玉米湿法实验室浸泡工艺的浸泡效果分析

玉米湿法实验室浸泡工艺的浸泡效果分析尚会建，允川，蒋梁鹤，王亮，杨立彦，郑学明，王丽梅(河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄050000)摘要［目的］确定实验室玉米淀粉生产的最适宜条件，并对浸泡效果进行分析。［方法］应用正交试验确定适宜的工艺条件，通过光学显微镜和扫描电子显微镜对浸泡效果进行分析。［结果］适宜的浸泡条件为:浸泡时间48h，浸泡温度55℃，SO2浓度0．2%。显微分析结果为:在适宜的浸泡条件下，蛋白质基质分解充分。浸泡效果的好坏与蛋白质基质的分解程度呈正相关。［结论］该研究可为实验室玉米淀粉的浸泡工艺研究提供基础。关键词玉米;浸泡工艺;显微分析;蛋白质分解中图分类号S184文献标识码B文章编号0517－6611(2011)09－05371－03EffectAnalysisontheSoakingTechnicsofCornWetMillingintheLaboratorySHANGHui-jianetal(CollegeofChemicalandPharmaceuticalEngineering，HebeiUniversityofScienceandTechnology，Shijiazhuang，Hebei050000)Abstract［Objective］Theresearchaimedtofindtheoptimalconditionofcornstarchproductioninthelaboratoryandanalyzethesoakingeffect．［Method］Theorthogonaltestwasusedtodeterminethesuitabletechnologicalcondition．Bythelightmicroscopeandthescanninge-lectronmicroscope，thesoakingeffectwasanalyzed．［Result］Thesuitablesoakingconditionwas:soakingtime48h，soakingtemperature55℃andSO2concentration0．2%．Themicroscopicanalysisresultwasthattheproteinmatrixwassufficientlydecomposedinthesuitablesoa-kingcondition．Thesoakingeffecthadthepositivecorrelationwiththedecomposeddegreeofproteinmatrix．［Conclusion］Theresearchpro-videdthebasisforthesoakingtechnicsresearchofcornstarchinthelaboratory．KeywordsCorn;Soakingtechnics;Microscopicanalysis;Proteindecomposition作者简介尚会建(1972－)，男，河北石家庄人，副教授，硕士生导师，从事传质与分离研究。收稿日期2010-12-03在现阶段的湿法玉米淀粉生产中，浸泡是一个关键环节，浸泡效果的质量，直接影响后续工段的生产及产物的产量和质量。因此，对浸泡工艺的研究在玉米淀粉湿磨工艺中占据重要地位。笔者通过对实验室研究的最佳工艺条件的确定，为研究实验室玉米淀粉的浸泡工艺提供基础［1－3］。在现有浸泡效果的分析中，工业上主要通过对玉米颗粒的吸水情况和浸泡液中干物质的含量进行间接表征，实验室对浸泡效果的研究主要通过最终产品的产率，纤维中的联结淀粉含量，或淀粉中的蛋白质含量进行表征［4－7］。显微镜照片可以作为一个辅助手段对玉米浸泡进行监测，考虑到现阶段对浸泡过程的监测主要是含水率和浸泡液中的干物质含量，含水率在浸泡20h左右就已达到饱和，干物质含量是浸泡过程移罐倒罐累积所得，只有显微镜照片是直接对浸泡的玉米进行观察，该监测手段更为直接、简便，如果能系统化该方法必将对浸泡过程有良好的促进作用。为此，笔者通过显微镜照片和扫描电子显微镜照片对玉米蛋白质基质的分散情况进行直接观察，以期能更全面的表征玉米的浸泡效果。1材料与方法1．1材料与设备普通马齿形玉米，亚硫酸浸泡液。电热干燥箱(南京实验仪器制造厂生产);浸泡罐，250ml旋口玻璃棕色瓶;恒温水浴锅，江苏(金坛市宏华仪器厂);JJ-2型组织捣碎机(江苏金坛市宏华仪器厂);40#、200#金属筛(浙江上虞市华丰五金仪器有限公司);低速台式离心机(上海安亭科学仪器厂);XSZ-7G生物显微镜(重庆光电仪器有限公司);S-4800-I场发射扫描电子显微镜(日本日立公司)。1．2研究方法1．2．1玉米淀粉提取工艺流程。原料除杂→浸泡→粗磨→分离胚芽→细磨→纤维分离→蛋白分离→淀粉→干燥→成品。1．2．2正交试验。在单因素试验的基础上，选择浸泡温度、浸泡时间、浸泡液SO2浓度3个因素，进行正交试验。其因素水平编码表(表1)如下。表1试验因素水平Table1Testfactorsandlevels水平Level温度∥%Temperature时间∥hTime浓度∥%Concentration水平150360．1水平255480．2水平360600．31．2．3浸泡效果分析。应用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对浸泡效果进行分析。2结果与分析2．1实验室提取玉米淀粉工艺适宜影响因素的确定正交试验结果(表2)表明，3种因素对淀粉得率的影响顺序为:浸泡时间＞浸泡温度＞SO2浓度，最优组合为浸泡时间48h，浸泡温度55℃，SO2浓度0．2%。表23因素3水平正交试验结果Table2Theorthogonalexperimentresult试验号TestnumberSO2浓度∥%SO2concentration浸泡温度∥℃Soakingtemperature浸泡时间∥hSoakingtime淀粉得率∥%Starchyield10．1503664．4720．1554870．6030．1606070．0040．2504868．2050．2556070．4460．2603667．1870．3506066．3880．3553667．6090．3604868．41K12．05071．99051．9925K22．05822．08642．0721K32．02392．05592．0682R0．01150．03200．0392安徽农业科学，JournalofAnhuiAgri．Sci．2011，39(9):5371－5373责任编辑陈娟责任校对李岩2．2浸泡过程的显微镜照片分析2．2．1SO2与蛋白质作用机理。玉米湿法浸泡工艺主要是将深埋在玉米角质胚乳区谷蛋白基质中的淀粉颗粒释放出来，谷蛋白是由大约20种相对分子质量范围为11000～127000的不同蛋白质亚单元通过二硫键结合组成的巨大而复杂的蛋白质分子。二硫键为一个半胱氨酸的-SH与同链或邻链的另一半胱氨酸的-SH氧化连接而成。在浸泡过程中，SO2与蛋白质基质的谷蛋白作用，破坏谷蛋白的二硫键，使蛋白质分子松懈，从有规则的紧密结构变为开链的不规则和散漫的排列形式。反应结果导致二硫键被还原，得到一个含有半胱氨酸上的-SH蛋白质碎片(P’)和其上附有半胱氨酸S－硫代衍生物的第2个蛋白质碎片(P″)。P’S－SP”+HSO－3→P’SH+P”SSO3由于阻止了二硫键的再形成和P＇＇蛋白质碎片的离子特性，这个S-硫代衍生物的生成，永久地增加了蛋白质的溶解度［8］，促进了淀粉颗粒从蛋白质基质中释放出来。2．2．2浸泡过程的光学显微分析。分别取不同浸泡时间:24、48、60h的玉米颗粒角质胚乳区进行碘液染色，对结果进行光学显微分析。图1浸泡24h的玉米角质胚乳区切片Fig．1Thesliceofcornhornyendospermzoneaftersoaked24h图2浸泡48h的玉米角质胚乳区切片Fig．2Thesliceofcornhornyendospermzoneaftersoaked48h由图1～3可以看出，浸泡时间越长照片中的蛋白质基质分解越充分，浸泡24h时蛋白质基质包裹淀粉颗粒比较紧密，到了48h后淀粉颗粒附近的蛋白质基质变得松散，60h蛋白质基质已经有很多分解成较小的碎片。可见随着浸泡图3浸泡60h的玉米角质胚乳区切片Fig．3Thesliceofcornhornyendospermzoneaftersoaked60h时间延长，SO2与蛋白质基质的作用充分，蛋白质基质分解的越充分，但综合考虑该试验选择48h比较有利。2．2．3浸泡结果的扫描电子显微镜(SEM)分析。图4～6表明，随着浸泡时间延长，淀粉颗粒间的蛋白质网逐渐分散，图4未浸泡的干玉米的角质胚乳区扫描电镜观察Fig．4Thescanningelectronmicroscopeobservationofdrycornhornyendospermzonewithoutsoaking图5浸泡24h后的玉米角质胚乳区扫描电镜观察Fig．5Thescanningelectronmicroscopeobservationofcornhornyendospermzoneaftersoaked24h颗粒之间紧密程度也有大幅降低。未浸泡的玉米，蛋白质基质呈一个整体，结合紧密;浸泡24h可以发现，其中的蛋白质基质已经出现小片;浸泡60h后发现，蛋白质已经分散成小片，此时的淀粉颗粒呈现卵石型，淀粉颗粒的离散程度逐渐提高。在浸泡过程中，随着浸泡时间的延长及浸泡的深入，2735安徽农业科学2011年SO2对蛋白质基质的破坏作用愈加明显，开始较厚的蛋白质基质逐渐破碎成较小的蛋白质单元，未破碎的基质也呈分散状态，游离出的淀粉颗粒增加。图6浸泡60h的玉米角质胚乳区扫描电镜观察Fig．6Thescanningelectronmicroscopeobservationofcornhornyendospermzoneaftersoaked60h3结论(1)通过正交试验对玉米浸泡进行研究，确定实验室浸泡过程的最适宜条件为浸泡时间48h，浸泡温度55℃，SO2浓度0．2%。(2)通过显微镜照片及扫描电子显微镜(SEM)照片对玉米浸泡效果进行了表征，发现蛋白质基质的分解与淀粉颗粒的离散程度呈正相关，蛋白质分解越充分，淀粉颗粒离散性越好，浸泡效果好的玉米，淀粉颗粒间离散型较好，较厚的蛋白质基质变薄，大多分散为小的碎片，游离于淀粉颗粒的间隙及浸泡液中。这种分析为监测玉米浸泡过程提供了一种直接的手段。试验表明，在60h以内，浸泡时间越长，蛋白质基质分解越充分，但从能耗等综合考虑建议采用48h浸泡。参考文献［1］贾玉涛，蓝海洲，侯汉学．玉米淀粉实验室提取方法研究［J］．粮食与油脂，2006(7):29－30．［2］DOWDMK．Improvementstolaboratory-scalemaizewet-millingproce-dures［J］．IndustrialCropsandProducts，2003，18(1):67－76．［3］ECKHOFFSR，SINGHSK，ZEHRBE，etal．A100-glaboratorycornwet-millingprocedure［J］．CerealChem，1996，73(1):54－57．［4］段玉权，李新华，马秋娟．纤维素酶对玉米淀粉生产中浸泡效果的影响［J］．粮食食品科技，2004，12(1):14－15．［5］赵寿经，钱延春，梁彦龙，等．嗜热细菌的筛选及其在玉米淀粉湿法生产浸泡工艺中的应用［J］．食品与发酵工业，2008，34(1):46－49．［6］任海松，董海洲，侯汉学．玉米湿磨生产中减少浸泡时间的研究进展［J］．中国粮食与营养，2007(5):36－38．［7］李艳，常俊然．玉米浸泡工艺研究进展［J］．粮食与饲料工业，2006(9):25－26．［8］刘亚伟．淀粉生产及其深加工技术［M］．北京:中国轻工业出版社，200