超声波辅助碱法提取小麦麸皮淀粉条件的优化

唐 艳，颜嘉良，吴 文，张洪微

（黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319）

超声波辅助碱法提取小麦麸皮淀粉条件的优化

唐 艳，颜嘉良，吴 文，*张洪微

（黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319）

采用超声波辅助碱法提取小麦麸皮中的淀粉，优化超声条件，以提高淀粉的提取率。试验结果表明，最佳超声条件为固液比1∶15，pH值11，超声时间30 min，超声功率450 W。此时，小麦麸皮淀粉提取率为90.97%，比单纯碱法提取淀粉的提取率提高了10.10%，小麦麸皮淀粉为白色粉末状。

麸皮淀粉；超声波法；碱法

0 引言

小麦麸皮是小麦加工的副产品，麸皮中含有较丰富的营养成分[1-3]，除粗纤维成分外，淀粉含量最丰富，达20%以上，因此小麦麸皮是一种可开发利用的淀粉原料。研究表明，小麦麸皮淀粉具有良好的功能性质[4]，营养价值和生理价值均高于小麦淀粉[5]，是一种优质淀粉。

目前，国内外研究有关小麦麸皮淀粉分离提取的研究较少，已有文献报道的小麦麸皮淀粉提取方法主要有碱法和酶法[6-7]2种，其机理是利用碱或酶的作用将与淀粉结合的蛋白质和纤维素等成分水解，进而释放淀粉，提高淀粉的得率。但这2种方法都有其局限性，因此探索新的方法以提高小麦麸皮淀粉提取率是目前需解决的重要问题。超声波具有空穴效应、热效应等有效机制[8-10]，可促进淀粉与纤维素和蛋白质的分离，有利于碱解作用的进行，提高碱解效率，因此采用超声波辅助碱法提取小麦麸皮淀粉可提高小麦麸皮淀粉的提取率。

试验先对小麦麸皮进行超声处理，再用碱法提取小麦麸皮淀粉，通过正交试验对超声波处理条件进行优化，提高小麦麸皮淀粉的提取率。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

小麦麸皮，北大荒丰缘麦业有限公司提供；氢氧化钠溶液，分析纯。

1.1.2 仪器

HWS24型电热恒温水浴锅，上海一恒科技有限公司产品；PHS-3C型精密pH计，上海雷磁仪器厂产品；FW100型粉碎机，厦门东星机械工贸有限公司产品；FA1104A型分析天平，上海垒固仪器有限公司产品；TD5A型离心机，长沙英泰仪器有限公司产品；DGG-9140型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司产品；JJ-1型精密增力电动搅拌器，江苏省金坛市荣华仪器制造公司产品；XCCD1800型超声波细胞粉碎仪，宁波市先倡电子科技有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 预处理

小麦麸皮在电热鼓风干燥箱中于50℃条件下干燥24 h用手揉碎后，用粉碎机打成细粉末，过100目筛后备用。

1.2.2 小麦麸皮淀粉的提取

准确称取小麦麸皮20.00 g置于250 mL的烧杯中，按比例加一定pH值的NaOH溶液并摇匀，在一定的超声功率下处理一定时间后，取出在25℃水浴锅中用电动搅拌器搅动1 h，然后用4层纱布过滤，留滤液。将过滤后的料液进行第1次离心，以转速3 000 r/min离心15 min。离心后的料液弃去上清液，调节离心后的沉淀至中性，pH值为7；第2次离心，以转速3 000 r/min离心15 min，并将2次离心后的料液弃去上清液，加入适量蒸馏水洗涤离心后沉淀，以除去其中盐分；第3次离心，将离心后的固状物放入电热鼓风干燥箱中，热风温度40～50℃，至干燥为止。用研钵将干燥后的粗淀粉粉碎至100目，得到小麦麸皮淀粉。

1.2.4 单因素试验设计

根据预试验结果设计单因素试验。单因素试验因素与水平设计见表1。

表1 单因素试验因素与水平设计

1.3 小麦麸皮淀粉提取率测定

采用GB/T 5514—2008和GB/T 5009.7—2003测定小麦麸皮淀粉含量，再根据公式（1）计算小麦麸皮淀粉提取率。

式中：

m0——小麦麸皮质量，g；

m1——小麦麸皮淀粉中纯淀粉质量，g；

19.06 ——小麦麸皮中淀粉含量，%。

2 结果与分析

2.1 单因素试验的结果与分析

2.1.1 固液比对小麦麸皮中淀粉提取量的影响

试验中固液比选取的4个水平，分别为1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，pH值10，超声时间15 min，超声功率100%（450 W），对小麦麸皮进行处理，以小麦麸皮淀粉的提取量为指标进行单因素试验。

固液比对小麦麸皮淀粉提取量的影响见图1。

图1 固液比对小麦麸皮淀粉提取量的影响

由图1可知，随着固液比中溶剂的增加，淀粉提取量逐渐增加后趋于平衡。固液比为1∶10为最佳。加水太少不利于淀粉分子的释放，淀粉提取量偏低；当固液比低于1∶10时，淀粉提取量增加不明显，会增加水和碱的用量，废水排放量增加。综上所述，固液比的水平应选1∶5，1∶10，1∶15。

2.1.2 pH值对小麦麸皮中淀粉提取量的影响

在试验中pH值选取4个水平，分别为9，10，11，12，固液比1∶10，超声时间15 min，超声功率100%（450 W）。

pH值对小麦麸皮中淀粉提取量的影响见图2。

图2 pH值对小麦麸皮中淀粉提取量的影响

由图2可知，随着pH值的逐渐增大，小麦麸皮淀粉的提取量也逐渐增大。在pH值为9～12时加碱量越大，提取的小麦麸皮淀粉越多；加碱量过大时，小麦麸皮粉和水的糊状物过于黏滞，不利于淀粉与蛋白的分离，所以最佳pH值为11。综上所述，正交试验中pH值应选10，11，12。

2.1.3 超声时间对小麦麸皮中淀粉提取量的影响

试验中超声时间选取5个水平，分别为15，20，25，30，35 min，固液比1∶10，pH值11，超声功率100%（450 W）。

超声时间对小麦麸皮淀粉提取量的影响见图3。

由图3可知，随着超声时间的延长，小麦麸皮淀粉的提取量显著提高，但是超过一定时间（30 min）小麦麸皮淀粉提取量有所下降。下降的原因可能是超声时间太长，温度升高使淀粉分解成更小的分子，如多糖会导致淀粉含量下降。因此，正交试验中超声时间应选25，30，35 min。

2.1.4 超声功率对小麦麸皮中淀粉提取量的影响

在试验中超声功率选取4个水平，分别为25%，50%，75%，100%，固液比1∶10，pH值11，超声时间30 min。

超声功率对小麦麸皮淀粉提取量的影响见图4。

图3 超声时间对小麦麸皮淀粉提取量的影响

图4 超声功率对小麦麸皮淀粉提取量的影响

由图4可知，随着超声功率的加大，小麦麸皮中淀粉的提取量也随着增加；但当超声功率为100%（450 W）时，小麦麸皮淀粉的提取量最大，并且增大幅度较明显。故超声功率为100%（450 W）时最好，因此正交试验中选定此功率为最佳条件。

2.2 正交试验

2.2.1 正交试验因素与水平的确定

因为pH值、固液比、超声时间均是影响小麦麸皮中淀粉提取量的主要因素，所以采用L9（34）进行正交试验，其中每组小麦麸皮样品均为20.00 g，超声功率为100%。

正交试验因素与水平设计见表2。

表2 正交试验因素与水平设计

2.2.2 正交试验结果

试验采用极差分析法，对各因素的K及R值的大小进行分析。由表3可知，影响小麦麸皮淀粉提取量3个因素的极差R大小为RC＞RB＞RA，即其影响能力大小为超声时间对小麦麸皮淀粉提取量影响最大，其次是固液比，最后是pH值。最佳提取工艺条件为C3B2A2，即超声时间35 min，固液比1∶10，pH值11。

正交试验结果与分析见表3。

2.2.3 验证试验

表3 正交试验结果与分析

准确称取3份20.00 g经预处理的小麦麸皮粉末，以正交试验最佳提取工艺条件为固液比1∶10，pH值11，超声时间35 min，超声功率100%（450 W）进行验证试验。

验证试验结果见表4。

表4 验证试验结果

3 结论

超声波辅助碱法提取小麦麸皮淀粉优化的工艺条件为固液比1∶10，超声时间35 min，pH值11，超声功率100%（450 W），小麦麸皮淀粉提取率达90.97%。得到的小麦麸皮粗淀粉为白色，呈粉末状。与单纯的碱法提取小麦麸皮淀粉相比，提取率提高了10.10%。

[1]陈凤莲.小麦麸皮中低聚木糖的生物制备技术研究 [D].哈尔滨：东北林业大学，2006.

[2]张海波.小麦麸皮制备低聚木糖的研究 [D].无锡：江南大学，2008.

[3]李昌文，欧阳韶晖.小麦麸皮的综合利用 [J].粮油加工与食品机械，2003（7）：55-56.

[4]李全宏，付才力，蔡同一，等.麦麸中生理活性物质研究与应用进展 [J].食品科学，2004，25（8）：196-199.

[5]梁灵，魏益民，师俊玲.小麦淀粉研究概况 [J].西部粮油科技，2003（3）：21-25.

[6]邹弈星，潘志芬，邓光兵，等.谷物籽粒淀粉研究进展 [J].西北植物学报，2007，27（10）：2 128-2 139.

[7]邵媛媛.小麦麸皮淀粉理化特征及其制备与应用 [D].

南京：南京农业大学，2013.

[8]李光，张雅利，梁花香.豆渣异黄酮超声提取工艺的响应曲面法优化 [J].食品科技，2008，33（2）：144-148.

[9]张泽生，于卫涛.超声波法提取米糠中植物甾醇的工艺研究 [J].食品研究与开发，2007（1）：43-46.

[10]李东锐，苏明华，汪海波.超声波及匀浆技术在米糠多糖和米糠蛋白提取中的应用研究 [J].粮油加工，2007（11）：92-95.◇

Optimizing the Ultrasonic Assisted Extraction Bran Starch

TANG Yan，YAN Jialiang，WU Wen，*ZHANG Hongwei
（College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

Extraction of wheat bran starch by ultrasonic assisted alkali method ，optimal ultrasonic conditions，in order to improve the extraction rate of starch.The experimental results show that the optimal ultrasonic condition is as follow：solid-liquid ratio 1∶15，pH 11，ultrasonic time 30 min，ultrasonic power is 450 W.Under this condition，wheat bran starch extraction rate is 90.97%，than the alkali extraction of starch extraction rate increased to 10.10%，wheat bran starch obtained as white powder.

wheat bran；ultrasonic method；alkali method

TS210

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.01.036

1671-9646（2017）01b-0001-03

2016-12-10

黑龙江八一农垦大学大学生创新创业项目（XC2015043）。

唐 艳（1993— ），女，本科，研究方向为食品质量与安全。

*通讯作者：张洪微（1975— ），女，硕士，副教授，研究方向为食品化学。