專利名稱：超聲波提取馬鈴薯淀粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于淀粉生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
馬鈴薯(學(xué)名Solanum tuberosum,英文Potato)又名土豆、洋芋、洋山芋、山藥蛋等。馬鈴薯是世界上僅次于小麥、水稻和玉米的第四種主要農(nóng)作物，是重要的淀粉生產(chǎn)原料，自20世紀(jì)60年代以來，發(fā)展中國(guó)家的馬鈴薯產(chǎn)區(qū)面積增長(zhǎng)就已經(jīng)超過了其他糧食作物，為維護(hù)全球性糧食安全帶來了巨大希望。中國(guó)馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均居世界首位，種植面積超過I億畝，單產(chǎn)突破1200公斤，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的20%。與其他作物相比，馬鈴薯集糧、菜、飼、工業(yè)原料兼用于一身，馬鈴薯的種薯及各種加工產(chǎn)品已成為全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易中的重要組成部分。目前世界農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)上，馬鈴薯的銷售量與谷物不相上下，居第三 位。馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)豐富，鮮馬鈴薯塊莖含20%左右的碳水化合物，2%左右的蛋白質(zhì)及1%左右的無機(jī)鹽及豐富的維生素C (40mg/100g),是一種營(yíng)養(yǎng)成分較全面的食物資源。馬鈴薯淀粉品質(zhì)優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及化工業(yè)等。目前，我國(guó)馬鈴薯淀粉工業(yè)技術(shù)水平相對(duì)落后，淀粉得率低，產(chǎn)品品質(zhì)差、耗水量大、產(chǎn)生大量工藝廢水、環(huán)境污染嚴(yán)重等，極大地制約著馬鈴薯淀粉工業(yè)快速良性發(fā)展。近年來，隨著水資源匱乏和水污染問題日趨嚴(yán)重，開發(fā)馬鈴薯淀粉節(jié)水式綠色生產(chǎn)技術(shù)已迫在眉睫。馬鈴薯中含有多酚氧化酶(PPO)，鮮切過程中內(nèi)源性多酚類底物及酚類衍生物在酶的催化作用下多酚類物質(zhì)氧化成鄰醌，醌是氧化反應(yīng)的第一個(gè)產(chǎn)物它既不能被還原為酚也不能有效的去除，醌類物質(zhì)再進(jìn)一步氧化聚合成黑色素，嚴(yán)重影響馬鈴薯制品的感官品質(zhì)和商品價(jià)值。PPO催化的酶促褐變反應(yīng)分兩步進(jìn)行單酚羥化為二酚，然后二酚氧化為二醌。酚類物質(zhì)分布于植物液泡中，PPO則位于質(zhì)體中，PPO與底物不能相互接觸。而馬鈴薯破碎過程中，破壞膜系統(tǒng)，打破了酚類與酶類的區(qū)域化分布，酶與PPO接觸，使酚類物質(zhì)氧化成醌，進(jìn)行一系列的脫水、聚合反應(yīng)，最后形成黑褐色物質(zhì)。馬鈴薯傳統(tǒng)抗褐變的方法主要包括物理法和化學(xué)法。物理法如燙漂、蒸汽處理及驅(qū)逐或隔絕氧等?；瘜W(xué)法主要局限于抗氧化劑與酸性物質(zhì)的添加，如抗壞血酸、檸檬酸、亞硫酸鹽等控制馬鈴薯產(chǎn)品的褐變。由于亞硫化物食品安全問題，目前對(duì)亞硫酸鹽類酶抑制劑在食品工業(yè)應(yīng)用受到限制。目前國(guó)內(nèi)外馬鈴薯淀粉生產(chǎn)方法主要為水提取沉淀法，工藝流程為馬鈴薯一清洗、去皮一破碎(粒度80目)一常溫水浸潰(料水比1: 4-6，時(shí)間l_2h，添加二巰基丙醇、亞硫酸鈉、半胱氨酸、檸檬酸等化學(xué)護(hù)色劑)一篩分與分離一洗滌精制一脫水干燥一馬鈴薯淀粉。淀粉提取率為80%左右，每噸馬鈴薯淀粉約耗水15-20噸，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量廢水，污染環(huán)境，必須經(jīng)過無害化處理才能排放。酶是生物活細(xì)胞中存在的具有催化功能的蛋白質(zhì)，它與其它蛋白質(zhì)一樣，也有等電點(diǎn)和蛋白質(zhì)變性作用。蛋白質(zhì)不可逆性變性導(dǎo)致酶鈍化失活，熱處理方法是最有效的蛋白質(zhì)變性方法，但常規(guī)加熱法使酶失活的時(shí)間較長(zhǎng)，熱處理使酶變性的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致質(zhì)地軟化、淀粉糊化，使馬鈴薯淀粉提取率大幅度下降，甚至無法進(jìn)行淀粉提取。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種超聲波提取馬鈴薯淀粉的方法，以解決目前制備馬鈴薯淀粉過程中使用護(hù)色劑，導(dǎo)致產(chǎn)物有化學(xué)試劑殘留，常規(guī)加熱使馬鈴薯淀粉提取率大幅度下降的問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括下列步驟 (一).馬鈴薯前處理
馬鈴薯挑選剔除腐敗、霉?fàn)€的變質(zhì)部分，清洗去皮，破碎物粒度為40-60目，密閉、隔絕空氣保存?zhèn)溆茫?br>
(二).馬鈴薯淀粉提取與精制
將上述處理好的馬鈴薯加水，調(diào)成料水比1: (1-3) g/ml的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉，超聲波功率300w-1500w/kg馬鈴薯、超聲時(shí)間4-7min、超聲間隔時(shí)間10-20s，超聲波處理1-3次，物料溫度25-45°C ;過80-100目篩分離除渣，殘?jiān)尤?_2倍水洗滌2-3次，過80-100目篩分離除渣，合并濾液，離心沉降8-10min，轉(zhuǎn)速3000-4000r/min,取沉淀物為濕淀粉,干燥。超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，方向性好，穿透能力強(qiáng)。在超聲波處理固液混合物時(shí)液體里將發(fā)生劇烈的空化效應(yīng)，形成強(qiáng)壓力脈沖，分散破壞植物組織，加速溶劑快速穿透致密組織，提高植物成分提取率。同時(shí)超聲波可加速介質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)，使得提取介質(zhì)和植物成分快速接觸，相互溶合、混合，也實(shí)現(xiàn)提高某些成分提取效率的作用。另外超聲波作用下空穴效應(yīng)嚴(yán)重影響植物細(xì)胞壁、微生物細(xì)胞膜、細(xì)胞器等受到機(jī)械破壞；超聲波的空化氣泡的產(chǎn)生、長(zhǎng)大、內(nèi)爆破產(chǎn)生的瞬間的高壓，改變細(xì)胞滲透性及細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，使酶活性中心快速失去催化能力，處于失活狀態(tài)，在較低溫度下即可抑制酶促反應(yīng)的發(fā)生。在超聲波提取作用溫度低、提取率高、提取時(shí)間短，在馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中無需采用任何化學(xué)護(hù)色齊 ，即可替代傳統(tǒng)加熱滅酶，又可提高淀粉提取率，實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的現(xiàn)代分離提取技術(shù)。本發(fā)明采用超聲波振蕩處理提取馬鈴薯淀粉方法，提取過程中鈍化導(dǎo)致褐變的酶類，避免使用任何護(hù)色劑，產(chǎn)物無化學(xué)試劑殘留，本發(fā)明方法與傳統(tǒng)水提法相比具有高效，節(jié)水、省時(shí)、無污染，無化學(xué)試劑殘留、降低粉碎能耗等優(yōu)點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。萃取物及萃余物都最大限度保留了馬鈴薯天然活性成分，再利用價(jià)值高，排放水無污染物，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯高值化、資源化及環(huán)境友好化利用。本發(fā)明獲得的產(chǎn)品，即可作為食品加工輔料、食品添加劑或保健食品及藥品的填充助劑使用，也可用于化工原料。
圖1是采用本發(fā)明方法提取的馬鈴薯淀粉的掃描電鏡 圖2是采用傳統(tǒng)水提沉淀法提取的馬鈴薯淀粉的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一.馬鈴薯前處理
馬鈴薯挑選剔除腐敗、霉?fàn)€等變質(zhì)部分，清洗去皮，破碎物粒度為60目，密閉、隔絕空氣保存?zhèn)溆?。?馬鈴薯淀粉提取與精制
將上述處理好的馬鈴薯加水，調(diào)成料水比1:1 g/ml的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉，超聲波功率300w/kg馬鈴薯、超聲時(shí)間7min、超聲間隔時(shí)間10s，超聲波處理3次，物料溫度25-45°C ;過80目篩分離除渣，殘?jiān)尤隝倍水洗滌3次，過80目篩分離除渣，合并濾液，離心沉降lOmin，轉(zhuǎn)速3000r/min，取沉淀物為濕淀粉，干燥處理得到含水量15%以下的馬鈴薯淀粉。
實(shí)施例2
一·馬鈴薯前處理
馬鈴薯挑選剔除腐敗、霉?fàn)€等變質(zhì)部分，清洗去皮，破碎物粒度為60目，密閉、隔絕空氣保存?zhèn)溆谩６?馬鈴薯淀粉提取與精制
將上述處理好的馬鈴薯加水，調(diào)成料水比1: 2g/ml的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉，超聲波功率900w/kg馬鈴薯、超聲時(shí)間5min、超聲間隔時(shí)間15s，超聲波處理2次，物料溫度25-45°C ;過100目篩分離除渣，殘?jiān)尤?. 5倍水洗滌2次，過100目篩分離除渣，合并濾液，離心沉降9min，轉(zhuǎn)速3500r/min，取沉淀物為濕淀粉，干燥處理得到含水量15%以下的馬鈴薯淀粉。實(shí)施例3
一·馬鈴薯前處理
馬鈴薯挑選剔除腐敗、霉?fàn)€等變質(zhì)部分，清洗去皮，破碎物粒度為40目，密閉、隔絕空氣保存?zhèn)溆谩６?馬鈴薯淀粉提取與精制
將上述處理好的馬鈴薯加水，調(diào)成料水比1: 3g/ml的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉，超聲波功率1500w/kg馬鈴薯、超聲時(shí)間4min、超聲間隔時(shí)間10_20s，超聲波處理I次，物料溫度25-45°C ;過100目篩分離除渣，殘?jiān)尤?倍水洗滌3次，過100目篩分離除渣，合并濾液，離心沉降8min，轉(zhuǎn)速4000r/min，取沉淀物為濕淀粉，干燥處理得到含水量15%以下的馬鈴薯淀粉。實(shí)施例4
一·馬鈴薯前處理 同實(shí)施例2。二.馬鈴薯淀粉提取與精制
將上述處理好的馬鈴薯加水，調(diào)成料水比1: 3 g/ml的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉，超聲波功率1200w/kg馬鈴薯、超聲時(shí)間4min、超聲間隔時(shí)間15s，超聲波處理I次，物料溫度25-45°C ;過80目篩分離除渣，殘?jiān)尤?倍水洗滌2次，過80目篩分離除渣，合并濾液，離心沉降9min，轉(zhuǎn)速3500r/min，取沉淀物為濕淀粉，干燥處理得到含水量15%以下的馬鈴薯淀粉。實(shí)施例5一.馬鈴薯前處理 同實(shí)施例3。二.馬鈴薯淀粉提取與精制
將上述處理好的馬鈴薯加水，調(diào)成料水比1: 2. 5g/ml的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉，超聲波功率800w/kg馬鈴薯、超聲時(shí)間6min、超聲間隔時(shí)間20s，超聲波處理2次，物料溫度25-45°C ;過100目篩分離除渣，殘?jiān)尤?. 5倍水洗滌2次，過80目篩分離除渣，合并濾液，離心沉降lOmin，轉(zhuǎn)速4000r/min，取沉淀物為濕淀粉，干燥處理得到含水量15%以下的馬鈴薯淀粉。實(shí)施例6。一.馬鈴薯前處理 同實(shí)施例1。二·馬鈴薯淀粉提取與精制
將上述處理好的馬鈴薯加水，調(diào)成料水比1: 2g/ml的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉，超聲波功率500w/kg馬鈴薯、超聲時(shí)間7min、超聲間隔時(shí)間15s，超聲波處理3次，物料溫度25-45°C ;過100目篩分離除渣，殘?jiān)尤隝倍水洗滌3次，過100目篩分離除渣，合并濾液，離心沉降lOmin，轉(zhuǎn)速3000r/min，取沉淀物為濕淀粉，干燥處理得到含水量15%以下的馬鈴薯淀粉。利用掃描電子顯微鏡觀察淀粉顆粒的形貌及大小。從放大400倍電鏡圖可以看出，圖1是采本發(fā)明超聲波提取馬鈴薯淀粉顆粒大的呈橢圓形，小的呈圓形，大小均勻，粒徑范圍為1Γ54 μ m，平均粒徑為26. 2 μ m，超聲波使淀粉降解，分子量降低，導(dǎo)致平均粒徑減小。超聲波提取馬鈴薯淀粉直鏈淀粉含量為36%，支鏈淀粉含量為62%。圖2傳統(tǒng)水提沉淀法淀粉顆粒大的呈不規(guī)則的牡蠣殼狀，小的呈圓形，大小不均勻，粒徑范圍為 Γ83μπι，平均粒徑為31. 7 μ m。傳統(tǒng)水提沉淀法馬鈴薯淀粉直鏈淀粉含量為25%，支鏈淀粉含量為72%。超聲波提取馬鈴薯淀粉提取率為94%，比常規(guī)傳統(tǒng)水提沉淀法高出7%。超聲波提取馬鈴薯淀粉潔白有光澤，蛋白質(zhì)為O. 14%，灰分 為O. 27%，透明度降低，溶解度和膨潤(rùn)力以及凝沉性提高，峰值粘度為1292BU，符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
權(quán)利要求
1.一種超聲波提取馬鈴薯淀粉的方法，其特征在于包括下列步驟(一).馬鈴薯前處理馬鈴薯挑選剔除腐敗、霉?fàn)€的變質(zhì)部分，清洗去皮，破碎物粒度為40-60目，密閉、隔絕空氣保存?zhèn)溆茫?二)·馬鈴薯淀粉提取與精制將上述處理好的馬鈴薯加水，調(diào)成料水比1: (1-3) g/ml的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉，超聲波功率300w-1500w/kg馬鈴薯、超聲時(shí)間4-7min、超聲間隔時(shí)間 10-20s，超聲波處理次數(shù)1-3次，物料溫度25-45°C;過80-100目篩分離除渣，殘?jiān)尤?_2 倍水洗滌2-3次，過80-100目篩分離除渣，合并濾液，離心沉降8-10min，轉(zhuǎn)速3000-4000r/ min,取沉淀物為濕淀粉,干燥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波提取馬鈴薯淀粉的方法，屬于淀粉生產(chǎn)技術(shù)。將新鮮馬鈴薯清洗、去皮、粉碎處理后，調(diào)成一定料水比的懸浮液，置于超聲處理環(huán)境中提取馬鈴薯淀粉。在超聲波處理環(huán)境中，調(diào)整鮮馬鈴薯具有適當(dāng)?shù)牧６?、加水量及處理時(shí)間進(jìn)行馬鈴薯淀粉的萃取，經(jīng)分離、洗滌、精制獲得高純度馬鈴薯淀粉。本發(fā)明可提高馬鈴薯淀粉的提取率及純度。提取過程中反應(yīng)條件溫和，無廢渣、廢汽及有害物質(zhì)產(chǎn)生；節(jié)約資源，且對(duì)環(huán)境友好。
文檔編號(hào)C08B30/04GK102993318SQ20121057738
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者王大為, 劉婷婷, 張艷榮 申請(qǐng)人:吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)