不同熱水抽提工藝對竹材淀粉含量的影響研究

欒潔 胡嬋 林家純 冷少華

[摘 要] 目前，我國竹材工業的發展出現的問題涉及防霉、防蟲技術的科學改性，而竹材中的淀粉含量對竹材的生長和蟲害的預防有很大的影響。微波處理能夠降低淀粉的結晶性、溶解性、溶脹性和黏度，提高糊化溫度和糊穩定性，并使淀粉的老化趨勢減少。熱水抽提作為一種常用的物理加工處理方法，用于降低竹材中淀粉含量具有重要的意義。基于此，本文就不同的熱水抽提工藝對竹材淀粉含量的影響展開試驗研究，為降低竹材中的淀粉含量提供技術支持。

[關鍵詞] 竹材；淀粉；熱水抽提

[中圖分類號] S781.9 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2018）07-120-3

1 研究依據

一般水抽提物包含極性較強的單寧、色素、生物堿（主要為其鹽類）、可溶性礦物成分及某些單糖、淀粉和果膠質。這些物質被抽出得越多，竹材的pH值就上升越快：溫度越高，水抽提物在水中的溶解度越大，水抽提物的抽出量也隨之增大。因此，抽提物的存在及其含量對竹材本身的物理、化學性質影響極大。

2 熱水抽提試驗研究

2.1 試驗原理

竹材作為一種豐富的林業資源，被人們稱為“第二森林”。竹材化學成分與木材類似，主要為纖維素、半纖維素和木質素，另外還有少量的抽提物和灰分。竹材化學成分的含量及分布是影響竹材性質和利用的重要因素。

竹片經1 s浸泡后進行熱水抽提，將溫度和時間作為獨立的變量來研究主要糖類組分的變化規律。熱水抽提物的測定原理是基于用熱水抽提試樣中的水溶成分，根據抽提后試料減輕的質量或將抽出液蒸干所得殘渣質量確定為抽出物的含量[1]。

2.2 試驗步驟

2.2.1 熱水抽提。把竹片分成15份，分別稱初始質量，將這15份竹片分別在不同酸堿性溶液浸泡下采用不同熱水抽提工藝進行抽提，抽提溫度為60 ℃，時間為3 h。抽提后的竹片在60 ℃恒溫下干燥8～10 h。稱取干燥后的竹片質量，即干燥后的質量。將標有熱水、熱水（酸）、熱水（堿）的袋子里的10個竹片一起稱質量記錄為初始質量。將袋子內的竹片在錐形瓶內浸泡至竹片全部下沉。水浴鍋加熱至60 ℃，裝有竹片的錐形瓶封口放入水浴鍋在60 ℃恒溫下加熱3 h，取出竹在60 ℃恒溫下烘干稱質量為干燥后質量。其中，酸由8 mL 37%的鹽酸與300 mL水配制得到，堿由3 g氫氧化鈉與300 mL水配制得到。

2.2.2 溶液色度和濁度分析。取出抽提后的竹片，對留在錐形瓶里的溶液進行濁度和色度的分析（堿性條件下的溶液稀釋10倍測量）。

2.2.3 竹片淀粉含量測定。利用碘—淀粉比色法，可見光分光光度計分析不同熱水抽提的淀粉含量。用碘—淀粉比色法制定淀粉待測液，取標準淀粉溶液，可見光分光光度計在590 nm波長處測定。淀粉在加熱情況下能溶于硝酸鈣溶液中，當碘化鉀和硝酸鈣共存時，碘能以碘—淀粉藍色化合物沉淀全部淀粉[2]。將此沉淀溶于堿液，并在酸性條件下與碘作用形成藍色溶液進行比色。

2.3 結果與分析

熱水抽提之后的試樣，從質量上來說，有明顯的減少，色澤鮮艷程度也有所變淡（水泡的影響）。在堿性條件下抽提的竹片顏色變化最大，質量減輕的程度大，說明堿性條件抽提的效果最好。

根據圖1和表1中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7從標準曲線查得淀粉量：熱水是0.419 1 mg，熱水（酸）是0.395 2 mg，熱水（堿）是0.389 2 mg。再根據公式求得淀粉含量：淀粉含量/%=100×C×VT/（V1×1 000×W）。其中，C為從標準曲線查得的淀粉量，mg；VT為樣品提取液總體積，mL；V1為顯色時取樣品液量，mL；W為樣品重，g。結果得出淀粉含量為：熱水是2.07%，熱水（酸）是1.96%，熱水（堿）是1.94%。

結合圖2分析可知，在同一種工藝條件即60 ℃恒溫下加熱3 h的抽提條件下，堿性條件下熱水抽提后的淀粉含量最少，熱水條件下熱水抽提后淀粉含量最多。這是因為堿具有降低淀粉的糊化溫度的作用，當堿達到一定限量時，淀粉發生糊化，淀粉含量減少。

3 微波熱水抽提試驗研究

3.1 試驗原理

微波提取主要是利用其熱效應。由于被萃取物細胞內含水和極性有效成分，在微波電磁場作用下，極性分子從原來的熱運動狀態轉向依照電磁場的方向交變而排列取向，產生類似摩擦熱，這些含水成分和極性有效成分在微波場中大量吸收熱量，內部產生熱效應，從而被萃取物的細胞結構發生破裂。細胞外溶劑容易進入細胞內，溶解并釋放出細胞內物質。這就是細胞的破壁作用。微波技術應用于植物細胞破壁，可有效提高收率[3]。

3.2 試驗步驟

將標有微波、微波（酸）、微波（堿）的竹片在錐形瓶內浸泡至竹片全部下沉分別放入微波爐處理90 s，微波功率控制在900 W，再放入錐形瓶內浸泡至全部下沉，最后取出熱水抽提。

3.3 溶液色度和濁度分析

取出抽提后的竹片，對留在錐形瓶里的溶液進行濁度和色度的分析。

3.4 結果與分析

根據表2和表3中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7從標準曲線查得淀粉量：微波是0.40 mg，微波（酸）是0.39 mg，微波（堿）是0.39 mg。再根據淀粉含量計算公式，得出淀粉含量為：微波是1.98%，微波（酸）是1.92%，微波（堿）是1.87%。

由圖3分析可知，在同一種工藝條件即在60 ℃恒溫下加熱3 h的抽提條件下，在堿性條件下微波熱水抽提的淀粉含量最少，熱水條件下微波熱水抽提后的淀粉含量最多。淀粉在微波輻射中的分解或合成反應是多因素影響且相互作用極為復雜的過程。在堿性條件下，射線電離引發淀粉分子產生更多的自由基，細胞內的極性物質尤其是水分子吸收微波能產生大量的熱，使細胞內溫度迅速升高，水汽化產生的壓力將細胞膜和細胞壁沖破，間接地對淀粉分子產生作用。

4 兩種熱水抽提工藝的對比

4.1 熱水抽提條件下不同熱水抽提工藝處理后的淀粉含量比較

根據表1和表3中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7從標準曲線查得淀粉量：熱水是0.450 mg，微波是0.400 mg，再根據淀粉含量計算公式求得淀粉含量為：熱水是2.07%，微波是1.98%。

4.2 酸性條件下不同熱水抽提工藝處理后的淀粉含量比較

根據表1和表4中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7從標準曲線查得淀粉量：熱水（酸）是0.395 5 mg，微波（酸）是0.390 0 mg。再根據淀粉含量計算公式求得淀粉含量為：熱水（酸）是1.96%，微波（酸）是1.92%。

4.3 堿性條件下不同熱水抽提的淀粉含量比較

根據表1和表5中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7從標準曲線查得淀粉量：熱水（堿）是0.389 2 mg，微波（堿）是0.390 0 mg。再根據淀粉含量計算公式求得淀粉含量為：熱水（堿）是1.94%，微波（堿）是1.87%。

5 結論

對比熱水抽提、微波抽提的結果可知，同一種抽提工藝在堿性條件下抽提后的淀粉含量最少，抽提效果最好。這是因為堿具有降低淀粉糊化溫度的作用，當堿的用量達到一定限量時，淀粉就發生糊化。

參考文獻

[1]羅志剛，高群玉，楊連生.熱處理對淀粉改性的研究進展[J].糧食與飼料工業，2003（2）：36-38.

[2]趙凱.淀粉非化學改性技術[M].北京：化學工業出版社，2009.

[3]Sinisterra JV. Application of ultrasound to biotechnology： an overview[J]. Ultrasonics，1992（3）：180-185.