青稞淀粉的提取工藝優(yōu)化研究

劉新興，李建穎，趙彥巧，王凱

（天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300134）

青稞（HordeumvulgareL.var.nudumHook.f.），是大麥的一種，又稱裸大麥、元麥[1]，在西藏、青海等省份廣為種植，是藏民最為重要的糧食產(chǎn)物[2]。在糧食作物中，青稞具有高蛋白質(zhì)、高纖維、高維生素、低脂肪、低糖等特點(diǎn)。淀粉平均含量為59.25%，蛋白質(zhì)含量平均值為11.31%，β-葡聚糖平均含量為5%，遠(yuǎn)高于其他谷類作物，粗脂肪平均含量為2.13%，此外還含有豐富的水分，纖維和微量元素[3]。

隨著人們對青稞中β-葡聚糖的深入研究，對其保健功能認(rèn)識程度的加深，及其在預(yù)防糖尿病、高血壓、肝病、心血管等疾病方面所具有的奇特功效[4]，青稞的保健制品更加激起了人們開發(fā)和研究的興趣。而青稞中含量最高的淀粉卻很少進(jìn)入人們的視線。實(shí)際上與其他谷類作物相比，青稞淀粉成分非常獨(dú)特。青裸中平均含有55.25%的淀粉，其中普遍含有74%～78%的支鏈淀粉，近年西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院培育的新品種青稞25支鏈淀粉達(dá)到或接近100%[5]。支鏈淀粉含大量凝膠黏液，加熱后呈弱堿性，對胃酸過多有抑制作用，在醫(yī)學(xué)上有著重要應(yīng)用。同時(shí)還可作為優(yōu)良的增稠劑、乳化劑、黏著劑、懸浮劑而廣泛的用于食品、造紙、紡織和黏著劑工業(yè)[6-7]。本實(shí)驗(yàn)利用NaOH對青稞面粉中的淀粉進(jìn)行提取，同時(shí)通過單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)來獲得最佳的提取工藝，為提高青稞淀粉的附加值及對直鏈、支鏈淀粉的分離打下良好的基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

短芒黑青稞粉：香格里拉縣購得；氫氧化鈉：天津市德恩化學(xué)試劑有限公司提供；碘化鉀，鹽酸，乙醇，其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DL-6000B低速冷凍大容量離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；AUY220分析天平：日本島津制作所；DZF-6050B真空干燥箱：上海一恒科技有限公司；PHS-3B酸度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；FWLOO高速粉碎機(jī)：天津市特斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉的提取

取一定量青稞粒，用高速粉碎機(jī)粉碎后制成原料青稞粉，過100目篩，按1∶5（g/mL）的固液比添加質(zhì)量濃度為0.4%的NaOH溶液，攪拌，浸泡一定時(shí)間后（2 h），用鹽酸溶液滴定至中性（此時(shí)混合物呈淡粉色），再用離心機(jī)（ 5000 r/min）離心10 min，去掉深黃色上層黏稠液體和暗黃色表層，并將黃色上層物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一只離心管中，分別用去離子水清洗兩只離心管中的沉淀物，再次分別離心，去掉上層深黃色粘稠液體，之后重復(fù)離心清洗3次，分別取下層白色物質(zhì)收集在一起，用蒸餾水再次清洗多次，離心，去掉淡黃色表層，收集下層白色固體，即可獲得最大的淀粉提取效果，用95%的乙醇進(jìn)行洗滌，抽濾，隨后置于表面皿中自然干燥16 h即可獲得青稞淀粉[9-10]。

1.3.2 淀粉提取率的計(jì)算

式中：m為提取的淀粉的質(zhì)量，g；M為原料的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞淀粉的提取

2.1.1 青稞淀粉提取工藝單因素試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，確定影響青稞淀粉提取率的3個(gè)因素：固液比、NaOH質(zhì)量濃度、NaOH浸提時(shí)間的3個(gè)不同水平，并做出正交試驗(yàn)因素水平表。

2.1.1.1 固液比對青稞淀粉提取率的影響

為了檢測不同固液比對青稞淀粉提取率的影響，本試驗(yàn)在固液比分別為 1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7（g/mL），常溫下浸泡時(shí)間2 h，加入質(zhì)量濃度為0.4%的NaOH溶液的條件下分別對青稞淀粉進(jìn)行提取。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，青稞淀粉的提取率隨固液比的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)固液比為1∶5（g/mL）時(shí)青稞淀粉的提取率最高。這是因?yàn)檫m度的固液比有利于青稞蛋白的溶解。但隨著液體量的增加，乳液的堿濃度降低，致使蛋白質(zhì)不能被堿液溶解出來，從而降低了青稞淀粉的提取效率。故固液比不能太大，應(yīng)選在 1∶5（g/mL）附近。

圖1 固液比對青稞淀粉提取率的影響Fig.1 Solid-liquid ratio on the yield of hullessbarleystarch

2.1.1.2 NaOH濃度對青稞淀粉提取率的影響

為了檢測不同NaOH濃度對青稞淀粉提取率的影響，在NaOH質(zhì)量濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，固液比為 1∶5（g/mL），常溫下浸泡時(shí)間2 h的條件下分別對青稞淀粉進(jìn)行提取。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 NaOH質(zhì)量濃度對青稞淀粉提取率的影響Fig.2 NaOH concentration on the yield of hullessbarley starch

從圖2可以看出，青稞淀粉的提取率隨NaOH質(zhì)量濃度的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)NaOH質(zhì)量濃度在0.4%左右時(shí)，青稞淀粉的提取率最高。這是因?yàn)榍囡泻孔罡叩墓鹊鞍诪閴A溶性蛋白，易溶于堿液。但隨著NaOH質(zhì)量濃度的增加，青稞淀粉開始出現(xiàn)糊化現(xiàn)象，從而影響了提取率。故提取青稞淀粉時(shí)NaOH的質(zhì)量濃度不能太高，應(yīng)選擇在0.4%附近。

2.1.1.3 浸提時(shí)間對青稞淀粉提取率的影響

為了測定不同的NaOH浸提時(shí)間對青稞淀粉提取率的影響，試驗(yàn)選擇常溫下浸泡時(shí)間分別為1、2、3、4、5 h，固液比為 1 ∶5（g/mL），NaOH 質(zhì)量濃度為 0.4%的條件下分別對青稞淀粉進(jìn)行提取。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 NaOH浸提時(shí)間對青稞淀粉提取率的影響Fig.3 Different extraction time on the yield of hullessbarley starch

從圖3可以看出，青稞淀粉的提取率隨NaOH浸提時(shí)間的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)浸提時(shí)間為3 h時(shí)，青稞淀粉的提取率最高。這是隨著時(shí)間的延長，青稞淀粉受到了NaOH溶液的腐蝕，青稞的結(jié)構(gòu)遭到了破壞，不利于蛋白從淀粉中分離出來，從而影響了青稞淀粉提取率的增加。故提取青稞淀粉時(shí)，浸提時(shí)間不能太長，應(yīng)控制在在3 h左右。

2.1.2 青稞淀粉提取率最佳工藝條件確定

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行三因素三水平L9（33）試驗(yàn)分析，確定最佳的青稞淀粉提取工藝條件。因素水平如表1。

表1 青稞淀粉提取正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，極差與方差分析見表3、表 4。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of orthogonal experiment

表3 正交試驗(yàn)極差分析表Table 3 Range analysis of orthogonal experiment

續(xù)表3 正交試驗(yàn)極差分析表Continue table 3 Range analysis of orthogonal experiment

表4 正交試驗(yàn)方差分析表Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

從表3青稞淀粉提取率的極差分析可知，對淀粉提取效果影響最大的因素是C（NaOH浸提時(shí)間），其次是B（NaOH質(zhì)量濃度），A（固液比）影響最小，即C＞B＞A。

A因素的最佳條件是A2，說明固液比對試驗(yàn)結(jié)果的影響是比較小的，在一定條件下固液比的增加，能提高青稞蛋白質(zhì)的提取效率。

B因素的最佳條件是B3，說明NaOH質(zhì)量濃度對試驗(yàn)的影響是比較大的，在一定范圍內(nèi)提高其濃度，能有效的降低青稞中蛋白質(zhì)的含量，但濃度也不宜過高。

C因素的最佳條件是C3，說明浸提時(shí)間對本試驗(yàn)的影響是最大的，但考慮到時(shí)間成本和淀粉糊化程度，時(shí)間也不易太長。

由表4中方差分析的結(jié)果可知，在0.01的顯著性水平下，因素C（NaOH浸提時(shí)間）對淀粉的提取率有著極顯著的影響，在0.05的顯著性水平下，因素B（NaOH質(zhì)量濃度）對淀粉提取率有著顯著影響，這說明NaOH浸提時(shí)間和NaOH質(zhì)量濃度對青稞淀粉的提取率有著非常重要的影響。

由表4中F值的大小也可以得出影響青稞淀粉提取率的4個(gè)因素的主次排序：C＞B＞A，即影響淀粉提取效果的3個(gè)因素的主次排序是：C（NaOH浸提時(shí)間），其次是B（NaOH 質(zhì)量濃度），A（固液比），這與極差分析的結(jié)論相一致。

綜合以上因素考慮，確定最優(yōu)工藝條件組合為C3B3A2，即NaOH浸提時(shí)間為4 h、NaOH質(zhì)量濃度為0.5%、固液比為 1 ∶5（g/mL）。

3 結(jié)論

通過對青稞淀粉的提取條件進(jìn)行正交試驗(yàn)的優(yōu)化研究，初步確定最佳提取條件為：固液比1∶5（g/mL）、NaOH質(zhì)量濃度0.5%、NaOH浸提時(shí)間4 h，在此條件下提取率可達(dá)到49.43%。利用NaOH對青稞淀粉進(jìn)行提取，技術(shù)路線相對簡單，且提取率較高，是一種值得推廣的工藝流程。

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