玉米湿法实验室浸泡工艺的浸泡效果分析

参考文献
图 6 浸泡 60 h 的玉米角质胚乳区扫描电镜观察 Fig． 6 The scanning electron microscope observation of corn
图 5 浸泡 24 h 后的玉米角质胚乳区扫描电镜观察 Fig． 5 The scanning electron microscope observation of corn
horny endosperm zone after soaked 24 h
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 24 h 可以发现，其中的蛋白质 基质已经出现小片; 浸泡 60 h 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，
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39( 9) : 5371 － 5373
责任编辑 陈娟 责任校对 李岩
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 48 h，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 S 184 文献标识码 B 文章编号 0517 － 6611( 2011) 09 － 05371 － 03
表 1 试验因素水平 Table 1 Test factors and levels
温度∥% Temperature
50 55 60
时间∥h Time 36 48 60
浓度∥% Concentration
0． 1 0． 2 0． 3
1． 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。
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″) 。
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 60 h 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 48 h 浸泡。
P’S － SP”+ HSO3－ →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、60 h 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 24 h 的玉米角质胚乳区切片 Fig． 1 The slice of corn horny endosperm zone after soaked 24 h
图 4 未浸泡的干玉米的角质胚乳区扫描电镜观察 Fig． 4 The scanning electron microscope observation of dry corn
horny endosperm zone without soaking
图 2 浸泡 48 h 的玉米角质胚乳区切片 Fig． 2 The slice of corn horny endosperm zone after soaked 48 h
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 24 h 时蛋白质基质包裹淀粉颗粒比较紧 密，到了 48 h 后淀粉颗粒附近的蛋白质基质变得松散，60 h 蛋白质基质已经有很多分解成较小的碎片。可见随着浸泡
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 48 h，浸 泡温度 55 ℃ ，SO2 浓度 0． 2% 。
表 2 3 因素 3 水平正交试验结果
Table 2 The orthogonal experiment result
SO2 浓度∥% 浸泡温度∥℃
试验号
浸泡时间∥h 淀粉得率∥%
Test number
SO2
Soaking Soaking time Starch yield
concentration temperature
1
0． 1
50
36
64． 47
2
0． 1
55
48
70． 60
3
0． 1
60
60
70． 00
4
0． 2
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 20 h 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，250 ml 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。
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
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。
水平 Level 水平 1 水平 2 水平 3
39 卷 9 期
尚会建等 玉米湿法实验室浸泡工艺的浸泡效果分析
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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
( 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
状态，游离出的淀粉颗粒增加。
50
48
68． 20
5
0． 2
55
60
70． 44
6
0． 2
60
36
67． 18
7
0． 3
50
60
66． 38
8
0． 3
55
36
67． 60
9
0． 3
60
48
68． 41
K1
2． 050 7
1． 990 5
1． 992 5
K2
2． 058 2
2． 086 4
2． 072 1
K3
2． 023 9
2． 055 9
图 3 浸泡 60 h 的玉米角质胚乳区切片 Fig． 3 The slice of corn horny endosperm zone after soaked 60 h
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 48 h 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，
2． 068 2
R
0． 011 5
0． 032 0
0． 039 2
5372
安徽农wenku.baidu.com科学
2011 年
2． 2 浸泡过程的显微镜照片分析 2． 2． 1 SO2 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 11 000 ～ 127 000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。
Effect Analysis on the Soaking Technics of Corn Wet Milling in the Laboratory SHANG Hui-jian et al ( College of Chemical and Pharmaceutical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang， Hebei 050000) Abstract ［Objective］ The research aimed to find the optimal condition of corn starch production in the laboratory and analyze the soaking effect． ［Method］ The orthogonal test was used to determine the suitable technological condition． By the light microscope and the scanning electron microscope，the soaking effect was analyzed． ［Result］The suitable soaking condition was: soaking time 48 h，soaking temperature 55 ℃ and SO2 concentration 0． 2% ． The microscopic analysis result was that the protein matrix was sufficiently decomposed in the suitable soaking condition． The soaking effect had the positive correlation with the decomposed degree of protein matrix． ［Conclusion］The research provided the basis for the soaking technics research of corn starch in the laboratory． Key words Corn; Soaking technics; Microscopic analysis; Protein decomposition