大米淀粉三種提取方法的對比研究

唐雅璐， 全 珂，劉艷蘭，易翠平

長沙理工大學(xué)化學(xué)與食品工程學(xué)院 (長沙 410114)

淀粉作為大米的主要成分，約占干重的90%，對大米及米制品的品質(zhì)起著決定性作用[1]，因此是米制品研究中重點關(guān)注的對象。大米淀粉的研究首先涉及到的是淀粉的提取純化，有關(guān)大米淀粉提取純化的研究報道較多[2-8]，常用的有3種：①石油醚脫脂-堿法提取 采用石油醚脫脂，0.2%(m/v)NaOH去蛋白后離心提取淀粉[6]；②堿法提取-正戊醇脫脂法 采用0.1%(m/v)NaOH去蛋白，正戊醇及乙醇、石油醚共同脫脂后離心提取淀粉[7]；③還原劑NaHSO3法 采用還原劑0.45% NaHSO3浸泡去蛋白后自然沉降得到淀粉[8]。其中，第①種方法簡潔快速，5 h左右即可；第②種方法耗時很長，基本需要72 h以上；第③種方法介于二者之間。至于哪種方法提取效率更高，對大米淀粉性質(zhì)的影響更小，能夠真實的反應(yīng)淀粉的性質(zhì)，則尚未見研究報道。因此，本論文為明確這3種大米淀粉提取方法的特點，對比了研究了3種方法對大米淀粉的性質(zhì)影響，以選擇最適大米淀粉性質(zhì)研究的實驗室提取方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

秈米(8802、早熟、遲熟)：購于金健米業(yè)股份有限公司；糯米(皇室馨花泰國糯米)、粳米(東北大米)：購于天虹超市；試劑：氫氧化鈉、亞硫酸氫鈉、正戊醇、石油醚：均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鹽酸：分析純，成都市科隆化學(xué)品有限公司；無水乙醇：分析純，鄭州派尼化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州億通分析儀器制造有限公司；TG16K臺式高速離心機(jī)：長沙東旺實驗儀器有限公司；DHG-9140A鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；AVY120分析天平：北京塞多利斯科學(xué)儀器有限公司；UV-2800分光光度計：尤尼柯(上海)儀器有限公司；RVA-4500快速黏度分析儀：波通瑞華科學(xué)儀器(北京)有限公司；CL-200型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；bluepard生化培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；BCD-201ML冰箱：合肥美菱股份有限公司；FW100高速萬能粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；Delta320 p H計：梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；SG250-A榨汁·攪拌機(jī)：順德市容桂鎮(zhèn)家成電器廠。

1.3 方法

1.3.1大米淀粉的提取

1.3.1.1 石油醚脫脂-堿法

根據(jù)易翠平等[6]的方法稍作變動，具體如下：

大米→磨粉(過80目篩) →石油醚浸泡脫脂→100 g脫脂大米粉→堿提2 h(0.2%NaOH，料液比1∶6)→離心(4 000 r/min，10 min) →去上清液，取沉淀中間層白淀粉→水洗至中性→沉淀40 ℃烘干→大米淀粉1。

1.3.1.2 堿法提取-正戊醇脫脂法

根據(jù)Tang等[7]的方法稍作變動，具體如下：

100 g大米→加蒸餾水(料液比1∶4) 后放置在4 ℃浸泡24 h→勻漿5 min→過120目篩→離心(4 000 r/min，10 min)后 ，去上清液→堿提2 h (0.1%NaOH，料液比1∶4)→離心(4 000 r/min，10 min)后 ，去上清液 →再次堿提2 h (0.1%NaOH，料液比1∶4)→離心(4 000 r/min，10 min)→沉淀加蒸餾水(料液比1∶4)混勻→0.1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至7→過200目篩→離心(4 000 r/min，10 min) → 沉淀加蒸餾水(料液比1∶4)混勻，再加沉淀等體積的正戊醇，攪拌2 h→靜置后，吸去上層醇層→ 重復(fù)前兩個步驟，直至上層醇層基本澄清→過200目篩→離心(4 000 r/min，10 min) →沉淀加蒸餾水(料液比1∶4)混勻，抽濾→沉淀加2倍體積無水乙醇，再抽濾(2次)→沉淀加2倍體積石油醚，再抽濾(2次)→沉淀40 ℃烘干→大米淀粉2。

1.3.1.3 還原劑NaHSO3法

根據(jù)Li等[8]的方法稍作變動，具體如下：

100 g大米→加0.45%NaHSO3(料液比1∶3)，30 ℃浸泡過夜→勻漿5 min后，過80目篩→淀粉漿4 ℃過夜→去上清液，并去除沉淀中非白色部分→沉淀用蒸餾水洗7-8次(期間用無水乙醇洗2～3次) → 用蒸餾水溶解沉淀→離心(4 000 r/min，10 min)→沉淀40 ℃烘干→大米淀粉3。

1.3.2化學(xué)組成的測定

蛋白質(zhì)含量：凱氏定氮法，參照GB 5009.5—2016 ；淀粉含量：酸水解法，參照GB 5009.9—2016；脂肪含量：索氏抽提法，參照GB 5009.6—2016；直鏈淀粉含量：參照GB/T 15683—2008。

1.3.3溶解度和膨潤力的測定

根據(jù)Zhu等[9]的方法稍作變動。稱取淀粉0.1 g(干基)置于已稱重的10 mL的離心管m1中，再加入5 mL的蒸餾水，用旋渦混合器混勻1 min，在95 ℃下水浴30 min，并不斷振蕩。冷卻至室溫后，以3 000 r/min 離心20 min，將上清液倒入已恒重的小燒杯m2中，在105 ℃下烘干至恒重再稱重m3。稱取去除了上清液的離心管，質(zhì)量為m4。溶解性和膨潤力的計算公式如下：

1.3.4糊化特性的測定

取3.0 g樣品(干基)，加25 mL蒸餾水，放置入快速黏度測定儀進(jìn)行測定：樣品升溫，在50 ℃保溫1 min，95 ℃保溫2.5 min，再降溫到50 ℃、保溫1.4 min，得到樣品的糊化特性曲線，記錄峰值黏度、低谷黏度、崩解值、最終黏度、回生值、糊化溫度、峰值時間等特征值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010處理數(shù)據(jù)，用SPSS Statistics 17.0進(jìn)行顯著性差異分析，用Origin 9來制圖。實驗最終結(jié)果為平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取方法對大米淀粉主要化學(xué)組成的影響

由表1可知，與大米粉相比，石油醚脫脂-堿法、堿法提取-正戊醇脫脂法和還原劑NaHSO3法提取的淀粉中蛋白質(zhì)含量均降低(降低幅度52.29%～ 95.15%)，這說明3種提取方法均可有效去除一定量的蛋白質(zhì)。但這3種提取方法在去除蛋白質(zhì)的效果上有所差別，石油醚脫脂-堿法和堿法提取-正戊醇脫脂法提取的大米淀粉中蛋白質(zhì)含量都在0.8%以下，這兩種方法在去除蛋白質(zhì)上無顯著性差異。還原劑NaHSO3法提取的大米淀粉中蛋白質(zhì)含量在2.08%～3.45%，與前兩種方法提取的有顯著性差異(P<0.05)。由此可得，淀粉中蛋白質(zhì)的含量受到提取方法的影響，這與R. J. Estrada-León等[10]實驗結(jié)果相符。用石油醚脫脂-堿法和堿法提取-正戊醇脫脂法提取時，秈米淀粉(除8802外)中的蛋白含量(0.76%～0.80%)要略高于糯米淀粉和粳米淀粉的(0.35%～0.50%)。有文獻(xiàn)報道，淀粉中直鏈淀粉含量越高，淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)越致密牢固[11]，導(dǎo)致蛋白質(zhì)與淀粉的結(jié)合越緊密，因此在秈米中去除蛋白質(zhì)的難度更大。

大米粉及相應(yīng)的大米淀粉的脂肪含量分別為0.28%～0.48%、0.02%～0.22%，表明大米粉和大米淀粉中的脂肪含量較低，這與王曉暈[12]的研究結(jié)果相一致。比較脂肪含量的數(shù)據(jù)，3種方法提取淀粉的脂肪含量上無顯著性差異(P>0.05)。

與大米粉相比，3種方法提取的淀粉中總淀粉含量均有所增加(9.09%～18.51%)，這是因為在淀粉的提取過程中，去除了大量的蛋白質(zhì)。在去除了蛋白質(zhì)分離后，3種方法提取的淀粉中總淀粉含量可以達(dá)到90%以上，這與李玥[13]測得的結(jié)果基本相符。石油醚脫脂-堿法和堿法提取-正戊醇脫脂法提取的淀粉中總淀粉含量在91.91%～95.67%。除早熟品種外，這兩種方法提取淀粉的總淀粉無顯著性差異。而還原劑NaHSO3法提取的淀粉中總淀粉含量在90.44%～91.38%，顯著低于前兩種方法的 (P<0.05)。蛋白質(zhì)含量和總淀粉含量是評價淀粉純度的兩個重要指標(biāo)，由蛋白質(zhì)含量和總淀粉含量的數(shù)據(jù)可知，石油醚脫脂-堿法和堿法提取-正戊醇脫脂法提取的淀粉純度高于還原劑NaHSO3法。

秈米粉、粳米粉、糯米粉的直鏈淀粉含量分別為20.91%～28.24%、14.36%、0，秈米淀粉、粳米淀粉、糯米淀粉的直鏈淀粉含量分別為26.64%～34.99%、18.19%～21.69%、0。從直鏈淀粉含量數(shù)據(jù)上，可以很明顯的看出大米的類型，按直鏈淀粉含量的高低來分依次是秈米、粳米、糯米。大米淀粉中的直鏈淀粉含量高于大米粉中的，是因為淀粉提取過程中，去除了蛋白質(zhì)和脂肪，導(dǎo)致淀粉比例的增加[14]。堿法提取-正戊醇脫脂法提取的淀粉的直鏈淀粉含量在21.69%～34.99%，顯著高于石油醚脫脂-堿法和還原劑NaHSO3法的(P<0.05) ，而后兩種方法提取的淀粉中直鏈淀粉含量(除遲熟品種外)無顯著性差異。

表1 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的主要化學(xué)組成

2.2 提取方法對大米淀粉溶解度和膨潤力的影響

淀粉的溶解度和膨潤力可以反映水分子與淀粉鏈在無定形和結(jié)晶域中相互作用[15]。從表2可以看出，溶解度和膨潤力會受到大米品種和提取方法的影響。與大米粉相比，3種方法提取的大米淀粉的溶解度和膨潤力均有所增加，可能是大米粉與大米淀粉的蛋白質(zhì)含量的差異所致[16]。用這3種方法提取的糯米淀粉的膨潤力(34.89 ～46.93 g/g)要明顯高于秈米淀粉(13.70 ～20.80 g/g)和粳米淀粉(15.19 ～21.66 g/g)的。除糯米淀粉外，還原劑NaHSO3法提取的淀粉的溶解度在3.6%～12.25%，顯著低于其他兩種方法的(P<0.05)。堿法提取-正戊醇脫脂法提取的淀粉的膨潤力在18.11～46.93 g/g，要顯著高于石油醚脫脂-堿法和還原劑NaHSO3法的(P<0.05)，而后兩種方法提取的淀粉(除糯米淀粉外)的膨潤力無顯著性差異。3種提取方法得到淀粉溶解度和膨潤力的差異可能是因為直鏈淀粉含量，直鏈淀粉和支鏈淀粉分子的分子量、磷酸基團(tuán)、黏度模式以及直鏈淀粉和支鏈淀粉分子之間的鍵合力的變化[17]。

表2 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的溶解度和膨潤力

2.3 提取方法對大米淀粉糊化特性的影響

峰值黏度反映的是淀粉糊化升溫過程中淀粉顆粒的膨脹程度[18]。由圖1可知，還原劑NaHSO3法提取的淀粉的峰值黏度在3 163 ～3 976 cP，要顯著高于石油醚脫脂-堿法和堿法提取-正戊醇脫脂法的 (P<0.05) 。石油醚脫脂-堿法和還原劑NaHSO3法提取的淀粉的直鏈淀粉含量相近，峰值黏度不同，可能更多地取決于直鏈淀粉密度(直鏈淀粉含量與顆粒大小之比)或淀粉顆粒大小[19]。除8802、遲熟外，堿法提取-正戊醇脫脂法提取的淀粉的峰值黏度(2 449 ～3 057 cP)最低，這意味著該方法提取的淀粉顆粒通過氫鍵與水結(jié)合的能力較低[20]，因為該方法提取的淀粉含有最高的直鏈淀粉含量。在直鏈淀粉含量較低的淀粉中觀察到較高的峰值黏度，而直鏈淀粉含量較高的淀粉則顯示較低的峰值黏度，這與Bhat等[21]的實驗結(jié)果相符。

注：在同一品種中，不同小寫字母表示在 0.05 水平差異顯著(下同)。圖1 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的峰值黏度

由圖2可知，還原劑NaHSO3法提取的淀粉的低谷黏度在1 259～3 433 cP，要顯著高于石油醚脫脂-堿法和堿法提取-正戊醇脫脂法的 (P<0.05)。在秈米中用堿法提取-正戊醇脫脂法提的淀粉的低谷黏度要高于石油醚脫脂-堿法的，而在糯米和粳米中則相反。最終黏度表明淀粉形成黏稠糊狀物的能力[22]。由圖3可知，除早熟、遲熟品種外，石油醚脫脂-堿法和還原劑NaHSO3法提取的淀粉的最終黏度要高于堿法提取-正戊醇脫脂法提取的(1 518～3 744 cP)，這說明石油醚脫脂-堿法和還原劑NaHSO3法提取的淀粉更容易黏稠。

圖2 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的低谷黏度

圖3 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的最終黏度

崩解值表示峰值黏度與低谷黏度的差值[23]，以此反映淀粉的熱糊穩(wěn)定性，其數(shù)值越大熱糊穩(wěn)定性越差。由圖4可知，糯米粉及糯米淀粉的崩解值(1 332～1 868 cP)最高，熱糊穩(wěn)定性較差，這與李安平等[24]的研究結(jié)果相符。石油醚脫脂-堿法提取的淀粉崩解值(565～1 473 cP)較高，可能是由于淀粉顆粒上的直鏈淀粉片段(可溶性直鏈淀粉)在糊化加熱過程中直鏈淀粉中α-1,4鍵的斷裂引起的[19]。除糯米淀粉外，還原劑NaHSO3法提取的淀粉的崩解值(314 ～742 cP)最低，表明還原劑NaHSO3法提取的淀粉在溶脹后的淀粉顆粒強(qiáng)度大，不易破裂，導(dǎo)致其熱糊穩(wěn)定性好。回生值通常用于描述在冷卻糊狀淀粉時發(fā)生的黏度增加[25]。由圖5可知，糯米粉及糯米淀粉的回生值(373～422 cP)最低，因此即使在冷卻后，糯米粉及糯米淀粉也不容易變硬。糯米淀粉中因不含直鏈淀粉，所以3種方法提取的糯米淀粉的回生值沒有顯著差異。除糯米淀粉外，石油醚脫脂-堿法提取的淀粉的回生值(1 323～2 053 cP)要顯著高于堿法提取-正戊醇脫脂法和還原劑NaHSO3法的(P<0.05)，可能歸因于從石油醚脫脂-堿法中提取的淀粉顆粒中浸出的直鏈淀粉的分子量和殘留的糊化淀粉[19]。還原劑NaHSO3法提取的淀粉的回生值(165～956 cP)最低，說明還原劑NaHSO3法提取的淀粉較難老化。

圖4 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的崩解值

圖5 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的回生值

由圖6可知，糯米粉及糯米淀粉的峰值時間(3.80～4.10 min)最短。3種提取方法對糯米淀粉的峰值時間無顯著影響。除糯米淀粉外，還原劑NaHSO3法提取的淀粉的峰值時間(6.67～7.00 min)要顯著大于石油醚脫脂-堿法和堿法提取-正戊醇脫脂法的 (P<0.05) 。糊化溫度是指淀粉顆粒在水溶液中加熱后吸水并發(fā)生不可逆的膨脹，自然晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時雙折射性喪失的臨界溫度，是熟化試樣所需的最低溫度[26]。由圖7可知，大米粉的糊化溫度(74.43 ℃～90.63 ℃)會要顯著高于大米淀粉的(P<0.05)。3種方法提取的淀粉的糊化溫度的差別不大。

圖6 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的峰值時間

圖7 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的糊化溫度

此外，由圖1～圖7可知，大米粉的糊化特性結(jié)果與大米淀粉不同，這些差異表明大米粉的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)影響糊化特性，這可能是由于直鏈淀粉和脂質(zhì)，或蛋白質(zhì)和淀粉凝膠的反應(yīng)引起的[27]。

3 結(jié)論

不同提取方法會影響大米淀粉的化學(xué)組成、溶解度和膨潤力、糊化特性等理化性質(zhì)。綜合考慮淀粉提取純度與所耗時間的影響，石油醚脫脂-堿法提取大米淀粉是實驗室最適用的方法。

但本文僅研究了不同提取方法對大米淀粉理化性質(zhì)的影響，并未對大米淀粉的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，目前研究者更多的關(guān)注大米淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)，大米淀粉的實驗室提取方法是結(jié)構(gòu)研究的第一步，因此在相對短的時間內(nèi)提取出高純度的大米淀粉，可以為后續(xù)的大米淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)研究提供方便，不同提取方法對大米淀粉的結(jié)構(gòu)影響則需進(jìn)一步探討。