不同热水抽提工艺对竹材淀粉含量的影响研究

栾洁 胡婵 林家纯 冷少华

[摘 要] 目前，我国竹材工业的发展出现的问题涉及防霉、防虫技术的科学改性，而竹材中的淀粉含量对竹材的生长和虫害的预防有很大的影响。微波处理能够降低淀粉的结晶性、溶解性、溶胀性和黏度，提高糊化温度和糊稳定性，并使淀粉的老化趋势减少。热水抽提作为一种常用的物理加工处理方法，用于降低竹材中淀粉含量具有重要的意义。基于此，本文就不同的热水抽提工艺对竹材淀粉含量的影响展开试验研究，为降低竹材中的淀粉含量提供技术支持。

[关键词] 竹材；淀粉；热水抽提

[中图分类号] S781.9 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2018）07-120-3

1 研究依据

一般水抽提物包含极性较强的单宁、色素、生物碱（主要为其盐类）、可溶性矿物成分及某些单糖、淀粉和果胶质。这些物质被抽出得越多，竹材的pH值就上升越快：温度越高，水抽提物在水中的溶解度越大，水抽提物的抽出量也随之增大。因此，抽提物的存在及其含量对竹材本身的物理、化学性质影响极大。

2 热水抽提试验研究

2.1 试验原理

竹材作为一种丰富的林业资源，被人们称为“第二森林”。竹材化学成分与木材类似，主要为纤维素、半纤维素和木质素，另外还有少量的抽提物和灰分。竹材化学成分的含量及分布是影响竹材性质和利用的重要因素。

竹片经1 s浸泡后进行热水抽提，将溫度和时间作为独立的变量来研究主要糖类组分的变化规律。热水抽提物的测定原理是基于用热水抽提试样中的水溶成分，根据抽提后试料减轻的质量或将抽出液蒸干所得残渣质量确定为抽出物的含量[1]。

2.2 试验步骤

2.2.1 热水抽提。把竹片分成15份，分别称初始质量，将这15份竹片分别在不同酸碱性溶液浸泡下采用不同热水抽提工艺进行抽提，抽提温度为60 ℃，时间为3 h。抽提后的竹片在60 ℃恒温下干燥8～10 h。称取干燥后的竹片质量，即干燥后的质量。将标有热水、热水（酸）、热水（碱）的袋子里的10个竹片一起称质量记录为初始质量。将袋子内的竹片在锥形瓶内浸泡至竹片全部下沉。水浴锅加热至60 ℃，装有竹片的锥形瓶封口放入水浴锅在60 ℃恒温下加热3 h，取出竹在60 ℃恒温下烘干称质量为干燥后质量。其中，酸由8 mL 37%的盐酸与300 mL水配制得到，碱由3 g氢氧化钠与300 mL水配制得到。

2.2.2 溶液色度和浊度分析。取出抽提后的竹片，对留在锥形瓶里的溶液进行浊度和色度的分析（碱性条件下的溶液稀释10倍测量）。

2.2.3 竹片淀粉含量测定。利用碘—淀粉比色法，可见光分光光度计分析不同热水抽提的淀粉含量。用碘—淀粉比色法制定淀粉待测液，取标准淀粉溶液，可见光分光光度计在590 nm波长处测定。淀粉在加热情况下能溶于硝酸钙溶液中，当碘化钾和硝酸钙共存时，碘能以碘—淀粉蓝色化合物沉淀全部淀粉[2]。将此沉淀溶于碱液，并在酸性条件下与碘作用形成蓝色溶液进行比色。

2.3 结果与分析

热水抽提之后的试样，从质量上来说，有明显的减少，色泽鲜艳程度也有所变淡（水泡的影响）。在碱性条件下抽提的竹片颜色变化最大，质量减轻的程度大，说明碱性条件抽提的效果最好。

根据图1和表1中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7从标准曲线查得淀粉量：热水是0.419 1 mg，热水（酸）是0.395 2 mg，热水（碱）是0.389 2 mg。再根据公式求得淀粉含量：淀粉含量/%=100×C×VT/（V1×1 000×W）。其中，C为从标准曲线查得的淀粉量，mg；VT为样品提取液总体积，mL；V1为显色时取样品液量，mL；W为样品重，g。结果得出淀粉含量为：热水是2.07%，热水（酸）是1.96%，热水（碱）是1.94%。

结合图2分析可知，在同一种工艺条件即60 ℃恒温下加热3 h的抽提条件下，碱性条件下热水抽提后的淀粉含量最少，热水条件下热水抽提后淀粉含量最多。这是因为碱具有降低淀粉的糊化温度的作用，当碱达到一定限量时，淀粉发生糊化，淀粉含量减少。

3 微波热水抽提试验研究

3.1 试验原理

微波提取主要是利用其热效应。由于被萃取物细胞内含水和极性有效成分，在微波电磁场作用下，极性分子从原来的热运动状态转向依照电磁场的方向交变而排列取向，产生类似摩擦热，这些含水成分和极性有效成分在微波场中大量吸收热量，内部产生热效应，从而被萃取物的细胞结构发生破裂。细胞外溶剂容易进入细胞内，溶解并释放出细胞内物质。这就是细胞的破壁作用。微波技术应用于植物细胞破壁，可有效提高收率[3]。

3.2 试验步骤

将标有微波、微波（酸）、微波（碱）的竹片在锥形瓶内浸泡至竹片全部下沉分别放入微波炉处理90 s，微波功率控制在900 W，再放入锥形瓶内浸泡至全部下沉，最后取出热水抽提。

3.3 溶液色度和浊度分析

取出抽提后的竹片，对留在锥形瓶里的溶液进行浊度和色度的分析。

3.4 结果与分析

根据表2和表3中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7从标准曲线查得淀粉量：微波是0.40 mg，微波（酸）是0.39 mg，微波（碱）是0.39 mg。再根据淀粉含量计算公式，得出淀粉含量为：微波是1.98%，微波（酸）是1.92%，微波（碱）是1.87%。

由图3分析可知，在同一种工艺条件即在60 ℃恒温下加热3 h的抽提条件下，在碱性条件下微波热水抽提的淀粉含量最少，热水条件下微波热水抽提后的淀粉含量最多。淀粉在微波辐射中的分解或合成反应是多因素影响且相互作用极为复杂的过程。在碱性条件下，射线电离引发淀粉分子产生更多的自由基，细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能产生大量的热，使细胞内温度迅速升高，水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破，间接地对淀粉分子产生作用。

4 两种热水抽提工艺的对比

4.1 热水抽提条件下不同热水抽提工艺处理后的淀粉含量比较

根据表1和表3中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7从标准曲线查得淀粉量：热水是0.450 mg，微波是0.400 mg，再根据淀粉含量计算公式求得淀粉含量为：热水是2.07%，微波是1.98%。

4.2 酸性条件下不同热水抽提工艺处理后的淀粉含量比较

根据表1和表4中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7从标准曲线查得淀粉量：热水（酸）是0.395 5 mg，微波（酸）是0.390 0 mg。再根据淀粉含量计算公式求得淀粉含量为：热水（酸）是1.96%，微波（酸）是1.92%。

4.3 碱性条件下不同热水抽提的淀粉含量比较

根据表1和表5中所求的平均值用公式y=0.083 5x-0.023 7从标准曲线查得淀粉量：热水（碱）是0.389 2 mg，微波（碱）是0.390 0 mg。再根据淀粉含量计算公式求得淀粉含量为：热水（碱）是1.94%，微波（碱）是1.87%。

5 结论

对比热水抽提、微波抽提的结果可知，同一种抽提工艺在碱性条件下抽提后的淀粉含量最少，抽提效果最好。这是因为碱具有降低淀粉糊化温度的作用，当碱的用量达到一定限量时，淀粉就发生糊化。

参考文献

[1]罗志刚，高群玉，杨连生.热处理对淀粉改性的研究进展[J].粮食与饲料工业，2003（2）：36-38.

[2]赵凯.淀粉非化学改性技术[M].北京：化学工业出版社，2009.

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