芋頭淀粉及其提取工藝的研究進(jìn)展*

李 莎 王敬涵* 戴 瑞 唐 紅 劉杰梅

（桂林旅游學(xué)院酒店管理學(xué)院，廣西桂林 541006）

芋頭每年的產(chǎn)量巨大，但與其他薯芋類原料相比，人們對(duì)芋頭的開發(fā)利用程度較低，尤其是對(duì)芋頭中淀粉的使用率有待進(jìn)一步提高。芋頭塊莖中淀粉含量占70%，如果將芋頭中淀粉提取出來，并加工成其他產(chǎn)品，可增加芋頭的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本文通過研究芋頭及芋頭淀粉的特性，對(duì)芋頭淀粉提取工藝的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為芋頭淀粉提取工藝的充分利用以及開發(fā)芋頭系列產(chǎn)品提供參考依據(jù)。

1 芋頭及其特性

1.1 芋頭的形態(tài)結(jié)構(gòu)

芋頭，俗名芋艿，又被叫做里芋、毛芋、土芝、芋魁等，是天南星科草本植物的地下球莖，為多年生塊莖植物，常作一年生作物栽培。芋頭的肉質(zhì)、形狀因品種而異，通?？墒秤玫臑樾∮箢^；葉片顏色通常是綠色或紫紅色，形狀為盾形，葉柄長而肥大；形狀有球形、卵形、橢圓形或塊狀等；植株基部會(huì)形成短縮莖，逐漸累積養(yǎng)分，再形成肥大呈肉質(zhì)的球莖，被稱為“母芋”或“芋頭”，母芋每一節(jié)有一個(gè)腦芽，活動(dòng)力最強(qiáng)的部位是中下部節(jié)位的腋芽，在發(fā)生第一次分蘗時(shí)，形成小球莖的“子芋”，再從“子芋”發(fā)出“孫芋”，在條件適宜的情況下，可以形成曾孫芋或玄孫芋等。

芋頭原產(chǎn)于印度，現(xiàn)主要分布于非洲、亞洲的中國、東南亞及日本等地區(qū)。在我國，芋頭種植歷史已有2000 多年，在珠江流域種植最多，在江蘇、福建、浙江、湖南、江西、四川、兩廣等地區(qū)也有種植。

1.2 芋頭的特性

芋頭營養(yǎng)豐富，含大量的淀粉、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)及維生素等，既可以作為蔬菜和糧食食用，也可以作為觀賞植物。

1.2.1 芋頭的營養(yǎng)成分

芋頭營養(yǎng)豐富，含有水溶性多糖、淀粉、蛋白質(zhì)、維生素C、B 族維生素、胡蘿卜素、鉀、鈣、鋅等營養(yǎng)成分。

芋頭所含礦物質(zhì)中氟元素的含量較高，具有保護(hù)牙齒、潔凈牙齒及防止齲齒的功能。芋頭中含有多種微量元素，有助于機(jī)體改善由于缺乏微量元素導(dǎo)致的生理異常。

芋頭中淀粉是天然高分子聚合物，經(jīng)過處理改性后，可在食品、造紙和紡織工業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。芋頭含有一種黏液蛋白，被人體吸收后能產(chǎn)生抗體球蛋白，即免疫球蛋白，進(jìn)而提高機(jī)體的抵抗力。

1.2.2 芋頭的藥理活性

芋頭性味甘辛、平，屬藥食同源食物。中醫(yī)認(rèn)為芋頭具有補(bǔ)脾胃、寬腸胃、破血散結(jié)等功效，可治療食少瘦弱、口渴便秘久痢便血和氣血郁結(jié)所致的消癆散結(jié)、腹中癖塊等癥狀。芋頭含有豐富的黏多糖，可增強(qiáng)機(jī)體免疫力。現(xiàn)代藥理分析表明，芋頭還具有降血壓、降血脂等作用，對(duì)于預(yù)防心腦血管病有益。

1.2.3 芋頭的觀賞性

芋頭葉片寬大青綠，種類繁多，可作為類似萬年青及蔓綠絨的觀賞性植物。

2 芋頭淀粉

2.1 芋頭淀粉的特性

2.1.1 溶解度

范迎菊等測(cè)定芋頭淀粉溶解度，得出芋頭淀粉在不同溫度下，淀粉顆粒的溶解隨溫度上升而增大。

2.1.2 透明度

曹新志等配制不同濃度的淀粉溶液測(cè)定其透明度，得出芋頭淀粉的透明度隨著淀粉濃度的增大而減小。

2.1.3 凍融穩(wěn)定性

戎群潔等通過比較不同產(chǎn)地以及不同種類芋頭淀粉糊的凍融穩(wěn)定性，分析得出淀粉中直鏈淀粉含量與凍融穩(wěn)定性有關(guān),由于直鏈淀粉容易老化，所以芋頭淀粉的凍融穩(wěn)定性差。

2.1.4 膨脹性

芋頭淀粉膨脹性隨溫度降低而減小。膨脹性快速增加是由于在芋頭淀粉糊化溫度范圍內(nèi)，淀粉顆粒受熱膨脹而急劇吸附周圍水分造成的。而當(dāng)溫度超過糊化溫度后，膨脹度增長緩慢，這是由于芋頭淀粉空間結(jié)構(gòu)已打開。芋頭淀粉膨脹性的高低直接影響食品的品質(zhì)。

2.2 影響芋頭淀粉性質(zhì)的因素

曹新志等研究了食鹽濃度、pH 值、蔗糖濃度對(duì)芋頭淀粉析水率、黏度、透明度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著芋頭淀粉溶液中食鹽含量的減少，淀粉糊的黏度逐漸下降，而芋頭淀粉糊的析水率和透明度呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)。pH 值接近中性時(shí)，當(dāng)芋頭淀粉糊的透明度和析水率較低，黏度較高，在較低和較高的pH 值中，芋頭淀粉的透明度和析水率較高，黏度較低。蔗糖有助于提高淀粉糊的黏度。

施帥等探討不同芋頭淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)析水率的影響，結(jié)果表明，淀粉的析水率隨著其濃度的減小而增大。若淀粉糊的凍融穩(wěn)定性差，那么在凍融過程中，游離水就會(huì)析出，導(dǎo)致?lián)p壞食品的結(jié)構(gòu)，造成食品品質(zhì)的下降。

孫忠偉用浸泡液的種類和pH 值、浸泡時(shí)間、浸泡溫度、浸泡液料比、破碎度、芋頭淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為變量探究影響芋頭淀粉提取率的因素，并通過驗(yàn)證試驗(yàn)及放大試驗(yàn)證明分析得出，提取液pH值是影響芋頭淀粉提取率的重要因素。對(duì)于以芋頭為原料的淀粉加工廠來說，芋頭淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)是最為重要的指標(biāo)。

3 芋頭淀粉提取工藝的研究進(jìn)展

3.1 芋頭淀粉的提取方法

3.1.1 堿提取法

用質(zhì)量濃度0.1%的NaOH 溶液浸泡提取芋頭淀粉的方法稱為NaOH 提取法。研究顯示，堿液提取芋頭淀粉方法可在一定程度上提高芋頭淀粉的提取率，同時(shí)提高芋頭淀粉的白度，這是由于在芋頭淀粉產(chǎn)品中，蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降。

但是，NaOH 是一種具有強(qiáng)腐蝕性的堿，在工業(yè)上用堿浸法會(huì)產(chǎn)生大量的堿性廢液，導(dǎo)致環(huán)境污染。

3.1.2 水沉降法

將芋頭清洗潔凈后削皮，切成薄片，搗碎，于水溶液中浸泡大約2 h，過濾，將濾液沉降一段時(shí)間，丟棄液體部分，便能得到芋頭淀粉。

由于芋頭中含有大量的黏性物質(zhì)，使芋頭淀粉沉降速度慢，耗費(fèi)時(shí)間長，效率低下，會(huì)造成芋頭淀粉產(chǎn)量降低。并且，在長時(shí)間沉降中會(huì)發(fā)生微生物的降解，使芋頭淀粉的質(zhì)量下降。此外，此方法量產(chǎn)芋頭淀粉的提取率也不高。

3.1.3 氨水沉降法

在0.03 mol/L 氨水溶液中加入搗碎的芋頭漿，浸泡2 h，過濾，沉降，提取芋頭淀粉。

與水沉降法提取相比，此法不僅縮短了沉降時(shí)間，而且還提高了芋頭淀粉的提取率。另外，氨水沉降法提取的淀粉峰值黏性也有提高。因?yàn)榘彼侨鯄A，所以提取介質(zhì)的pH 值為9～10，在此pH 值范圍中，一般的酵母菌、細(xì)菌和霉菌通常在這種環(huán)境下不能生長，從而使芋頭淀粉的質(zhì)量大大提高。

3.1.4 雙酶法

張晶等采用雙酶分步法，以新鮮芋頭為原料，分別研究了木聚糖酶、中性蛋白酶的處理?xiàng)l件對(duì)淀粉提取率的影響，并通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了提取工藝，得出為先添加木聚糖酶后添加中性蛋白酶的二次加酶法所得淀粉提取率最高。

3.1.5 酶法

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以堿性蛋白酶作為蛋白質(zhì)酶解劑，采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化提取芋頭淀粉的工藝條件。姜紹通等試驗(yàn)結(jié)果表明，芋頭淀粉響應(yīng)面法優(yōu)化酶法提取的最佳工藝參數(shù)為：酶解時(shí)間137 min，pH 值10，酶用量0.9%，酶解溫度41 ℃。此工藝條件下，芋頭淀粉的提取率高達(dá)88.92%。

3.2 影響芋頭淀粉提取率的因素

芋頭淀粉的顆粒不僅有較多的黏質(zhì)，還被蛋白質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹著，造成芋頭淀粉難以提取。而經(jīng)過改性的芋頭淀粉可以用于食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域，用途廣泛。近些年來，很多人探究影響芋頭淀粉提取率的因素，試圖提高芋頭淀粉的提取率，增加芋頭淀粉的使用率。

孫忠偉研究芋頭淀粉的提取工藝和芋頭淀粉的性質(zhì)，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，探究膠體磨間隙（破碎度）、浸泡時(shí)間、pH 值及浸泡溫度對(duì)芋頭淀粉提取率的影響，得出膠體磨間隙5.0 μm、p H值10.0、浸泡時(shí)間70 min、浸泡溫度20 ℃為是芋頭淀粉提取的最優(yōu)工藝條件。除此之外，芋頭淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，芋頭淀粉提取率越高。因此，芋頭淀粉提取率與芋頭淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和工藝條件有關(guān)。

袁軍等使用NaOH 溶液作為浸泡介質(zhì)，通過單因素和正交試驗(yàn)探討料液質(zhì)量比、堿液種類和pH值、浸泡時(shí)間、浸泡溫度對(duì)芋頭淀粉提取率的影響，采用低速離心的方式多次洗滌沉降物，提高芋頭淀粉的提取率。刺破和撕裂芋頭細(xì)胞外壁的纖維組織后，經(jīng)過冷凍處理，并利用堿液浸泡破壞芋頭蛋白質(zhì)的氫鍵，使得蛋白質(zhì)的極性基團(tuán)暴露出來再部分溶解，以提高芋頭淀粉提取率，為芋頭淀粉的提取和精深加工提供理論基礎(chǔ)。

李大峰等通過研究表明，浸泡溫度、浸泡時(shí)間、pH 值、料液比、淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、淀粉來源是影響淀粉提取率的主要因素。

4 小 結(jié)

我國的芋頭種植歷史悠久，栽培范圍廣泛，芋頭營養(yǎng)豐富，具有很大發(fā)展?jié)摿?。在目前的研究中，已研制出芋頭的發(fā)酵、焙烤、糖制、腌制等多種產(chǎn)品，并且對(duì)其皮渣和葉柄廢棄物的利用也進(jìn)行了一定程度的挖掘。

但現(xiàn)階段，對(duì)于芋頭淀粉的提取工藝的研究依然很少，由于芋頭淀粉提取制備方法單一、效率低下，在很大程度上限制芋頭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及其系列產(chǎn)品的出口。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)芋頭資源的充分利用，有必要進(jìn)一步了解芋頭淀粉，并且深入系統(tǒng)研究芋頭淀粉的提取工藝，發(fā)展創(chuàng)新芋頭淀粉提取和綜合利用的方法，為我國芋頭產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化和發(fā)展賦予新的生命力。