰富，产量与块根基本相当，二者的生长有着密切的关系。研究发现，在甘薯的生长过程中，地下部的块根和地上部的叶片、叶柄及茎秆等部位均会进行淀粉的合成。光合产物在甘薯生长前期主要用于地上部植株形态的构建，在黑暗条件下或者后期块根膨大时干物质不断向地下部分转移。因此地上部淀粉属于临时性淀粉，而块根淀粉属于贮藏性淀粉，地上部淀粉的合成和特性能够对块根淀粉产生影响。但是地上部与块根不同，淀粉含量较低，难以进行分离，因此现阶段对于甘薯地上部淀粉的特性研究仍较为匮乏。同时在实际生产中，甘薯地上部通常会被舍弃，不仅会对环境造成污染，更是一种资源浪费。因此甘薯地上部淀粉的有效分离和提取，已成为一个亟待解决的问题。
现阶段关于提取甘薯茎叶淀粉方法的研究未见报道，已有的关于其他植物叶片淀粉提取的方法均存在一定的问题，具体分析如下：①对于马铃薯、玉米和拟南芥叶片淀粉的提取，常规的方法是将丙磺酸、EDTA和乙二醇按比例混合作为提取液(MOPS缓冲液)，这种方法能够较好的保护淀粉，但是这些试剂价格较高，且配制过程较为繁冗，不利于生产实际中的大量投入使用；另外提取出的淀粉所含杂质较多，纯度不高，容易对后续的实验产生影响；②超声的方法能够用来对烟叶淀粉进行提纯，但是超声过程通常会对淀粉粒表面造成破坏；③pH较低的NaOH水溶液(pH为8～12)能够在一定程度上破坏烟叶的细胞结构释放出淀粉，但是该方法应用于甘薯等其他植物时，提取效率不高；④甘薯的叶柄和茎秆中纤维素含量较高，较难进行彻底研磨，常规方法中细胞结构破坏不充分，给淀粉的提取带来一定的困难。因此亟需对已有的叶片淀粉提取方法进行改进，建立一种针对甘薯地上部淀粉的提取方法，有利于对甘薯地上及地下部淀粉的合成和特性进行更全面的研究。
发明内容
为克服已有的叶片淀粉提取方法存在的不足，本发明提供一种提取甘薯地上部淀粉的方法，利用该方法提取甘薯地上部淀粉，提取效率和纯度均更高，同时耗费成本较低。
本发明的技术方案如下：
一种提取甘薯地上部淀粉的方法，包括取样、研磨、过滤、离心、去除杂质及收集淀粉等步骤，以新鲜样品作为提取材料，选用0.1％的NaOH溶液(pH约为12.4)作为提取介质，选择100目和200目的尼龙纱网布进行过滤；离心转速为6000g，每次离心去除上清后均刮除杂质，具体步骤如下：
(1)取样：将新鲜的甘薯叶片、叶柄或茎秆，或者新鲜的甘薯叶片、叶柄或茎秆采摘后立即冷冻保存(-20℃)的样品作为提取原料；
(2)研磨：将提取原料置于家用搅拌机的研磨杯中，加入0.1％的NaOH溶液，间断研磨5～10次，共计研磨2～5min，保证样品得到充分研磨和破碎，得到浆料；
(3)过滤：首先选择100目的尼龙纱网布(平均孔径为150μm)对浆料进行挤压过滤；残渣进一步放回搅拌机的研磨杯中，加入0.1％的NaOH溶液研磨2～3min后再用100目的尼龙纱网布进行过滤；最后使用200目的尼龙纱网布(平均孔径为75μm)对所有浆液进行挤压过滤后收集得到粗淀粉浆；
(4)离心及去除杂质：将粗淀粉浆分装后在6000g转速下离心5～6min，去除上清，使用药匙将沉淀表层的深绿色杂质刮除；再使用0.1％的NaOH溶液清洗，每次离心并倒去上清后均刮除沉淀表面的深绿色杂质，确保沉淀表面无明显杂质；
(5)收集淀粉：使用过量蒸馏水将步骤(4)得到的沉淀悬浮并清洗，去除沉淀中残留的NaOH；再使用过量无水乙醇对沉淀进行清洗，彻底脱水后40℃烘干；将烘干的淀粉样品过100目筛网，收集淀粉。
优选地，步骤(2)中，所述的提取原料的质量与0.1％的NaOH溶液的体积比为4～5：20～30，g：mL。
优选地，步骤(4)中，所述的0.1％的NaOH溶液的清洗次数为2～3次。
优选地，步骤(5)中，所述的清洗次数为2～3次。
与现有的叶片淀粉提取方法相比，本发明具有以下优点：
(1)选择新鲜甘薯地上部或者采摘后立即冷冻保存的样品进行淀粉提取，避免了普通提取方法的加热过程造成淀粉的损耗，提高淀粉的回收率，节约提取时间；
(2)使用低浓度的NaOH水溶液(pH约为12.4)进行淀粉提取，能够充分破坏细胞结构释放淀粉，同时不破坏淀粉结构；
(3)选择尼龙纱网布进行过滤，可以挤压粗淀粉浆，更加省时；
(4)将悬浮起来的粗淀粉浆全部分装于多个离心管中进行离心，每个离心管内都可进行淀粉的收集，从而提高淀粉的回收效率；此外离心转速设定为6000g，离心时间为5～6min，能够较好地分离淀粉与杂质，同时节省时间；在离心后使用药匙刮除沉淀表面的杂质，保证收集获得的淀粉纯度更高；
综上所述，本发明的甘薯地上部淀粉的提取方法，分离效率和纯度均更高，淀粉粒完整，表面未被损坏。
附图说明
图1是淀粉型甘薯徐薯18插苗后80天叶片淀粉粒的光学显微镜与扫描电子显微镜图；
图2是淀粉型甘薯徐薯18插苗后80天叶柄淀粉粒的光学显微镜与扫描电子显微镜图；
图3是淀粉型甘薯徐薯18插苗后80天茎秆淀粉粒的光学显微镜与扫描电子显微镜图；
表1是本发明与现有的叶片淀粉提取方法的改进和提取效果的对比。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1：甘薯叶片淀粉的分离提取：
(1)取样：取新鲜的甘薯叶片作为实验材料直接进行淀粉的提取。
(2)研磨：称取40g新鲜甘薯叶片，置于家用搅拌机的研磨杯中，加入200mL 0.1％的NaOH溶液，间断研磨5次，共计研磨2min，保证样品得到充分研磨和破碎。
(3)过滤：
①首先选择100目的尼龙纱网布(平均孔径为150μm)对浆料进行挤压过滤；
②残渣进一步放回搅拌机的研磨杯中，再加入100mL 0.1％的NaOH溶液进一步研磨2min；
③用100目的尼龙纱网布再次进行挤压过滤；
④进一步使用200目的尼龙纱网布(平均孔径为75μm)对上述步骤获得的浆液进行挤压过滤后收集获得粗淀粉浆。
(4)离心及去除杂质：
①将收集获得的粗淀粉浆平均地转移到8个50mL离心管中，配平，6000g离心5min后倒去上清；
②使用药匙将沉淀表层的深绿色杂质尽量刮除；
③再使用0.1％的NaOH溶液将离心管中的沉淀混匀，配平，6000g离心5min后倒去上清；
④重复清洗约2次，每次离心并倒去上清后均尽量刮除沉淀表面的深绿色杂质，确保沉淀表面无明显杂质。
(5)收集淀粉：
①每个离心管中加入40mL蒸馏水将沉淀悬浮起来，配平后6000g离心5min，倒去上清，该步骤重复2次，彻底替换掉沉淀中残留的NaOH成分；
②再在每个离心管中加入40mL无水乙醇将沉淀悬浮起来，配平后6000g离心5min，倒去上清，该步骤重复2次，彻底替换掉样品中残留的水；
③彻底脱水后将离心管置于40℃烘箱中烘干48h；
④将烘干的淀粉样品过100目筛网，即可收集获得淀粉并进行后续实验或者保存。
(6)显微镜检测：
①光学显微镜检测提取淀粉的纯度：用0.1mL 0.1％浓度的碘-碘化钾溶液悬浮1mg收集获得的淀粉粒，充分混匀后避光染色5min，吸出10μL淀粉悬浮液于干净载玻片上，盖上盖玻片后在光学显微镜(Leica DM2500,Leica,Germany)下检测所提取淀粉的纯度，物镜选择100倍油镜并使用附带的CCD相机进行拍照，结果表明，叶片淀粉的提取纯度较高(图1)；
②扫描电子显微镜检测提取淀粉的表面形貌是否被破坏：将提取的淀粉样品在40℃烘箱内干燥48h后，通过双面铜导电胶粘在扫描电镜金属样品台上，置于高真空镀膜仪(Leica EM ACE600,Leica,Germany)中进行喷金处理，使铂金覆盖样品表面约4nm厚度；使用扫描电镜(Teneo Volume Scope,FEI,USA)观察喷金后的样品，扫描电镜的加速电压设置为10KV，电流设置为50pA，工作距离设置为10mm(在聚焦过程中会发生轻微变化)，找到淀粉样品并聚焦观察其表面形貌；调节放大倍数至25000倍后在慢速扫描模式下进行拍照，结果表明，叶片淀粉粒在提取过程中未受到破坏(图1)。
表1本发明与现有的叶片淀粉提取方法的改进和提取效果的对比
实施例2：甘薯叶柄淀粉的分离提取：
(1)取样：取足量新鲜的甘薯叶柄作为实验材料进行淀粉的提取。
(2)研磨：称取50g甘薯叶柄，置于家用搅拌机的研磨杯中，加入300mL 0.1％的NaOH溶液，间断研磨7次，共计研磨3min，保证样品得到充分研磨和破碎。
(3)过滤：
①首先选择100目的尼龙纱网布(平均孔径为150μm)对浆料进行挤压过滤；
②残渣进一步放回搅拌机的研磨杯中，加入100mL 0.1％的NaOH溶液进一步研磨2min；
③用100目的尼龙纱网布进行挤压过滤；
④进一步使用200目的尼龙纱网布(平均孔径为75μm)对上述步骤获得的浆液进行挤压过滤后收集获得粗淀粉浆。
(4)离心及去除杂质：
①将收集获得的粗淀粉浆悬浮起来后，平均地转移到10个50mL离心管中，配平，6000g离心5min后倒去上清；
②使用药匙将沉淀表层的深绿色杂质尽量刮除；
③再使用0.1％的NaOH溶液将离心管中的沉淀混匀，配平，6000g离心5min后倒去上清；
④重复清洗2次，每次离心并倒去上清后均尽量刮除沉淀表面的深绿色杂质，确保沉淀表面无明显杂质。
(5)收集淀粉：
①每个离心管中加入40mL蒸馏水将沉淀悬浮起来，配平后6000g离心5min，倒去上清，该步骤重复2次，彻底替换掉沉淀中残留的NaOH成分；
②再在每个离心管中加入40mL无水乙醇将沉淀悬浮起来，配平后6000g离心5min，倒去上清，该步骤重复2次，彻底替换掉沉淀中残留的水；
③彻底脱水后将离心管置于40℃烘箱中烘干48h；
④将烘干的淀粉样品过100目筛网，即可收集获得淀粉并进行后续实验或者保存。
(6)显微镜检测：
①光学显微镜检测提取淀粉的纯度：用0.1mL 0.1％浓度的碘-碘化钾溶液悬浮1mg收集获得的淀粉粒，充分混匀后避光染色5min，吸取出10μL淀粉悬浮液于载玻片上，盖上盖玻片后在光学显微镜(Leica DM2500,Leica,Germany)下检测所提取淀粉的纯度，物镜选择100倍油镜并使用附带的CCD相机进行拍照，结果表明，叶柄淀粉的提取纯度同样较高(图2)；
②扫描电子显微镜检测提取淀粉的表面形貌是否被破坏：将提取的淀粉样品在40℃烘箱内干燥48h后，通过双面铜导电胶粘在扫描电镜金属样品台上，置于高真空镀膜仪(Leica EM ACE600,Leica,Germany)中进行喷金处理，使铂金覆盖样品表面约4nm厚度；使用扫描电镜(Teneo Volume Scope,FEI,USA)观察喷金后的样品，扫描电镜的加速电压设置为10KV，电流设置为50pA，工作距离设置为10mm(在聚焦过程中会发生轻微变化)，找到淀粉样品并聚焦观察其表面形貌；调节放大倍数为25000倍后在慢速扫描模式下进行拍照，结果表明，叶柄淀粉在提取过程中表面未受到破坏(图2)。
实施例3：甘薯茎秆淀粉的分离提取：
(1)取样：取新鲜的甘薯茎秆作为实验材料进行淀粉的提取。
(2)研磨：称取50g新鲜或立即冷冻保存的甘薯茎秆，置于家用搅拌机的研磨杯中，加入200mL 0.1％的NaOH溶液，间断研磨10次，共计研磨5min，保证样品得到充分研磨和破碎。
(3)过滤：
①首先选择100目的尼龙纱网布(平均孔径为150μm)对浆料进行挤压过滤；
②残渣进一步放回搅拌机的研磨杯中，加入100mL 0.1％的NaOH溶液进一步研磨2min；
③用100目的尼龙纱网布进行挤压过滤；
④进一步使用200目的尼龙纱网布(平均孔径为75μm)对上述获得的所有浆液进行挤压过滤后收集获得粗淀粉浆。
(4)离心及去除杂质：
①将收集获得的粗淀粉浆彻底悬浮后，平均地转移到8个50mL离心管中，配平，6000g离心5min后倒去上清；
②使用药匙将沉淀表层的深绿色杂质尽量刮除；
③再使用0.1％的NaOH溶液将离心管中的沉淀混匀，配平，6000g离心5min后倒去上清；
④重复清洗约2次，每次离心并倒去上清后均尽量刮除沉淀表面的深绿色杂质，直至沉淀表面无明显杂质。
(5)收集淀粉：
①每个离心管中加入40mL蒸馏水将沉淀悬浮起来，配平后6000g离心5min，倒去上清，该步骤重复2次，彻底替换掉沉淀中残留的NaOH成分；
②再向每个离心管中加入40mL无水乙醇将沉淀悬浮起来，配平后6000g离心5min，倒去上清，该步骤重复2次，彻底替换掉沉淀中残留的水；
③彻底脱水后将离心管置于40℃烘箱中烘干48h；
④将烘干的淀粉样品过100目筛网，即可收集获得淀粉并进行后续实验或者保存。
(6)显微镜检测：
①光学显微镜检测提取淀粉的纯度：用0.1mL 0.1％浓度的碘-碘化钾溶液悬浮1mg收集获得的淀粉粒，充分混匀后避光染色5min，吸取出10μL淀粉悬浮液于载玻片上，盖上盖玻片后在光学显微镜(Leica DM2500,Leica,Germany)下检测所提取淀粉的纯度，物镜调节至100倍油镜并使用附带的CCD相机进行拍照(图3)，结果表明，茎杆淀粉的提取纯度较高；
②扫描电子显微镜检测提取淀粉的表面形貌是否被破坏：将提取的淀粉样品在40℃烘箱内彻底烘干后，通过双面铜导电胶粘在扫描电镜金属样品台上，置于高真空镀膜仪(Leica EM ACE600,Leica,Germany)中进行喷金处理，使铂金覆盖样品表面约4nm厚度；使用扫描电镜(Teneo Volume Scope,FEI,USA)观察喷金后的样品，扫描电镜的加速电压设置为10KV，电流设置为50pA，工作距离设置为10mm(在聚焦过程中会发生轻微变化)，找到淀粉样品并聚焦观察其表面形貌；调节放大倍数为25000倍后在慢速扫描模式下进行拍照(图3)，结果表明，茎杆淀粉在提取过程中未受到破坏。

Claims (4)

1.一种提取甘薯地上部淀粉的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)取样：将新鲜的甘薯叶片、叶柄或茎秆，或者新鲜的甘薯叶片、叶柄或茎秆采摘后立即冷冻保存的样品作为提取原料；
(2)研磨：将提取原料置于家用搅拌机的研磨杯中，加入0.1％的NaOH溶液，间断研磨5～10次，共计研磨2～5min，保证样品得到充分研磨和破碎，得到浆料；
(3)过滤：首先选择100目的尼龙纱网布对浆料进行挤压过滤；残渣进一步放回搅拌机的研磨杯中，加入0.1％的NaOH溶液研磨2～3min后再用100目的尼龙纱网布进行过滤；最后使用200目的尼龙纱网布对所有浆液进行挤压过滤后收集得到粗淀粉浆；
(4)离心及去除杂质：将粗淀粉浆分装后在6000g转速下离心5～6min，去除上清，使用药匙将沉淀表层的深绿色杂质刮除；再使用0.1％的NaOH溶液清洗，每次离心并倒去上清后均刮除沉淀表面的深绿色杂质，确保沉淀表面无明显杂质；
(5)收集淀粉：使用过量蒸馏水将步骤(4)得到的沉淀悬浮并清洗，去除沉淀中残留的NaOH；再使用过量无水乙醇对沉淀进行清洗，彻底脱水后40℃烘干；将烘干的淀粉样品过100目筛网，收集淀粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的提取原料的质量与0.1％的NaOH溶液的体积比为4～5：20～30，g：mL。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的0.1％的NaOH溶液的清洗次数为2～3次。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的清洗次数为2～3次。
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WO2022131893A1 (es) * 2020-12-14 2022-06-23 Universidad Autónoma De Nayarit Almidones nativos de frutos del género mangifera, y su método de extracción

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CN103145860A (zh) * 2013-04-03 2013-06-12 河南黄国粮业股份有限公司 豌豆淀粉和蛋白质的联合提取工艺

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