不同提取方法對苦蕎淀粉理化特性的影響

張偉麗，白文明，王鵬科，楊清華，任慧莉，高金鋒

（西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點實驗室，陜西楊凌712100）

苦蕎（Fagopyrum tataricum L.Gaertn）屬于蓼科蕎麥屬，起源于中國西南部和喜馬拉雅山[1]。我國是世界苦蕎的主產(chǎn)區(qū)，栽培歷史悠久，種植區(qū)主要集中在西南地區(qū)的四川、云南、貴州以及西北地區(qū)的山西、陜西、寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古等省區(qū)[2]?？嗍w具有豐富的營養(yǎng)價值，是一種醫(yī)食同源作物[3]。隨著生活水平的不斷提高，人們對苦蕎的需求正日益增加[4]。淀粉是苦蕎的主要組分，含量約為70%，其理化特性影響著苦蕎麥制品的功能和營養(yǎng)特性[5-6]。

目前，提取淀粉的方法主要有堿提法、水提法、表面活性劑浸泡法、酶法、超聲波法等。高粱、綠豆、扁豆淀粉的提取常采用水提法，水提法屬于物理提取法，可最大程度地保留淀粉的原有品質(zhì)，但是蛋白質(zhì)殘留率較高；大米、燕麥淀粉則采用堿提法提取，這種方法得到的淀粉糊化溫度會有所降低，且易污染環(huán)境；小米淀粉則采用表面活性劑浸泡法提取，淀粉中蛋白質(zhì)殘留量低，糊化黏度較高，膨潤力好；酶法環(huán)保，但成本高、生產(chǎn)周期長、效率較低[7]。堿液提取法是目前最常用的苦蕎淀粉制備方法，但是堿處理可以不同程度改變淀粉顆粒的片晶結(jié)構(gòu)、物理特性和消化性能等[8-10]。王琳等研究表明不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)堿液處理會對蕎麥淀粉物理特性造成顯著影響，尤其是堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.24%的時候[11]。王穎等研究了不同提取工藝對糜子淀粉糊化特性的影響，發(fā)現(xiàn)與水提法相比，堿提法提取的糜子淀粉含量、白度、峰值黏度均有所提高，淀粉熱糊穩(wěn)定性、抗老化能力分別降低1.05%和25.1%，糊化溫度降低8.05℃[12]。劉航等采用響應(yīng)面分析法，優(yōu)化淀粉制備過程中超聲波輔助清除黃酮工藝[13]；陳燕等研究并優(yōu)化了酶法提取苦蕎淀粉工藝[14]。目前，關(guān)于苦蕎淀粉提取方法的研究較少，鮮有報道。因此，本試驗通過堿提法、水提法、小蘇打提取法等3種方法提取苦蕎淀粉，比較其提取的苦蕎淀粉顆粒形態(tài)、直鏈淀粉含量、透明度、凝沉特性、溶解度、糊化特性等基本理化特性差異，以期獲得適宜的苦蕎淀粉提取方法，旨在為苦蕎淀粉提取工藝及加工利用提供技術(shù)參考。

1 材料與儀器

1.1 試驗材料與試劑

試驗材料所用苦蕎品種為西農(nóng)9940，由西北農(nóng)林科技大學(xué)小宗糧豆課題組提供，為2015年收獲籽粒。選取大小均勻一致，籽粒飽滿，色澤正常的籽粒500 g，用于淀粉提取。

所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

KQ－500DE型數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；Blue Star B分光光度計：北京萊伯泰科儀器股份有限公司；DA7250近紅外分析儀：波通瑞華科學(xué)儀器（北京）有限公司；RVA－4500快速黏度分析儀：波通瑞華科學(xué)儀器（北京）有限公司；SEM－6360LV掃描電鏡：日本JEOL公司；SF-TDL-5A低速臺式大容量離心機(jī)：上海菲恰爾分析儀器有限公司；FW-100D高速萬能粉碎機(jī)：天津鑫博得儀器有限公司；DGX－9243B電熱鼓風(fēng)干燥箱：上?，槴\實驗設(shè)備有限公司。

2 方法

2.1 堿提法

利用劉瑞[15]的方法，精選苦蕎籽粒500 g，用高速萬能粉碎機(jī)磨粉，過100目篩。按固液比1∶20（g/mL）添加體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇，50℃下，功率為500 W的超聲波處理30 min對苦蕎麥粉中的黃酮類物質(zhì)進(jìn)行清除。再以1∶10（g/mL）固液比加入0.3%NaOH溶液，在30℃下磁力攪拌15 min后，置25℃下浸泡22 h后，過200目篩除去粗纖維和其他雜質(zhì)，得到淀粉粗漿。4 000 r/min離心15 min，去除上清液，再用0.3%的NaOH溶液洗滌淀粉沉淀，重復(fù)上述操作3次。蒸餾水水洗3遍去除蛋白質(zhì)，用0.1 mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH至7.0，在40℃烘箱干燥得到苦蕎淀粉，收集置于4℃冰箱中備用。

2.2 水提法

參考并改進(jìn)李新華等[16]的方法，精選苦蕎籽粒500 g，脫殼后用高速萬能粉碎機(jī)磨粉，過200目篩得到苦蕎面粉。按固液比1∶20（g/mL）添加體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇，50℃下，功率為500 W的超聲波處理30 min對苦蕎麥粉中的黃酮類物質(zhì)進(jìn)行清除。再以1∶10（g/mL）固液比加入蒸餾水，置30℃水浴鍋下浸泡18 h除去蛋白質(zhì)，靜置幾分鐘，然后倒掉上部懸濁液，置于40℃烘箱干燥。用石油醚除去脂肪，后用乙醇洗去多余的石油醚，最后反復(fù)用水洗，置于離心機(jī)內(nèi)，4 000 r/min離心10 min，去除上清液，刮去上層灰色物質(zhì)，直至只剩下白色物質(zhì)，將下部白色物質(zhì)倒在培養(yǎng)皿或燒杯中，在40℃烘箱干燥24 h，即得到苦蕎淀粉，收集后裝袋置于4℃冰箱中備用。

2.3 小蘇打提取法

參照水提法[15]和堿提法[16]，精選苦蕎籽粒500 g，用高速萬能粉碎機(jī)磨粉，過200目篩。按固液比1∶20（g/mL）添加體積分?jǐn)?shù) 80%的乙醇，50 ℃下，功率為500 W的超聲波處理30 min對苦蕎麥粉中的黃酮類物質(zhì)進(jìn)行清除。再以1∶10（g/mL）固液比加入0.3%NaHCO3溶液，置30℃水浴鍋下浸泡18 h除去蛋白，靜置幾分鐘，然后倒掉上部懸濁液，置于40℃烘箱干燥。用石油醚除去脂肪，后用乙醇洗去多余的石油醚，最后反復(fù)用水洗，置于離心機(jī)內(nèi)，以4000r/min離心10 min，去除上清液，刮去上層灰色物質(zhì)，直至只剩下白色物質(zhì)，將下部白色物質(zhì)倒在培養(yǎng)皿或燒杯中，在40℃烘箱干燥24 h，即得到苦蕎淀粉，收集后裝袋置于4℃冰箱中備用。

2.4 苦蕎淀粉的顆粒形態(tài)

取少量淀粉均勻地灑在雙面膠上并固定于載物臺，真空條件下用離子濺射噴鍍儀將其噴金，于真空干燥器中干燥保存。測樣時，用JSM-6360LV高分辨掃描電鏡觀察淀粉粒形態(tài)與結(jié)構(gòu)。電鏡加速電壓為10 kV，放大倍數(shù)為1 000倍[17]。

2.5 苦蕎淀粉中直鏈淀粉含量

稱取樣品0.100 0 g，置于試管中，加0.5 mol/L KOH溶液10 mL，置于沸水浴充分?jǐn)嚢?0 min，以蒸餾水定容至50 mL靜置。吸取樣品液2.5 mL兩份（即樣品測定液和空白液），均加蒸餾水30 mL，以0.1 mol/L HCl溶液調(diào)至pH 3.5左右，樣品中加入碘試劑0.5mL，空白液不加碘試劑，然后均定容至50mL。靜置30 min，以樣品空白液為對照，用l cm比色杯，分別測定480、550 nm時的吸光度。以標(biāo)準(zhǔn)直鏈淀粉按同樣方法得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=5.295 9x-0.023 8，R=0.996 9，式中：y為兩個波長下測得樣品吸光度之差；x為樣品中直鏈淀粉含量。通過標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及測得的樣品吸光度值計算淀粉樣品中直鏈淀粉含量。

2.6 苦蕎淀粉透明度測定

精確稱取1.000g淀粉，配制質(zhì)量濃度為1.0%的淀粉乳，置于沸水浴中加熱15min，攪拌并使淀粉糊化完全后，冷卻至25℃，以蒸餾水作為空白，在620 nm波長下，用分光光度計測定淀粉糊的透光率[18]。

2.7 苦蕎淀粉糊的凝沉曲線

精確稱取1.000 g淀粉，配制質(zhì)量濃度為1.0%的淀粉乳20 mL，置于沸水浴中糊化15 min后冷卻至室溫，置于25.0 mL的具塞刻度試管中靜置，每隔2小時記錄上層清液體積，繪制上清液體積對時間的變化曲線，即為淀粉的凝沉曲線[19]。

2.8 苦蕎淀粉的溶解度

準(zhǔn)確稱取0.500 g淀粉，放入50 mL已知質(zhì)量帶蓋離心管中，加入25mL蒸餾水，配置濃度為2.0%淀粉乳，振蕩搖勻后分別置于60、70、80、90℃水浴鍋中水浴30 min，期間每隔5分鐘振蕩1次，從水浴鍋中取出后冷卻至室溫，用大容量低速離心機(jī)以3 800 r/min離心20 min。倒出上清液至已知質(zhì)量的容器中，105℃條件下烘干至恒重并稱重，計算苦蕎淀粉溶解度[5]。

式中：SA為苦蕎淀粉溶解度，%；m1為上清液中溶出物質(zhì)量，g。

2.9 苦蕎淀粉黏度分析

室溫下先利用近紅外分析儀（DA7250）測定淀粉水分含量，然后根據(jù)快速黏度分析儀（RVA4500）計算需要的淀粉和水分重量，參數(shù)設(shè)定為：50℃下保溫1 min，在3.7 min內(nèi)升溫至95℃，保持2.5 min，然后在3.8 min內(nèi)冷卻至50℃，保持2 min，前10 s內(nèi)以960 r/min攪拌，之后的整個過程以160 r/min攪拌，整個過程歷時13 min。結(jié)果由Thermal Cyclefor Windows配套軟件分析起糊溫度、峰值黏度、谷值黏度、破損值、最終黏度、回生值和峰值時間[20]。

2.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

各組試驗數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平行樣品值。數(shù)據(jù)采用Excel2010、SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，顯著性差異檢驗采用LSD最小顯著差異法（P＜0.05）進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 苦蕎淀粉顆粒形態(tài)

苦蕎淀粉3種提取方法淀粉顆粒形態(tài)見圖1。

由圖1可看出，苦蕎淀粉顆粒形態(tài)表現(xiàn)為不規(guī)則的球形和多角形。不同提取方法苦蕎淀粉顆粒形態(tài)有一定差異，利用水提取法時苦蕎淀粉顆粒形態(tài)表現(xiàn)為不規(guī)則的球形和多角形，多角形比例較球形高，但顆粒大小卻小于球形。堿提取法獲得苦蕎淀粉顆粒形態(tài)多為不規(guī)則的多角形，偶見球形顆粒。利用小蘇打提取的苦蕎淀粉，顆粒之間彼此粘著，分散的淀粉顆粒很少，可能蛋白質(zhì)未去除干凈。通過電鏡觀察，不同提取方法淀粉顆粒表面塌陷程度為：堿提取法＞小蘇打提取法＞水提取法。

圖1 苦蕎淀粉3種提取方法淀粉顆粒形態(tài)Fig.1 Tartary buckwheat starch's particle morphology of 3 kinds of extraction methods

3.2 苦蕎直鏈淀粉含量

苦蕎淀粉3種提取方法直鏈淀粉含量見圖2。

圖2 苦蕎淀粉3種提取方法直鏈淀粉含量Fig.2 Tartary buckwheat starch's amylose content of 3 kinds of extraction methods

由圖2可知，利用水提法提取的苦蕎淀粉中直鏈淀粉含量顯著高于利用后2種方法提取的苦蕎淀粉中直鏈淀粉含量，而利用后2種方法提取的苦蕎淀粉中直鏈淀粉含量之間沒有顯著差異。直鏈淀粉是植物淀粉的重要組成部分，也影響著淀粉理化性質(zhì)，如溶解度、透明度及糊化特性等。

3.3 苦蕎淀粉糊透明度

苦蕎淀粉3種提取方法淀粉糊的透明度見圖3。

淀粉糊的透明度是食品加工上很重要的因素，和其老化程度也有非常大的關(guān)系，一般透明度越差越易老化[21]。目前常用透光率來反映淀粉糊透明度的高低，透光率高則說明其透光度高。透光率主要受淀粉粒大小、膨脹性、直鏈淀粉含量、直鏈/支鏈淀粉比率及淀粉糊中膨脹淀粉與非膨脹淀粉顆粒殘余數(shù)量等因素影響[22]。由圖3可知，利用水提法和堿提法提取的苦蕎淀粉糊透明度沒有顯著差異，但二者顯著高于利用小蘇打提取法提取的苦蕎淀粉糊透明度。總體來看，3種方法提取的苦蕎淀粉糊透明度較差，可能是由于苦蕎淀粉顆粒結(jié)構(gòu)緊密，糊化以后仍存在顆粒狀淀粉未完全糊化，其分子重新排列并發(fā)生相互締合程度較高。

圖3 苦蕎淀粉3種提取方法淀粉糊的透明度Fig.3 Tartary buckwheat starch paste's transparency of 3 kinds of extraction methods

3.4 苦蕎淀粉糊凝沉特性

苦蕎淀粉3種提取方法淀粉凝沉曲線見圖4。

圖4 苦蕎淀粉3種提取方法淀粉凝沉曲線Fig.4 Tartary buckwheat starch's sedimentation curve of 3 kinds of extraction methods

淀粉糊的沉降體積反映其形成凝膠的能力，沉降體積越小，形成凝膠的能力就越強[23]。由圖4可知，3種不同提取方式下苦蕎淀粉糊凝沉速度隨著時間延長先增長后趨于穩(wěn)定，3種提取方式苦蕎淀粉糊凝沉速度不同。小蘇打提取法下苦蕎淀粉糊前期上清液體積增加明顯，凝沉速度最快，在6 h時其凝沉體積比為16 mL/20 mL，至此凝沉基本停止；堿提法時苦蕎淀粉糊凝沉速度次之，前12 h其淀粉糊凝沉速度較快，12 h時其凝沉體積比為14.5 mL/20 mL，之后上清液體積增加平緩，到22 h其凝沉體積比為15 mL/20 mL；水提法苦蕎淀粉糊凝沉曲線與堿提法趨勢基本一致，但在前26 h內(nèi)上清液體積較前者略低，12 h時其凝沉體積比為9 mL/20 mL。淀粉在熱水中分成兩部分，其中溶解的是直鏈淀粉，直鏈淀粉含量高的淀粉生成凝膠的速度較快，從而凝沉性越強[24]，這也與本試驗中直鏈淀粉含量測定結(jié)果一致。

3.5 苦蕎淀粉糊的溶解度

苦蕎淀粉3種提取方法不同溫度下淀粉的溶解度見圖5。

圖5 苦蕎淀粉3種提取方法不同溫度下淀粉的溶解度Fig.5 Tartary buckwheat starch's solubility of 3 kinds of extraction methods at different temperatures

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。由圖5可知，從60℃到90℃范圍內(nèi)，利用3種不同提取方式提取的苦蕎淀粉溶解度都隨著溫度增加呈現(xiàn)增長趨勢。在60℃時，利用水提法、堿提法、小蘇打提取法提取的苦蕎淀粉溶解度分別為8.70%、8.81%和5.07%；在90℃時，利用水提法、堿提法、小蘇打提取法提取的苦蕎淀粉溶解度分別為13.68%、10.91%和7.89%。其中利用水提法提取的苦蕎淀粉在80℃～90℃范圍內(nèi)呈現(xiàn)劇烈增長的趨勢。3種提取方法制得的苦蕎淀粉溶解度均隨溫度升高而升高，這是隨著溫度不斷升高，加劇了淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞程度，使得淀粉顆粒結(jié)晶區(qū)中氫鍵斷裂數(shù)目增多，游離水更易于滲入淀粉顆粒內(nèi)部，因此溶解度提高[24-25]。

3.6 苦蕎淀粉的糊化特性

苦蕎淀粉3種提取方法淀粉糊化性質(zhì)見表1。

由表1可知，3種不同提取方法苦蕎淀粉糊化特性存在較大差異。方差分析表明，3種不同提取方法下苦蕎淀粉峰值黏度、終值黏度、破損值及回生值彼此間均表現(xiàn)出顯著性差異；水提取法、堿提取法制得苦蕎淀粉谷值黏度顯著高于小蘇打提取法；堿提取法苦蕎淀粉的糊化溫度顯著高于水提法和小蘇打法。堿提法制得苦蕎淀粉的峰值黏度最大，顯著高于其他2種方法；小蘇打法提取的谷值黏度最小，顯著低于其他2種方法提取的苦蕎淀粉谷值黏度；堿提法提取的苦蕎淀粉破損值最大，為2 480.5 CP，顯著高于利用水提取法和小蘇打提取法；小蘇打提取方法制得苦蕎淀粉終值黏度最大，為6 845 CP，顯著高于其他2種方法，可能與小蘇打的性質(zhì)有關(guān)[12]。水提取法提取的苦蕎淀粉回生值最小，顯著小于其他2種方法制得苦蕎淀粉回生值，回生值越大，越易老化，熱穩(wěn)定越差[26]，說明用水提法制得苦蕎抗老化能力較強、熱穩(wěn)定性較好；利用堿提取法提取的苦蕎淀粉糊化溫度最大，為73.55℃，顯著高于利用水提取法和小蘇打法提取的苦蕎淀粉糊化溫度。

表1 苦蕎淀粉3種提取方法淀粉糊化性質(zhì)比較Table 1 Comparison of tartary buckwheat starch's gelatinization properties of 3 kinds of extraction methods

4 結(jié)論

利用不同提取方法提取苦蕎淀粉對苦蕎淀粉理化性質(zhì)結(jié)果有一定差異。水提取法和堿提取法制得的苦蕎淀粉顆粒中球形顆粒所占比例明顯較大且淀粉顆粒表面塌陷程度較低，而小蘇打提取法下制得的苦蕎淀粉中蛋白質(zhì)殘留較高，導(dǎo)致淀粉顆粒之間彼此粘著。水提取法和堿提取法制得的苦蕎淀粉在透明度、谷值黏度上均無顯著差異，在凝沉曲線上表現(xiàn)趨勢基本一致，但和小蘇打提取法制得苦蕎淀粉有顯著差異。水提法制得的苦蕎淀粉中直鏈淀粉含量顯著高于堿提法和小蘇打法制得的苦蕎淀粉中直鏈淀粉含量，與溶解度和凝沉曲線變化趨勢一致。3種提取方法制得苦蕎淀粉在峰值黏度、破損值、回生值均表現(xiàn)出顯著性差異，堿提法制得苦蕎淀粉的峰值黏度、破損值和糊化溫度最高，顯著高于其他2種方法；水提法制得苦蕎淀粉的回生值最低，顯著低于其他2種方法。綜上所述，小蘇打提取方法不適合用于苦蕎淀粉的提??；堿提法制得的淀粉熱糊穩(wěn)定性好、黏度高，但抗老化能力差，同時會產(chǎn)生大量堿液，造成環(huán)境污染。而水提法制得的苦蕎淀粉溶解性好、抗老化能力強、熱糊穩(wěn)定性好，且較少影響淀粉的品質(zhì)。因此，水提法是苦蕎淀粉提取最適宜的方法。

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