赤瓟塊莖淀粉的提取及理化特性研究

王雨茹，穆文靜，梁亮金，趙忠麗，敖恩寶力格

（內(nèi)蒙古師范大學，呼和浩特 010022）

赤瓟（Thladiantha dubiaBunge）為葫蘆科赤瓟屬植物，多年生的攀援草質(zhì)藤本，蒙譯名為鬧海音浩葛。赤瓟果實常作為藥材入蒙藥，蒙藥稱之為敖勒木斯，入藥后有和血、止血、調(diào)經(jīng)、消腫等作用，可以醫(yī)治月經(jīng)不調(diào)和子宮出血等癥狀［1］。赤瓟塊莖可采用蒸、煮、烤等方法進行食用，但對于赤瓟塊莖營養(yǎng)價值和有效成分的研究目前還較為缺乏［2］。赤瓟塊莖含有蛋白質(zhì)、多糖、淀粉、黃酮類、皂苷類、多酚類和揮發(fā)油等多種化合物［3］。

現(xiàn)階段從薯類、豆類和禾谷類中提取淀粉的方法主要是堿提取法、重力沉降法和酶法。其中酶法提取優(yōu)點顯著，例如淀粉不易老化、提取高效、條件溫和等［4，5］。來源于不同植物的淀粉，其主要組成成分和理化特性也有差異。目前通常以主要成分、顆粒粒度、透光率、凍融穩(wěn)定性和溶脹勢等理化特性來評價淀粉的質(zhì)量［6］。本研究探討了赤瓟塊莖淀粉的酶法提取工藝和赤匏塊莖淀粉的理化特性，以期為赤瓟?shù)娜胬锰峁├碚摶A(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗用的赤瓟塊莖采集于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市武川縣赤瓟種植試驗基地。試驗所用材料均采用同一批次采集的赤瓟塊莖。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗

1）纖維素酶濃度對淀粉提取率的影響。稱取同等質(zhì)量的新鮮赤瓟塊莖，按料液比1∶5 加入pH 為5.0 的磷酸氫二鈉檸檬酸緩沖溶液，采用組織勻漿破壁法進行處理，破壁后的勻漿分別用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.8%的纖維素酶45 ℃恒溫酶解3 h，經(jīng)100 目篩過濾后離心（5 000 r/min，10 min），收集白色固體，在恒溫下干燥（39 ℃，24 h），獲得赤匏塊莖粗淀粉，重復3次，淀粉含量的測定方法采用GB 5009.9—2016 中的酸水解法，用下式計算淀粉提取率。

2）酶解溫度對淀粉提取率的影響。稱取同等質(zhì)量的新鮮赤瓟塊莖，按料液比1∶5 加入pH 為5.0 的磷酸氫二鈉檸檬酸緩沖溶液，采用組織勻漿破壁法進行處理，加入0.3%的纖維素酶，分別在35、40、45、50、55、60 ℃恒溫水浴3 h，經(jīng)100 目篩過濾后離心（5 000 r/min，10 min），收集白色固體，在恒溫下干燥（39 ℃，24 h），獲得赤匏塊莖粗淀粉，重復3次，其他同上。

3）pH 對淀粉提取率的影響。稱取同等質(zhì)量的新鮮赤瓟塊莖，按料液比1∶5 分別加入pH 為4.6、4.8、5.0、5.5、6.0、6.5 和7.0 的磷酸氫二鈉檸檬酸緩沖溶液，采用組織勻漿破壁法進行處理，加入0.3%的纖維素酶，在45 ℃恒溫水浴3 h，經(jīng)100 目篩過濾后離心（5 000 r/min，10 min），收集白色固體，在恒溫下干燥（39 ℃，24 h），獲得赤匏塊莖粗淀粉，重復3次，其他同上。

4）酶解時間對淀粉提取率的影響。稱取同等質(zhì)量的新鮮赤瓟塊莖，按料液比1∶5 加入pH 為5.0 的磷酸氫二鈉檸檬酸緩沖溶液，采用組織勻漿破壁法進行處理，加入0.3%的纖維素酶，在45 ℃恒溫水浴，分別酶解1、2、3、4、5、6 h，經(jīng)100 目篩過濾后離心（5 000 r/min，10 min），收集白色固體，在恒溫下干燥（39 ℃，24 h），獲得赤匏塊莖粗淀粉，重復3次，其他同上。

1.2.2 正交優(yōu)化試驗 基于酶法提取條件單因素試驗的結(jié)果，以淀粉提取率為評價指標，從酶濃度、酶解溫度、pH 和酶解時間4 個因素中各選取3 個水平，設(shè)計L9（34）正交試驗，進一步進行赤瓟塊莖淀粉的酶法提取工藝參數(shù)的研究，從而獲得赤瓟塊莖淀粉酶法提取的最佳提取工藝，正交試驗的因素與水平見表1。

表1 赤瓟塊莖淀粉酶法提取的正交試驗因素與水平

1.2.3 指標檢測

1）赤瓟塊莖淀粉基本成分分析。含水量在快速水分測定儀中測定；蛋白質(zhì)含量測定采用Folin 酚法；脂肪含量測定采用索式提取法；灰分含量測定采用國標法GB 5009.4—2016；淀粉含量測定采用國標法GB 5009.9—2016；直鏈淀粉含量測定采用國標法GB 7648—1987。

2）淀粉顆粒粒度分析。稱取一定量的赤瓟塊莖淀粉在BT-601 型循環(huán)分散器中分散，分散過后使用激光粒度分布儀來自動分析，便可得到赤瓟塊莖淀粉的粒徑分布數(shù)據(jù)。

3）淀粉糊的透光率測定。將濃度為1%的淀粉乳漿加熱30 min，加熱后將其濃度調(diào)回至1%，待冷卻至室溫，以去離子水為對照，使用紫外可見分光光度計在620 nm 處測定赤匏塊莖淀粉糊的透光率［6］。淀粉透光率的計算公式如下。

4）淀粉糊的凍融穩(wěn)定性檢測。將濃度為6%的淀粉乳漿加熱30 min，冷卻至室溫，放入-18 ℃的冰箱中反復凍融，將凍融后的淀粉乳離心至不再有水析出，收集上清液并稱重，析水率的計算公式如下。

5）淀粉溶脹勢的檢測。將濃度為1%的淀粉乳漿分別放入55、65、75、85、95 ℃的恒溫水浴鍋中加熱30 min，離心棄上清液，將沉淀物（即為溶脹淀粉）烘干（40 ℃），淀粉溶脹勢的計算公式如下。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤瓟塊莖淀粉酶法提取工藝單因素試驗結(jié)果

圖1 顯示酶濃度、酶解pH、酶解溫度和酶解時間對赤瓟塊莖淀粉提取率的影響。隨著酶濃度的增加淀粉提取率先增加后趨于穩(wěn)定，當酶濃度達到0.5%～0.8%時淀粉提取率趨于平穩(wěn)；酶解pH 對淀粉提取率的影響不顯著，在pH 為5 時提取率為78.9%，略高于其他酶解pH 的提取率；酶解溫度低于50 ℃時淀粉提取率隨溫度上升而增加，50 ℃時達到最高值，溫度高于50 ℃時淀粉提取率隨溫度上升而明顯下降；酶解時間1～3 h 時淀粉提取率逐步升高，酶解時間3～5 h 時提取率基本保持不變，酶解時間5～6 h時淀粉提取率略有降低。

圖1 酶濃度、酶解pH、酶解溫度、酶解時間對赤瓟塊莖淀粉提取率的影響

2.2 正交優(yōu)化試驗結(jié)果

由表2 可知，酶解中各因素對赤瓟塊莖淀粉提取率的影響程度排序依次為B（酶解溫度）＞A（酶濃度）＞C（酶解pH）＞D（酶解時間），最優(yōu)組合為A2B2C3D1，即酶解溫度50 ℃、酶濃度0.5%、pH 5.0、酶解時間3 h 為酶法提取赤瓟塊莖淀粉的最佳條件，此條件下赤瓟塊莖淀粉提取率為88.75%。

表2 纖維素酶法提取淀粉正交試驗結(jié)果

經(jīng)方差分析（表3）得知，對比0.05 水平下的F值，因素A（酶濃度）、B（酶解溫度）和C（pH）對淀粉提取率的影響具有顯著差異。對比0.01 顯著性水平下的F值，因素A（酶濃度）和B（酶解溫度）對淀粉提取率的影響具有極顯著差異。從F值的排序可知，主要因素排序結(jié)果與直觀分析的結(jié)果一致，表明酶濃度、酶解溫度和pH 確實對赤瓟塊莖淀粉的提取率具有顯著影響。

表3 正交試驗方差分析

2.3 赤瓟塊莖淀粉的理化特性

2.3.1 赤瓟塊莖淀粉基本成分 以市售馬鈴薯淀粉和市售玉米淀粉為對照，測定了赤瓟塊莖粗淀粉的主要成分，結(jié)果見表4。赤瓟塊莖淀粉純度低于市售馬鈴薯淀粉和市售玉米淀粉的淀粉純度；赤瓟塊莖淀粉含水量為13.0%，符合市售淀粉含水量的標準10%～20%；其蛋白質(zhì)含量為0.11%，低于其他2 類對照淀粉中蛋白質(zhì)的含量；脂肪含量為0.1%，與市售馬鈴薯淀粉的脂肪含量一致，低于市售玉米淀粉的脂肪含量；赤瓟塊莖淀粉灰分含量為0.65%，遠高于其他2 類對照淀粉中所含灰分含量，表明赤瓟塊莖淀粉中的磷酸鹽基團較多［7］。赤瓟塊莖中直鏈淀粉的含量低于其他2 類對照淀粉中的直鏈淀粉含量。淀粉的來源能夠直接決定直鏈淀粉的含量，且直鏈淀粉含量會一定程度地影響淀粉的透光率、黏度、成膜性等部分淀粉理化特性［8-10］。

表4 3 種淀粉的主要成分含量 （單位：%）

2.3.2 赤瓟塊莖淀粉顆粒粒度 由圖2 可知，赤瓟塊莖淀粉顆粒粒徑呈雙峰型分布，主要集中在2.00～50.00 μm，平均粒徑為35.25 μm，赤瓟塊莖淀粉的粒徑數(shù)值介于2 類對照淀粉粒徑數(shù)值之間。淀粉顆粒的大小除自身的遺傳因素影響外，也與淀粉的生物合成機理和生長環(huán)境影響有關(guān)。

圖2 赤瓟塊莖淀粉顆粒粒度分布

2.3.3 赤瓟塊莖淀粉糊的透光率特性 如圖3 所示，3 種淀粉糊的透光率差異明顯。其中，透光率最高的為馬鈴薯淀粉糊，透光率最低的為玉米淀粉糊。馬鈴薯淀粉糊透光率高的原因是其淀粉顆粒大、結(jié)構(gòu)松散，加熱后更加容易糊化徹底。此外，由于馬鈴薯淀粉中磷酸酯的存在可以有效遏制淀粉內(nèi)部的締合作用，從而有效提高馬鈴薯淀粉糊的透明度，因此3 類淀粉糊中馬鈴薯淀粉糊的透光率遠高于其他2類，透光率為18.9%。玉米淀粉由于其直鏈淀粉含量最高，盡管在加熱后可徹底糊化，但是淀粉顆粒間通過締合作用后光線折射未能穿透其淀粉糊，所以三者間玉米淀粉糊的透光率最低，透光率為10.0%。赤瓟塊莖淀粉透光率為12.0%，在2 類對照淀粉之間，且直鏈含量也介于二者之間。

圖3 三種淀粉糊的透光率

2.3.4 赤瓟塊莖淀粉的凍融穩(wěn)定性 由圖4 可知，3種淀粉的析水率和凍融次數(shù)成非固定系數(shù)的正比關(guān)系，3 種淀粉析水率會因為凍融次數(shù)的增加而趨于穩(wěn)定，凍融數(shù)次后馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、赤瓟塊莖淀粉的析水率分別為55%、60%、62%。結(jié)果表明，馬鈴薯淀粉糊凝膠硬度較大，彈性較差；玉米淀粉糊凝膠較軟，彈性較好；赤瓟塊莖淀粉糊凝膠松軟成海綿狀，微彈。赤瓟塊莖淀粉糊、馬鈴薯淀粉糊和玉米淀粉糊三者的凍融穩(wěn)定性相似。

圖4 淀粉糊凍融穩(wěn)定性

2.3.5 赤瓟塊莖淀粉溶脹勢 由圖5 可知，馬鈴薯淀粉、赤瓟塊莖淀粉和玉米淀粉的的溶脹起始溫度分別為55、64.9、65 ℃。馬鈴薯淀粉完成0～100%的溶脹飽和趨勢的溫度區(qū)間十分窄，大約為55～65 ℃，說明馬鈴薯淀粉具有低溫低耗能高溶脹的特征，因此馬鈴薯淀粉具有很好的經(jīng)濟價值；赤瓟塊莖淀粉在65～75 ℃的溫度區(qū)間里呈現(xiàn)較緩和的溶脹趨勢，溶脹勢產(chǎn)生了10%的提升。繼續(xù)加溫發(fā)現(xiàn)，在75～85 ℃區(qū)間內(nèi)赤瓟?shù)矸廴苊涀兓视?0%～25%的提升，達到95 ℃后，赤瓟塊莖淀粉的溶脹度基本保持在70%；玉米淀粉溶脹勢與赤瓟?shù)矸廴苊泟萏匦韵嗨疲苊浂鹊陀诔喹攭K莖淀粉，在65～75 ℃，玉米淀粉的溶脹度只從0%上升至20%，而持續(xù)加熱至100 ℃的過程中溶脹度變化微弱，最后基本還是穩(wěn)定在20%～25%，因此，玉米淀粉的溶脹勢較低，也正反映了玉米淀粉難消化的特點。

圖5 3 種淀粉的溶脹勢

2.3.6 赤瓟塊莖淀粉顆粒形態(tài) 由圖6 可知，赤瓟塊莖淀粉大顆粒呈球形，小顆粒多呈球形和扁球形，大多表面光滑，部分表面有局部凹陷，顆粒完整。

圖6 赤瓟塊莖淀粉的電鏡圖

3 小結(jié)與討論

到目前為止，很多有關(guān)赤瓟?shù)难芯看蠖嗍菍Τ喹斔幱贸煞址矫娴难芯?，其營養(yǎng)成分和食用方面的研究較少。本研究對赤瓟塊莖的淀粉提取工藝和理化特性進行了較系統(tǒng)的研究，為進一步了解其利用價值提供參考。研究發(fā)現(xiàn)，赤瓟塊莖淀粉顆粒直徑非常集中并大小均勻，適合于用作食用淀粉。凍融穩(wěn)定性非常好，對溫度的變化有一定的抵抗能力。還因彈性良好，可以在冷熱食物中加工使用。食用淀粉的溶脹勢決定消化的難易程度［11］，赤瓟塊莖淀粉的溶脹勢較低，表明其較難消化。綜上所述，赤瓟塊莖淀粉可以用作食用淀粉的可利用性較大。

隨著淀粉在食品與非食品行業(yè)中廣泛的應(yīng)用，對淀粉的需求量也隨之增加，這就對淀粉的提取工藝有了更高的要求。生物酶法提取淀粉已經(jīng)得到了認可，并且也是淀粉工藝中重要的研究內(nèi)容。

楊雙盼等［12］利用超聲波輔助酶法提取紫糯麥淀粉，且同樣用纖維素酶為提取酶，在酶解溫度45 ℃、酶解時間2.54 h、加酶量0.59%、超聲時間21 min的條件下，淀粉提取率最佳，為75.18%；胡愛軍等［13］使用纖維素酶酶法提取香芋淀粉，酶解溫度35 ℃、料液比1∶4、加酶量0.60%、酶解時間4 h 的條件為最佳工藝，此時淀粉提取率為90.23%。本研究對赤瓟塊莖淀粉進行的酶法提取最佳工藝為酶解溫度50 ℃、酶濃度0.5%、pH 5.0、酶解時間3 h，淀粉提取率達88.75%，由此比較，對赤瓟塊莖淀粉的提取率趨于較高水平。

張晶等［14］在燕麥淀粉的理化特性研究中發(fā)現(xiàn)，燕麥淀粉的透光率較小，約為1%；燕麥淀粉凍融穩(wěn)定性不好，凍融5 次時的析水率約為60%，不適合在冷凍食品中應(yīng)用。本研究中赤瓟塊莖淀粉透光率為12%，透明度高于燕麥淀粉；赤瓟塊莖淀粉凍融5 次時的析水率約為62%，且與馬鈴薯淀粉、玉米淀粉相似，由此可見，其與燕麥淀粉同樣不適用于冷凍食品。

赤瓟為重要的蒙藥藥材，本研究為進一步開發(fā)赤瓟?shù)膬r值邁出了重要的一步，為以后的研究提供了參考。