濕磨法提取藜麥淀粉工藝優(yōu)化及性質(zhì)研究

李 敏 ，張倩芳 ，栗紅瑜 ， 孟晶巖

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西晉中 030801；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，山西太原 030031；3.特色農(nóng)產(chǎn)品加工山西省重點實驗室，山西太原 030031）

藜麥（Chenopodium quinoa） 原產(chǎn)于南美洲安第斯山脈、玻利維亞等地[1]，20世紀(jì)90年代，在我國西藏進行試種，目前山西、河北、甘肅、青海和吉林等地區(qū)已種植成功，并且近年來種植面積還在不斷擴大[2-3]。藜麥因其營養(yǎng)豐富且全面，被聯(lián)合國國際糧農(nóng)組織（FAO）推薦為最適宜人類的“全營養(yǎng)食品”，享有“超級谷物”的美稱[4-6]。藜麥蛋白質(zhì)含量高于傳統(tǒng)作物，不含麩質(zhì)，是麩質(zhì)過敏者膳食的理想選擇；藜麥的低升糖指數(shù)特性使其成為肥胖、高血糖及減肥人群的飲食首選[7-8]。此外，藜麥富含多酚、皂苷等生物活性物質(zhì)，具有抗氧化性，其微量營養(yǎng)素含量也遠高于小麥、玉米、水稻[9]。藜麥淀粉在籽粒的碳水化合物中含量最高，研究淀粉的提取工藝可對藜麥的綜合利用提供一定的理論依據(jù)。淀粉的提取技術(shù)已非常成熟，但是提取工藝一般采用酸法、堿法及酶法[10]，前兩者對環(huán)境污染較大，后者成本較高。因此，試驗擬采用濕磨法對藜麥淀粉提取工藝優(yōu)化，以期達到低污染、低成本且操作簡單易行的效果。

1 材料與方法

1.1 材料

藜麥，靜樂田園生態(tài)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

JS31-300型多功能攪拌機，浙江紹興蘇泊爾電器有限公司產(chǎn)品；DGH-9140A型鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；TG1850-WS型臺式高速離心機、BCD-238S型電冰箱，青島海爾股份有限公司產(chǎn)品；HH型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠產(chǎn)品。

1.3 方法

1.3.1 基礎(chǔ)成分測定

水分檢測方法參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》，直接干燥法；蛋白質(zhì)檢測方法參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》，凱氏定氮法；灰分檢測方法參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測定》；脂肪檢測方法參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》，索氏抽提法；淀粉檢測方法參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》，酸水解法；膳食纖維檢測方法參照GB 5009.88—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測定》。

1.3.2 提取工藝

藜麥→自來水浸泡→磨漿→過篩→沖洗沉淀物→合并濾液→離心→除去上下層雜質(zhì)→重復(fù)離心除雜→干燥得藜麥淀粉。

1.3.3 藜麥淀粉提取率計算公式

1.3.4 單因素試驗設(shè)計

（1）料液比對藜麥淀粉提取率的影響。選取料液比為 1∶4，1∶5，1∶6，1∶7，1∶8（g∶mL），浸泡時間4 h，磨漿時間120 s，在室溫下提取，考查料水比對藜麥淀粉提取率的影響。

（2）浸泡時間對藜麥淀粉提取率的影響。選取浸泡時間為3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 h，料液比為1∶6，磨漿時間120 s，在室溫下提取，考查浸泡時間對藜麥淀粉提取率的影響。

（3）磨漿時間對藜麥淀粉提取率的影響。選取磨漿時間為60，80，100，120，140 s，料液比為1∶6，浸泡時間4 h，在室溫下提取，考查磨漿時間對藜麥淀粉提取率的影響。

1.3.5 正交試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選擇料液比（A）、浸泡時間（B）、磨漿時間（C） 做三因素三水平的正交試驗L9（34），對藜麥淀粉提取工藝進行優(yōu)化。

正交試驗設(shè)計見表1。

表1 正交試驗設(shè)計

1.3.6 藜麥淀粉溶解度與膨脹度測定[11-12]

稱取藜麥淀粉并配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉乳，置于55，60，65，70，75，80，85，90℃水浴鍋中，用玻璃棒不斷攪拌至透明狀后將淀粉乳離心（8 000 r/min，20 min），分別稱取沉淀和上清液中干物質(zhì)的質(zhì)量，根據(jù)以下公式計算溶解度及膨脹度。

1.3.7 藜麥淀粉凍融穩(wěn)定性測定[13]

將藜麥淀粉配制成5%的淀粉乳，在95℃下加熱30 min，然后裝到離心管中，經(jīng)快速冷卻至室溫后，將樣品在-20℃條件下冷凍，每隔24 h取出樣品，在30℃水浴條件下解凍2 h，離心棄上清液，稱取沉淀物質(zhì)量，按以下公式計算析水率。

式中：m1——淀粉糊的質(zhì)量，g；

m2——沉淀物的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 基礎(chǔ)成分分析

藜麥基礎(chǔ)成分見表2。

表2 藜麥基礎(chǔ)成分/%

2.2 單因素試驗結(jié)果與分析

2.2.1 料液比對藜麥淀粉提取率的影響

料液比對藜麥淀粉提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對藜麥淀粉提取率的影響

隨著料液比的增加，藜麥淀粉提取率逐漸增大，料液比達到1∶6之后，出現(xiàn)下降趨勢。其原因是料液比過低時，漿料濃稠，磨漿不充分；過高時，漿料中底物過于分散，與磨漿機刀片接觸幾率降低，磨漿效果不理想。因此，選取料液比1∶6為中心點設(shè)計正交試驗。

2.2.2 浸泡時間對藜麥淀粉提取率的影響

浸泡時間對藜麥淀粉提取率的影響見圖2。

圖2 浸泡時間對藜麥淀粉提取率的影響

藜麥在浸泡的過程，水分子浸入使其組織結(jié)構(gòu)松散，進而達到軟化的效果，為磨漿提供有利條件。當(dāng)藜麥浸泡為1～4 h時，藜麥淀粉提取率逐漸上升，4 h后增勢不明顯，說明4 h后藜麥中水分子已飽和，繼續(xù)浸泡藜麥組織結(jié)構(gòu)無明顯變化。為了提高功效并提高藜麥淀粉提取率，選取浸泡時間4 h為中心點設(shè)計正交試驗。

2.2.3 磨漿時間對藜麥淀粉提取率的影響

磨漿時間對藜麥淀粉提取率的影響見圖3。

圖3 磨漿時間對藜麥淀粉提取率的影響

磨漿可以破壞藜麥組織結(jié)構(gòu)，更多地釋放包裹在藜麥米中的淀粉。由圖3可知，藜麥淀粉提取率隨著磨漿時間的延長呈現(xiàn)先增長后平緩的過程，在120 s后增長趨勢減緩，其原因是在磨漿前期時間較短，藜麥籽粒沒有完全破碎，淀粉與其他成分結(jié)合而不被有效分離，隨著磨漿時間延續(xù)，藜麥被磨成細膩的漿料，絕大部分淀粉被釋放出來，提高了淀粉的提取率[13]。因此，選取磨漿時間120 s為中心點設(shè)計正交試驗。

2.3 正交試驗結(jié)果與分析

通過正交試驗對影響藜麥淀粉提取率的因素進行分析，確定最佳工藝參數(shù)。

正交試驗結(jié)果及極差見表3。

由表3可知，影響藜麥淀粉提取率的因素主次順序為B>C>A，即浸泡時間影響最大，磨漿時間次之，料液比影響最小。正交試驗最優(yōu)組合為A2B2C3，即濕磨法提取藜麥淀粉最佳工藝為料液比1∶6（g∶mL），浸泡時間4 h，磨漿時間140 s。

2.4 驗證試驗

取正交試驗最優(yōu)組合，進行3次重復(fù)試驗。

3次平行試驗結(jié)果見表4。

表3 正交試驗結(jié)果及極差

表4 3次平行試驗結(jié)果/%

由表4可知，在最優(yōu)工藝組合條件下進行藜麥淀粉提取，以淀粉提取率為測定指標(biāo)，并且結(jié)果與正交試驗相吻合。因此，可以確定濕磨法提取藜麥淀粉最佳工藝為料液比1∶6（g∶mL），浸泡時間4 h，磨漿時間140 s，藜麥淀粉提取率為67.10%。

2.5 藜麥淀粉溶解度及膨脹度

藜麥淀粉溶解度與膨脹度見圖4。

圖4 藜麥淀粉溶解度與膨脹度

藜麥淀粉膨脹度與溶解度隨溫度升高均呈現(xiàn)上升趨勢。在55～70℃上升趨勢較緩，溶解度不超過3%，高于70℃時，溶解度增長明顯，90℃時達到3.49%。膨脹度可反映出淀粉分子與水的結(jié)合能力，藜麥淀粉的膨脹度在55～70℃平緩上漲，溫度大于70℃時，增長較快，90℃時達到13.46%。分析其原因為隨著溫度升高，水勢能增大，首先進入淀粉非結(jié)晶區(qū)域，淀粉在一定程度內(nèi)膨脹，溫度繼續(xù)升高，水分子可進入淀粉結(jié)晶區(qū)，與淀粉分子結(jié)合，體積繼續(xù)快速膨脹，形成凝膠狀，達到較高的膨脹度[14-15]。

2.6 藜麥淀粉凍融穩(wěn)定性

藜麥淀粉凍融穩(wěn)定性見圖5。

圖5 藜麥淀粉凍融穩(wěn)定性

凍融穩(wěn)定性可以為藜麥淀粉在冷凍食品中的應(yīng)用提供一定參考依據(jù)。淀粉經(jīng)過反復(fù)凍融會析出水分，析出的水分越少，說明淀粉分子與水分結(jié)合越牢固，穩(wěn)定性越好[16]。藜麥淀粉凍融72 h之內(nèi)，析水率逐漸增加，96 h后析水率幾乎不變，為40%左右，說明藜麥淀粉具有較高的凍融穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

濕磨法提取藜麥淀粉的最佳工藝參數(shù)為料液比1∶6，浸泡時間4 h，磨漿時間140 s。按照最佳工藝提取藜麥淀粉，提取率為67.10%。測得藜麥淀粉的溶解度與膨脹度隨溫度的升高分階段變化，70℃以下溶解度與膨脹度均較低，70℃以上，溶解度增勢減緩，90℃時達到3.49%，膨脹度逐漸升高，90℃時達到13.46%；藜麥淀粉凍融穩(wěn)定性較好，在冷凍96 h后析水率趨于穩(wěn)定，可應(yīng)用于冷凍食品中。