全 文 ：黄姜渣提取淀粉的成分及颗粒结构分析
杨 铖 , 毛楠 , 籍国东＊　(北京大学环境工程系 ,水沙科学教育部重点实验室 ,北京 100871)
摘要　[目的 ]分析黄姜渣提取淀粉的成分及颗粒结构。 [方法]利用物理分离方法从黄姜生产皂素的废渣中提取优质黄姜淀粉 , 分析
了其主要成分和颗粒结构。 [结果]黄姜淀粉的含水量与木薯淀粉接近;其淀粉含量与木薯淀粉和马铃薯淀粉接近;其蛋白质含量低于
其他 2种淀粉;其脂肪含量低于马铃薯淀粉;其直链淀粉含量则高于其他 2种淀粉 ,品质更优。SEM分析表明 ,黄姜淀粉颗粒呈饼状 ,表
面较粗糙 ,颗粒较大且较均匀 ,粒径在 15～ 25μm。酸水解分析表明 ,黄姜淀粉颗粒可能为中空的 ,且在颗粒内部结晶区和无定形区是交
替分布的。 [结论]该研究为黄姜淀粉在食品行业的应用提供了参考。
关键词　黄姜淀粉;黄姜渣;颗粒结构
中图分类号　X38　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2011)06-03655-02
AnalysisontheCompositionandStructureofStarchGranulesfromDioscoreazingiberensis
YANGChengetal　(TheKeyLaboratoryforWaterandSedimentSciencesofMinistryofEducation, DepartmentofEnvironmentalEngineering,
PekingUniversity, Beijing100871)
Abstract　[ Objective] TheaimwastoanalyzethethecompositionandstructureofstarchgranulesfromDioscoreazingiberensis.[ Method]
High-qualityDioscoreazingiberensisstarchwasextractedfromtheresiduesofyelowgingerdiosgeninprocessingbyphysicalseparationtechnolo-
gy, andthenthecompositionandstructureofstarchgranulesfromDioscoreazingiberensiswasanalyzed.[ Result] ThewatercontentofDioscorea
zingiberensisstarchwasclosetothatofcassavastarch;itsstarchpuritywassimilartothoseofcassavastarchandpotatostarchinthemarket;its
proteincontentwaslowerthanthatofcassavastarchandpotatostarch, andlipidcontentwaslowerthanthatofpotatostarch, whileitsamylose
contentwashigherthanthoseofcassavastarchandpotatostarch.SoDioscoreazingiberensisstarchhadbetterqualitythancassavastarchandpo-
tatostarch.Dioscoreazingiberensisstarchgranuleswerecaky, hadroughsurface, largeranduniformsizes, andgranulesdiameterswere15-25
μm.Acidhydrolysisshowedthatthegranulemaybeaholowstructure, andtheholowsalternatelydistributedinthecrystalineregionandamor-
phousregionofthegranule.[ Conclusion] TheresearchprovidesreferencefortheapplicationofDioscoreazingiberensisinfoodindustry.
Keywords　Dioscoreazingiberensisstarch;Dioscoreazingiberensisresidue;Starchgranulestructure
基金项目　国家 “十一五 ”科技支撑项目(2006BAB04A14)。
作者简介　杨铖(1982-),男 ,重庆巫山人 ,硕士研究生 ,研究方向:环
境工程 , E-mail:yangcheng82@sohu.com。 ＊通讯作者 ,副教
授 ,博士 ,硕士生导师 ,从事废水生物与生态处理 、污染环境
生态修复研究 , E-mail:jiguodong@sina.com。
收稿日期　 2010-12-27
　　黄姜提取皂素的废渣和废水中都富含淀粉 ,如果大量排
放 ,不仅会对环境造成污染 ,还会造成资源的浪费 [1] 。为了
回收利用废渣和废水中淀粉资源 ,卢善主 [ 2]直接将皂素生产
废水加碱中和 ,通过发酵制取酒精 ,该工艺充分利用皂素废
水富含的大量糖类 ,省去了淀粉糖化阶段 ,降低了酒精生产
成本 ,使废水中的有用资源得到了再利用。安丽平等 [ 3]以皂
素生产废水为原料 ,经中和处理后进行酒精发酵 ,进一步提
高了酒精产率。此外 ,毛楠等 [ 4]提出一种通过乙醇提取皂
苷 ,从源头上减少用水量 、耗酸量和污染物排放量的皂素清
洁生产新工艺 ,该工艺的酸用量比传统工艺减少 71% ,头道
液 COD浓度降低了 46%,每 100 g原料排放的 COD总量下
降了 84%,且还从剩余残渣中提取到大量黄姜淀粉。研究表
明 ,黄姜淀粉富含多种氨基酸和钙 、铁 、锌 、硒等微量元素 ,制
成的凉粉 、粉丝不仅入口性好 ,而且营养丰富。此外 ,黄姜淀
粉还含有一定的膳食纤维(抗性淀粉),具有医治糖尿病 、减
少热量摄取 、控制体重 、促进血脂代谢和矿物质吸收的功能 ,
是极好的绿色保健食品 [ 5] 。基于此 ,笔者采用物理分离方法
从黄姜生产皂素的废渣中提取优质黄姜淀粉 ,分析了其主要
成分和颗粒结构 ,旨在为其在食品行业的应用提供参考。
1　材料与方法
1.1　材料
1.1.1　供试材料。自制黄姜渣 ,其中黄姜片来源于湖北郧
西;食用级木薯淀粉和马铃薯淀粉 ,市售。
1.1.2　主要试剂与仪器。二氯甲烷(色谱纯)及其他化学试
剂(分析纯)均购自成都科龙化学试剂厂。DJ-048型中药粉
碎机 ,浙江小伦制药机械有限公司生产;R215型旋转蒸发
仪 ,瑞士 BUCHI公司生产;HH-8型恒温水浴锅 ,江苏省金坛
市环宇科学仪器厂生产;DL1510型低温冷却循环泵 ,北京长
流科学仪器有限公司生产;COD-571型 COD测定仪 ,上海雷
磁仪器厂生产;SHZ-95B型循环水式真空泵 ,上海鑫培仪器
设备有限公司生产;1 L电热套 ,上海鑫培仪器设备有限公司
生产;Brookfild流变粘度计 ,美国 Brookfild公司生产。
1.2　黄姜淀粉的提取　将黄姜渣用氢氧化钠(pH值 10)水
溶液浸泡 24 h,以抑制淀粉的酶解 、增加蛋白质的溶解度 、提
高淀粉白度。将浸泡后的浆料过 100目筛 ,筛去粗纤维 ,筛
下物即为粗淀粉 。将粗淀粉浆离心(4 000 r/min, 15min),弃
去上清液 ,沉淀反复用水洗涤至洗涤水中性无色 ,洗去粗淀
粉中水溶性的色素和无机物;再用无水乙醇洗涤沉淀至无
色 ,除去皂素 、皂苷 、色素等有机物;用去离子水洗涤至无醇
味后 ,将粗淀粉悬浮液过 200目筛 ,除去粗淀粉中的细纤维 ,
提高纯度;离心(4 000 r/min, 15 min),弃上清 ,将沉淀在 55
℃真空干燥箱中干燥 12 h,得到白色精细黄姜淀粉。
1.3　测定项目与方法
1.3.1　蛋白质含量测定。采用凯氏定氮法。
1.3.2　脂肪含量测定 。采用重量法。
1.3.3　水分含量测定。用已干燥恒重的称量瓶称取约 5 g
的淀粉样品 , 105 ℃烘干 3 h至其恒重。冷却称重 ,计算含水
量。含水量 =(淀粉前重 -淀粉后重)/淀粉前重 ×100%[ 6] 。
1.3.4　灰分含量测定。用已干燥恒重的坩埚称取约 2 g的
淀粉样品 ,置于 600℃马弗炉中 ,加热灰化 ,称重计算。灰分
含量 =剩余白色固体质量 /称取样品质量 ×100%。
1.3.5　直链淀粉含量测定。参照 《稻米直链淀粉含量的测
定(GB/T15683-1995)》进行 。称取 100mg试样 ,加入 1ml无
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2011, 39(6):3655-3656, 3683 责任编辑　乔利利　责任校对　马君叶
水乙醇和 9 ml1 mol/ml的氢氧化钠溶液 ,室温下静置 24 h
分散试样 ,定容摇匀 ,显色 , 620 nm波长下测定吸光度 。C=
77.52A-11.21(R2 =0.999 8)。
1.3.6　黄姜淀粉颗粒结构观察 。将淀粉样品(配制成 1%乙
醇溶液)干燥后 ,在样品表面蒸镀一层 10 ～ 20 nm厚的铂金
膜 ,通过扫描电镜(SEM)观察淀粉颗粒并拍照。
1.3.7　黄姜淀粉水解结构观察 。称取 1 g黄姜淀粉置于 EP
管中 ,加入 1ml稀盐酸溶液(2.2 mol/L),旋涡振荡混匀 ,将
EP管放入 40 ℃恒温水浴锅内水解。水解一定时间后离心
水洗至中性 ,加入无水乙醇制成淀粉悬浮液 ,供电镜观察。
2　结果与分析
2.1　黄姜淀粉主要成分　不同来源的淀粉存在着结构和成
分上的差异。在正常室温及湿度下 ,植物淀粉的含水量一般
在 12%左右 [ 7] 。由表 1可知 ,黄姜淀粉的含水量为 12.48%,
与木薯淀粉的含水量接近 。淀粉分子中 ,部分羟基自行结
合 ,剩余羟基通过氢键与水分子相结合。自行结合的程度越
高 ,所剩余的与水分子结合的羟基数量相对减少 ,则淀粉含
水量越低 [ 8] 。黄姜淀粉样品中的淀粉含量为 83.93%(占干
基重量的 95.60%),与市售的食用级木薯淀粉和马铃薯淀粉
接近。黄姜淀粉中蛋白质含量低于其他 2种淀粉 ,而脂肪含
量低于马铃薯淀粉 ,说明所制备的黄姜淀粉纯度较高 ,蛋白
质和脂肪去除效果较好。黄姜淀粉的直链淀粉含量为
26.42%,高于木薯和马铃薯淀粉。直链淀粉的含量因淀粉
的植物来源不同而差异较大。此外 ,气候和土壤类型也会影
响淀粉颗粒的直链淀粉含量 。直链淀粉含量高的淀粉 ,需水
量较大 ,易膨胀 ,同时由于支链淀粉含量少 ,黏性减小 ,故柔
软性差 ,光泽少 ,冷却后质地生硬 [ 9] 。
表 1　黄姜淀粉主要成分含量
Table1　MaincompositionofDioscoreazingiberensisstarch %
样品名称Nameofsamples
水分Moisture淀粉Starch脂肪Fat蛋白质Protein
灰分Ashcontent
直链淀粉Amylose
黄姜淀粉 12.48 83.93 0.18 1.50 0.20 26.42
Dioscoreazingib-erensisstarch
木薯淀粉 12.21 85.24 0.18 1.75 0.10 21.98
ManihotesculentaCrantzstarch
马铃薯淀粉 16.39 78.85 0.66 1.67 0.64 21.05
Solanumtube-rosumstarch
2.2　黄姜淀粉颗粒结构　不同种类的淀粉粒具有各自特殊
的形状 ,一般的淀粉粒形状为圆形(或球形)、卵形(或椭圆
形)和多角形(或不规则形),这与淀粉的来源有关 。由图 1
可知 ,黄姜淀粉颗粒呈饼状 ,表面较粗糙 ,颗粒较大且较均
匀 ,粒径在 15 ～ 25 μm;木薯淀粉颗粒表面光滑 ,多为球形 ,排
列紧密 ,粒径在 5 ～ 15 μm;马铃薯淀粉颗粒不均匀 ,排列疏
松 ,大粒呈卵形或贝壳形 ,小粒为圆形 ,表面光滑 ,粒径分布
较大 ,在 2 ～ 20 μm。
　注:(A).木薯淀粉;(B).马铃薯淀粉;(C).黄姜淀粉。
　Note:(A).ManihotesculentaCrantzstarch;(B).Solanumtuberosumstarch;(C).Dioscoreazingiberensisstarch.
图 1　3种淀粉扫描电镜结果
Fig.1　Scanningelectronmicrographresultsof3kindsofstarch
　注:(A).淀粉;(B).酸解 1d;(C).酸解 2d;(D).酸解 3d。
　Note:(A).Starch;(B).1dafteracidolysis;(C).2dafteracidolysis;(D).3dafteracidolysis.
图 2　酸水解黄姜淀粉扫描电镜结果
Fig.2　ScanningelectronmicrographresultsofacidhydrolysisofDioscoreazingiberensisstarch
2.3　黄姜淀粉内部结构　在淀粉的酸水解过程中 ,通常淀 (下转第 3683页)
3656 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2011年
比较方便 ,计算量不大 ,易于调控 ,对短期增长较快的时间序
列 ,其预测效果更优于一般灰色模型 ,是从事经济预测研究
十分理想的工具。预测结果表明 , 2010年河南省粮食产量将
突破 5400万t,达到 5489.58万t,预计比上年增长 1.86%;
表 6　2010～ 2015年河南省与粮产有关的主要经济指标预测值
Table6　PredictedvalueofmaineconomicindicesrelatedtothegrainyieldofHenanProvincefrom 2010to2015
年份
Yield
地区生产总值∥亿元
RegionalGDP
牧渔业产量∥万t
Animalhusbandryandfisheryyield
播种面积∥万 hm2
Sownarea
小麦产量∥万 t
Wheatyield
油料产量∥万t
Oilseedyield
水果产量∥万 t
Fruitsyield
2010 22 036.99 638.29 1 427.775 3 289.99 563.22 832.79
2011 25 118.16 667.34 1 435.121 3 381.49 592.73 908.58
2012 28 679.21 679.93 1 442.529 3 475.87 624.05 992.38
2013 32 801.97 730.14 1 449.979 3 573.21 657.29 1 085.16
2014 37 583.40 764.08 1 457.472 3 673.63 692.60 1 187.98
2015 43 138.55 799.85 1 465.008 3 777.21 730.11 1 302.06
而河南省地区生产总值将达到 22 036.99亿元 ,比上年增长
13.12%;牧渔业产量将达到 638.29万 t,比上年增加 4.51%;
小麦产量预计达到 3 289.99万 t,比上年增加 7.65%;油料产
量预计达到 563.22万 t,比上年增长 5.67%;水果产量将达到
832.79万 t,比上年增长 10.17%;与此同时 ,河南省播种面积
在确保平稳的前提下有缓慢上升的趋势预计 2015年将达到
1 465.008万 hm2 ,这为粮食生产提供了强有力的保障 。
(2)2010年河南夏粮总产达到 3 090.7万 t,较上年增加
25.7万 t,增长 0.8%;平均每公顷产量为 5 824.5 kg,较上年
增长 0.5%。在河南省地区生产总值连年增长的大背景下 ,
河南省粮食生产稳步提升 ,与此同时播种面积也在逐步扩
大 ,同样作为第一产业组成部分的牧渔业产量也在稳步增
长 ,而作为粮产组成部分的小麦 、油料 、水果产量也都持续增
长 ,这些都为粮食增产提供了有利条件。
(3)河南省粮食生产的良好格局已经形成并稳步发展 ,
但是改革仍需深入推进 。应在原有条件下不断改进农田基
础水利设施 ,加大农业科技推广和固定资产投资力度 ,建设
应急灌溉和防洪除涝减灾工程 ,全省各级部门应围绕 “种足 、
种好 、管好 ”小麦 ,齐心协力 ,密切配合 ,形成服务粮食生产的
强大合力。大力发展农副产品加工业 ,将粮食优势转化为产
业优势 ,发展农业产业化 ,提高种粮比较效益 ,为粮食生产提
供更大的支持。
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(上接第 3656页)
粉颗粒内的无定形区先发生水解 ,晶体区结构致密 ,不易发
生水解 [ 10] 。通过淀粉酸水解 ,可以观察淀粉内部无定形区
和晶体区的分布状态 ,有助于研究淀粉颗粒的内部结构 。由
图 2可见 ,黄姜淀粉颗粒为圆饼状 ,表面光滑 ,个别淀粉颗粒
表面有凹坑 ,未见明显裂痕或缝隙 [图 2(A)] 。水解 1 d后 ,
淀粉颗粒表面出现凸起裂痕 ,有淀粉碎片出现 ,颗粒表面的
缝隙是酸在淀粉表面的水解侵蚀作用形成的;且在旋涡震荡
条件下 ,一些易受侵蚀的小淀粉颗粒在外力作用下破碎 [图
2(B)] 。水解 2 d时 ,淀粉颗粒表面变粗糙 ,淀粉碎片增多
[图 2(C)] 。水解 3 d时 , 淀粉颗粒几乎全部破碎
[图 2(D)] 。通常在酸水解过程中 ,淀粉的无定形区比结晶区
更易水解。由黄姜淀粉颗粒和酸水解后的黄姜淀粉颗粒的
扫描电镜照片可推断 ,黄姜淀粉颗粒可能为中空 ,且在颗粒
内部结晶区和无定形区是交替分布的。
3　结论
该研究表明 ,黄姜淀粉的含水量与木薯淀粉接近;其淀
粉含量与市售的食用级木薯淀粉和马铃薯淀粉接近;其脂肪
含量低于马铃薯淀粉;其蛋白质含量低于其他 2种淀粉;而
直链淀粉含量则高于其他 2种淀粉 ,品质更优。从黄姜渣提
取的黄姜淀粉颗粒呈饼状 ,表面较粗糙 ,颗粒较大且较均匀 ,
粒径在 15 ～ 25 μm。经酸水解分析 ,黄姜淀粉颗粒可能为中
空 ,且在颗粒内部结晶区和无定形区是交替分布的。
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