青稞淀粉的提取工艺优化研究

刘新兴，李建颖，赵彦巧，王凯

（天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津300134）

青稞（HordeumvulgareL.var.nudumHook.f.），是大麦的一种，又称裸大麦、元麦[1]，在西藏、青海等省份广为种植，是藏民最为重要的粮食产物[2]。在粮食作物中，青稞具有高蛋白质、高纤维、高维生素、低脂肪、低糖等特点。淀粉平均含量为59.25%，蛋白质含量平均值为11.31%，β-葡聚糖平均含量为5%，远高于其他谷类作物，粗脂肪平均含量为2.13%，此外还含有丰富的水分，纤维和微量元素[3]。

随着人们对青稞中β-葡聚糖的深入研究，对其保健功能认识程度的加深，及其在预防糖尿病、高血压、肝病、心血管等疾病方面所具有的奇特功效[4]，青稞的保健制品更加激起了人们开发和研究的兴趣。而青稞中含量最高的淀粉却很少进入人们的视线。实际上与其他谷类作物相比，青稞淀粉成分非常独特。青裸中平均含有55.25%的淀粉，其中普遍含有74%～78%的支链淀粉，近年西藏自治区农牧科学院培育的新品种青稞25支链淀粉达到或接近100%[5]。支链淀粉含大量凝胶黏液，加热后呈弱碱性，对胃酸过多有抑制作用，在医学上有着重要应用。同时还可作为优良的增稠剂、乳化剂、黏着剂、悬浮剂而广泛的用于食品、造纸、纺织和黏着剂工业[6-7]。本实验利用NaOH对青稞面粉中的淀粉进行提取，同时通过单因素和正交试验优化设计来获得最佳的提取工艺，为提高青稞淀粉的附加值及对直链、支链淀粉的分离打下良好的基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

短芒黑青稞粉：香格里拉县购得；氢氧化钠：天津市德恩化学试剂有限公司提供；碘化钾，盐酸，乙醇，其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DL-6000B低速冷冻大容量离心机：上海安亭科学仪器厂；AUY220分析天平：日本岛津制作所；DZF-6050B真空干燥箱：上海一恒科技有限公司；PHS-3B酸度计：上海精密科学仪器有限公司；FWLOO高速粉碎机：天津市特斯特仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉的提取

取一定量青稞粒，用高速粉碎机粉碎后制成原料青稞粉，过100目筛，按1∶5（g/mL）的固液比添加质量浓度为0.4%的NaOH溶液，搅拌，浸泡一定时间后（2 h），用盐酸溶液滴定至中性（此时混合物呈淡粉色），再用离心机（ 5000 r/min）离心10 min，去掉深黄色上层黏稠液体和暗黄色表层，并将黄色上层物质转移到另一只离心管中，分别用去离子水清洗两只离心管中的沉淀物，再次分别离心，去掉上层深黄色粘稠液体，之后重复离心清洗3次，分别取下层白色物质收集在一起，用蒸馏水再次清洗多次，离心，去掉淡黄色表层，收集下层白色固体，即可获得最大的淀粉提取效果，用95%的乙醇进行洗涤，抽滤，随后置于表面皿中自然干燥16 h即可获得青稞淀粉[9-10]。

1.3.2 淀粉提取率的计算

式中：m为提取的淀粉的质量，g；M为原料的质量，g。

2 结果与分析

2.1 青稞淀粉的提取

2.1.1 青稞淀粉提取工艺单因素试验

根据单因素试验，确定影响青稞淀粉提取率的3个因素：固液比、NaOH质量浓度、NaOH浸提时间的3个不同水平，并做出正交试验因素水平表。

2.1.1.1 固液比对青稞淀粉提取率的影响

为了检测不同固液比对青稞淀粉提取率的影响，本试验在固液比分别为 1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7（g/mL），常温下浸泡时间2 h，加入质量浓度为0.4%的NaOH溶液的条件下分别对青稞淀粉进行提取。试验结果如图1所示。

从图1可以看出，青稞淀粉的提取率随固液比的增大呈现先升高后降低的趋势，当固液比为1∶5（g/mL）时青稞淀粉的提取率最高。这是因为适度的固液比有利于青稞蛋白的溶解。但随着液体量的增加，乳液的碱浓度降低，致使蛋白质不能被碱液溶解出来，从而降低了青稞淀粉的提取效率。故固液比不能太大，应选在 1∶5（g/mL）附近。

图1 固液比对青稞淀粉提取率的影响Fig.1 Solid-liquid ratio on the yield of hullessbarleystarch

2.1.1.2 NaOH浓度对青稞淀粉提取率的影响

为了检测不同NaOH浓度对青稞淀粉提取率的影响，在NaOH质量浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，固液比为 1∶5（g/mL），常温下浸泡时间2 h的条件下分别对青稞淀粉进行提取。试验结果如图2所示。

图2 NaOH质量浓度对青稞淀粉提取率的影响Fig.2 NaOH concentration on the yield of hullessbarley starch

从图2可以看出，青稞淀粉的提取率随NaOH质量浓度的增大呈现先升高后降低的趋势，当NaOH质量浓度在0.4%左右时，青稞淀粉的提取率最高。这是因为青稞中含量最高的谷蛋白为碱溶性蛋白，易溶于碱液。但随着NaOH质量浓度的增加，青稞淀粉开始出现糊化现象，从而影响了提取率。故提取青稞淀粉时NaOH的质量浓度不能太高，应选择在0.4%附近。

2.1.1.3 浸提时间对青稞淀粉提取率的影响

为了测定不同的NaOH浸提时间对青稞淀粉提取率的影响，试验选择常温下浸泡时间分别为1、2、3、4、5 h，固液比为 1 ∶5（g/mL），NaOH 质量浓度为 0.4%的条件下分别对青稞淀粉进行提取。试验结果如图3所示。

图3 NaOH浸提时间对青稞淀粉提取率的影响Fig.3 Different extraction time on the yield of hullessbarley starch

从图3可以看出，青稞淀粉的提取率随NaOH浸提时间的增大呈现先升高后降低的趋势，当浸提时间为3 h时，青稞淀粉的提取率最高。这是随着时间的延长，青稞淀粉受到了NaOH溶液的腐蚀，青稞的结构遭到了破坏，不利于蛋白从淀粉中分离出来，从而影响了青稞淀粉提取率的增加。故提取青稞淀粉时，浸提时间不能太长，应控制在在3 h左右。

2.1.2 青稞淀粉提取率最佳工艺条件确定

在单因素试验的基础上，进一步进行三因素三水平L9（33）试验分析，确定最佳的青稞淀粉提取工艺条件。因素水平如表1。

表1 青稞淀粉提取正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

正交试验结果如表2所示，极差与方差分析见表3、表 4。

表2 正交试验结果Table 2 Result of orthogonal experiment

表3 正交试验极差分析表Table 3 Range analysis of orthogonal experiment

续表3 正交试验极差分析表Continue table 3 Range analysis of orthogonal experiment

表4 正交试验方差分析表Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

从表3青稞淀粉提取率的极差分析可知，对淀粉提取效果影响最大的因素是C（NaOH浸提时间），其次是B（NaOH质量浓度），A（固液比）影响最小，即C＞B＞A。

A因素的最佳条件是A2，说明固液比对试验结果的影响是比较小的，在一定条件下固液比的增加，能提高青稞蛋白质的提取效率。

B因素的最佳条件是B3，说明NaOH质量浓度对试验的影响是比较大的，在一定范围内提高其浓度，能有效的降低青稞中蛋白质的含量，但浓度也不宜过高。

C因素的最佳条件是C3，说明浸提时间对本试验的影响是最大的，但考虑到时间成本和淀粉糊化程度，时间也不易太长。

由表4中方差分析的结果可知，在0.01的显著性水平下，因素C（NaOH浸提时间）对淀粉的提取率有着极显著的影响，在0.05的显著性水平下，因素B（NaOH质量浓度）对淀粉提取率有着显著影响，这说明NaOH浸提时间和NaOH质量浓度对青稞淀粉的提取率有着非常重要的影响。

由表4中F值的大小也可以得出影响青稞淀粉提取率的4个因素的主次排序：C＞B＞A，即影响淀粉提取效果的3个因素的主次排序是：C（NaOH浸提时间），其次是B（NaOH 质量浓度），A（固液比），这与极差分析的结论相一致。

综合以上因素考虑，确定最优工艺条件组合为C3B3A2，即NaOH浸提时间为4 h、NaOH质量浓度为0.5%、固液比为 1 ∶5（g/mL）。

3 结论

通过对青稞淀粉的提取条件进行正交试验的优化研究，初步确定最佳提取条件为：固液比1∶5（g/mL）、NaOH质量浓度0.5%、NaOH浸提时间4 h，在此条件下提取率可达到49.43%。利用NaOH对青稞淀粉进行提取，技术路线相对简单，且提取率较高，是一种值得推广的工艺流程。

[1] 谢宗万.本草纲目药物彩色图鉴[M].北京：人民卫生出版社,2001：221

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