蕨蔴淀粉提取工藝優(yōu)化及特性研究
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蔡琳飛1，李鍵2，陳煉紅3*
1．西南民族大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（成都610041）；2．西南民族大學(xué)青藏高原研究院（成都610041）；3．西南民族大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（成都610041）
摘要試驗以蕨蔴淀粉為研究對象，通過單因素（提取劑的料液比、pH、浸泡時間和沉降時間）與正交試驗，探究其最佳提取工藝，并對其特性進(jìn)行初步研究。結(jié)果表明：蕨蔴淀粉的最佳提取工藝為料液比1：5 (g/m L)，pH 9.0，浸泡時間2h，沉降時間7h。經(jīng)驗證性試驗證明該工藝穩(wěn)定可靠，此時，蕨蔴淀粉提取率為30.57%，蕨麻淀粉糊的凝沉穩(wěn)定性為52 h，析水率為43.4%，凝沉穩(wěn)定性較差，其透光率(20℃室溫)為4.0%，透光率較低，添加的食品成分會對其透明度產(chǎn)生影響，其淀粉糊只經(jīng)過一次凍融其析水率就高達(dá)40.20%，凍融穩(wěn)定性較差，其硬度、稠度、黏聚性及黏聚指數(shù)都較低。
關(guān)鍵詞蕨蔴淀粉；提取工藝；特性研究
蕨蔗（Potentilla anserine L_）屬于草本植物，是薔薇科委陵菜屬植物鵝絨委陵菜的根，常分布在青海、西藏等高寒地區(qū)，其營養(yǎng)豐富且搭配合理，具有低脂、低熱、高纖維、高蛋白等特點，同時還具有益氣補(bǔ)血、健脾益胃等功效。蕨蔴塊根富含淀粉，但目前國內(nèi)外的相關(guān)研究主要集中于蕨蔴多糖的提取及其性質(zhì)研究，而對蕨蔴淀粉的提取研究則較少。試驗通過單因素以及正交試驗對蕨蔴淀粉提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，并對其特性進(jìn)行研究，為蕨蔴淀粉的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1材料與試劑
蕨蔗（Potentilla anserine L．）：產(chǎn)自四川甘孜草原，烘干、磨碎過100目篩備用。
提取劑：石灰水；蔗糖：食品級；檸檬酸：分析純；NaCl:食品級。
1.2儀器與設(shè)備
PL303型電子天平、DELT320酸度計：梅特勒一托利多儀器上海有限公司；XAM-100震動磨樣機(jī)：浙江溫嶺嶼百樂機(jī)床廠；TD4A臺式離心機(jī)：長沙英豪儀器有限公司；UV-2102C/PC/PCS型紫外一可見分光光度計：尤尼柯上海儀器有限公司；TA.XTPLUS物性測試儀：超技儀器技術(shù)有限公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；BCD-243K冰箱：河南新飛電器公司。1.3試驗方法
1.3.1優(yōu)化蕨蔴淀粉的提取工藝
1.3.2操作要點
干蕨蔴經(jīng)挑出泥沙并進(jìn)行簡單的清洗干燥后，放入震動磨樣機(jī)里，磨碎后將粉末過100目篩，將細(xì)粉末放人一定pH的石灰水中浸泡一定時間后，經(jīng)濾布反復(fù)揉搓過濾，將漿和渣分離，棄去渣子，淀粉漿再用多層濾布反復(fù)過濾數(shù)遍后，放入燒杯中，用玻璃棒順著同一方向均勻攪拌，靜置、沉淀48 h，使雜質(zhì)沉于底部，再取中間層的濕淀粉，放入玻璃平皿中并置于45℃的通風(fēng)箱中干燥48 h，得蕨蔗淀粉粉末，將其密封備用。
1.3.3淀粉提取的單因素試驗
1.3.3.1提取劑的料液比對蕨蔴淀粉提取率的影響
稱取25.00 g蕨蔴，當(dāng)提取液的pH 8.0，浸泡時間控制在2h，沉降時間控制在5h時，料液比分別為1：2,1：3,1：4,1：5和1：6(g/m L)時提取蕨蔴淀粉，分別測定蕨蔗淀粉的提取率。
1.3.3.2 pH對蕨蔴淀粉提取率的影響
試驗分別采用pH 6.0，7.0，8.0, 9.0和10.0的石灰水，在料液比為1：5( g/m L)，浸泡時間為2h，沉降時間為5h的條件下，提取蕨蔴淀粉，分別測定蕨蔴淀粉的提取率。
1.3.3.3浸泡時間對蕨蔴淀粉提取率的影響
分別控制浸泡時間為0，1，2，3和4h，在石灰水的pH 8.0，料液比為1：5(g/m L)，沉降時間為5h的條件下，提取蕨蔴淀粉，分別測定蕨蔴淀粉的提取率。
1.3.3.4沉降時間對蕨蔴淀粉提取率的影響
分別控制沉降時間為4，5，6，7和8h，在石灰水的pH 8.0，料液比為1：5(g/m L)，浸泡時間為2h的條件下，提取蕨蔴淀粉，分別測定蕨蔴淀粉的提取率。
1.3.4蕨蔴淀粉提取的正交試驗
在通過單因素試驗確定上述4個因素的適宜范圍后，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行4因素3水平L9(34)的正交試驗盼設(shè)計，見表1，選擇提取蕨蔗淀粉的最優(yōu)工藝參數(shù)。
1.3.5蕨蔗提取率的測定
將干蕨蔴粉精確稱重，記為W1(g)，提取出的蕨蔗淀粉精確稱重記為W 2(g)，則蕨蔴淀粉的提取率按公式(1)計算。
淀粉的提取率：W1/W2×100% (1)
1.3.6蕨蔗淀粉特性研究
以在最佳提取工藝參數(shù)條件下得到的蕨蔴淀粉為樣品，按要求進(jìn)行處理和測定，對樣品淀粉糊的透明度、凝沉穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行比較和分析，以此對蕨蔴淀粉的特性進(jìn)行初步的探究。
1.3.6.1淀粉糊的透明度測定
參照杜先鋒等的方法，取1g淀粉的樣品用蒸餾水溶于250 m L燒杯中．混勻配成1%的淀粉乳，同時以蒸餾水作為空白對照。將其放入沸水浴中邊攪拌邊加熱30 min,取出并冷卻至室溫，再分別取等量的淀粉糊于試管中，按表2加入添加劑并充分混勻，用分光光度計測定其在650 nm波長處的透光率。
1.3.6.2淀粉糊的凝沉穩(wěn)定性的測定
在沸水浴中放入100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳進(jìn)行加熱35 min，取出并冷卻至室溫，將其置于100m L的帶塞量筒中，靜置（20 0C室溫），每隔一段時間對下方的沉淀物體積進(jìn)行記錄。試驗結(jié)果以清液的體積比上糊總體積的百分?jǐn)?shù)隨時間變化的情況來表示。
1.3.6.3淀粉糊的凍融穩(wěn)定性的測定
在沸水浴中放人質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳使其進(jìn)行充分糊化，取出后冷卻到室溫，取10 m L于塑料離心管中，加蓋并置于冰箱內(nèi)（溫度為-18 0C），24 h后取出讓其在室溫條件下進(jìn)行自然解凍，對其質(zhì)量進(jìn)行稱量，記為A1，并以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心，離心時間為25 min，結(jié)束后倒掉上清液（如果無水析出則將其反復(fù)凍融至有水析出為止），最后用濾紙按壓沉淀物以吸取多余的水分，最后對沉淀物的質(zhì)量進(jìn)行稱量，記為A2，同時記錄凍融次數(shù)并計算其析水率，按公式(2)計算。
1.3.6.4淀粉糊的質(zhì)構(gòu)的測定
在沸水浴中放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳進(jìn)行糊化，30 min后取出并冷卻至室溫，用質(zhì)構(gòu)儀測定樣品糊的硬度、稠度、黏聚性和黏性指數(shù)。選擇選用A/BE探頭（直徑為45 mm的壓力盤），設(shè)置參數(shù)如下：下降速度與測試速度均為1.0 mm/s，提升速度為10.0 mm/s，測試深度為10.0 mm，感應(yīng)力為Auto-10 g。平行測定3次，求出其平均值，記錄試驗結(jié)果。
2結(jié)果與分析
2.1單因素對蕨蔴淀粉提取率的影響
2.1.1提取劑的料液比對蕨蔴淀粉提取率的影響
由圖1可知，蕨蔴淀粉的提取率與石灰水用量成正比，其提取率隨石灰水用量的增加而增加。但是，淀粉提取率的增加速度則隨提取劑料液比的增大而減緩。
2.1.2提取劑的pH對蕨蔴提取率的影響
由圖2可知，蕨蔴淀粉的提取率與提取劑的pH成正比，其提取率隨提取劑的pH的增加而增大。這是因為溶液的黏度隨石灰水pH的升高而降低，但是過高的pH則會對淀粉品質(zhì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。
2.1.3浸泡時間對蕨蔴淀粉提取率的影響
由圖3可知，剛開始，蕨蔴淀粉的提取率隨浸泡時間的增長而增加。但是當(dāng)浸泡時間超過2h后，淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)會因浸泡時間過長而疏松，淀粉的提取率也因此開始下降，不利于沉淀，從而影響了淀粉的提取。
2.1.4沉降時間對蕨蔴淀粉提取率的影響
由圖4可知，剛開始，蕨蔴淀粉的提取率隨沉降時間的增長而增加。但是當(dāng)沉降時間超過7h后，因為大多數(shù)的淀粉已經(jīng)沉淀下來，所以蕨蔴淀粉提取率的增加就會變得緩慢。
2.2蕨蔴淀粉提取正交試驗的結(jié)果及其分析
為了探討提取劑的料液比、pH、浸泡時間和沉降時間這4種因素對蕨蔴淀粉提取率在協(xié)同作用上的影響，在單因素試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行L9(34)正交試驗，結(jié)果見表3。
表3結(jié)果顯示，蕨蔴淀粉提取率最高為29.72qo，其工藝參數(shù)為：A3B3C2D1，即石灰水的pH 9.0，料液比1：5( g/m L)，浸泡時間2h，沉降時間6h。通過提取條件的正交試驗結(jié)果的極差分析可知，影響蕨蔴淀粉提取因素從強(qiáng)到弱依次為：A>B>C>D，即提取劑的pH對蕨蔴淀粉提取率的影響最為顯著，接著是提取劑的料液比，對蕨蔴淀粉提取率影響比較小的是浸泡時間和沉降時間。由此得出，蕨蔴淀粉的最佳提取工藝參數(shù)為A3B3C2D2，即石灰水的pH 9.0，料液比1：5( g/m L)，浸泡時間2h，沉降時間7h。
由于最終選擇的最佳提取工藝參數(shù)與實際結(jié)果并不一致，所以需對此進(jìn)行驗證試驗。在蕨蔴淀粉的最佳提取工藝參數(shù)A3B3C2D2下進(jìn)行，通過3次重復(fù)試驗，得到3次提取率分別為3 0.72%，29.89%和31.12%，經(jīng)計算得其平均提取率為30.57%，均較正交試驗得到的最高提取率29.72%要高。
2.3蕨蔗淀粉特性的研究結(jié)果
2.3.1 淀粉糊的透明度測定結(jié)果
2.3.1.1 Na Cl對淀粉糊透明度的影響結(jié)果
在沸水浴中放人質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳進(jìn)行糊化，30 min后取出并冷卻至室溫，加入濃度不同的Na Cl溶液，將其混勻，對其透光率進(jìn)行測定，平行測定3次，取其平均值作為試驗結(jié)果，結(jié)果如圖5所示。
由圖5可知，Na Cl的添加量會對蕨蔗淀粉糊的透明度產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)Na Cl添加量小于2%時，對蕨蔴淀粉糊的透明度影響較大。把Na Cl的添加量按1%來計，蕨蔴淀粉糊的透明度降低了13.1%；當(dāng)Na Cl的添加量大于1%時，雖然蕨蔴淀粉糊的透明度變化不明顯，但是整體仍呈下降趨勢。這主要是因為NaCl加入后會降低水分子的活度，從而對淀粉分子的水合作用產(chǎn)生影響，阻礙淀粉的膨潤和糊化，使淀粉糊的透光率降低。總而言之，Na Cl對蕨蔴淀粉糊的透明度產(chǎn)生的影響相對較小。
2.3.1.2檸檬酸對淀粉糊透明度的影響結(jié)果
由圖6可知，蕨蔗淀粉糊的透明度會隨著檸檬酸濃度的升高而增加。當(dāng)添加的檸檬酸濃度為0.2%時，蕨蔴淀粉糊的透明度提高了35%。當(dāng)?shù)矸酆写嬖谟袡幟仕釙r，淀粉分子帶有的電荷同性相斥，使淀粉分子在水溶液中分散更徹底，從而增加淀粉糊的透明度。因此，在淀粉糊中添加檸檬酸可增加其透明度，從試驗結(jié)果中可知，添加檸檬酸對提高蕨蔴淀粉糊透明度的作用較為明顯。
2.3.1.3蔗糖對淀粉糊透明度的影響結(jié)果
由圖7可知，蕨蔴淀粉糊的透明度隨蔗糖濃度的升高而增加。當(dāng)添加濃度為20%的蔗糖時，蕨蔗淀粉糊的透明度經(jīng)計算可知提高了72.5%。這是因為添加蔗糖可以提高溶液體系的折光指數(shù)，此外淀粉分子通過與水分子、蔗糖分子形成氫鍵來減少自身分子間所形成的氫鍵，從而使淀粉糊的透明度有所增加。
2.3.2蕨蔗淀粉糊的凝沉穩(wěn)定性的測定結(jié)果
把質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳放在沸水浴中完全糊化，取出后冷卻至室溫，置于100 m L的帶塞量筒中靜置，每隔一段時間觀察它們上清液的析出情況，并記錄沉淀量的體積。試驗前，蕨蔴淀粉糊的總體積為38m L。記錄結(jié)果整理如表4所示。
對清液體積的百分比進(jìn)行計算，所得到的結(jié)果如圖8所示。
由圖8可知，蕨蔴淀粉的凝沉速度較快，在靜置一段時間后，觀察得到蕨蔴淀粉糊水分析出的體積較多，所以可以得出蕨蔗淀粉糊的凝沉性質(zhì)較強(qiáng)，換句話來說即蕨蔴淀粉糊的凝沉穩(wěn)定性較差。這主要是因為蕨蔗淀粉中直鏈淀粉的含量較多，而其支鏈淀粉的聚合度又較小，所以它的凝沉穩(wěn)定性比較差。淀粉分子之間的結(jié)合會導(dǎo)致凝沉現(xiàn)象的發(fā)生，其中，支鏈淀粉的分子因其含有支叉結(jié)構(gòu)，并不容易產(chǎn)生凝沉現(xiàn)象。因此，凝沉性較強(qiáng)的淀粉中往往含有較多的直鏈淀粉，除此之外，直鏈淀粉的分子長短也會對其凝沉性的強(qiáng)弱產(chǎn)生影響。
2.3.3蕨蔴淀粉糊的凍融穩(wěn)定性的測定結(jié)果
在沸水浴中放人質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳，使其充分糊化，取出后冷卻到室溫，放入冰箱冷凍室（溫度為-18℃），冷凍24 h，經(jīng)過反復(fù)的冷凍、解凍和離心，并記錄它們各自的析水率和凍融次數(shù)，結(jié)果如表5所示。
由表5可知，蕨蔗淀粉糊只經(jīng)過一次凍融，其析水率就高達(dá)40.20%，析水率較高。所以，就凍融穩(wěn)定性而言，蕨蔴淀粉糊較差。這是因為淀粉糊中直鏈淀粉分子在冷凍過程中通過氫鍵與支淀粉分子的直鏈部分互相發(fā)生結(jié)合，生成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)凝沉的現(xiàn)象，使淀粉糊的膠體性質(zhì)被破壞，只要對其進(jìn)行凍融操作就會有水分從糊中析出，甚至使其呈海綿狀，即淀粉的老化或回生。經(jīng)過凍融的次數(shù)越少，析出的水分越多，就說明它凍融的穩(wěn)定性越低。
2.3.4蕨蔴淀粉糊的質(zhì)構(gòu)特性的測定結(jié)果
用質(zhì)構(gòu)儀對蕨蔴淀粉糊進(jìn)行測定后，所得試驗結(jié)果見表6，從中可以很明顯地看出，蕨蔴淀粉糊的硬度、稠度、黏聚性及黏性指數(shù)都較差。
3結(jié)論
通過試驗研究可知，用石灰水作為提取劑對蕨蔴淀粉進(jìn)行提取時，其提取率會隨著提取劑的料液比、pH、浸泡時間、沉降時間的增加而增大。其中在對浸泡時間的試驗研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)浸泡時間超過2h后，蕨蔴淀粉的提取率反而呈降低的趨勢。試驗最終得到的蕨蔴淀粉的最佳提取工藝參數(shù)為：石灰水的料液比1：5( g/m L)，pH 9.0，浸泡時間2h，沉降時間7h。
此外，通過探究蕨蔗淀粉的特性得出，蕨蔴淀粉糊的凝沉穩(wěn)定性為52 h，析水率為43.4%，凝沉速度快；蕨蔴淀粉糊的透光率為4.0%（20℃室溫），添加蔗糖、檸檬酸使其透明度提高，而Na CI則會使其透明度下降；蕨蔴淀粉糊的凍融穩(wěn)定性較差，只經(jīng)過一次凍融，蕨蔗淀粉糊就會有水分析出；蕨蔴淀粉糊的黏稠度和強(qiáng)度都較低。
