全 文 ：　核 农 学 报　2010, 24 (1) : 0073～0077
Journal of N uclear Agricu ltura l Sciences
文章编号 : 100028551 (2010) 0120073205
60Coγ辐照对甘薯生料糖化的影响
胡婷春 1, 2 　王克勤 3 　熊兴耀 1, 2 　苏小军 2 　邹剑锋 2 　易锦琼 1, 2
(11湖南农业大学园艺园林学院 ,湖南 长沙　410128; 21湖南省作物种质创新与资源利用重点实验室 ,湖南 长沙　410128;
31湖南省原子能农业应用研究所 ,湖南 长沙　410125)
摘 　要 :以甘薯的淀粉及干粉为试验材料 ,研究 60Coγ辐照对其外观形态及糖化效率的影响。试验结果
表明 : 60Coγ辐照处理后 ,淀粉粒表面出现网状裂纹 ,且随着辐照剂量的增大 ,裂纹明显增多。在 50至
1200 kGy辐照剂量范围内 ,甘薯淀粉和干粉中还原糖和可溶性总糖的含量都随着辐照剂量的增加而显
著提高 ;湘薯 86和湘薯 541的糖化效率在低剂量辐照处理时有明显的差异 ,但随着辐照剂量的增高 ,表
现出相似的变化趋势 ,当辐照剂量为 1200kGy时 ,糖化效率达到最高。
关键词 :辐照 ;甘薯 ;生料糖化 ;淀粉燃料乙醇
EFFECT O F 60Coγ2IRRAD IAT IO N O N SACCHAR IF ICAT IO N
O F UNCOO KED SW EET PO TATO M ATER IAL
HU Ting2chun1, 2 　WANG Ke2qin3 　X IONG Xing2yao1, 2 　SU Xiao2jun2 　ZOU J ian2feng2 　YI J in2qiong1, 2
(11College of Horticu lture and Landscape, Hunan A gricu ltural U niversity, Changsha, Hunan　410128;
21Hunan provincial Key Laboratory of C rops Germ plasm Innovation and U tiliza tion, Changsha, Hunan　410128;
31Hunan Institu te of A tom ic Energy Applica tion in Agricu lture, Changsha, Hunan　410125)
Abstract:U sing the starch and powder of sweet potato of Xiangshu 86 and Xiangshu 541 as materials, the effect of 60Co
γ2irradiation on the structure of starch particle and the efficiency of saccharification were studied. The result showed that
some reticulate flaws appeared in the surface of irradiated starch particles, and the reticulate flaws were increased with
the increase of irradiation dose. The content of reducing sugar and total soluble sugar in both starch and the powder were
obviously increased along with the increase of irradiation dose ranged from 50 to 1200kGy. The saccharification
efficiency of Xiangshu 86 and Xiangshu 541 was obviously difference at the dose lower than 500kGy, and then the
efficiency showed the sim ilar trends at higher dose irradiation, the saccharification rate reached the highest value after
the treatment of 1200kGy irradiation.
Key words: irradiation; sweet potato; uncooked material saccharification; starch
收稿日期 : 2009205220　接受日期 : 2009209221
基金项目 :国家科技支撑计划重大区域专项 (2007BAD41B00)
作者简介 :胡婷春 (1986– ) ,女 ,湖南津市人 ,在读硕士生 ,从事生物质能源方向研究。Tel: 0731284673765; Email: hutingchun@1261com
通讯作者 :熊兴耀 (1961– ) ,男 ,湖南桑植人 ,教授 ,博士生导师 ,从事生物质能源方向研究。Tel: 0731284635295; Email: xiongxingyao@1261com　　甘薯 ( Ipom oea ba ta tas Lam)是重要的农作物之一。我国是世界上最大的甘薯生产国 ,种植总面积为 560万 hm2 左右 ,约占世界甘薯种植总面积的 70% ～75% ; 年 产 112 亿 吨 , 占 世 界 甘 薯 总 产 量 的8619% [ 1, 2 ]。一般情况下 ,甘薯作为淀粉原料被用于食品、化工等工业生产领域 [ 3 ]。随着当前能源安全形 势的变化 ,燃料乙醇作为新型生物质清洁能源已经引起世界各国的高度重视 [ 4～7 ]。甘薯以其较高的生物产量和淀粉含量被广泛认为是目前较理想的淀粉质燃料乙醇工业化生产原料之一 [ 8～11 ]。以淀粉为原料发酵生产燃料乙醇 ,传统工艺必须先通过高温高压蒸煮工序 ,而该蒸煮工序消耗的能量
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核　农　学　报 24卷
占到整个生产过程总能耗的 30% ～40% [ 12 ]。开发节
能、降低成本的淀粉质生料无蒸煮乙醇发酵技术已成
为当前世界研究的热点 [ 13～21 ]。但这类研究多数是以
自制的特种曲为前提 ,采用普通糖化酶进行无蒸煮乙
醇发酵还存在耗酶量大、发酵时间长、效率低等问题 ,
工业生产可行性并不强 [ 22 ]。γ射线是放射性原子核
衰变时发出的高能射线。物质中的分子吸收γ射线
辐射能时 ,会被激活成离子或自由基 ,引起化学键断
裂 ,物质结构发生改变 [ 23, 24 ]。陈静萍等 [ 25～27 ]试验证
实 ,γ射线辐照能促进纤维质材料的降解与糖化。国
内外另有研究表明 ,甘薯淀粉经γ射线辐照后 ,其粘
度降低 ,溶解度、酸度增加 ,对酶作用的敏感性增
强 [ 28～30 ]。本文采用较大范围剂量 60Coγ射线对甘薯
材料进行辐照处理 ,考察其对甘薯淀粉的直接糖化效
应 ,并首次采用扫描电镜观察辐照前后甘薯淀粉颗粒
形态的变化 ,对辐照降解甘薯淀粉的作用机理进行初
步阐述 ,旨在为进一步研究和生产实践提供理论依据
和试验参考。
1　材料与方法
111　供试材料
甘薯由湖南省农业科学院作物研究所提供 ,包括
湘薯 86和湘薯 541两个品种。湘薯 86为湖南省高产
优良淀粉型甘薯品种 ,湘薯 541为湖南省优良食用型
甘薯品种。
11111　甘薯淀粉的提取 　洗涤 :甘薯用自来水清洗干
净 ,去除霉烂损伤部位后用切丝机切成丝状 ;磨浆 :甘
薯丝与自来水以体积 1∶4混合后用磨浆机反复研磨 3
次 ,收集浆液 ;过滤 :浆液用 4层纱布过滤 ,弃去滤渣后
收集淀粉乳 , 以清水洗涤 , 过 120 目筛 (粒径约
120μm) ,收集滤后淀粉乳 ;沉淀 :将滤后淀粉乳用盐酸
调节其 pH至 410左右 ,静置 5h;洗涤 :将沉淀好的淀
粉乳上层液体倒去 ,加清水反复洗涤、沉淀 2次 ;烘干 :
将洗净的湿淀粉平摊在白布上 ,置于隧道式烘干机中 ,
烘干至干燥粉末状。为防止高温下淀粉变质 ,将烘干
温度保持在 50℃以下 ,将干燥后的甘薯淀粉封存备
用。
11112　甘薯粒的制备 　直接干燥法将薯粒大小控制
在约 015cm3 左右 , 48℃烘干 8h后干燥封存备用。
112　试验方法
11211　辐照处理 　将湘薯 86和湘薯 541两个品种的
薯粒及淀粉分别装入 250m l广口瓶中 ,各 6瓶。辐照
处理在本所进行 ,辐照钴源强度 9199 ×1015 Bq,辐照剂
量 0、50、100、500、1000和 1200kGy,剂量率 2kGy/h。
每处理重复 3次。用干料粉碎机将辐照后的甘薯粒分
别磨碎 ,得甘薯干粉 ,封存备用。
11212　电子显微镜镜检 　将各样品用导电性良好的
粘合剂粘在金属样品台上 ,置于真空蒸发器中喷镀一
层 50 ～ 300 ! 厚的金属膜。用扫描电镜 ( JSM 2
6380LV,日本电子株式会社 )进行观察。
11213　还原糖检测 　用 DNS法测定各样品还原糖含
量 :分 3次重复称取甘薯淀粉及干粉各 2g,常温下溶
于 50m l蒸馏水 ,搅拌均匀后 3000 r/m in离心 5m in,取
上清液定容至 50m l,得待测溶液。取待测液 2m l、DNS
溶液 3m l于 10m l试管中混匀 ,沸水浴 5m in后迅速流
水冷却 ,转入 25m l容量瓶定容至刻度。用分光光度计
(7200,美国尤尼柯仪器有限公司 )在 540nm波长下检
测其 ABS值 ,与标准曲线对照后计算样品中还原糖含
量 [ 31～34 ]。
11214　可溶性总糖检测 　分 3次重复称取甘薯淀粉、
干粉样品各 1g,常温下溶于 20m l蒸馏水搅拌均匀 ,用
布氏漏斗抽滤 ,收集滤液于 250m l三角瓶 ,加入浓度
25%的硫酸溶液 10m l混合后置于电炉上加热 ,沸腾
5m in后冷却 ,加入 20%的 NaOH溶液中和 ,将溶液转
移至 50m l容量瓶中定容 ,即得待测溶液。按 11213中
DNS法测定可溶性总糖含量 [ 35 ]。
113　统计分析
试验测定的数据 ,用完全随机设计的方法进行统
计分析 [ 36 ]。
2　结果与分析
211　辐照对淀粉颗粒形态的影响
高能辐照处理可直接打断淀粉分子链 ,使其聚合
度下降。由图 1可见 ,未经辐照的甘薯淀粉颗粒表面
光滑 ,干粉颗粒表面因附着有其他非淀粉质有机物而
呈现不定形态。经过 500kGy剂量辐照后 ,颗粒表面
隐约可见小范围裂纹 ,当辐照剂量增大到 1200kGy
时 ,淀粉颗粒表面龟裂范围增加 ,程度加深 ,裂痕清晰
可见。
212　辐照对还原糖含量的影响
如表 1所示 ,未经辐照处理的淀粉样品中不含还
原糖 ,辐照后有还原糖被检出。湘薯 541淀粉在辐照
剂量为 50kGy时有 01417 mg/g还原糖被检测出 ,湘薯
86淀粉在辐照剂量达到 100kGy时才被检测出 01912
mg/g还原糖。未经辐照处理的甘薯干粉中含 50～60
mg/g的还原糖 , 50kGy辐照后还原糖增幅不显著 ,随
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　1期 60Coγ辐照对甘薯生料糖化的影响
图 1　辐照前后甘薯淀粉和干粉电镜扫描图 (7000 ×)
Fig. 1　Scanned electron m icrographs of irradiated starch and powder granules of sweet potato
A - C:湘薯 86淀粉 ; D - F:湘薯 541淀粉 ; G - I:湘薯 86干粉 ; J - L:湘薯 541干粉
A - C: Xiangshu 86 starch; D - F: Xiangshu starch 541; G - I: Xiangshu 86 powder; J - L: Xiangshu 86 powder
着辐照剂量的进一步增大 ,湘薯 86和湘薯 541各样品
中还原糖的检出量均呈现显著性差异。
由图 2可知 ,无论是淀粉还是干粉 , 2个甘薯品种
样品的还原糖含量都有随辐照剂量的增加而上升 , 0～
100kGy间上升速度较为缓慢 ,当剂量达到 500kGy时 ,
各样品中还原糖含量急剧上升 ,在 1200kGy时各样品
都达到本试验中的最佳糖化效果。但湘薯 541干粉在
辐照剂量由 500kGy增加到 1000kGy时 ,其还原糖含
量并未出现明显增幅 ,剂量达到 1200kGy时 ,才开始
呈现大幅上升趋势。
213　辐照处理对可溶性总糖含量的影响
表 2显示 ,未经辐照处理的淀粉样品中不含可溶
性总糖 ,经 50kGy辐照后 , 2个甘薯品种的淀粉样品中
均检出可溶性总糖。未经辐照处理的 2个干粉样品中
可溶性总糖为 116mg/g和 150mg/g。在 0～100kGy剂
量间 ,各样品可溶性总糖检出量差异不显著 ,在 500～
1000kGy剂量间 ,甘薯干粉呈现不显著差异 ,其余各样
品间均呈现显著性差异。甘薯淀粉和干粉中可溶性总
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糖的含量均随辐照剂量的增大而增加 (表 2)。
表 1　辐照对甘薯淀粉和干粉样品还原糖含量的影响
Table 1　 Irradiation effects on reducing sugar content
in starch and powder of sweet potato (mg/g)
剂量
dose
( kGy)
湘薯 86
Xiangshu 86
湘薯 541
Xiangshu 541
淀粉
starch
干粉
powder
淀粉
starch
干粉
powder
0 0a 501759a 0a 621091a
50 0a 541523a 01417a 621695a
100 01912a 611913b 11242a 631547a
500 451676b 831944c 271587b 781305b
1000 1511170c 1641784d 1341852c 801074b
1200 2151454d 1951399e 1971816d 1731477c
注 :列内平均数经邓肯氏多重极差测验 , 5%水平。下表同。
Note: Meanswithin columns separated byDuncan’smultip le range test, 5%
level. The some as following table.
图 2　辐照前后甘薯样品还原糖含量变化趋势
Fig. 2　The change of reducing sugar content
in sweet potato treated by irradiation
表 2　辐照对甘薯淀粉和干粉样品可溶性总糖含量的影响
Table 2　Irradiation effect on total soluble sugar
contents in starch and powder of sweet potato
(mg/g)
剂量
dose
( kGy)
湘薯 86
Xiangshu 86
湘薯 541
Xiangshu 541
淀粉
starch
干粉
powder
淀粉
starch
干粉
powder
0 0a 1161435a 0a 1501801a
50 61879a 1231138a 71566a 1561241a
100 201121a 1341181a 171346a 1591153a
500 4731210b 2521704b 4091148b 2641759b
1000 6531422c 2731088b 6111776c 3081494b
1200 7111708d 6061831c 6521543d 6261061c
如图 3所示 ,甘薯淀粉和干粉样品中可溶性总糖
含量随辐照剂量的增加而上升 , 2个甘薯品种间淀粉
和干粉的变化趋势基本相同。不同的是 ,淀粉样品可
溶性总糖出现急剧变化是在剂量 100kGy前后 ,此后
总糖量增长幅度较大 ; 干粉样品中总糖含量在
1000kGy之前上升较为平稳 , 1000kGy后才出现急剧
升高趋势。
图 3　辐照前后甘薯样品可溶性总糖含量变化趋势
Fig. 3　Variation trend of total soluble sugar
contents in sweet potato treated by radiation
3　讨论
经扫描电镜检测 ,甘薯淀粉与干粉颗粒经一定剂
量辐照后 ,表面均出现裂痕。随着辐照剂量的增加 ,甘
薯淀粉的还原糖与可溶性总糖含量均表现出一个明显
的从无到有的过程 ,且当辐照剂量达到 500kGy时 ,其
糖化效率大幅度增高。甘薯干粉经辐照后 ,其糖化率
也随着处理剂量的增大逐渐升高。这说明辐照可能通
过破坏淀粉颗粒结构 ,促进其降解形成还原糖及其他
可溶性糖。另外 ,经相同强度辐照后的 2种材料中 ,无
论是甘薯淀粉还是甘薯干粉 ,可溶性总糖含量始终高
于还原糖含量。这说明 , 60Coγ辐照除了将淀粉降解
成还原糖外 ,还可能将其降解成了其他非还原可溶性
糖类。
产生这样结果的原因可能是由于淀粉经 60Coγ辐
照后发生分解反应 ,且伴随着氧化、水解等过程。淀粉
分子的α21, 4糖苷键在吸收辐射能后发生断裂和氧
化 ,甚至可能会切断 C2 2C3 键的连接并将其氧化成羧
基 ,形成的自由基往往还会引发糖苷键的转移和再
聚 [ 37 ]。从扫描电镜检测结果来看 , 60Coγ辐照对甘薯
淀粉和干粉颗粒结构均有一定的影响 ,随着辐照剂量
的不断增大 ,龟裂程度不断加深 ,这些裂纹的产生是由
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于淀粉颗粒中α21, 4糖苷键断裂所致。化学键的断裂
直接促进了淀粉的降解 ,进而表现出样品的糖化率随
着辐照剂量的加大而不断升高的现象。从糖化的结果
也可以看出 ,经 500kGy剂量处理后 ,还原糖和可溶性
总糖含量急剧上升 ,表明此剂量下淀粉结构开始被破
坏 ;当剂量增加到 1200kGy时 ,糖化率达到近 70% ,表
明此剂量下淀粉被破坏的程度十分严重 ,这一结论与
电镜检测结果相符合。
从本文试验结果来看 ,糖化效率随着辐照剂量的
增大不断提高 ,笔者之所以未进一步增大辐照剂量 ,主
要是考虑到过高的辐照可能会使还原糖进一步降解成
非糖类物质 ,从而对糖化产生不利影响。
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