超聲輔助酶法提取麻櫟樹籽淀粉工藝優(yōu)化及理化特性分析

陳 暉，楊曉聰，王 清，王夢媛，陳 龍

（信陽農林學院食品學院，河南省大別山特色食物資源綜合利用工程技術研究中心，河南信陽 464000）

麻櫟屬于殼斗科櫟屬植物[1]，我國麻櫟樹籽資源豐富，分布范圍十分廣泛。麻櫟樹籽是殼斗科櫟屬植物橡樹的果實，外殼堅硬，棕色，內仁如板栗仁，富含淀粉，淀粉含量可達50%～70%，僅次于谷類而高于豆類[2]，是很好的天然淀粉資源。麻櫟樹籽淀粉是麻櫟樹籽最主要的應用資源，可用于飼料加工[3]、發(fā)酵生產酒精[4]，也可用于食品生產[5]。目前，我國麻櫟樹籽淀粉生產多為堿法和乙醇提取法，堿法提取的淀粉提取率較高且工藝簡單，會產生很大的用水量及廢水量，嚴重時會對環(huán)境造成污染[6]。乙醇提取法的淀粉提取率較低，蛋白質及其他雜質含量較高，并且乙醇使用量大。因此，亟需對麻櫟樹籽淀粉傳統提取工藝進行優(yōu)化，以提高麻櫟樹籽淀粉的提取率。

超聲輔助提取法主要是利用超聲波產生的熱效應和空化效應使得物料中的纖維素和蛋白質加快分離，以提高淀粉的提取率[7-8]，在淀粉提取方面應用較為普遍?，F階段，關于超聲輔助酶法提取麻櫟樹籽淀粉的研究鮮見報道，基于此，以麻櫟樹籽為原料，采用超聲輔助酶法提取其中的淀粉，進行超聲時間、提取溫度、酶用量、料液比4 個單因素試驗，選擇影響較大的因素進行正交試驗，研究各因素對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響，以獲得一個最佳工藝條件，并對提取的麻櫟樹籽淀粉的溶解性、凍融穩(wěn)定性、透光率等理化特性進行分析，以期為麻櫟樹籽淀粉的精深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麻櫟樹籽，采自河南信陽市董家河鎮(zhèn)；堿性蛋白酶（200 000 U/g），上海源葉生物有限公司提供；濃硫酸（AR）、高錳酸鉀（AR）、硫酸銅（GR）、氫氧化鈉（AR）、無水乙醇（AR）、鹽酸（AR），天津大茂化學試劑廠提供。

1.2 儀器與設備

SB-1200DTY 型超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司產品；TDL-40B 型離心機，上海安亭科學儀器廠產品；QZ165 型鼓風干燥箱，上海躍進醫(yī)療器械廠產品；A390 型紫外可見分光光度計，翱藝儀器（上海） 有限公司產品；TMS-PRO 型質構儀，美國FTC 公司產品；DZKW 型電熱恒溫水浴鍋，凱豐集團有限公司產品；WTC20002 型電子天平，杭州萬特衡器有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 麻櫟樹籽脫單寧處理

挑選無蟲、無霉的麻櫟樹籽烘干，然后去殼粉碎過120 目篩備用。參考薛文艷等人[9]的方法稍作修改，對麻櫟樹籽粉末進行脫單寧處理。取一定量麻櫟樹籽粉末按1∶20（g∶mL） 料液比加入質量分數為0.5%的NaOH 溶液攪拌處理，每隔6 h 除去上清液，重復3 次，將沉淀置于55 ℃鼓風干燥箱中干燥，然后粉碎過120 目篩備用。

1.3.2 單因素試驗

取脫單寧后的麻櫟樹籽粉10 g，研究料液比（g∶mL） 1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7；堿性蛋白酶添加量0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%；超聲時間40，60，80，100，120 min；提取溫度35，40，45，50，55 ℃對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響。

1.3.3 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，以麻櫟樹籽淀粉提取率為評價指標，采用L9（34）正交表對超聲時間（A）、酶解溫度（B）、酶添加量（C） 3 個因素進行正交優(yōu)化試驗，以獲得最佳提取條件。

正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計

1.3.4 單寧殘留量測定

參照劉瑞亮[10]的方法測定脫單寧后的麻櫟樹籽粉中單寧殘留量，繪制單寧酸標準曲線為Y=87.135X-0.028 6，R2=0.996。按照公式（1） 計算單寧殘留量。

式中：W——單寧殘留量，%；

C——標準曲線所得的單寧質量濃度，mg/mL；N——稀釋倍數；

V——浸提液體積，mL；

m——樣品質量，g。

1.3.5 淀粉提取率測定

按照公式（2） 計算淀粉提取率。

式中：m1——麻櫟樹籽淀粉質量，g；

m2——脫單寧后麻櫟樹籽淀粉質量，g。

1.3.6 麻櫟樹籽淀粉理化性質分析

（1） 凍融穩(wěn)定性分析。參照李梁等人[11]的方法略作修改，將質量分數6%的麻櫟樹籽淀粉溶液置于100 ℃水浴中加熱糊化，取出冷卻至室溫。取10 mL于離心管中，加蓋冷藏24 h。取出后自然解凍并稱重，記為m3，以轉速4 000 r/min 離心25 min，除去上清液，用濾紙將沉淀物中多余的水分除去并稱質量，記為m4，析水率計算見公式（3）。

式中：m3——麻櫟樹籽淀粉質量，g；

m4——脫水后麻櫟樹籽淀粉質量，g。

（2） 凝沉特性分析。參照高麗瓊等人[12]的方法對麻櫟樹籽淀粉的凝沉特性進行測定。

（3） 凝膠質構分析。參照張晶等人[13]的方法略作修改，將質量分數12%的麻櫟樹籽淀粉液置于100 ℃水浴中糊化25 min，取出冷卻至室溫，然后冰箱冷藏24 h。測試前將凝膠從冰箱取出在室溫下平衡1 h，選擇TPA 模式，P5 探頭，質構條件為觸發(fā)力20 N，測試速率60 mm/min，下壓距離5.0 mm。測后的上升速度5 mm/s，2 次測定時間間隔為3 s。測定指標包括硬度、黏附性、彈性。

（4） 透光率分析。參照丁衛(wèi)英等人[14]的方法稍作修改，將質量分數1%的麻櫟樹籽淀粉液置于100 ℃水浴加熱35 min，取出冷卻至室溫，利用分光光度計測定其在波長650 nm 處的透光率。

（5） 溶解度和膨脹度分析。參考白婷等人[15]和朱巧巧[16]的方法略作修改，分別將質量分數為3%的麻櫟樹籽淀粉液置于50，60，70，80，90，100 ℃水浴攪拌30 min，冷卻至室溫，以轉速4 000 r/min 離心20 min，將上層清液水浴蒸干、烘干后稱質量，按照公式（4） 計算溶解度，沉淀物稱質量按照公式（5）計算膨脹度。

式中：m6——上層清液烘干后剩余物質量，g；

m7——沉淀物質量，g；

m5——淀粉干基質量，g。

1.3.7 數據處理

所有試驗重復3 次，試驗結果使用SPSS 26 軟件和Minitab 18 軟件進行處理，使用Origin 2021 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 麻櫟樹籽粉脫單寧處理效果

經質量分數為0.5%的NaOH 溶液進行脫單寧處理后的麻櫟樹籽粉中單寧殘留量為0.115%，與傳統麻櫟樹籽脫單寧方法相比，可減少用水量，縮短處理時間[17]。

2.2 單因素試驗結果分析

2.2.1 超聲時間對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響

超聲時間對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響見圖1。

圖1 超聲時間對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響

由圖1 可知，隨著超聲時間的延長，麻櫟樹籽淀粉提取率呈先顯著增大（p＜0.05） 后顯著減?。╬＜0.05） 的趨勢，超聲時間為100 min 時，淀粉提取率最高，達到78.39%?？赡苁怯捎诔暡óa生的熱效應和空化效應使蛋白質顆粒與麻櫟樹籽淀粉之間的結合力降低，堿性蛋白酶能更好地將蛋白質水解除去，淀粉提取率上升，而隨著超聲時間延長，脫除蛋白的淀粉更容易溶脹并水解[18]，使得淀粉提取率下降。因此，選擇80，100，120 min 的超聲時間作為正交水平。

2.2.2 提取溫度對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響

提取溫度對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響見圖2。

圖2 提取溫度對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響

由圖2 可知，隨著提取溫度的上升，溶液受熱擴散速度加快，酶活性提升使麻櫟樹籽淀粉加速溶出，提取率顯著升高（p＜0.05），當提取溫度為45 ℃時，淀粉提取率最高，為79.66%。當提取溫度繼續(xù)上升，酶活性下降，淀粉可能會糊化導致淀粉提取率顯著下降（p＜0.05）。因此，選擇40，45，50 ℃的提取溫度作為正交水平。

2.2.3 料液比對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響

料液比對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響見圖3。

圖3 料液比對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響

由圖3 可知，隨著料液比的升高，麻櫟樹籽淀粉中提取率升高，當料液比為1∶6 時，淀粉提取率最高，達到77.77%，當料液比高于1∶6 時，淀粉提取率未顯著上升，并且5 個水平的料液比的麻櫟樹籽淀粉提取率未見明顯顯著性變化（p＜0.05）。因此，在正交試驗中舍去料液比這個因素。

2.2.4 酶添加量對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響

酶添加量對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響見圖4。

圖4 酶添加量對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響

由圖4 可知，隨著堿性蛋白酶添加量增加，麻櫟樹籽淀粉提取率顯著增加（p＜0.05），當酶添加量達到0.4%時，淀粉提取率最高可達78.29%。當酶添加量大于0.4%時，淀粉提取率顯著下降（p＜0.05）。在一定濃度范圍內，隨著酶添加量增加，酶和麻櫟樹籽中蛋白質分子的碰撞機會增加，淀粉中蛋白水解越充分。但在酶添加量超過0.4%后，添加的酶很可能導致淀粉溶液中蛋白質含量升高，導致最終的蛋白質殘留量增加。酶添加量過多會導致蛋白質暴露更多的疏水性基團，過度水解。蛋白質發(fā)生疏水水合作用后相互聚集[19]，導致溶液中蛋白質溶解性減弱，使得蛋白與淀粉分離困難。因此，選擇0.3%，0.4%，0.5%的酶添加量作為正交水平。

2.3 正交試驗結果與分析

根據單因素試驗結果，選擇超聲時間、提取溫度、酶添加量3 個因素進行正交優(yōu)化試驗。

正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果

由表2 可知，各因素對麻櫟樹籽淀粉提取率的影響依次是提取時間（B） ＞超聲時間（A） ＞酶添加量（C），提取最佳方案是A3B2C2，即超聲時間120 min，提取溫度45 ℃，酶添加量0.4%，此時麻櫟樹籽淀粉提取率為80.51%，高于該9 組試驗，具有良好的重復性，證明該優(yōu)化工藝較為穩(wěn)定。

2.4 理化性質結果與分析

2.4.1 凍融穩(wěn)定性

麻櫟樹籽淀粉凍融穩(wěn)定性測定結果見表3。

表3 麻櫟樹籽淀粉凍融穩(wěn)定性測定結果

淀粉的凍融穩(wěn)定性反映了淀粉糊凍融后的脫水程度，析水率越低，凍融性穩(wěn)定性越好，反之越差[20]。由表3 可知，經過1 次凍融處理后，麻櫟樹籽淀粉糊析水率達到67.56%，析出量較大，說明其淀粉糊凍融穩(wěn)定性較差?？赡苁怯捎谠诶鋬鰰r，麻櫟樹籽淀粉糊中的直鏈淀粉分子與支鏈淀粉分子會通過氫鍵結合起來，從而導致晶體結構發(fā)生老化，使淀粉糊的膠體特性受到破壞。在結凍過程中水從糊狀物中分離出來，最終呈海綿狀[21]。因此，麻櫟樹籽淀粉不適合應用于冷凍食品中。

2.4.2 凝沉特性

靜置時間對上清液體積分數的影響見圖5。

圖5 靜置時間對上清液體積分數的影響

由圖5 可知，靜置時間的延長逐漸增加，麻櫟樹籽淀粉糊上清液析出體積逐漸增加，在6 h 后析出體積分數為36.55%，隨著時間延長基本達到穩(wěn)定，說明麻櫟樹籽淀粉具有較強的凝沉穩(wěn)定性。與粉葛、玉米淀粉相比[22]，麻櫟樹籽淀粉靜置至穩(wěn)定所用的時間較短，提示麻櫟樹籽淀粉易老化，不易進行深加工。

2.4.3 凝膠質構特性

3 種淀粉糊質構測定結果見表4。

表4 3 種淀粉糊質構測定結果

由表4 可知，對比董貝貝[23]對小麥淀粉、玉米淀粉糊質構的測定，麻櫟樹籽淀粉的黏附性和硬度較低，而彈性較大，說明麻櫟樹籽淀粉適合加工成果凍、凝膠類食品。

2.4.4 透光率

透光率可表明淀粉糊的透明度，透光率越高，淀粉糊的透明度越高。麻櫟樹籽淀粉糊的透光率為6.46%，相對較差，可能與麻櫟樹籽淀粉中直鏈、支鏈淀粉含量比，淀粉的顆粒大小及膨脹度都有關[24-25]。

2.4.5 溶解度和膨脹度

淀粉的溶解度和膨脹度不僅反映了淀粉分子與水之間相互作用力的大小，也反映了淀粉分子之間相互作用力的大小。

不同溫度下麻櫟樹籽淀粉的溶解度（a） 和膨脹度（b） 見圖6。

圖6 不同溫度下麻櫟樹籽淀粉的溶解度（a） 和膨脹度（b）

由圖6 可知，麻櫟樹籽淀粉的溶解度和膨脹度隨著溫度的上升呈增大趨勢，溶解度從50 ℃的4.25%上升至100 ℃的17.4%，膨脹度從50 ℃的5.55%上升至100 ℃的8.56%，究其原因可能是因為溫度升高淀粉糊化程度加深，淀粉間氫鍵斷裂，淀粉顆粒膨脹崩裂，淀粉分子大量溶出。

3 結論

試驗采用超聲輔助酶法提取麻櫟樹籽淀粉，在單因素的基礎上進行正交試驗，得到麻櫟樹籽淀粉最佳提取工藝為超聲時間120 min，提取溫度45 ℃，酶添加量0.4%，此時麻櫟樹籽淀粉提取率為80.51%。制備的麻櫟樹籽淀粉凍融穩(wěn)定性較差，凍結和解凍過程不能保持原有的質構，因此麻櫟樹籽淀粉不適合應用于冷凍食品。麻櫟樹籽淀粉在溫度較低時溶解度較差，透光率較低，凝沉穩(wěn)定性較強，析水率高達74.47%，彈性相對小麥淀粉和玉米淀粉較大，故適合加工成涼粉、果凍類食品。