不同提取方法對(duì)菠蘿蜜種子淀粉性質(zhì)的影響

胡美杰　張彥軍　初眾　譚樂和　趙晶　付莉莉

摘 要 本實(shí)驗(yàn)采用濕磨法、酶法、表面活性劑法、堿法4種方法提取菠蘿蜜種子淀粉，研究不同提取方法對(duì)菠蘿蜜種子淀粉性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：濕磨法（SMF）、堿法（氫氧化鈉和硫代硫酸鈉）、酶法（P7、PBS、ANP、SDN、PBL、P6）、表面活性劑法的提取率分別為18.92%、64.46%、63.82%、55.30%、66.68%、43.57%、46.89%、52.48%、41.03%、70.55%；淀粉膨脹力和溶解性隨著溫度升高而升高；溶解度和膨脹力均顯示濕磨法最高。以淀粉提取率為指標(biāo)，確定中性蛋白酶（Protex-7L）法為菠蘿蜜種子淀粉提取的方法。

關(guān)鍵詞 菠蘿蜜種子；淀粉；不同提取方法

中圖分類號(hào) TS255 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract This paper investigated the effect of extraction methods of jackfruit seed starch on its physico-chemical properties including methods of the wet grinding， alkali， surfactant and protease extraction. The results showed that the extraction rate of wet grinding， alkali（sodium hydroxide and sodium thiosulfate）， protease（P7， PBS， ANP， SDN， PBL， P6）， surfactant were 18.92%， 64.46%， 63.82%， 55.30%， 66.68%， 43.57%， 46.89%， 52.48%， 41.03%， 70.55%. Swelling and solubility of starch increased with increasing temperature. The wet-grinding method had highest solubility and swelling power. Neutral protease（Protex-7L）was chosen to be the best method to extract the jackfruit seed starch based on above results.

Key words Jackfruit seeds；Starch；Different extraction methods

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.06.028

菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllus Lam）又名木菠蘿、樹菠蘿，屬?？乒鹉緦俪＞G喬木。1 000多年前被引入中國(guó)，其中海南種植最多，其它地區(qū)多為分散性栽培[1]。種子約占整個(gè)菠蘿蜜體積的1/3，呈橢圓形，大如板栗，其富含淀粉，約占干重的52%～58%，是有待開發(fā)利用的淀粉資源。菠蘿蜜種子除利用其進(jìn)行選種、引種外大多都沒有得到利用，無(wú)疑是淀粉資源的浪費(fèi)[2]。國(guó)內(nèi)外常用的淀粉提取方法主要有濕磨法，堿法，酶法和表面活性劑法。2000年，譚樂和[3]在研究菠蘿蜜理化性質(zhì)時(shí)，采用濕磨法提取菠蘿蜜種子淀粉。而濕磨法提取率較低，同時(shí)蛋白質(zhì)殘留量較高。堿法分離過程會(huì)產(chǎn)生大量的堿性廢液，給水處理增加很大負(fù)擔(dān)，易造成環(huán)境污染。Tran等[4]， Lima等[5]和Phrukwiwattanakul[6]報(bào)道了堿法提取菠蘿蜜種子淀粉， 2014年Fateatun Noor[7]采用α-淀粉酶提取菠蘿蜜種子淀粉。關(guān)于菠蘿蜜種子淀粉制備的適宜方法研究尚未見報(bào)道，因此本試驗(yàn)通過濕磨法、堿液、表面活性劑、蛋白酶等方法提取淀粉，比較菠蘿蜜種子淀粉的得率、溶解性、膨潤(rùn)特性等，對(duì)不同的提取方法給予評(píng)價(jià)，為菠蘿蜜種子淀粉的提取和加工利用提供一定的理論依據(jù)。以期獲得經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的淀粉生產(chǎn)過程，適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料 菠蘿蜜種子（馬來(lái)西亞1號(hào)）：2015年7月由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所提供。

1.1.2 試劑 Protex-7L（P7，Novozyme公司）；Protex-6L（P6，Novozyme公司）；Protease from Bacillus licheniformis（PBL美國(guó)Sigma公司）；Protease from Bacillus sp（PBS，美國(guó)Sigma公司）；中性蛋白酶SD-NY10（SDN日本天野酶制劑）；中性蛋白酶Alphalase NP（ANP，丹尼斯克）；十二基烷硫酸鈉（B美國(guó)Sigma公司）；其它試劑均為分析純。

1.1.3 設(shè)備儀器 BX51正立熒光顯微鏡（日本奧林巴斯公司）；NDA701杜馬斯定氮儀（意大利VELP）；DK-98-II電子調(diào)溫電爐（天津泰斯特儀器有限公司）；AL104電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；MB45快速水分測(cè)定儀（梅特勒-托利多儀器有限公司）；Scientz-18ND冷凍干燥機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）；DHG-9625A電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海-恒科學(xué)儀器有限公司）；HHS-8S電熱恒溫水浴鍋（上海宜昌儀器紗篩廠）；1024數(shù)顯恒溫水浴振蕩器（丹麥福斯）；DLSB-5L/10低溫冷卻循環(huán)泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；SHB-ⅢS循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）；LXJ-IIB離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）；80膠體磨（上?？苿跈C(jī)械廠）。

1.2 方法

1.2.1 濕磨法 將新鮮的菠蘿蜜種子放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干1.5 h，外皮略干內(nèi)皮濕潤(rùn)時(shí)快速去皮。加入蒸餾水，于多功能磨漿機(jī)進(jìn)行粗粉碎，所得粗漿于膠體磨研磨2 min。打漿后進(jìn)行離心，棄去上層清液，收集沉淀物進(jìn)行冷凍干燥，保存待用。

1.2.2 堿液提取法 根據(jù)Kittipongpatana等[8]的方法做適當(dāng)修改。將濕磨法的沉淀物與0.2%的NaOH溶液以1 ∶ 5的比例混合，置于搖床上（50 ℃）反應(yīng)36 h，反應(yīng)結(jié)束后過80目篩，濾渣再水洗過濾兩次，合并濾液離心（3 000 r/min， 5 min），刮去沉淀物上層褐色皮，經(jīng)水洗多次。抽濾后真空干燥（-30 ℃到0 ℃冷凍3 h，50 ℃恒溫真空干燥10 h）。

1.2.3 蛋白酶提取法 根據(jù)王文高等[9]用不同蛋白酶提取大米淀粉的方法做適當(dāng)修改，將濕磨法的沉淀物與0.1%蛋白酶溶液以1 ∶ 5的比例混合，置于搖床上（50 ℃）反應(yīng)36 h，反應(yīng)結(jié)束后過80目篩，濾渣再水洗過濾兩次，合并濾液離心（3 000 r/min， 5 min），刮去沉淀物上層褐色皮，沉淀水洗多次。抽濾后真空干燥（-30 ℃到0 ℃冷凍3 h，50 ℃恒溫真空干燥10 h）。

1.2.4 十二烷基硫酸鈉提取法（又稱表面活性劑法） 根據(jù)李玥[10]大米淀粉制備的方法做適當(dāng)修改。將濕磨法的沉淀物與1.2%的表面活性劑（SDS）溶液以1 ∶ 5的比例混合，置于搖床上（50 ℃）反應(yīng)36 h，反應(yīng)結(jié)束后過80目篩，濾渣再水洗過濾兩次，合并濾液離心（3 000 r/min， 5 min），刮去沉淀物上層褐色皮，沉淀水洗多次。抽濾后真空干燥（-30 ℃到0 ℃冷凍3 h，50 ℃恒溫真空干燥10 h）。

1.2.5 菠蘿蜜種子淀粉化學(xué)成分分析 水分含量的測(cè)定：快速水分測(cè)定儀；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：杜馬斯燃燒定氮儀[11]；脂類含量的測(cè)定：索氏抽提法，GB/T22427.3-2008淀粉總脂肪測(cè)定[12]；淀粉含量的測(cè)定：酸水解法，GB/T5009.9-2008食品中淀粉的測(cè)定[13]。

1.2.6 菠蘿蜜種子淀粉提取率的測(cè)定 菠蘿蜜種子淀粉提取率=提取得到的菠蘿蜜種子淀粉質(zhì)量（干基）/原料中菠蘿蜜種子中淀粉含量（干基）×100%。

1.2.7 菠蘿蜜種子淀粉形貌觀察 根據(jù)Zhang等[15]的方法，采用BX51正立熒光顯微鏡觀察淀粉分子結(jié)構(gòu)。將淀粉樣品配成1%的淀粉乳，滴于載玻片上，蓋上蓋玻片，置于顯微鏡樣品臺(tái)上，觀察淀粉顆粒的形貌。

1.2.8 菠蘿蜜種子淀粉溶解度和膨脹力的測(cè)定 采用Li等[16]的方法來(lái)測(cè)定淀粉樣品的溶解度和膨脹度。稱取0.1 g淀粉，加10 mL水于離心管中，分別在55、65 、75、85、95 ℃的恒溫水浴鍋中保持30 min，冷卻離心（3 000 r/min，20 min），將上層清液置于烘箱中105 ℃烘干至恒重記為A，并稱重離心殘留物記為P。按下列公式計(jì)算其溶解度和膨脹力。

式中，

W—淀粉樣品質(zhì)量，以干基計(jì)；g

A—上層清液中淀粉質(zhì)量，以干基計(jì)；g

P—離心管中淀粉質(zhì)量，以干基計(jì)；g

2 結(jié)果與分析

2.1 菠蘿蜜種子淀粉的提取率

課題組前期實(shí)驗(yàn)研究表明[15]，菠蘿蜜種子中的淀粉含量為58%，其直鏈淀粉的含量為35.31%，支鏈淀粉含量為64.69%。由表1結(jié)果可知，濕磨法、堿法（氫氧化鈉和硫代硫酸鈉）、酶法（P7、PBS、ANP、SDN、PBL、P6）、表面活性劑法制得菠蘿蜜種子淀粉樣品中淀粉的提取率分別為18.92%、64.46%、63.82%、55.30%、66.68%、43.57%、46.89%、52.48%、41.03%、70.55%。菠蘿蜜種子淀粉樣品中淀粉的提取率最高的是表面活性劑法提取得到的淀粉樣品，表面活性劑法是實(shí)驗(yàn)室制備淀粉的常用方法。酶法制得的菠蘿蜜種子淀粉提取率變化范圍是從41.03%到66.68%。與堿法、表面活性劑法相比，酶法制得的菠蘿蜜種子淀粉提取率最低，比堿法降低22.79%，比表面活性劑法降低29.52%。與濕磨法相比，酶法制得的菠蘿蜜種子淀粉提取率較高。酶法分離淀粉和蛋白的原理是將淀粉外包裹的蛋白質(zhì)水解，使蛋白質(zhì)體與淀粉的結(jié)合變疏松，從而分離。酶法所制得淀粉提取率均低于堿法和表面活性劑法的原因可能是由于菠蘿蜜種子淀粉結(jié)構(gòu)緊密，蛋白質(zhì)體不易于淀粉分離。

2.2 菠蘿蜜種子淀粉的蛋白質(zhì)和脂肪殘留量

由表1結(jié)果可知，所有菠蘿蜜種子淀粉中蛋白質(zhì)的殘留量的變化范圍是從0.89%到3.68%，其中蛋白質(zhì)殘留量最高的是采用濕磨法提取的菠蘿蜜種子淀粉，為3.68%，其次為采用表面活性劑法提取的菠蘿蜜種子淀粉，為2.16%。酶法制得的菠蘿蜜種子淀粉中蛋白質(zhì)的殘留量的變化范圍是從0.96%到1.27%。堿法（氫氧化鈉和硫代硫酸鈉）制得的菠蘿蜜種子淀粉中蛋白質(zhì)的殘留量分別是是0.89%、1.13%，其中堿法（氫氧化鈉）是所有方法提取菠蘿蜜種子淀粉中蛋白質(zhì)的殘留量最低的。

菠蘿蜜種子中脂肪的含量較少，酶法、堿法、濕磨法與表面活性劑法提取菠蘿蜜種子淀粉比較，脂肪殘留量有顯著性差異（p<0.05）。用中性蛋白酶（Protease from Bacillus sp）提取菠蘿蜜種子淀粉的脂肪殘留量較大，為0.87%。

2.3 顯微鏡觀察菠蘿蜜種子淀粉顆粒的形貌

圖1顯示，菠蘿蜜種子淀粉顆粒多呈半球形和球形，粒徑在5～14 μm[15]，淀粉顆粒在偏光顯微鏡下顯示顯著的馬耳他十字，并且該十字隨偏光鏡的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，這是由于淀粉顆粒內(nèi)存在結(jié)晶區(qū)所致，正如課題組前期實(shí)驗(yàn)研究表明，菠蘿蜜種子淀粉顆粒屬于A型結(jié)晶[15]。菠蘿蜜種子淀粉顆粒比較小，在5～14 μm之間，具有非常顯著的馬耳他十字現(xiàn)象。偏光十字是考察淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)完整性較為直觀的方法，酶法提取菠蘿蜜種子淀粉顆粒的偏光十字均較為完整，且交叉點(diǎn)基本在淀粉顆粒中央，淀粉的偏光十字多呈垂直十字形、少部分呈斜十字交叉形，呈現(xiàn)完整的球形和半球形狀。表面活性劑法與堿法提取的菠蘿蜜種子淀粉的呈斜十字交叉形，粒徑較小，且出現(xiàn)很多不完整的顆粒。不同提取方法的菠蘿蜜種子的淀粉的偏光十字的亮度有一定差異，酶法提取的淀粉的偏光十字比堿法，表面活性劑法亮，且較均勻，相比于酶法和表面活性劑法，堿法提取的菠蘿蜜種子淀粉顆粒粒徑最小，且最不完整。

2.4 菠蘿蜜種子淀粉的溶解度和膨脹力的分析

淀粉的溶解主要是直鏈淀粉從膨脹的淀粉顆粒中逸出后分散在水中導(dǎo)致的結(jié)果，而淀粉膨脹力則反映了支鏈淀粉吸水的特性。淀粉的溶解和膨脹與淀粉的分子大小、形態(tài)、直鏈和支鏈淀粉的比例以及支鏈淀粉中長(zhǎng)鏈、短鏈所占的比例、溫度等有關(guān)所占的比例有關(guān)[18]。

從圖2和3可知，淀粉膨脹力和溶解性隨著溫度升高而升高顯示出溫度依賴性，在55 ℃時(shí)，堿法（氫氧化鈉和硫代硫酸鈉）、酶法（P7、PBS、ANP、SDN、PBL、P6）、表面活性劑法、濕磨法的溶解度和膨脹力分別為1.19 g/g、0.24 g/g、1.03 g/g、0.58 g/g、0.43 g/g、0.80 g/g、0.61 g/g、0.59 g/g、0.79 g/g、5.98 g/g和4.30 g/g、3.46 g/g、2.99 g/g、3.34 g/g、3.22 g/g、2.66 g/g、3.39 g/g、3.62 g/g、3.64 g/g、19.34 g/g；在95 時(shí)，堿法（氫氧化鈉和硫代硫酸鈉）、酶法（P7、PBS、ANP、SDN、PBL、P6）、表面活性劑法、濕磨法的溶解度和膨脹力分別為5.40 g/g、5.85 g/g、6.35 g/g、5.98 g/g、7.31 g/g、8.89 g/g、7.03 g/g、5.54 g/g、10.41 g/g、4.79 g/g和12.60 g/g、13.16 g/g、12.08 g/g、12.93 g/g、13.44 g/g、13.59 g/g、12.07 g/g、11.24 g/g、16.66 g/g、21.87g/g。55 ℃～65 ℃膨脹力和溶解性變化不顯著，當(dāng)超過75 ℃，其顯著增加。溫度從75 ℃升高到95 ℃，菠蘿蜜種子淀粉的溶解度和膨脹力都呈劇烈上升趨勢(shì)。

3 討論與結(jié)論

濕磨法所制得的菠蘿蜜種子淀粉中淀粉的提取率最低，同時(shí)蛋白質(zhì)和脂肪殘留量較高。堿法所制得的菠蘿蜜種子淀粉中淀粉的提取率較高，脂肪和蛋白質(zhì)含量低。堿法提取菠蘿蜜種子淀粉中蛋白質(zhì)含量最低原因是由于堿液對(duì)蛋白質(zhì)分子間的次級(jí)鍵特別是氫鍵有破壞作用，可使某些極性基團(tuán)發(fā)生解離，致使蛋白質(zhì)分子表面具有相同的電荷，從而對(duì)蛋白質(zhì)分子有增溶作用，降低蛋白質(zhì)的殘留量[19-20]。但堿法制備菠蘿蜜種子淀粉時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量堿液，造成環(huán)境污染。表面活性劑法蛋白質(zhì)和脂肪含量較高，淀粉的提取率高。但表面活性劑法只適用于實(shí)驗(yàn)室，綜上以上三種方法不適于菠蘿蜜種子淀粉工業(yè)化生產(chǎn)。酶法所制得的菠蘿蜜種子淀粉中淀粉的提取率居中，蛋白質(zhì)殘留量低。其中Protease from Bacillus sp法提取率高，但蛋白質(zhì)和脂肪殘留量也高，而Protex-7L法提取率僅次于Protease from Bacillus sp法，蛋白質(zhì)和脂肪殘留量低。淀粉顆粒在偏光顯微鏡下顯示顯著的馬耳他十字，并且該十字隨偏光鏡的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，該結(jié)果與趙凱和Madrigal-Aldana[21-22]報(bào)道的文獻(xiàn)一致。這說(shuō)明四種方法制備的菠蘿蜜種子淀粉未糊化，是純天然淀粉。四種方法所制備的菠蘿蜜種子淀粉的膨脹力和溶解性隨溫度的升高而升高，這是因?yàn)闇囟鹊纳撸墒沟矸垲w粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞加劇淀粉顆粒結(jié)晶區(qū)中斷裂的氫鍵數(shù)目增多，使得游離水更易于滲入淀粉顆粒內(nèi)部[23]，因此溶解度和膨脹力提高。淀粉的溶解度與淀粉的透明度有關(guān)，淀粉的溶解度越大，淀粉糊中存在能引起光線折射的未膨脹糊化的顆粒狀淀粉越少，淀粉糊的透明度越大。通過對(duì)比不同提取方法（濕磨法、堿法、酶法、表面活性劑法）對(duì)菠蘿蜜種子淀粉性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：酶法（Protex-7L）為菠蘿蜜種子淀粉提取的最佳方法，是經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的淀粉生產(chǎn)過程，適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)。

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