大麦芽淀粉碱法提取工艺的研究

沈生文

(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广州 510000)



大麦芽淀粉碱法提取工艺的研究

沈生文

(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广州 510000)

摘要：以大麦芽为原料，以淀粉提取率为指标，通过碱法提取工艺提取大麦芽淀粉，采用正交试验探讨了搅拌时间、料液比、pH对淀粉提取率的影响，在正交试验的基础上，通过优化得出最佳提取工艺条件为：搅拌时间为3h，料液比为1 ∶4，pH值为12；在此条件下淀粉的提取率为87.12%。

关键词：大麦芽；淀粉；碱法提取；提取率

0引言

淀粉工业为食品行业提供众多功能特性的配料，如能改善组织、增强甜味、减少水活性、控制结晶及延缓老化等的配料，主要材料均由淀粉及其衍生物衍生而成[1-4]。我国的淀粉工业经过了50余年发展，出现了淀粉产量大幅度提高、产品结构渐趋合理、生产规模日趋大型化、淀粉加工综合逐步改善以及淀粉加工装备能力和水平显著提高的可喜局面。但相比起发达国家，我国淀粉工业还是有一定差距，如淀粉产量低、品种少、收率低等[5-9]；所以对淀粉品种的开发和利用显得越来越重要。

大麦芽为大麦的成熟果实经发芽干燥而得。大麦芽营养丰富，含有较高的胡萝卜素、核黄素和各族维生素等，特别是维生素E[10-11]。过去大麦芽主要用于啤酒工业，但是近年来，出现了一系列的大麦芽制品，如大麦芽蛋白粉、大麦芽油、大麦芽糊精、大麦芽酚、大麦芽糖醇等[12]。而作为大麦芽的主要成分是大麦芽淀粉，所以为开发利用大麦芽淀粉、提高大麦芽的综合利用率、为大麦芽淀粉的深加工提供依据的基础研究显得尤为重要。

本试验对大麦芽淀粉碱法提取工艺进行了研究，以期为大麦芽资源的进一步开发利用从理论上提供依据和指导，促进我国大麦芽深加工的发展。

1试验材料与方法

1.1主要材料、试剂和设备

大麦芽(广州麦芽厂)；氢氧化钠、无水乙醇(均为分析纯产品，天津市科密欧化学试剂有限公司)。

万能粉碎机(浙江屹立工贸有限公司)；电子分析天平(上海精密仪器仪表有限公司)；PHS-3D pH计(上海精密科学仪器)；L-530台式离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)；鼓风电热恒温干燥箱(浙江省嘉兴县新腾电热仪器厂)；磁力搅拌器(上海人和科学仪器有限公司)；100目筛网；200目滤布。

1.2试验方法

1.2.1大麦芽淀粉的提取工艺流程

工艺操作要点：(1)粉碎：将大麦芽通过粉碎机粉碎，以破坏淀粉原料的细胞组织，使淀粉颗粒从细胞中游离出来，以利提取；(2)过筛：用100目筛过滤，除去筛上物，除去粗纤维等物质；(3)NaOH搅拌：在磁力搅拌器上用稀NaOH溶液搅拌一段时间，破坏蛋白质网络结构，除去蛋白质，皂化除去脂类；(4)过滤：用200目滤布过滤，除去剩余的粗纤维等物质；(5)离心：将淀粉溶液置于离心机以3000r/s离心15min，倾去上清液，分离除去蛋白质、脂肪等杂质，浓缩提纯大麦芽淀粉；(6)洗涤：用蒸馏水反复洗涤，离心，倾去上清液，除去残留的NaOH；(7)干燥：将淀粉放入鼓风干燥箱(40℃)中干燥，一段时间后取出称重，继续干燥，2次重量差不超过0.5g为止；(8)粉碎：将干燥后的淀粉放入粉碎机内粉碎。

1.2.2淀粉提取率的单因素试验

影响淀粉提取率的主要因素有提取时的搅拌时间、料液比、NaOH溶液的pH，按照提取工艺流程，在搅拌提取过程中分别对这三个因素进行单因素试验，以确定各因素正交试验的适宜范围。各因素的水平条件见表1。

表1　大麦芽淀粉提取工艺单因素试验表

1.2.3正交试验

在单因素试验的基础上，对搅拌时间(A)、料液比(B)和NaOH溶液pH值(C)，设计L9(33)正交试验，因素水平表见表2。

表2　正交试验因素水平设计表

1.2.4淀粉提取率计算

2试验结果与分析

2.1单因素试验

碳排放与经济增长——基于湖北省1997-2015年的数据分析 …………………………………………… 王 丹 张 凯（6/03）

2.1.1搅拌时间对淀粉提取率的影响

在pH为10.0，料液比1 ∶3，搅拌时间分别为1h、2h、3h、4h、5 h的条件下对大麦芽淀粉进行提取，结果见图1。

从图1中可以看出，随着搅拌时间的延长，大麦芽淀粉的提取率逐渐增加。当搅拌时间达到3h时，淀粉提取率已达到最高水平64.33%，再延长搅拌时间则出现提取率下降的现象。这是因为搅拌的剪切力等作用，可以使溶液变稀，体系粘度下降，也可以使大麦芽粉与提取液充分接触，提取液可充分进入大麦芽粉内部，可以使提取液的碱度均匀，且搅拌过程中发生的碰撞也进一步使淀粉从大麦芽组织中游离出来，有利于提取，而游离出来的脂肪则和氢氧化钠反应，皂化除去，蛋白质则在之后的离心操作中被除去，有利于淀粉的纯化。但搅拌时间过长，淀粉的颗粒结构变得疏松，不利于沉淀，以相同的转速和时间离心时，有部分淀粉随着上清液被损失。因而影响了淀粉提取率。综合考虑成本和提取率，选择搅拌时间2~4h为正交试验参数。

2.1.2料液比对淀粉提取率的影响

在pH为10.0，搅拌时间为3h的条件下，料液比分别为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 时对大麦芽淀粉进行提取，结果见图2。

从图2中可以看出，从料液比为1∶2到1∶4时，淀粉提取率上升较快，当料液比为1∶4时，淀粉的提取率达到64.82%，而料液比为1∶5时，得率为64.96%，尽管料液比从1∶4到1∶5时，得率有所上升，但上升非常缓慢，继续增加料液比，淀粉的提取率几乎不再增加。这是因为提取液较少时淀粉与提取液的接触不够充分，体系处于过饱和状态，整个体系较为粘稠，不利于淀粉从大麦芽组织中游离出来，故导致得率较低，而随着提取液的增加，大麦芽粉与提取液充分接触，体系的粘度下降，有利于淀粉从大麦芽组织中游离出来，故得率升高，但当提取液增加到一定程度时，得率上升不明显，这是因为提取液和大麦芽粉接触已呈不饱和状态，此时再增加提取液的量，对淀粉的提取并无多大的作用，故从节约用水，简化操作的角度考虑，结合提取率，选择料液比为(1∶3)~(1∶5)为正交试验参数 。

2.1.3pH值对淀粉提取率的影响

在料液比为1∶4，搅拌时间为3h的条件下，分别用pH值为8、9、10、11、12的NaOH溶液，对大麦芽淀粉进行提取，结果见图3。

从图3中可以看出，随着NaOH溶液pH值的增加，淀粉的提取率也随之增加，pH值为11.0时淀粉提取率最高，达到64.46%；当pH值升高到12.0时，提取率略微有所下降。这是因为随着NaOH溶液pH值的增加，同时可以使淀粉和蛋白质分离，降低了整个体系的粘度，也使得纤维渣变得相对蓬松[7]，从而提高了淀粉的得率。碱度过小，蛋白质与淀粉分离不完全，碱度过大，会导致淀粉糊化，使产品纯度与得率下降[8]。而且淀粉的颗粒结构变得疏松，不利于沉淀，以相同的转速和时间离心时，有部分淀粉随着上清液被损失。因而影响了淀粉的得率，且淀粉水解较为严重，会对淀粉的品质造成一定的影响。因此从保证较高得率和淀粉质量的角度考虑，选择提取液的pH值为10~12为正交试验参数。

2.2正交试验提取工艺参数优化

为了探讨上述3种因素对大麦芽淀粉得率的协同作用的影响，结合上述单因素试验，通过L9(33)正交试验考察提取液搅拌时间(A)、料液比(B)、pH值(C)对大麦芽淀粉提取率的影响，正交试验结果及极差分析见表2。

表2　大麦芽淀粉提取工艺正交试验结果

从表2中可以看出搅拌时间、料液比、pH值都对大麦芽淀粉得率有一定的影响，从极差R可以看出，各因素对淀粉得率的影响作用顺序为搅拌时间>料液比>pH值，最优条件为：A3B2C3。这可能因为搅拌有以下作用：(1)搅拌的剪切力等作用，可以使体系粘度下降；(2)搅拌产生的碰撞可以进一步使淀粉从大麦芽组织中游离出来；(3)搅拌可以使提取液和大麦芽粉充分接触，体系碱度均匀分布。而料液比的变化对提取的作用主要是降低整个体系的粘度以及使提取液和大麦芽粉充分接触。pH值变化则主要起到降低整个体系的粘度的作用，使纤维渣变得疏松，但对于大麦芽淀粉来说，由于发芽的过程已使得致密紧固的结构变得疏松，所以pH值升高使得纤维渣变得疏松对大麦芽淀粉的提取效果并不是非常显著。综合来讲，搅拌时间对于大麦芽淀粉的提取的作用大于料液比和pH值。

试验结果表明，最佳工艺为A3B2C3，即搅拌时间为4h，料液比1∶4，pH值为12。在此工艺条件下进行验证优化试验，即取100g原料大麦芽，经过筛、碱法提取等步骤，大麦芽淀粉的提取率达到87.12%。

3结束语

通过提取的单因素试验结果可知，提取的各单因素的最佳条件分别为搅拌时间为3h，料液比1∶4，pH值为11。正交试验结果显示，各因素的最优水平与单因素试验稍有差别，正交试验结果显示的最佳工艺条件为：搅拌时间为4h，料液比1∶4，pH值为12；在此条件下对大麦芽淀粉进行提取，大麦芽淀粉的提取率达到87.12%。

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Studies on Alkali Extraction of Starch from Malt

SHEN Sheng-wen

(Patent Examintion Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Guangdong,Guangzhou 510000，China )

Abstract:The technological conditions of alkali extraction of starch from malt were discussed in this paper by studying the influence of stirring time，the ratio of solid to liquid and pH on the extraction rate.The results of experiments showed that: under the optimum conditions that stirring time of 3h，the ratio of solid to liquid of 1 ∶4，pH of12，the extraction ratio of starch was 87.12%.

Key words:malt; starch; alkali extraction; extraction rat

doi:10.3969/j.issn.1005-1295.2016.01.004

中图分类号：TS234.2

文献标志码：A

文章编号：1005-1295(2016)01-0014-04

作者简介：沈生文(1988- )，男，硕士，主要从事专利审查工作，

通信地址：510000 广东广州市黄浦区开源大道11号科技企业加速器A3栋508室 国家知识产权局专利审查协作广东中心，E-mail:shenshengwen1988@163.com。

收稿日期：2015-10-12