榆林地区不同产地马铃薯中淀粉含量的测定与比较

2015-04-14李霄薛成虎高立国任国瑜曹艳萍张东霞

应用化工 2015年10期

李霄，薛成虎，高立国，任国瑜，曹艳萍，张东霞

(1.榆林学院化学与化工学院榆林市农产品深加工重点实验室，陕西榆林 719000;2.西北政法大学公安学院，陕西西安 710063)

马铃薯(Solanum tuberosum)，茄科茄属，一年生草本植物，别称地蛋、洋芋、芋头、土豆等。21 世纪中国马铃薯种植面积居世界第二位，主产区位于西南、西北、内蒙古和东北地区。马铃薯性喜冷凉，其地下薯块形成和生长需要疏松透气、凉爽湿润的土壤环境［1］。陕西榆林地区土地广阔，土质疏松，土壤富含钾素，污染少，具有适合马铃薯生长的得天独厚的地理环境和自然条件，故成为陕西省马铃薯的生产主区之一［2-3］，并且有全国重要的脱毒马铃薯繁育基地［4］、商品薯生产基地和薯制品加工基地［5］。

马铃薯的营养成分非常全面，营养结构也较合理，是人们摄取能量的主要来源，同时也是许多工业生产的原辅料，特别是在造纸、纺织、医药、石油、食品［6］和发酵等工业方面被广泛应用［7］，具有很高的药用价值和经济价值［8-10］。其中马铃薯的干物质中60% ～80% 为淀粉［10-13］。目前，以马铃薯为原料开发各种应用系列淀粉是马铃薯深加工的主要方向［14-17］。马铃薯淀粉加工业在国内马铃薯加工业中所占比例最大，作为工业和食品加工原料，马铃薯精淀粉的需求量仍有逐年增加的趋势［18-19］。淀粉含量的高低成为评价马铃薯品质的重要指标之一，且马铃薯的淀粉含量不同决定了其不同的用途及深加工的方式［20-22］。这就要求挖掘利用优质资源，马铃薯的培养应该更符合生产的特定生产需求［23］，因此，比较不同产地的马铃署中淀粉含量，并且分析产生差异的原因，将为马铃薯的种植分布以及马铃薯育种和生产上的加工和选用提供理论依据［24］。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

马铃薯，取自榆林地区主要种植县区(榆阳区、横山、靖边、米脂、绥德、佳县、神木、府谷)，同品种，成熟期获得;草酸、氯化钙、可溶性淀粉、冰乙酸、硫酸锌、亚铁氰化钾、氢氧化钠均为分析纯;实验用水为二次蒸馏水。

BS 224S 电子天平;SHB-ⅢA 循环水多用真空泵;WZZ-1 圆盘旋光仪;0-70 波美比重计;pHS-25 酸度计;DF-101S 电热恒温甘油浴锅;JYL-C012 榨汁机。

1.2 溶液配制

1. 2. 1 氯化钙-乙酸溶液的配制将氯化钙(CaCl2)500.0 g 溶解于600.00 mL 蒸馏水中，冷却过滤，波美比重计调整溶液比重到1.30，再用冰乙酸调节pH 值为2.3。

1.2.2 30%硫酸锌溶液(W/V)的配制取硫酸锌30.00 g，用蒸馏水溶解并稀释至100.00 mL。

1.2.3 15%亚铁氰化钾溶液(W/V)的配制取亚铁氰化钾15. 00 g，用蒸馏水溶解并稀释至100.00 mL。

1.3 实验方法

1.3.1 标准马铃薯淀粉比旋光度值的测定称取马铃薯淀粉纯品1. 000 g 于250 mL 三角瓶中，加60.00 mL CaCl2-HAc 溶液，在(120 ±1)℃恒温油浴锅中，使之沸腾，恒温0.5 h，取出冷却，用水洗至100.00 mL 容量瓶中，加1.00 mL 30% ZnSO4溶液充分摇匀后再加1.00 mL 15% 亚铁氰化钾溶液混匀，二次蒸馏水定容，用慢速滤纸过滤，滤液用于测定［25］。将滤液装入旋光管中，测定旋光度值，同时作几组平行实验。公式如下:

得出马铃薯淀粉的旋光度值。表1 是几组平行实验数据:本实验测得［α］D≈203，D 为钠光源589 nm，此数值与文献中谷物类的比旋光度是一致的。

表1 马铃薯淀粉旋光度值Table 1 The optical rotation values of potato starch

1.3.2 样品淀粉含量的测定步骤

1.3.2.1 水解称取马铃薯鲜薯5.000 g 左右于榨汁机中打碎，用2. 00 mL 无水乙醇全部转移至250 mL 锥形瓶中，再加60.00 mL CaCl2-HAc 溶液，置于120 ℃恒温油浴锅中，溶液微沸0.5 h，取出冷却。

1.3.2.2 提取用蒸馏水洗至100 mL 容量瓶中，加1.00 mL 30%硫酸锌溶液摇匀后加入1.00 mL 15%亚铁氰化钾溶液，摇匀，定容，过滤，滤液用于测定。

1.3.2.3 测定以CaCl2-HAc ∶蒸馏水=6 ∶4 为空白液，调零，再将样品滤液装入旋光管，测定旋光度。

1.3.2.4 计算马铃薯淀粉的含量按下式计算:

式中 α样——样品的旋光度;

α空——参比液的旋光度;

W——样品的质量，g;

L——旋光管的长度，dm;

203——马铃薯淀粉的比旋光度值。

2 结果与讨论

2.1 提取剂的pH 值对淀粉得率的影响

在料液比为1 ∶5 g/mL，浸泡时间4 h，浸泡温度25 ℃，沉降时间3 h 的条件下，用pH 值分别为4，5，6，7，8，9 的溶液对马铃薯淀粉进行提取，结果见图1。

由图1 可知，提取剂pH 值在5 ～7 范围内，淀粉的得率随pH 值增加而上升，但当pH ＞7，马铃薯淀粉得率随pH 值增加反而下降。产生这一变化的原因可能是酸性较大的条件下淀粉难以被浸提，但是pH 值过高，又会破坏淀粉颗粒的结构，影响提取率，且导致淀粉颜色变黄，对淀粉的品质造成一定的影响，接近中性是最好的pH 条件。

图1 不同pH 值对淀粉提取率的影响Fig.1 The effect of extracting agent pH value to starch extraction yield

2.2 料液比对淀粉得率的影响

在pH 值为7，浸泡时间4 h，浸泡温度25 ℃，沉降时间3 h 的条件下，用料液比分别为1 ∶3，1 ∶4，1 ∶5，1 ∶6，1 ∶7 g/mL 的提取剂对马铃薯淀粉进行提取，结果见图2。

图2 不同料液比对淀粉提取率的影响Fig.2 The effect of material liquid ratio to starch extraction yield

由图2 可知，液料比在3 ～5 mL/g 范围内，淀粉得率随料液比的增加而上升，当液料比大于5，淀粉得率呈现平稳状态。说明此时马铃薯组织中的淀粉已最大量的被提取出来，继续增加液料比对淀粉的提取率几乎没有影响了。

2.3 浸泡时间对淀粉得率的影响

在pH 值为7，料液比1 ∶5 g/mL，浸泡温度25 ℃，沉降时间3 h 的条件下，以浸泡时间分别为0，1，2，3，4，5 h 对马铃薯淀粉进行提取，结果见图3。

由图3 可知，浸泡时间在1 ～4 h 范围内，淀粉得率随浸泡时间增加而增加，超过4 h 淀粉得率呈下降趋势，原因可能是在浸泡过程中，淀粉颗粒随着时间的增加逐渐被提取出来，但是浸泡时间过长，淀粉的颗粒结构之间会变得疏松，不利于沉淀，影响了淀粉得率。

图3 不同浸泡时间对淀粉提取率的影响Fig.3 The effect of immersing time to starch extraction yield

2.4 浸泡温度对淀粉得率的影响

在pH 值为7，料液比为1 ∶5 g/mL，浸泡4 h，沉降3 h 的条件下，以浸泡温度分别为20，25，30，35，40 ℃对马铃薯淀粉进行提取，结果见图4。

图4 不同浸泡温度对淀粉提取率的影响Fig.4 The effect of immersing temperature to starch extraction yield

由图4 可知，浸泡温度低于25 ℃时提取率随温度的升高而增大，25 ℃时达到最大，继续升高温度，提取率反而下降。分析原因:可能是低温时，淀粉颗粒游离速度慢，随温度升高会促进淀粉析出，而温度过高会加速马铃薯淀粉颗粒的糊化，从而不利于淀粉的提取。

2.5 沉降时间对淀粉得率的影响

在pH 值为7，料液比1 ∶5 g/mL，浸泡时间4 h，浸泡温度25 ℃，沉降时间分别为1，2，3，4，5 h 条件下对马铃薯淀粉进行提取，结果见图5。

图5 不同沉降时间对淀粉提取率的影响Fig.5 The effect of subsidence time to starch extraction yield

由图5 可知，沉降时间在1 ～3 h 范围内，淀粉得率随沉降时间的增加而升高，但沉降时间超过3 h，淀粉得率达到最大值，且继续延长时间淀粉得率不变。分析原因:经过3 h 沉降，淀粉几乎全部沉淀下来，继续增加沉降时间就没有意义了。

2.6 马铃薯淀粉提取最佳工艺条件的确定

在单因素实验基础上，以淀粉提取率为评价指标，选择料液比、提取剂的pH、浸泡时间、浸泡温度，进行L9(34)正交实验，并对结果进行极差分析，以确定最优的提取工艺条件，因素水平见表2，结果见表3。

表2 正交实验因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

表3 马铃薯淀粉提取正交实验结果Table 3 Potato starch extraction orthogonal array design matrix and experimental results

由表3 可知，4 个因素对马铃薯淀粉的影响主次顺序为A ＞C ＞D ＞B。最佳提取工艺为A2B1C1D2，即料液比为1 ∶5 g/mL，提取剂的pH 为6.0，浸泡时间为3.5 h，浸泡温度为25 ℃，沉降时间为3 h，在此最佳工艺条件下，淀粉的提取率达16.13%。

2.7 不同产地马铃薯淀粉含量的测定结果

测定不同产地马铃薯淀粉含量，结果见图6。

图6 不同地区马铃薯淀粉含量测定结果Fig.6 The potato starch content determination results in different areas

由图6 可知，靖边县马铃薯的淀粉含量最高，横山次之，米脂、绥德、佳县三县的马铃薯含量相近且较低，神木、府谷和榆阳区的马铃薯淀粉含量更低，其中榆阳区最低。分析原因:这八个县的气候、温差、光照等因素相差不明显［26-27］，但是各地的土壤类型有所不同，故土壤的有机质养分含量、保水保肥能力、透气性、导热性等都有差异，这些可能是导致马铃薯淀粉含量不同的主要因素。

3 结论

本文通过实验研究马铃薯淀粉提取的最佳工艺条件为:料液比1 ∶5 g/mL，pH 为6. 0，浸泡温度25 ℃，浸泡时间3.5 h。因素主次顺序为料液比＞浸泡时间＞浸泡温度＞pH 值。在最佳条件下对榆林地区马铃薯主要产地的同品种的马铃薯淀粉含量进行比较发现，不同生长地区淀粉含量有不同程度的差异，分析原因，被研究的榆林地区8 个主要的马铃薯产地气候、温差、光照等因素相差不明显，差异主要取决于土壤类型。

此外土壤中矿物成分和酸碱差异也是影响淀粉含量的因素，因此进一步分析影响马铃薯淀粉含量的因素将有利于指导榆林地区马铃薯的种植分布，以期为马铃薯育种工作者选择优质材料及生产上选用加工提供理论依据，更有效的发展农业。

［1］门福义，刘梦芸. 马铃薯栽培生理［M］. 北京:中国农业出版社，1995:90-91.

［2］李增伟.榆林市马铃薯产业发展研究［D］.杨凌:西北农林科技大学，2013.

［3］刘忠雄. 榆林市马铃薯产业发展现状及对策［D］. 杨凌:西北农林科技大学，2011.

［4］闫东升.马铃薯脱毒种薯行业发展前景分析［D］.呼和浩特:內蒙古大学，2012.

［5］李晓韬，常勇. 榆林市马铃薯产业发展现状及对策［J］.榆林学院学报，2005，15(5):31-33.

［6］周成业.浅谈我国马铃薯休闲食品的发展概况和发展前景［J］.中国马铃薯，2002，16(6):269-271.

［7］郝琴，王金刚. 马铃薯深加工系列产品生产工艺综述［J］.粮食与食品工业，2011，18(5):12-14.

［8］吴军.马铃薯乙肝疫苗的研究新进展［J］.国外医学免疫学分册，2001，24(6):335.

［9］马晓东，钟浩. 马铃薯淀粉的研究及其在工业中的应用［J］.农产品加工(学刊)，2008(2):59-61，67.

［10］唐联坤.马铃薯的开发价值与加工工艺［J］.粮食与饲料工业，1995(2):38-42.

［11］李浪.淀粉科学与技术［M］.郑州:河南科学技术出版社，1994.