赤瓟块茎淀粉的提取及理化特性研究

王雨茹，穆文静，梁亮金，赵忠丽，敖恩宝力格

（内蒙古师范大学，呼和浩特 010022）

赤瓟（Thladiantha dubiaBunge）为葫芦科赤瓟属植物，多年生的攀援草质藤本，蒙译名为闹海音浩葛。赤瓟果实常作为药材入蒙药，蒙药称之为敖勒木斯，入药后有和血、止血、调经、消肿等作用，可以医治月经不调和子宫出血等症状［1］。赤瓟块茎可采用蒸、煮、烤等方法进行食用，但对于赤瓟块茎营养价值和有效成分的研究目前还较为缺乏［2］。赤瓟块茎含有蛋白质、多糖、淀粉、黄酮类、皂苷类、多酚类和挥发油等多种化合物［3］。

现阶段从薯类、豆类和禾谷类中提取淀粉的方法主要是碱提取法、重力沉降法和酶法。其中酶法提取优点显著，例如淀粉不易老化、提取高效、条件温和等［4，5］。来源于不同植物的淀粉，其主要组成成分和理化特性也有差异。目前通常以主要成分、颗粒粒度、透光率、冻融稳定性和溶胀势等理化特性来评价淀粉的质量［6］。本研究探讨了赤瓟块茎淀粉的酶法提取工艺和赤匏块茎淀粉的理化特性，以期为赤瓟的全面利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验用的赤瓟块茎采集于内蒙古自治区呼和浩特市武川县赤瓟种植试验基地。试验所用材料均采用同一批次采集的赤瓟块茎。

1.2 方法

1.2.1 单因素试验

1）纤维素酶浓度对淀粉提取率的影响。称取同等质量的新鲜赤瓟块茎，按料液比1∶5 加入pH 为5.0 的磷酸氢二钠柠檬酸缓冲溶液，采用组织匀浆破壁法进行处理，破壁后的匀浆分别用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.8%的纤维素酶45 ℃恒温酶解3 h，经100 目筛过滤后离心（5 000 r/min，10 min），收集白色固体，在恒温下干燥（39 ℃，24 h），获得赤匏块茎粗淀粉，重复3次，淀粉含量的测定方法采用GB 5009.9—2016 中的酸水解法，用下式计算淀粉提取率。

2）酶解温度对淀粉提取率的影响。称取同等质量的新鲜赤瓟块茎，按料液比1∶5 加入pH 为5.0 的磷酸氢二钠柠檬酸缓冲溶液，采用组织匀浆破壁法进行处理，加入0.3%的纤维素酶，分别在35、40、45、50、55、60 ℃恒温水浴3 h，经100 目筛过滤后离心（5 000 r/min，10 min），收集白色固体，在恒温下干燥（39 ℃，24 h），获得赤匏块茎粗淀粉，重复3次，其他同上。

3）pH 对淀粉提取率的影响。称取同等质量的新鲜赤瓟块茎，按料液比1∶5 分别加入pH 为4.6、4.8、5.0、5.5、6.0、6.5 和7.0 的磷酸氢二钠柠檬酸缓冲溶液，采用组织匀浆破壁法进行处理，加入0.3%的纤维素酶，在45 ℃恒温水浴3 h，经100 目筛过滤后离心（5 000 r/min，10 min），收集白色固体，在恒温下干燥（39 ℃，24 h），获得赤匏块茎粗淀粉，重复3次，其他同上。

4）酶解时间对淀粉提取率的影响。称取同等质量的新鲜赤瓟块茎，按料液比1∶5 加入pH 为5.0 的磷酸氢二钠柠檬酸缓冲溶液，采用组织匀浆破壁法进行处理，加入0.3%的纤维素酶，在45 ℃恒温水浴，分别酶解1、2、3、4、5、6 h，经100 目筛过滤后离心（5 000 r/min，10 min），收集白色固体，在恒温下干燥（39 ℃，24 h），获得赤匏块茎粗淀粉，重复3次，其他同上。

1.2.2 正交优化试验 基于酶法提取条件单因素试验的结果，以淀粉提取率为评价指标，从酶浓度、酶解温度、pH 和酶解时间4 个因素中各选取3 个水平，设计L9（34）正交试验，进一步进行赤瓟块茎淀粉的酶法提取工艺参数的研究，从而获得赤瓟块茎淀粉酶法提取的最佳提取工艺，正交试验的因素与水平见表1。

表1 赤瓟块茎淀粉酶法提取的正交试验因素与水平

1.2.3 指标检测

1）赤瓟块茎淀粉基本成分分析。含水量在快速水分测定仪中测定；蛋白质含量测定采用Folin 酚法；脂肪含量测定采用索式提取法；灰分含量测定采用国标法GB 5009.4—2016；淀粉含量测定采用国标法GB 5009.9—2016；直链淀粉含量测定采用国标法GB 7648—1987。

2）淀粉颗粒粒度分析。称取一定量的赤瓟块茎淀粉在BT-601 型循环分散器中分散，分散过后使用激光粒度分布仪来自动分析，便可得到赤瓟块茎淀粉的粒径分布数据。

3）淀粉糊的透光率测定。将浓度为1%的淀粉乳浆加热30 min，加热后将其浓度调回至1%，待冷却至室温，以去离子水为对照，使用紫外可见分光光度计在620 nm 处测定赤匏块茎淀粉糊的透光率［6］。淀粉透光率的计算公式如下。

4）淀粉糊的冻融稳定性检测。将浓度为6%的淀粉乳浆加热30 min，冷却至室温，放入-18 ℃的冰箱中反复冻融，将冻融后的淀粉乳离心至不再有水析出，收集上清液并称重，析水率的计算公式如下。

5）淀粉溶胀势的检测。将浓度为1%的淀粉乳浆分别放入55、65、75、85、95 ℃的恒温水浴锅中加热30 min，离心弃上清液，将沉淀物（即为溶胀淀粉）烘干（40 ℃），淀粉溶胀势的计算公式如下。

2 结果与分析

2.1 赤瓟块茎淀粉酶法提取工艺单因素试验结果

图1 显示酶浓度、酶解pH、酶解温度和酶解时间对赤瓟块茎淀粉提取率的影响。随着酶浓度的增加淀粉提取率先增加后趋于稳定，当酶浓度达到0.5%～0.8%时淀粉提取率趋于平稳；酶解pH 对淀粉提取率的影响不显著，在pH 为5 时提取率为78.9%，略高于其他酶解pH 的提取率；酶解温度低于50 ℃时淀粉提取率随温度上升而增加，50 ℃时达到最高值，温度高于50 ℃时淀粉提取率随温度上升而明显下降；酶解时间1～3 h 时淀粉提取率逐步升高，酶解时间3～5 h 时提取率基本保持不变，酶解时间5～6 h时淀粉提取率略有降低。

图1 酶浓度、酶解pH、酶解温度、酶解时间对赤瓟块茎淀粉提取率的影响

2.2 正交优化试验结果

由表2 可知，酶解中各因素对赤瓟块茎淀粉提取率的影响程度排序依次为B（酶解温度）＞A（酶浓度）＞C（酶解pH）＞D（酶解时间），最优组合为A2B2C3D1，即酶解温度50 ℃、酶浓度0.5%、pH 5.0、酶解时间3 h 为酶法提取赤瓟块茎淀粉的最佳条件，此条件下赤瓟块茎淀粉提取率为88.75%。

表2 纤维素酶法提取淀粉正交试验结果

经方差分析（表3）得知，对比0.05 水平下的F值，因素A（酶浓度）、B（酶解温度）和C（pH）对淀粉提取率的影响具有显著差异。对比0.01 显著性水平下的F值，因素A（酶浓度）和B（酶解温度）对淀粉提取率的影响具有极显著差异。从F值的排序可知，主要因素排序结果与直观分析的结果一致，表明酶浓度、酶解温度和pH 确实对赤瓟块茎淀粉的提取率具有显著影响。

表3 正交试验方差分析

2.3 赤瓟块茎淀粉的理化特性

2.3.1 赤瓟块茎淀粉基本成分 以市售马铃薯淀粉和市售玉米淀粉为对照，测定了赤瓟块茎粗淀粉的主要成分，结果见表4。赤瓟块茎淀粉纯度低于市售马铃薯淀粉和市售玉米淀粉的淀粉纯度；赤瓟块茎淀粉含水量为13.0%，符合市售淀粉含水量的标准10%～20%；其蛋白质含量为0.11%，低于其他2 类对照淀粉中蛋白质的含量；脂肪含量为0.1%，与市售马铃薯淀粉的脂肪含量一致，低于市售玉米淀粉的脂肪含量；赤瓟块茎淀粉灰分含量为0.65%，远高于其他2 类对照淀粉中所含灰分含量，表明赤瓟块茎淀粉中的磷酸盐基团较多［7］。赤瓟块茎中直链淀粉的含量低于其他2 类对照淀粉中的直链淀粉含量。淀粉的来源能够直接决定直链淀粉的含量，且直链淀粉含量会一定程度地影响淀粉的透光率、黏度、成膜性等部分淀粉理化特性［8-10］。

表4 3 种淀粉的主要成分含量 （单位：%）

2.3.2 赤瓟块茎淀粉颗粒粒度 由图2 可知，赤瓟块茎淀粉颗粒粒径呈双峰型分布，主要集中在2.00～50.00 μm，平均粒径为35.25 μm，赤瓟块茎淀粉的粒径数值介于2 类对照淀粉粒径数值之间。淀粉颗粒的大小除自身的遗传因素影响外，也与淀粉的生物合成机理和生长环境影响有关。

图2 赤瓟块茎淀粉颗粒粒度分布

2.3.3 赤瓟块茎淀粉糊的透光率特性 如图3 所示，3 种淀粉糊的透光率差异明显。其中，透光率最高的为马铃薯淀粉糊，透光率最低的为玉米淀粉糊。马铃薯淀粉糊透光率高的原因是其淀粉颗粒大、结构松散，加热后更加容易糊化彻底。此外，由于马铃薯淀粉中磷酸酯的存在可以有效遏制淀粉内部的缔合作用，从而有效提高马铃薯淀粉糊的透明度，因此3 类淀粉糊中马铃薯淀粉糊的透光率远高于其他2类，透光率为18.9%。玉米淀粉由于其直链淀粉含量最高，尽管在加热后可彻底糊化，但是淀粉颗粒间通过缔合作用后光线折射未能穿透其淀粉糊，所以三者间玉米淀粉糊的透光率最低，透光率为10.0%。赤瓟块茎淀粉透光率为12.0%，在2 类对照淀粉之间，且直链含量也介于二者之间。

图3 三种淀粉糊的透光率

2.3.4 赤瓟块茎淀粉的冻融稳定性 由图4 可知，3种淀粉的析水率和冻融次数成非固定系数的正比关系，3 种淀粉析水率会因为冻融次数的增加而趋于稳定，冻融数次后马铃薯淀粉、玉米淀粉、赤瓟块茎淀粉的析水率分别为55%、60%、62%。结果表明，马铃薯淀粉糊凝胶硬度较大，弹性较差；玉米淀粉糊凝胶较软，弹性较好；赤瓟块茎淀粉糊凝胶松软成海绵状，微弹。赤瓟块茎淀粉糊、马铃薯淀粉糊和玉米淀粉糊三者的冻融稳定性相似。

图4 淀粉糊冻融稳定性

2.3.5 赤瓟块茎淀粉溶胀势 由图5 可知，马铃薯淀粉、赤瓟块茎淀粉和玉米淀粉的的溶胀起始温度分别为55、64.9、65 ℃。马铃薯淀粉完成0～100%的溶胀饱和趋势的温度区间十分窄，大约为55～65 ℃，说明马铃薯淀粉具有低温低耗能高溶胀的特征，因此马铃薯淀粉具有很好的经济价值；赤瓟块茎淀粉在65～75 ℃的温度区间里呈现较缓和的溶胀趋势，溶胀势产生了10%的提升。继续加温发现，在75～85 ℃区间内赤瓟淀粉溶胀变化率有20%～25%的提升，达到95 ℃后，赤瓟块茎淀粉的溶胀度基本保持在70%；玉米淀粉溶胀势与赤瓟淀粉溶胀势特性相似，但溶胀度低于赤瓟块茎淀粉，在65～75 ℃，玉米淀粉的溶胀度只从0%上升至20%，而持续加热至100 ℃的过程中溶胀度变化微弱，最后基本还是稳定在20%～25%，因此，玉米淀粉的溶胀势较低，也正反映了玉米淀粉难消化的特点。

图5 3 种淀粉的溶胀势

2.3.6 赤瓟块茎淀粉颗粒形态 由图6 可知，赤瓟块茎淀粉大颗粒呈球形，小颗粒多呈球形和扁球形，大多表面光滑，部分表面有局部凹陷，颗粒完整。

图6 赤瓟块茎淀粉的电镜图

3 小结与讨论

到目前为止，很多有关赤瓟的研究大多是对赤瓟药用成分方面的研究，其营养成分和食用方面的研究较少。本研究对赤瓟块茎的淀粉提取工艺和理化特性进行了较系统的研究，为进一步了解其利用价值提供参考。研究发现，赤瓟块茎淀粉颗粒直径非常集中并大小均匀，适合于用作食用淀粉。冻融稳定性非常好，对温度的变化有一定的抵抗能力。还因弹性良好，可以在冷热食物中加工使用。食用淀粉的溶胀势决定消化的难易程度［11］，赤瓟块茎淀粉的溶胀势较低，表明其较难消化。综上所述，赤瓟块茎淀粉可以用作食用淀粉的可利用性较大。

随着淀粉在食品与非食品行业中广泛的应用，对淀粉的需求量也随之增加，这就对淀粉的提取工艺有了更高的要求。生物酶法提取淀粉已经得到了认可，并且也是淀粉工艺中重要的研究内容。

杨双盼等［12］利用超声波辅助酶法提取紫糯麦淀粉，且同样用纤维素酶为提取酶，在酶解温度45 ℃、酶解时间2.54 h、加酶量0.59%、超声时间21 min的条件下，淀粉提取率最佳，为75.18%；胡爱军等［13］使用纤维素酶酶法提取香芋淀粉，酶解温度35 ℃、料液比1∶4、加酶量0.60%、酶解时间4 h 的条件为最佳工艺，此时淀粉提取率为90.23%。本研究对赤瓟块茎淀粉进行的酶法提取最佳工艺为酶解温度50 ℃、酶浓度0.5%、pH 5.0、酶解时间3 h，淀粉提取率达88.75%，由此比较，对赤瓟块茎淀粉的提取率趋于较高水平。

张晶等［14］在燕麦淀粉的理化特性研究中发现，燕麦淀粉的透光率较小，约为1%；燕麦淀粉冻融稳定性不好，冻融5 次时的析水率约为60%，不适合在冷冻食品中应用。本研究中赤瓟块茎淀粉透光率为12%，透明度高于燕麦淀粉；赤瓟块茎淀粉冻融5 次时的析水率约为62%，且与马铃薯淀粉、玉米淀粉相似，由此可见，其与燕麦淀粉同样不适用于冷冻食品。

赤瓟为重要的蒙药药材，本研究为进一步开发赤瓟的价值迈出了重要的一步，为以后的研究提供了参考。