大米淀粉三种提取方法的对比研究

唐雅璐， 全 珂，刘艳兰，易翠平

长沙理工大学化学与食品工程学院 (长沙 410114)

淀粉作为大米的主要成分，约占干重的90%，对大米及米制品的品质起着决定性作用[1]，因此是米制品研究中重点关注的对象。大米淀粉的研究首先涉及到的是淀粉的提取纯化，有关大米淀粉提取纯化的研究报道较多[2-8]，常用的有3种：①石油醚脱脂-碱法提取 采用石油醚脱脂，0.2%(m/v)NaOH去蛋白后离心提取淀粉[6]；②碱法提取-正戊醇脱脂法 采用0.1%(m/v)NaOH去蛋白，正戊醇及乙醇、石油醚共同脱脂后离心提取淀粉[7]；③还原剂NaHSO3法 采用还原剂0.45% NaHSO3浸泡去蛋白后自然沉降得到淀粉[8]。其中，第①种方法简洁快速，5 h左右即可；第②种方法耗时很长，基本需要72 h以上；第③种方法介于二者之间。至于哪种方法提取效率更高，对大米淀粉性质的影响更小，能够真实的反应淀粉的性质，则尚未见研究报道。因此，本论文为明确这3种大米淀粉提取方法的特点，对比了研究了3种方法对大米淀粉的性质影响，以选择最适大米淀粉性质研究的实验室提取方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

籼米(8802、早熟、迟熟)：购于金健米业股份有限公司；糯米(皇室馨花泰国糯米)、粳米(东北大米)：购于天虹超市；试剂：氢氧化钠、亚硫酸氢钠、正戊醇、石油醚：均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；盐酸：分析纯，成都市科隆化学品有限公司；无水乙醇：分析纯，郑州派尼化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

HH-4数显恒温水浴锅：常州亿通分析仪器制造有限公司；TG16K台式高速离心机：长沙东旺实验仪器有限公司；DHG-9140A鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；AVY120分析天平：北京塞多利斯科学仪器有限公司；UV-2800分光光度计：尤尼柯(上海)仪器有限公司；RVA-4500快速黏度分析仪：波通瑞华科学仪器(北京)有限公司；CL-200型集热式恒温加热磁力搅拌器：巩义市予华仪器有限责任公司；SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限责任公司；bluepard生化培养箱：上海一恒科学仪器有限公司；BCD-201ML冰箱：合肥美菱股份有限公司；FW100高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；Delta320 p H计：梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；SG250-A榨汁·搅拌机：顺德市容桂镇家成电器厂。

1.3 方法

1.3.1大米淀粉的提取

1.3.1.1 石油醚脱脂-碱法

根据易翠平等[6]的方法稍作变动，具体如下：

大米→磨粉(过80目筛) →石油醚浸泡脱脂→100 g脱脂大米粉→碱提2 h(0.2%NaOH，料液比1∶6)→离心(4 000 r/min，10 min) →去上清液，取沉淀中间层白淀粉→水洗至中性→沉淀40 ℃烘干→大米淀粉1。

1.3.1.2 碱法提取-正戊醇脱脂法

根据Tang等[7]的方法稍作变动，具体如下：

100 g大米→加蒸馏水(料液比1∶4) 后放置在4 ℃浸泡24 h→匀浆5 min→过120目筛→离心(4 000 r/min，10 min)后 ，去上清液→碱提2 h (0.1%NaOH，料液比1∶4)→离心(4 000 r/min，10 min)后 ，去上清液 →再次碱提2 h (0.1%NaOH，料液比1∶4)→离心(4 000 r/min，10 min)→沉淀加蒸馏水(料液比1∶4)混匀→0.1 mol/L HCl调节pH至7→过200目筛→离心(4 000 r/min，10 min) → 沉淀加蒸馏水(料液比1∶4)混匀，再加沉淀等体积的正戊醇，搅拌2 h→静置后，吸去上层醇层→ 重复前两个步骤，直至上层醇层基本澄清→过200目筛→离心(4 000 r/min，10 min) →沉淀加蒸馏水(料液比1∶4)混匀，抽滤→沉淀加2倍体积无水乙醇，再抽滤(2次)→沉淀加2倍体积石油醚，再抽滤(2次)→沉淀40 ℃烘干→大米淀粉2。

1.3.1.3 还原剂NaHSO3法

根据Li等[8]的方法稍作变动，具体如下：

100 g大米→加0.45%NaHSO3(料液比1∶3)，30 ℃浸泡过夜→匀浆5 min后，过80目筛→淀粉浆4 ℃过夜→去上清液，并去除沉淀中非白色部分→沉淀用蒸馏水洗7-8次(期间用无水乙醇洗2～3次) → 用蒸馏水溶解沉淀→离心(4 000 r/min，10 min)→沉淀40 ℃烘干→大米淀粉3。

1.3.2化学组成的测定

蛋白质含量：凯氏定氮法，参照GB 5009.5—2016 ；淀粉含量：酸水解法，参照GB 5009.9—2016；脂肪含量：索氏抽提法，参照GB 5009.6—2016；直链淀粉含量：参照GB/T 15683—2008。

1.3.3溶解度和膨润力的测定

根据Zhu等[9]的方法稍作变动。称取淀粉0.1 g(干基)置于已称重的10 mL的离心管m1中，再加入5 mL的蒸馏水，用旋涡混合器混匀1 min，在95 ℃下水浴30 min，并不断振荡。冷却至室温后，以3 000 r/min 离心20 min，将上清液倒入已恒重的小烧杯m2中，在105 ℃下烘干至恒重再称重m3。称取去除了上清液的离心管，质量为m4。溶解性和膨润力的计算公式如下：

1.3.4糊化特性的测定

取3.0 g样品(干基)，加25 mL蒸馏水，放置入快速黏度测定仪进行测定：样品升温，在50 ℃保温1 min，95 ℃保温2.5 min，再降温到50 ℃、保温1.4 min，得到样品的糊化特性曲线，记录峰值黏度、低谷黏度、崩解值、最终黏度、回生值、糊化温度、峰值时间等特征值。

1.4 数据处理

利用Excel 2010处理数据，用SPSS Statistics 17.0进行显著性差异分析，用Origin 9来制图。实验最终结果为平均值标准偏差。

2 结果与讨论

2.1 提取方法对大米淀粉主要化学组成的影响

由表1可知，与大米粉相比，石油醚脱脂-碱法、碱法提取-正戊醇脱脂法和还原剂NaHSO3法提取的淀粉中蛋白质含量均降低(降低幅度52.29%～ 95.15%)，这说明3种提取方法均可有效去除一定量的蛋白质。但这3种提取方法在去除蛋白质的效果上有所差别，石油醚脱脂-碱法和碱法提取-正戊醇脱脂法提取的大米淀粉中蛋白质含量都在0.8%以下，这两种方法在去除蛋白质上无显著性差异。还原剂NaHSO3法提取的大米淀粉中蛋白质含量在2.08%～3.45%，与前两种方法提取的有显著性差异(P<0.05)。由此可得，淀粉中蛋白质的含量受到提取方法的影响，这与R. J. Estrada-León等[10]实验结果相符。用石油醚脱脂-碱法和碱法提取-正戊醇脱脂法提取时，籼米淀粉(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%)。有文献报道，淀粉中直链淀粉含量越高，淀粉颗粒的结构越致密牢固[11]，导致蛋白质与淀粉的结合越紧密，因此在籼米中去除蛋白质的难度更大。

大米粉及相应的大米淀粉的脂肪含量分别为0.28%～0.48%、0.02%～0.22%，表明大米粉和大米淀粉中的脂肪含量较低，这与王晓晕[12]的研究结果相一致。比较脂肪含量的数据，3种方法提取淀粉的脂肪含量上无显著性差异(P>0.05)。

与大米粉相比，3种方法提取的淀粉中总淀粉含量均有所增加(9.09%～18.51%)，这是因为在淀粉的提取过程中，去除了大量的蛋白质。在去除了蛋白质分离后，3种方法提取的淀粉中总淀粉含量可以达到90%以上，这与李玥[13]测得的结果基本相符。石油醚脱脂-碱法和碱法提取-正戊醇脱脂法提取的淀粉中总淀粉含量在91.91%～95.67%。除早熟品种外，这两种方法提取淀粉的总淀粉无显著性差异。而还原剂NaHSO3法提取的淀粉中总淀粉含量在90.44%～91.38%，显著低于前两种方法的 (P<0.05)。蛋白质含量和总淀粉含量是评价淀粉纯度的两个重要指标，由蛋白质含量和总淀粉含量的数据可知，石油醚脱脂-碱法和碱法提取-正戊醇脱脂法提取的淀粉纯度高于还原剂NaHSO3法。

籼米粉、粳米粉、糯米粉的直链淀粉含量分别为20.91%～28.24%、14.36%、0，籼米淀粉、粳米淀粉、糯米淀粉的直链淀粉含量分别为26.64%～34.99%、18.19%～21.69%、0。从直链淀粉含量数据上，可以很明显的看出大米的类型，按直链淀粉含量的高低来分依次是籼米、粳米、糯米。大米淀粉中的直链淀粉含量高于大米粉中的，是因为淀粉提取过程中，去除了蛋白质和脂肪，导致淀粉比例的增加[14]。碱法提取-正戊醇脱脂法提取的淀粉的直链淀粉含量在21.69%～34.99%，显著高于石油醚脱脂-碱法和还原剂NaHSO3法的(P<0.05) ，而后两种方法提取的淀粉中直链淀粉含量(除迟熟品种外)无显著性差异。

表1 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的主要化学组成

2.2 提取方法对大米淀粉溶解度和膨润力的影响

淀粉的溶解度和膨润力可以反映水分子与淀粉链在无定形和结晶域中相互作用[15]。从表2可以看出，溶解度和膨润力会受到大米品种和提取方法的影响。与大米粉相比，3种方法提取的大米淀粉的溶解度和膨润力均有所增加，可能是大米粉与大米淀粉的蛋白质含量的差异所致[16]。用这3种方法提取的糯米淀粉的膨润力(34.89 ～46.93 g/g)要明显高于籼米淀粉(13.70 ～20.80 g/g)和粳米淀粉(15.19 ～21.66 g/g)的。除糯米淀粉外，还原剂NaHSO3法提取的淀粉的溶解度在3.6%～12.25%，显著低于其他两种方法的(P<0.05)。碱法提取-正戊醇脱脂法提取的淀粉的膨润力在18.11～46.93 g/g，要显著高于石油醚脱脂-碱法和还原剂NaHSO3法的(P<0.05)，而后两种方法提取的淀粉(除糯米淀粉外)的膨润力无显著性差异。3种提取方法得到淀粉溶解度和膨润力的差异可能是因为直链淀粉含量，直链淀粉和支链淀粉分子的分子量、磷酸基团、黏度模式以及直链淀粉和支链淀粉分子之间的键合力的变化[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润力

2.3 提取方法对大米淀粉糊化特性的影响

峰值黏度反映的是淀粉糊化升温过程中淀粉颗粒的膨胀程度[18]。由图1可知，还原剂NaHSO3法提取的淀粉的峰值黏度在3 163 ～3 976 cP，要显著高于石油醚脱脂-碱法和碱法提取-正戊醇脱脂法的 (P<0.05) 。石油醚脱脂-碱法和还原剂NaHSO3法提取的淀粉的直链淀粉含量相近，峰值黏度不同，可能更多地取决于直链淀粉密度(直链淀粉含量与颗粒大小之比)或淀粉颗粒大小[19]。除8802、迟熟外，碱法提取-正戊醇脱脂法提取的淀粉的峰值黏度(2 449 ～3 057 cP)最低，这意味着该方法提取的淀粉颗粒通过氢键与水结合的能力较低[20]，因为该方法提取的淀粉含有最高的直链淀粉含量。在直链淀粉含量较低的淀粉中观察到较高的峰值黏度，而直链淀粉含量较高的淀粉则显示较低的峰值黏度，这与Bhat等[21]的实验结果相符。

注：在同一品种中，不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著(下同)。图1 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的峰值黏度

由图2可知，还原剂NaHSO3法提取的淀粉的低谷黏度在1 259～3 433 cP，要显著高于石油醚脱脂-碱法和碱法提取-正戊醇脱脂法的 (P<0.05)。在籼米中用碱法提取-正戊醇脱脂法提的淀粉的低谷黏度要高于石油醚脱脂-碱法的，而在糯米和粳米中则相反。最终黏度表明淀粉形成黏稠糊状物的能力[22]。由图3可知，除早熟、迟熟品种外，石油醚脱脂-碱法和还原剂NaHSO3法提取的淀粉的最终黏度要高于碱法提取-正戊醇脱脂法提取的(1 518～3 744 cP)，这说明石油醚脱脂-碱法和还原剂NaHSO3法提取的淀粉更容易黏稠。

图2 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的低谷黏度

图3 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的最终黏度

崩解值表示峰值黏度与低谷黏度的差值[23]，以此反映淀粉的热糊稳定性，其数值越大热糊稳定性越差。由图4可知，糯米粉及糯米淀粉的崩解值(1 332～1 868 cP)最高，热糊稳定性较差，这与李安平等[24]的研究结果相符。石油醚脱脂-碱法提取的淀粉崩解值(565～1 473 cP)较高，可能是由于淀粉颗粒上的直链淀粉片段(可溶性直链淀粉)在糊化加热过程中直链淀粉中α-1,4键的断裂引起的[19]。除糯米淀粉外，还原剂NaHSO3法提取的淀粉的崩解值(314 ～742 cP)最低，表明还原剂NaHSO3法提取的淀粉在溶胀后的淀粉颗粒强度大，不易破裂，导致其热糊稳定性好。回生值通常用于描述在冷却糊状淀粉时发生的黏度增加[25]。由图5可知，糯米粉及糯米淀粉的回生值(373～422 cP)最低，因此即使在冷却后，糯米粉及糯米淀粉也不容易变硬。糯米淀粉中因不含直链淀粉，所以3种方法提取的糯米淀粉的回生值没有显著差异。除糯米淀粉外，石油醚脱脂-碱法提取的淀粉的回生值(1 323～2 053 cP)要显著高于碱法提取-正戊醇脱脂法和还原剂NaHSO3法的(P<0.05)，可能归因于从石油醚脱脂-碱法中提取的淀粉颗粒中浸出的直链淀粉的分子量和残留的糊化淀粉[19]。还原剂NaHSO3法提取的淀粉的回生值(165～956 cP)最低，说明还原剂NaHSO3法提取的淀粉较难老化。

图4 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的崩解值

图5 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的回生值

由图6可知，糯米粉及糯米淀粉的峰值时间(3.80～4.10 min)最短。3种提取方法对糯米淀粉的峰值时间无显著影响。除糯米淀粉外，还原剂NaHSO3法提取的淀粉的峰值时间(6.67～7.00 min)要显著大于石油醚脱脂-碱法和碱法提取-正戊醇脱脂法的 (P<0.05) 。糊化温度是指淀粉颗粒在水溶液中加热后吸水并发生不可逆的膨胀，自然晶体结构遭到破坏，同时双折射性丧失的临界温度，是熟化试样所需的最低温度[26]。由图7可知，大米粉的糊化温度(74.43 ℃～90.63 ℃)会要显著高于大米淀粉的(P<0.05)。3种方法提取的淀粉的糊化温度的差别不大。

图6 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的峰值时间

图7 大米粉及不同提取方法得到的大米淀粉的糊化温度

此外，由图1～图7可知，大米粉的糊化特性结果与大米淀粉不同，这些差异表明大米粉的蛋白质和脂质影响糊化特性，这可能是由于直链淀粉和脂质，或蛋白质和淀粉凝胶的反应引起的[27]。

3 结论

不同提取方法会影响大米淀粉的化学组成、溶解度和膨润力、糊化特性等理化性质。综合考虑淀粉提取纯度与所耗时间的影响，石油醚脱脂-碱法提取大米淀粉是实验室最适用的方法。

但本文仅研究了不同提取方法对大米淀粉理化性质的影响，并未对大米淀粉的结构进行研究，目前研究者更多的关注大米淀粉精细结构，大米淀粉的实验室提取方法是结构研究的第一步，因此在相对短的时间内提取出高纯度的大米淀粉，可以为后续的大米淀粉精细结构研究提供方便，不同提取方法对大米淀粉的结构影响则需进一步探讨。