不同方法提取燕麥淀粉的理化特性比較分析

◎ 王雅楠，高海軍，毋修遠，王永巍，趙勝男，王雅婧，曹晶晶，秦祎芳

（1.河南省食品和鹽業檢驗技術研究院，河南 鄭州 450000；2.鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001）

燕麥，禾本科燕麥族燕麥屬，是我國北方各省的重要糧食作物，燕麥中約含有60%燕麥淀粉[1]。目前，燕麥淀粉的提取方法主要有物理水提法、化學堿提法、酶提法。其中，物理水提法是通過水浸泡的濕潤水解作用，降低淀粉和蛋白、脂肪之間的作用力；化學堿提法是通過稀堿達到分離淀粉和蛋白質的目的；酶提法主要是通過中性蛋白酶減弱淀粉和蛋白質之間的作用力，從而將淀粉分離出來。目前，學界對于燕麥淀粉的提取研究，主要集中在某一種提取方法過程中的影響因素分析及工藝優化，鮮有對于不同提取方法對燕麥淀粉的理化特性的橫向比較分析。實際上，不同的提取過程，會對淀粉顆粒造成不同程度的影響，導致所得淀粉具備不同的理化特性。因此，對于物理水提法、化學堿提法、酶提法3 種提取方法所得燕麥淀粉的理化特性進行比較分析，具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

（1）材料。燕麥：產自內蒙古赤峰市寧城縣的裸燕麥籽粒；石油醚、氫氧化鈉、鹽酸、乙酸鉛、硫酸鈉、無水乙醇、乙酸、碘、甲基紅、硼酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉等（天津恒興化學試劑制造有限公司），均為分析純；中性蛋白酶（酶活300 U·mL-1）、直鏈、支鏈淀粉標品：美國西格瑪奧德里奇貿易有限公司。

（2）儀器。DZF-6020 型真空干燥箱、DHG-9245A 型鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；TM-0910P 型陶瓷纖維馬弗爐（北京安和美誠科學儀器有限公司）；5430R 型高速離心機（德國艾本德公司）；PHS-3C 型 pH 計（上海雷磁儀電科學儀器股份有限公司）；SOX606 型脂肪測定儀（山東海能科學儀器有限公司）；DN1000 杜馬斯定氮儀（北京諾德泰課儀器儀表有限公司）；Cary60 型紫外-可見分光光度計（安捷倫科技有限公司）；RVA4500 型快速黏度分析儀（波通瑞華科學儀器有限公司）；SDmatic 型損傷淀粉測定儀（法國肖邦儀器有限公司）；Sigma 300 型SEM 掃描電鏡（德國蔡司公司）；BLH-1200 型白度儀（浙江伯利恒儀器設備有限公司）。

1.2 燕麥淀粉提取

1.2.1 化學堿提法

綜合參考游新勇[2]和MIRMOGHTADAIE L[3]的研究方法，并加以改進，將裸燕麥籽粒除雜后粉碎，用石油醚對80 目篩后所得燕麥粉振搖浸泡脫脂，脫脂完畢進行真空干燥。取真空干燥后的100 g 燕麥粉與500 mL 0.02 mol·L-1NaOH 溶液于室溫攪拌30 min，然后以4 000 r·min-1，20 min 的條件進行離心，棄去上清液，沉淀物加500 mL 水振蕩混勻，所得混合物用300 目尼龍紗布過濾。濾液用1 mol·L-1HCl 溶液進行中和后再次離心，棄去上清液并刮去下層淀粉沉淀表層，剩余淀粉沉淀用200 mL 水重復洗滌3 次，再次離心棄去上清液，將下層淀粉沉淀置于40 ℃烘箱干燥12 h，即得燕麥淀粉。

1.2.2 物理水療法

參考周素梅著作[4]中提到的水提法，并加以改進。將1.2.1 所制燕麥粉按照料液比1 ∶10 在水中混合，于室溫磁力攪拌混勻6 h。反應完畢以4 000 r·min-1、20 min 的條件進行離心，棄去上清液，沉淀物加500 mL 水振蕩混勻，所得混合物用300 目尼龍紗布過濾，濾液再次離心，棄去上清液并刮去下層淀粉沉淀表層，將下層淀粉沉淀置于40 ℃烘箱干燥12 h，即得燕麥淀粉。

1.2.3 酶提法

綜合參考何義萍[5]的研究方法，并加以改進。將1.2.1 所制燕麥粉按照料液比1 ∶8 在水中混合均勻后加入1.0%的蛋白酶，使其在pH=7、溫度40 ℃的條件下，磁力攪拌混勻4 h。反應完畢以4 000 r·min-1、20 min 的條件進行離心，棄去上清液，沉淀物加500 mL 水振蕩混勻，所得混合物用300 目尼龍紗布過濾。濾液再次離心，棄去上清液并刮去下層淀粉沉淀表層，剩余淀粉沉淀用200 mL 水重復洗滌3 次，再次離心棄去上清液，將下層淀粉沉淀置于40 ℃烘箱干燥12 h，即得燕麥淀粉。

1.3 燕麥淀粉的顆粒形貌分析

分別取1.2 中3 種方法提取的燕麥淀粉樣品水分散液滴在硅片上，自然風干后用導電膠粘在樣品臺，在鍍膜臺上噴金，加速電壓15.0 kV，通過掃描電子顯微鏡于適合的倍數觀察形貌并拍攝。

1.4 燕麥淀粉的表觀形態分析

1.4.1 斑點

按照GB/T 22427.4—2008《淀粉斑點測定》，以每平方米的斑點數量表示。

1.4.2 細度

按照國標《GB/T 22427.5—2008 淀粉細度測定》，以100 目篩下物占樣品總質量的百分比表示。

1.4.3 白度

按照國標《GB/T 22427.6—2008 淀粉白度測定》，以樣品白度值表示。

1.5 燕麥淀粉的基本組分分析

1.5.1 總淀粉含量按照國標《GB 5009.9—2016 食品安全國家標準食品中淀粉的測定》第二法測定樣品中淀粉含量。

1.5.2 水分含量

按照國標《GB 5009.3—2016 食品安全國家標準食品中水分的測定》第一法測定樣品中水分含量。

1.5.3 粗灰分含量

按照國標《GB 5009.4—2016 食品安全國家標準食品中灰分的測定》第一法測定樣品總灰分。

1.5.4 粗脂肪含量

按照國標《GB 5009.6—2016 食品安全國家標準食品中脂肪的測定》第一法測定樣品脂肪。

1.5.5 粗蛋白含量

按照國標《GB 5009.5—2016 食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》第三法測定樣品脂肪。

1.5.6 直鏈淀粉含量

按照國標《GB/T 15683—2008 大米 直鏈淀粉含量的測定》測定樣品中直鏈淀粉含量。

1.5.7 損傷淀粉含量

按照國標《GB/T 31577—2015 糧油檢驗 小麥粉損傷淀粉測定 安培計法》測定樣品中損傷淀粉含量。

1.6 燕麥淀粉的溶解特性分析

1.6.1 溶解度與膨脹度

結合GAO 等[6]方法，取一定質量的淀粉記為M淀粉（以干基計），于水中制備成質量分數為0.5%的淀粉乳溶液，由室溫逐漸升溫至50、60、70、80、90 ℃，并于每個溫度梯度持續攪拌30 min，冷卻后以4 000 r·min-1，20 min 的條件進行離心，上清液105 ℃烘干至恒重，記為溶解淀粉質量M溶解，離心沉淀物稱重記為M沉淀，計算公式如下：

1.6.2 凝沉性

參照張晶等[7]方法，制備質量分數為1.0%的淀粉乳水溶液，沸水浴糊化20 min，冷卻后靜置存放，每隔2 h 記錄1 次上層清液體積占總體積的百分比，持續記錄16 h，以此百分比變化情況表征其凝沉性。

1.6.3 透明度

參照Hu 等[8]研究方法，制備質量分數為1.0%的淀粉乳水溶液，沸水浴中攪拌15 min（每5 min 完全振蕩1 次），同時保持其體積恒定。冷卻至室溫后，以蒸餾水為空白對照測定620 nm 處的吸光度，以吸光度作為衡量透明度的指標。

1.6.4 凍融穩定性

參照張杰等[9]的研究方法，制備質量分數為3.0%的淀粉乳水溶液，沸水浴中攪拌15 min，同時保持其體積恒定，冷卻至室溫后于-18 ℃冷凍24 h，自然解凍后以4 000 r·min-1、20 min 的條件進行離心，重復冷凍解凍直至有水析出，棄去后稱重下層沉淀，記錄第1 次有水分析出的凍融次數，以及重復凍融3 次后的析水率用以表征凍融穩定性，析水率計算公示如下：

1.7 燕麥淀粉的糊化特性分析

參照任孝茹等[10]的研究方法，取樣品（按14%濕基校正）3.0 g 加25 mL 水，攪拌均勻后用RVA 儀器測試：設置初始溫度50 ℃，3.8 min 內升至95 ℃并保持2 min，在3.8 min 內降低到50 ℃保持2 min。在最初的10 s 內，樣品以960 r·min-1的速度混合，隨后將速率降低到160 r·min-1直到分析結束。

1.8 數據統計與分析

各組實驗重復3 次，采用SPSS 26.0 進行統計分析，Origin 9.0 軟件進行制圖處理。

2 結果與分析

2.1 燕麥淀粉的顆粒形貌分析

由圖1 所示，物理水提法和酶提法制備的燕麥淀粉顆粒，相比化學堿提法所提取的表面更為光滑，說明這2 種方法對淀粉顆粒的損傷較小，而化學堿提法制備燕麥淀粉多為棱角分明的多角形顆粒，說明淀粉顆粒表面被堿侵蝕，但淀粉的顆粒結構仍得以保持，表明堿提法并不影響淀粉內部結晶區域[11]。此外，物理水提法和酶提法相比，前者還存在聚集的淀粉顆粒，這可能是由于水提法較為溫和，致使存在部分未去除干凈的蛋白質導致聚集，這與張偉麗等[12]的研究結果一致。

圖1 3 種不同方法所提取的燕麥淀粉顆粒形貌圖

2.2 燕麥淀粉的表觀形態分析

由表1 可知，3 種提取方法所得淀粉的細度和斑點無顯著差異。其中，化學堿提法所得淀粉白度最低，這可能是由于燕麥淀粉中存在特殊色素物質在堿性條件下顯色，從而影響了白度，劉勛等[13]的研究中也有類似結果。

表1 不同提取方法所得燕麥淀粉的表觀形態表

2.3 燕麥淀粉的基本組分分析

由表2 可知，酶提法淀粉含量最高，水提法最低；水分、灰分含量無顯著差異；酶提法的粗蛋白含量顯著低于其他2 種方法，這可能得益于蛋白酶的處理；物理水提法的粗蛋白、粗脂肪最高，說明水提法產物純度最低。值得注意的是，酶提法的粗脂肪含量與水提法無顯著差異，但與化學堿提法存在顯著差異，這可能是用于水解蛋白質的蛋白酶不會破壞淀粉與脂肪的結合[14]。酶提法的直鏈淀粉含量最高，損傷淀粉含量最低，說明酶提法在提取過程中對淀粉顆粒的破壞程度較小。此外，化學堿提法的損傷淀粉含量最高，直鏈淀粉含量最低，說明堿會對淀粉顆粒造成破壞，這可能導致直鏈淀粉分子從淀粉顆粒中逸出含量降低，蘆鑫等[15]的研究中也顯現了相同結果。

表2 不同提取方法所得燕麥淀粉的基本組分表

2.4 燕麥淀粉的溶解特性分析

2.4.1 溶解度與膨脹度

由圖2 可知，不同方法所提淀粉的溶解度和膨脹度均隨溫度增加而增加，這是因為溫度升高加劇淀粉顆粒內部結晶破壞，游離水更易于滲入淀粉顆粒內部，未溶解的淀粉顆粒也會充分吸水膨脹。因此，溶解度和膨脹度均有所提高[16]。在3 種方法中，酶提法的溶解度最高、膨脹度最低；化學堿提法的溶解度最低、膨脹度最高。

圖2 3 種提取方法制備的燕麥淀粉在不同溫度下的溶解度圖（左）和膨脹度圖（右）

結合2.3 中分析，酶提法和化學堿提法所提淀粉分別具有最高和最低的直鏈淀粉含量，而淀粉的溶解主要是直鏈淀粉從潤脹的顆粒中逸出，故總體上來看，燕麥淀粉的溶解度與直鏈淀粉含量呈正相關。因此，酶提法所得淀粉具有最高的溶解度；膨脹度與直鏈淀粉含量呈負相關，故化學堿提法所得淀粉具有最高的膨脹度，張偉麗等的研究也獲得了類似結果。

2.4.2 凝沉性

由圖3 可知，隨時間增加，清液體積占比增加，這是由于淀粉凝沉導致淀粉糊分層加劇導致。其中，酶提法制得淀粉的凝沉速度和最終的上清液體積略大于物理水提法，遠大于化學堿提法，說明酶提法和物理水提法制得淀粉較化學堿提法更易凝沉，這可能是由于酶提法和物理水提法所提淀粉具有更高的直鏈淀粉含量，而直鏈淀粉沒有側支結構、空間位阻較小，分子間裸露的氫鍵容易重新締合形成分子束，繼而加劇沉降[17]，這與黃維等[18]的研究結果一致。

圖3 3 種提取方法所得淀粉的凝沉曲線圖

2.4.3 透明度與凍融穩定性

淀粉糊的透明度會影響產品外觀，對于食品加工具有重要意義。吸光度越高，說明透明度越低，由表3 可知，物理水提法、酶提法的吸光度高于化學堿提法。結合2.3 中結果可知，物理水提法、酶提法的脂肪含量和直鏈淀粉含量高于化學堿提法，脂肪和直鏈淀粉含量越高，淀粉越易老化，透明度就越低。

表3 不同提取方法所得燕麥淀粉的透明度與凍融穩定性表

此外，淀粉糊的凍融穩定性反映的是淀粉經過反復冷凍融化后能否保持穩定，這關系到該淀粉是否適用于食品冷凍加工過程。由表3 可知，3 種方法得出的淀粉均在凍融1 次后就有水分析出，這說明燕麥淀粉的凍融穩定性一般，并非應用于冷凍食品的淀粉種類首選。其中，物理水提法和酶提法所得淀粉經3 次凍融后的析水率無顯著差異，但顯著高于化學堿提法所得淀粉的析水率，析水率越高說明凍融穩定性越差，說明化學堿提法所得淀粉的凍融穩定性優于物理水提法和酶提法所得淀粉。這可能與直鏈淀粉含量有關，直鏈淀粉由于空間位阻小更易凝團聚結，造成凍融過程中易重新排列締合而發生水分析出現象[19]。表2 顯示，化學堿提法所得淀粉的直鏈淀粉含量最低，故析水率最低，凍融穩定性最強。

2.5 燕麥淀粉的糊化特性分析

淀粉糊化特性的各項指標如表4 所示。①淀粉乳被加熱后，開始吸水膨脹，懸浮液逐漸變為糊狀物，粘度不斷增加，當淀粉粘度快速增加時，對應的加熱溫度即為糊化溫度。其中，化學堿提法所得淀粉糊化溫度最低，說明其更易糊化，這可能是因為化學堿提法所得淀粉的直鏈淀粉含量和粗脂肪含量最低，而直鏈淀粉含量越低，越易糊化[20]，且脂肪與淀粉顆粒形成的復合物體會在淀粉受熱時，阻止淀粉顆粒膨脹，從而使糊化更難發生，故粗脂肪含量更低的淀粉更易發生糊化。②淀粉充分糊化產生的最高粘度值即為峰值粘度。數據表明，化學堿提法所得淀粉具有最高的峰值粘度，這可能由于峰值粘度與直鏈淀粉含量呈負相關。③隨著淀粉顆粒破裂，粘度下降，產生的最低粘度值即為谷值粘度。其中，物理水提法所得淀粉谷值粘度最低。④當糊化物降溫冷卻時糊化物膠凝，粘度進一步升高，冷卻至50 ℃時的粘度值即為最終粘度。其中，酶提法所得淀粉最終粘度最高，化學堿提法所得淀粉最終粘度最低。⑤衰減值是峰值粘度和谷值粘度的差值，衰減值反映了淀粉的熱穩定性和剪切穩定性，衰減值越低越穩定。其中，酶提法所得淀粉的衰減值顯著低于其他2 種方法。⑥回生值是最終粘度與谷值粘度的差值，回生實際就是由于直鏈淀粉分子之間的聚合引起的粘度增加，回生值越大淀粉越容易老化，直鏈含量越高老化越快。其中，酶提法所得淀粉回生值最高，化學堿提法所得淀粉最低，有顯著差異[21]，這與表2 結果相符。

表4 不同提取方法所得燕麥淀粉的糊化指標測定結果表

3 結論與討論

總體來說，本研究采取3 種提取方法所得燕麥淀粉的理化特性各不相同。①化學堿提法所得淀粉顆粒多為棱角分明的多角形，表面有堿侵蝕痕跡；物理水提法和酶提法制備的燕麥淀粉多為表面光滑的球狀顆粒，前者又較后者有更多的淀粉顆粒聚集。②3 種提取方法所得淀粉的細度和斑點數無顯著差異，化學堿提法所得淀粉白度最低。③3 種不同提取方法所得淀粉的水分、灰分無顯著差異；酶提法所得淀粉含量最高，化學堿提法次之，物理水提法最低；酶提法粗蛋白含量最低，化學堿提法粗脂肪含量最低；酶提法的直鏈淀粉含量最高，損傷淀粉含量最低，化學堿提法的損傷淀粉含量最高，直鏈淀粉含量最低。④酶提法的溶解度最高，膨脹度最低；化學堿提法的溶解度最低，膨脹度最高。⑤酶提法和物理水提法比化學堿提法所得淀粉更易發生凝沉。⑥淀粉糊透明度由高到低依次為化學堿提法、物理水提法、酶提法。⑦化學堿提法所得淀粉的凍融穩定性優于物理水提法和酶提法所得淀粉。⑧3 種提取方法中，化學堿提法所得淀粉最易糊化，粘度最大；酶提法所得淀粉的衰減值顯著低于其他2 種方法，淀粉的熱穩定性和剪切穩定性最強；酶提法所得淀粉的回生值大于物理水提法和化學堿提法，化學堿提法所得淀粉最抗老化。因此，綜合本研究結論，可以幫助業界選擇合適的燕麥淀粉提取方法。