榆林地區不同產地馬鈴薯中淀粉含量的測定與比較

李霄，薛成虎，高立國，任國瑜，曹艷萍，張東霞

(1.榆林學院 化學與化工學院 榆林市農產品深加工重點實驗室，陜西 榆林 719000;2.西北政法大學 公安學院，陜西 西安 710063)

馬鈴薯(Solanum tuberosum)，茄科茄屬，一年生草本植物，別稱地蛋、洋芋、芋頭、土豆等。21 世紀中國馬鈴薯種植面積居世界第二位，主產區位于西南、西北、內蒙古和東北地區。馬鈴薯性喜冷涼，其地下薯塊形成和生長需要疏松透氣、涼爽濕潤的土壤環境［1］。陜西榆林地區土地廣闊，土質疏松，土壤富含鉀素，污染少，具有適合馬鈴薯生長的得天獨厚的地理環境和自然條件，故成為陜西省馬鈴薯的生產主區之一［2-3］，并且有全國重要的脫毒馬鈴薯繁育基地［4］、商品薯生產基地和薯制品加工基地［5］。

馬鈴薯的營養成分非常全面，營養結構也較合理，是人們攝取能量的主要來源，同時也是許多工業生產的原輔料，特別是在造紙、紡織、醫藥、石油、食品［6］和發酵等工業方面被廣泛應用［7］，具有很高的藥用價值和經濟價值［8-10］。其中馬鈴薯的干物質中60% ～80% 為淀粉［10-13］。目前，以馬鈴薯為原料開發各種應用系列淀粉是馬鈴薯深加工的主要方向［14-17］。馬鈴薯淀粉加工業在國內馬鈴薯加工業中所占比例最大，作為工業和食品加工原料，馬鈴薯精淀粉的需求量仍有逐年增加的趨勢［18-19］。淀粉含量的高低成為評價馬鈴薯品質的重要指標之一，且馬鈴薯的淀粉含量不同決定了其不同的用途及深加工的方式［20-22］。這就要求挖掘利用優質資源，馬鈴薯的培養應該更符合生產的特定生產需求［23］，因此，比較不同產地的馬鈴署中淀粉含量，并且分析產生差異的原因，將為馬鈴薯的種植分布以及馬鈴薯育種和生產上的加工和選用提供理論依據［24］。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

馬鈴薯，取自榆林地區主要種植縣區(榆陽區、橫山、靖邊、米脂、綏德、佳縣、神木、府谷)，同品種，成熟期獲得;草酸、氯化鈣、可溶性淀粉、冰乙酸、硫酸鋅、亞鐵氰化鉀、氫氧化鈉均為分析純;實驗用水為二次蒸餾水。

BS 224S 電子天平;SHB-ⅢA 循環水多用真空泵;WZZ-1 圓盤旋光儀;0-70 波美比重計;pHS-25 酸度計;DF-101S 電熱恒溫甘油浴鍋;JYL-C012 榨汁機。

1.2 溶液配制

1. 2. 1 氯化鈣-乙酸溶液的配制 將氯化鈣(CaCl2)500.0 g 溶解于600.00 mL 蒸餾水中，冷卻過濾，波美比重計調整溶液比重到1.30，再用冰乙酸調節pH 值為2.3。

1.2.2 30%硫酸鋅溶液(W/V)的配制 取硫酸鋅30.00 g，用蒸餾水溶解并稀釋至100.00 mL。

1.2.3 15%亞鐵氰化鉀溶液(W/V)的配制 取亞鐵氰化鉀15. 00 g，用蒸餾水溶解并稀釋至100.00 mL。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準馬鈴薯淀粉比旋光度值的測定 稱取馬鈴薯淀粉純品1. 000 g 于250 mL 三角瓶中，加60.00 mL CaCl2-HAc 溶液，在(120 ±1)℃恒溫油浴鍋中，使之沸騰，恒溫0.5 h，取出冷卻，用水洗至100.00 mL 容量瓶中，加1.00 mL 30% ZnSO4溶液充分搖勻后再加1.00 mL 15% 亞鐵氰化鉀溶液混勻，二次蒸餾水定容，用慢速濾紙過濾，濾液用于測定［25］。將濾液裝入旋光管中，測定旋光度值，同時作幾組平行實驗。公式如下:

得出馬鈴薯淀粉的旋光度值。表1 是幾組平行實驗數據:本實驗測得［α］D≈203，D 為鈉光源589 nm，此數值與文獻中谷物類的比旋光度是一致的。

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

1.3.2 樣品淀粉含量的測定步驟

1.3.2.1 水解 稱取馬鈴薯鮮薯5.000 g 左右于榨汁機中打碎，用2. 00 mL 無水乙醇全部轉移至250 mL 錐形瓶中，再加60.00 mL CaCl2-HAc 溶液，置于120 ℃恒溫油浴鍋中，溶液微沸0.5 h，取出冷卻。

1.3.2.2 提取 用蒸餾水洗至100 mL 容量瓶中，加1.00 mL 30%硫酸鋅溶液搖勻后加入1.00 mL 15%亞鐵氰化鉀溶液，搖勻，定容，過濾，濾液用于測定。

1.3.2.3 測定 以CaCl2-HAc ∶蒸餾水=6 ∶4 為空白液，調零，再將樣品濾液裝入旋光管，測定旋光度。

1.3.2.4 計算 馬鈴薯淀粉的含量按下式計算:

式中 α樣——樣品的旋光度;

α空——參比液的旋光度;

W——樣品的質量，g;

L——旋光管的長度，dm;

203——馬鈴薯淀粉的比旋光度值。

2 結果與討論

2.1 提取劑的pH 值對淀粉得率的影響

在料液比為1 ∶5 g/mL，浸泡時間4 h，浸泡溫度25 ℃，沉降時間3 h 的條件下，用pH 值分別為4，5，6，7，8，9 的溶液對馬鈴薯淀粉進行提取，結果見圖1。

由圖1 可知，提取劑pH 值在5 ～7 范圍內，淀粉的得率隨pH 值增加而上升，但當pH ＞7，馬鈴薯淀粉得率隨pH 值增加反而下降。產生這一變化的原因可能是酸性較大的條件下淀粉難以被浸提，但是pH 值過高，又會破壞淀粉顆粒的結構，影響提取率，且導致淀粉顏色變黃，對淀粉的品質造成一定的影響，接近中性是最好的pH 條件。

圖1 不同pH 值對淀粉提取率的影響Fig.1 The effect of extracting agent pH value to starch extraction yield

2.2 料液比對淀粉得率的影響

在pH 值為7，浸泡時間4 h，浸泡溫度25 ℃，沉降時間3 h 的條件下，用料液比分別為1 ∶3，1 ∶4，1 ∶5，1 ∶6，1 ∶7 g/mL 的提取劑對馬鈴薯淀粉進行提取，結果見圖2。

圖2 不同料液比對淀粉提取率的影響Fig.2 The effect of material liquid ratio to starch extraction yield

由圖2 可知，液料比在3 ～5 mL/g 范圍內，淀粉得率隨料液比的增加而上升，當液料比大于5，淀粉得率呈現平穩狀態。說明此時馬鈴薯組織中的淀粉已最大量的被提取出來，繼續增加液料比對淀粉的提取率幾乎沒有影響了。

2.3 浸泡時間對淀粉得率的影響

在pH 值為7，料液比1 ∶5 g/mL，浸泡溫度25 ℃，沉降時間3 h 的條件下，以浸泡時間分別為0，1，2，3，4，5 h 對馬鈴薯淀粉進行提取，結果見圖3。

由圖3 可知，浸泡時間在1 ～4 h 范圍內，淀粉得率隨浸泡時間增加而增加，超過4 h 淀粉得率呈下降趨勢，原因可能是在浸泡過程中，淀粉顆粒隨著時間的增加逐漸被提取出來，但是浸泡時間過長，淀粉的顆粒結構之間會變得疏松，不利于沉淀，影響了淀粉得率。

圖3 不同浸泡時間對淀粉提取率的影響Fig.3 The effect of immersing time to starch extraction yield

2.4 浸泡溫度對淀粉得率的影響

在pH 值為7，料液比為1 ∶5 g/mL，浸泡4 h，沉降3 h 的條件下，以浸泡溫度分別為20，25，30，35，40 ℃對馬鈴薯淀粉進行提取，結果見圖4。

圖4 不同浸泡溫度對淀粉提取率的影響Fig.4 The effect of immersing temperature to starch extraction yield

由圖4 可知，浸泡溫度低于25 ℃時提取率隨溫度的升高而增大，25 ℃時達到最大，繼續升高溫度，提取率反而下降。分析原因:可能是低溫時，淀粉顆粒游離速度慢，隨溫度升高會促進淀粉析出，而溫度過高會加速馬鈴薯淀粉顆粒的糊化，從而不利于淀粉的提取。

2.5 沉降時間對淀粉得率的影響

在pH 值為7，料液比1 ∶5 g/mL，浸泡時間4 h，浸泡溫度25 ℃，沉降時間分別為1，2，3，4，5 h 條件下對馬鈴薯淀粉進行提取，結果見圖5。

圖5 不同沉降時間對淀粉提取率的影響Fig.5 The effect of subsidence time to starch extraction yield

由圖5 可知，沉降時間在1 ～3 h 范圍內，淀粉得率隨沉降時間的增加而升高，但沉降時間超過3 h，淀粉得率達到最大值，且繼續延長時間淀粉得率不變。分析原因:經過3 h 沉降，淀粉幾乎全部沉淀下來，繼續增加沉降時間就沒有意義了。

2.6 馬鈴薯淀粉提取最佳工藝條件的確定

在單因素實驗基礎上，以淀粉提取率為評價指標，選擇料液比、提取劑的pH、浸泡時間、浸泡溫度，進行L9(34)正交實驗，并對結果進行極差分析，以確定最優的提取工藝條件，因素水平見表2，結果見表3。

表2 正交實驗因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

表3 馬鈴薯淀粉提取正交實驗結果Table 3 Potato starch extraction orthogonal array design matrix and experimental results

由表3 可知，4 個因素對馬鈴薯淀粉的影響主次順序為A ＞C ＞D ＞B。最佳提取工藝為A2B1C1D2，即料液比為1 ∶5 g/mL，提取劑的pH 為6.0，浸泡時間為3.5 h，浸泡溫度為25 ℃，沉降時間為3 h，在此最佳工藝條件下，淀粉的提取率達16.13%。

2.7 不同產地馬鈴薯淀粉含量的測定結果

測定不同產地馬鈴薯淀粉含量，結果見圖6。

圖6 不同地區馬鈴薯淀粉含量測定結果Fig.6 The potato starch content determination results in different areas

由圖6 可知，靖邊縣馬鈴薯的淀粉含量最高，橫山次之，米脂、綏德、佳縣三縣的馬鈴薯含量相近且較低，神木、府谷和榆陽區的馬鈴薯淀粉含量更低，其中榆陽區最低。分析原因:這八個縣的氣候、溫差、光照等因素相差不明顯［26-27］，但是各地的土壤類型有所不同，故土壤的有機質養分含量、保水保肥能力、透氣性、導熱性等都有差異，這些可能是導致馬鈴薯淀粉含量不同的主要因素。

3 結論

本文通過實驗研究馬鈴薯淀粉提取的最佳工藝條件為:料液比1 ∶5 g/mL，pH 為6. 0，浸泡溫度25 ℃，浸泡時間3.5 h。因素主次順序為料液比＞浸泡時間＞浸泡溫度＞pH 值。在最佳條件下對榆林地區馬鈴薯主要產地的同品種的馬鈴薯淀粉含量進行比較發現，不同生長地區淀粉含量有不同程度的差異，分析原因，被研究的榆林地區8 個主要的馬鈴薯產地氣候、溫差、光照等因素相差不明顯，差異主要取決于土壤類型。

此外土壤中礦物成分和酸堿差異也是影響淀粉含量的因素，因此進一步分析影響馬鈴薯淀粉含量的因素將有利于指導榆林地區馬鈴薯的種植分布，以期為馬鈴薯育種工作者選擇優質材料及生產上選用加工提供理論依據，更有效的發展農業。

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