?功能性葛根淀粉制備技術研究?

摘 要：針對現有工藝制備的葛根淀粉品質差異顯著、異黃酮組成與含量不穩定等問題，對葛根淀粉制備工藝以及異黃酮含量的測定方法進行了改良，開發了葛根中淀粉與異黃酮化合物的同步提取技術，優化了葛根淀粉異黃酮提取的混合浸泡工藝參數。結果表明：功能性葛根淀粉制備中混合浸泡的最優工藝參數為浸泡液固形物濃度3 000 mg/L、pH值為7、浸泡時間1 h、浸泡溫度30℃。該技術可對葛根淀粉中異黃酮組成與含量進行調控，達到提高葛根淀粉品質以及穩定其生理活性物質的目的。

關鍵詞：葛根淀粉;異黃酮;同步提取;質量調控;工藝參數

中圖分類號：TS234+.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）10-0087-05

Preparation Technology of Functional Pueraria Lobata Starch

GAO Xiao-lu1，2，TANG Han-jun1，2，LIANG Jie2，TAO Xiang-lin2，PANG Min1，2，WEI Ying-juan2

（1. Longping Branch of Graduate School， Hunan University， Changsha 410125， PRC; 2. Hunan Agricultural Product

Processing Institute， Changsha 410125， PRC）

Abstract： Aiming at the problems of distinct difference in quality of Pueraria starch and unstable isoflavone composition and content by existing technology， the preparation technology of Pueraria lobata starch and the determination method of isoflavone content were improved， the simultaneous extraction technology of starch and isoflavone compounds from Pueraria lobata was developed， the mixed soaking process parameters were optimized The results showed that the optimum technological parameters of mixed immersion in the preparation of functional Pueraria lobata starch were the concentration of solid substance in the immersion solution of 3000 mg/L， pH value of 7， immersion time of 1 hour and immersion temperature of 30℃. The technology can control the composition and content of isoflavones in Pueraria lobata starch， improve the quality of Pueraria lobata starch and stabilize its physiological active substances.

Key words： Pueraria lobata starch; isoflavones; simultaneous extraction; quality control; process parameters.

葛根是豆科葛屬多年生落葉藤本植物的肥大塊根，是一種藥食同源農作物。葛根的主要成分有淀粉、蛋白質、脂肪、纖維、可溶性多糖、異黃酮類化合物及豐富的礦物質元素等[1-4]。葛根中異黃酮的干基含量為0.5%～5%[5-6]，目前，國際上將葛根中葛根素、大豆苷與大豆苷元等異黃酮類化合物的含量與比例作為其藥用品質的評價指標。

研究表明，葛根及葛根提取物具有治療糖尿病和心血管疾病[7-9]、保護心肌與神經細胞[10]、提高人體免疫力、防治骨質疏松[11-16]、預防肥胖[17]、抑制病原菌繁殖[18-20]、促進出乳率和預防更年期綜合征、抗氧化[21-23]等功效。

葛根中淀粉占其干重的20%～40%[24-27]，是目前葛根應用中的主要成分。葛根淀粉顆粒較小，但基本組成和結構形成原理與其他植物淀粉相同。支鏈淀粉的分支可以通過氫鍵作用形成雙螺旋的結晶結構，雙螺旋的表面為親水性基團，內腔為疏水性基團（直徑約0.45 μm）[28-30];直鏈淀粉以單鏈形式任意分布于支鏈淀粉結晶體之間的間隙區或結晶體內部的非結晶領域，組成淀粉顆粒的無定形部分[31-33]。天然淀粉顆粒并非致密的物體，而是包含著無數微空間的半結晶體，對脂肪酸或親水性的小分子等均具有很好的收貯能力。但現有的葛根淀粉提取技術對異黃酮類化合物等生理活性成分關注較少，導致其大量流失，故成品淀粉中異黃酮含量較少且其含量和組成均不穩定，造成極大的資源浪費。

因此，試驗對現有葛根淀粉制備工藝進行改良，回收純化液體副產物，開發淀粉和食品級異黃酮化合物的同步提取技術和基于淀粉顆粒組織特性的淀粉產品異黃酮組成與含量調控技術，重點研究了固液再混浸泡法中浸泡液異黃酮的濃度和pH值、處理時間、處理溫度等因素對葛根淀粉產品中異黃酮組成與含量的影響，為穩定葛根淀粉生理活性物質、提高其品質提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試材料 鮮葛根（2015年產）和15個葛根淀粉產品（2009年產的試驗編號Kudzu-1到Kudzu-14，2015年產的試驗編號Kudzu-15）均由湖南張家界九天生物科技有限公司提供。

1.1.2 主要試劑 葛根素、大豆苷、大豆苷元等標準物從中國食品藥品檢定研究院購入，其他試劑為分析純或優級純。

1.1.3 主要儀器設備 TGL-20M型速離心機（上海恒科有限公司）;DHG-9070A型干燥箱（上海一恒科技限公司）;LC-10ATVP 型高效液相色譜儀（日本島津制作所）;PHSJ-3F型pH計（上海雷磁儀電科學儀器廠）。

1.2 試驗方法

1.2.1 葛根淀粉中異黃酮分析樣品的提取方法比較 （1）乙醇回流提取（標準提取法）：稱取Kudzu-1純野生葛根淀粉樣品0.5～1.0 g（精度0.000 1 g）;加入70%乙醇20 mL，沸水浴回流60 min，離心分離（8 835 r/min，5 min，4℃），收集上清液，該操作重復1次;收集所有上清液，用70%乙醇定容至50 mL，作為分析樣品。（2）糊化提取：稱取Kudzu-1純野生葛根淀粉樣品0.5～1.0 g（精度0.000 1 g）;置于50 mL離心管中，加入20 mL蒸餾水，沸水浴30 min，充分糊化后冷卻12 h，離心分離（8 835 r/min，5 min，4℃），收集上清液;在沉淀中再加入10 mL蒸餾水，充分分散后離心（8 835 r/min，5 min，4℃）;收集所有上清液，用蒸餾水定容至50 mL，作為分析樣品。（3）乙醇提取：稱取Kudzu-1純野生葛根淀粉樣品0.5～1.0 g（精度0.000 1 g），置于50 mL離心管中;加70%乙醇10 mL，室溫下攪拌30 min后離心分離（8 835 r/min，5min，4℃），收集上清液，該操作再重復2次;收集所有上清液，用70%乙醇定容至50 mL，作為分析樣品。（4）糊化-乙醇沉降提取（改良法）：稱取Kudzu-1純野生葛根淀粉樣品0.5 g（精度0.000 1 g），置于50 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水，沸水浴30 min，充分糊化后，加入99.5%乙醇40 mL，混合均勻，離心分離（8 835 r/min，5 min，4℃），收集上清液;在沉淀中加入10 mL蒸餾水，充分分散后沸水浴30 min;加入99.5%乙醇40 mL，混合均勻，離心分離（8 835 r/min，5 min，4℃），收集上清液，該操作重復1次;收集所有上清液，用70%乙醇定容至200 mL，作為分析樣品。

1.2.2 異黃酮組分及含量的測定 參照Tanaka[13]的HPLC分析條件測定異黃酮化合物中各組分的含量，以葛根素、大豆苷和大豆苷元作為標準物。

1.2.3 湖南武陵山區葛根淀粉產品異黃酮含量的比較 采用糊化-乙醇沉降-HPLC法分析湖南武陵山區不同生產商同一年份的葛根淀粉產品，比較其異黃酮組分及含量的差異。

1.2.4 功能性葛根淀粉制備工藝改良 葛根中淀粉與異黃酮化合物同步提取工藝流程如圖1所示。

1.2.5 功能性葛根淀粉制備中混合浸泡工藝參數的優化 選擇浸泡液固形物濃度、浸泡時間、浸泡溫度和浸泡液pH值4個因素進行單因素試驗，各因素分別設計5個水平，如表1所示。以異黃酮化合物含量為考察指標，確定混合浸泡的最優工藝參數。同時，以栽培鮮葛為原料，采用葛根加工改良工藝和優化后的浸泡工藝參數制備了2種規格的葛根淀粉樣品GGD1（異黃酮類化合物含量為1 500 mg/L）和GGD2（異黃酮類化合物含量為2 500 mg/L），與傳統工藝制備的純野生葛根淀粉Kudzu-15進行異黃酮化合物含量的比較，以驗證改良后功能性葛根淀粉制備技術的效果。

1.2.6 功能性葛根淀粉中異黃酮組分的高溫穩定性研究 準確稱取GGD1樣品10 g，在電熱烘箱中180 ℃烘烤15 min，采用糊化-乙醇沉降提取法制備分析樣品，再通過HPLC法測定樣品中異黃酮化合物的成分及含量。

1.2.7 數據處理 試驗數據采用Excel 2007和SPSS 7.0軟件進行整理和分析。

2 結果與分析

2.1 葛根淀粉中異黃酮分析樣品的最佳提取方法

如圖2所示，改良法調制樣品的異黃酮總量最高，達到117.6 mg/100g，室溫乙醇提取樣品的含量最低，糊化提取法的含量也遠高于目前通常采用的標準提取法。從提取樣品的異黃酮種類看，有糊化處理的2個方法，苷元型的比例顯著提高，比未糊化處理的高出10倍以上。這些結果表明，未經糊化處理，不能完全解離淀粉顆粒的組織結構，收貯其中的異黃酮物質無法完全析出，從而使葛根淀粉的功能品質出現較大偏差。因此，糊化-乙醇沉降-HPLC改良分析法可以作為淀粉制品中功能成分的高精度分析方法，對葛根淀粉功能品質調控具有十分重要的意義。

2.2 武陵山區葛根淀粉產品異黃酮組成及含量的差異

如圖3所示，不同生產商生產的葛根淀粉產品異黃酮含量差異顯著，且主要表現在苷元型異黃酮上，各產品的糖苷型異黃酮含量均甚微。造成產品質量差異的原因可能是野生葛根原料的使用比例和漂洗工藝不同，也有可能是產品中混配有其他淀粉。這些結果充分反映了當前傳統生產工藝的葛根淀粉產品異黃酮組成與含量不穩定的問題較為普遍。

2.3 葛根加工過程中水溶性成分的回收利用

目前，葛根加工企業在生產過程中排放了大量含異黃酮類化合物的廢棄液，一方面是對資源的極大浪費，另一方面對環境也造成嚴重污染。因此，回收利用葛根加工過程中的廢棄液十分必要。研究表明，回收加工初期的高固形物廢水，通過高溫糊化、低溫沉降、過濾等工藝，可獲得完全水溶性的葛根異黃酮化合物產品。該產品的HPLC分析圖譜如圖4所示，總體上與Tanaka等[13]獲得的異黃酮化合物圖譜類似，主要成分有葛根素、大豆苷和大豆苷元等，這3種異黃酮化合物的總含量可達干基的10%左右，野生葛根中的含量更高，可達40%以上，完全能夠達到當前異黃酮提取物的產品規格;同時，從圖4中還可以看出該產品的異黃酮種類很豐富，遠不止這3種，其他成分有待進一步分析測定;這說明葛根加工過程中的廢棄液營養價值豐富，具有較大的開發利用潛力。

2.4 功能性葛根淀粉制備中混合浸泡工藝參數的優化

2.4.1 浸泡液固形物的濃度 以水溶性葛根異黃酮化合物原液調制浸泡液，pH值為7，室溫下浸泡2 h，浸泡液固形物濃度對葛根淀粉異黃酮含量的影響如圖5所示，當浸泡液濃度增加時，葛根淀粉異黃酮含量呈上升趨勢;當浸泡液濃度大于1 000 mg/L時，其結合速率較小，上升趨勢比較平緩，在5 000 mg/L時趨于飽和。

2.4.2 浸泡液的pH值 在浸泡液固形物濃度為3 000 mg/L，室溫下，浸泡液pH值在6～10范圍內，葛根淀粉異黃酮含量沒有顯著差異（圖6）。當浸泡液pH值大于7時，葛根淀粉異黃酮含量略為減少。因此，浸泡液pH值以中性較為適宜。

2.4.3 浸泡時間 如圖7所示，在浸泡液固形物濃度3 000 mg/L、pH值為7時，室溫浸泡時間在1 h以內，隨著時間的延長，葛根淀粉異黃酮含量隨之增加;浸泡時間超過1 h以后，隨著浸泡時間的延長，葛根淀粉異黃酮含量不再增加。因此，浸泡時間以1 h為宜。

2.4.4 浸泡溫度 在浸泡液固形物濃度3 000 mg/L、pH值為7、浸泡時間1 h時，如圖8所示，隨著浸泡溫度的升高，葛根淀粉中異黃酮含量緩慢增加。經統計分析，浸泡液溫度為5、10、20和30 ℃時，各處理之間的差異不顯著（P>0.05）;當溫度大于30 ℃時，葛根淀粉對異黃酮的吸收能力增大。因此，在不破壞淀粉顆粒結構的情況下，提高溫度有利于對異黃酮的吸收。

經單因素試驗優化，確定功能性葛根淀粉制備中混合浸泡的最優工藝參數為：浸泡液固形物濃度3 000mg/L、pH值為7、浸泡時間1 h、浸泡溫度30℃。

2.4.5 最優工藝參數的驗證 如圖9所示，GGD1中3種異黃酮總量是Kudzu-15的5.5倍，GGD2中3種異黃酮總量約為Kudzu-15的10倍，且GGD2中的大豆苷含量顯著增加。這表明浸泡法是一種調控葛根淀粉功能質量的有效技術途徑，不僅可調控異黃酮總量，而且可調控其組成，實現葛根淀粉的質量標準化，產品的功能針對性更高、穩定性更好。

2.5 功能性葛根淀粉中異黃酮的高溫穩定性

功能性葛根淀粉GGD1在180℃高溫處理15 min，其提取的異黃酮化合物HPLC圖譜如圖10 所示，異黃酮主要成分葛根素、大豆苷和大豆苷元的峰位置和峰面積均未發生顯著變化。這表明葛根淀粉中的異黃酮化合物在180℃以下的各種加工應用時不會被破壞，能夠保證其功效不損失。

3 結 論

研究通過改良傳統葛根加工工藝，優化葛根淀粉制備過程中混合浸泡的工藝參數，實現了葛根加工過程淀粉與異黃酮成分的同步提取，顯著提高了葛根淀粉中異黃酮成分測定的準確度，填補了功能性葛根淀粉制備技術的研究空白。試驗結果表明，功能性葛根淀粉制備中混合浸泡的最優工藝參數為浸泡液固形物濃度3 000 mg/L、pH值為7、浸泡時間1 h、浸泡溫度30℃。該技術可實現葛根淀粉的標準化高功能質量控制，且葛根淀粉收貯的異黃酮成分具有180℃的高溫穩定性。該工藝制備的功能性葛根淀粉具有廣泛的應用前景。后續可進一步研究葛根的淀粉、異黃酮成分與纖維等3大組分同步提取技術，實現葛根資源的最大化利用。另外，功能性葛根淀粉的活性成分調控技術有待進一步拓展研究，比如減壓滲透法、變性包埋法等技術開發，以滿足不同技術水平的企業需求和不同質量品級的市場多樣性。

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