鷹嘴豆淀粉提取工藝的研究

◎ 曹甜甜，王思玉，彭修春，糟 龍，張春蘭,2

（1.塔里木大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300 2.南疆特色農(nóng)產(chǎn)品深加工兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

鷹嘴豆（Cicer arietinum），籽粒形狀，特征為頂部帶尖的圓球形，因其酷似脫毛后的鷹頭或雞頭，故名其鷹嘴豆，別名回鶻豆、雞豆等。鷹嘴豆是常用藥材，其不光有溫腎壯陽(yáng)、利尿止痛、生發(fā)烏發(fā)之功效，還具有改善抑郁情緒、保護(hù)血管、改善血糖、延緩衰老的作用[1]。鷹嘴豆籽粒中的營(yíng)養(yǎng)成分非常豐富，內(nèi)含大量的蛋白質(zhì)、多種氨基酸、維生素、粗纖維等成分[2]，鷹嘴豆中碳水化合物和蛋白質(zhì)的含量占有較大的比例，尤其是淀粉含量，高達(dá)40%～60%，是重要的能量來(lái)源[3-4]。鷹嘴豆淀粉有濃烈的板栗風(fēng)味，常與小麥一起磨成混合粉食用，隨著淀粉行業(yè)的飛速進(jìn)步與發(fā)展，鷹嘴豆淀粉在非食用領(lǐng)域也有了特殊的用途[5]。稀堿法工藝是提取淀粉的常用方法。堿法對(duì)提高鷹嘴豆淀粉的純度有明顯的促進(jìn)作用，稀堿溶液能斷裂蛋白質(zhì)分子中的氫鍵，從而對(duì)蛋白質(zhì)分子具有增溶作用，再利用鷹嘴豆淀粉不溶于堿液和冷水的特性，通過(guò)離心進(jìn)行機(jī)械化分離，使淀粉與蛋白質(zhì)和其他不溶性雜質(zhì)分離，得到純度較高的淀粉[6]。本試驗(yàn)研究并優(yōu)化了鷹嘴豆淀粉的提取工藝，這將為鷹嘴豆食品的加工和深加工提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鷹嘴豆，購(gòu)于塔里木大學(xué)東區(qū)小市場(chǎng)。

試劑：無(wú)水葡萄糖、酒石酸鉀鈉、甲基紅、次甲基藍(lán)、HCl、NaOH、CuSO4均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

LE203E電子天平、XS-04多功能高速粉碎機(jī)、L-530臺(tái)式離心機(jī)、單聯(lián)1 000 W電熱爐、EMS-20恒溫磁力攪拌器、J6紫外分光光度計(jì)、GZX-9240MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

1.3 堿法提取工藝

1.3.1 鷹嘴豆淀粉的提取工藝

工藝流程：鷹嘴豆→挑選→洗滌→烘干→粉碎→過(guò)篩→堿提→離心→傾去上清液→洗滌→加蒸餾水離心→取沉淀置40 ℃鼓風(fēng)干燥箱干燥24 h→密封保存。

1.3.2 淀粉純度的測(cè)定

酸水解法，參照GB 5009.9—2016。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

對(duì)影響鷹嘴豆淀粉純度的NaOH濃度、料液比、攪拌時(shí)間和提取溫度進(jìn)行單因素試驗(yàn)，NaOH濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%，料液比分別為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5和1∶6，攪拌時(shí)間分別為0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h和2.5 h，提取溫度分別為25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃和45 ℃。考察單一因素時(shí)，其他條件固定為：NaOH濃度0.3%、料液比1∶4、攪拌時(shí)間1.0 h、提取溫度30 ℃。

1.3.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)各單因素對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的試驗(yàn)結(jié)果，確定NaOH質(zhì)量濃度、料液比、攪拌時(shí)間、提取溫度4個(gè)單因素的3個(gè)優(yōu)選水平，設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn)，見(jiàn)表1，利用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化鷹嘴豆淀粉提取工藝，選出淀粉純度最高的提取工藝[7]。

表1 正交試驗(yàn)的因素與水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 NaOH質(zhì)量濃度對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響

由圖1可以看出，隨著NaOH質(zhì)量濃度的持續(xù)增加，淀粉純度開(kāi)始增加。當(dāng)NaOH質(zhì)量濃度為0.3%時(shí)，淀粉純度最高，為78.30%。隨著堿液質(zhì)量濃度繼續(xù)升高，淀粉出現(xiàn)糊化現(xiàn)象，溶液變濃稠，小部分淀粉發(fā)生水解。同時(shí)，糊化現(xiàn)象還會(huì)限制蛋白質(zhì)的提取，使淀粉的純度降低[8]。因此，選擇NaOH質(zhì)量濃度為0.3%。

圖1 NaOH質(zhì)量濃度對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響圖

2.1.2 料液比對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響

從圖2可以看出，當(dāng)其他條件固定時(shí)，鷹嘴豆淀粉純度隨料液比的增加而增加。料液比較小時(shí)，溶液比較黏稠，使得流動(dòng)性較差，不利于淀粉分子的釋放，隨著料液比的增加，鷹嘴豆粉與堿液的接觸面增大，使得淀粉純度增加。適宜的料液比能夠提高鷹嘴豆淀粉的純度，料液比越多導(dǎo)致后續(xù)操作步驟繁瑣，造成不必要的人力與物力的浪費(fèi)，甚至引起褐變[9]。因此當(dāng)料液比為1∶4時(shí)是鷹嘴豆淀粉提取的最佳比例。

圖2 料液比對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響圖

2.1.3 攪拌時(shí)間對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響

從圖3中可以看出，當(dāng)其他條件固定時(shí)，隨著攪拌時(shí)間的增加，鷹嘴豆淀粉的純度也有所增加。當(dāng)攪拌時(shí)間為1.0 h時(shí)，鷹嘴豆淀粉的純度最高，為79.00%，可能是因?yàn)殡S著攪拌時(shí)間的增加，使得蛋白質(zhì)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被大量破壞，從而更好地將淀粉與蛋白質(zhì)分離，因此淀粉純度增加；當(dāng)攪拌時(shí)間＞1.0 h時(shí)，鷹嘴豆粉可能由于堿化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，淀粉與堿液發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致淀粉純度降低[10]。因此，選擇攪拌時(shí)間為1.0 h。

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響圖

2.1.4 提取溫度對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響

由圖4可知，當(dāng)提取溫度從25 ℃上升至30 ℃時(shí)，鷹嘴豆淀粉純度上升，溫度繼續(xù)增加，當(dāng)提取溫度從30 ℃上升至45 ℃時(shí)，鷹嘴豆淀粉的純度下降明顯。可能是由于淀粉在25 ℃時(shí)溶解度較低，但隨著溫度的升高，淀粉顆粒游離使擴(kuò)散速度加快，鷹嘴豆淀粉的純度增加[11]。當(dāng)提取溫度為30 ℃時(shí)，鷹嘴豆淀粉的純度最高，為78.42%，因此，選擇提取溫度為30 ℃。

圖4 提取溫度對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響圖

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可以看出，NaOH質(zhì)量濃度、料液比、攪拌時(shí)間、提取溫度對(duì)鷹嘴豆淀粉的純度都有一定的影響。根據(jù)極差分析，單因素對(duì)淀粉純度的極差R值的變動(dòng)區(qū)間為1.37～4.16。其中，NaOH質(zhì)量濃度的R值為4.16，對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響最大；提取溫度的R值為1.37，對(duì)鷹嘴豆淀粉的純度影響最小。由正交試驗(yàn)和極差分析，可得出4個(gè)因素對(duì)鷹嘴豆淀粉純度影響的主次順序?yàn)椋篘aOH質(zhì)量濃度＞料液比＞攪拌時(shí)間＞提取溫度。鷹嘴豆淀粉提取的最佳工藝條件為A2B3C1D3，即NaOH質(zhì)量濃度為0.3%，料液比為1∶5，攪拌時(shí)間為0.5 h，提取溫度為40 ℃，此工藝條件下鷹嘴豆淀粉的純度最高，為79.20%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果表

3 結(jié)論

以鷹嘴豆為原料，采用稀堿法提取鷹嘴豆淀粉，通過(guò)對(duì)NaOH質(zhì)量濃度、料液比、攪拌時(shí)間、提取溫度4個(gè)因素進(jìn)行具體分析，得出這4個(gè)提取條件對(duì)鷹嘴豆淀粉純度的影響，再通過(guò)正交試驗(yàn)，確定各因素的最佳提取條件為：NaOH質(zhì)量濃度為0.3%，料液比為1∶5，攪拌時(shí)間為0.5 h，提取溫度為40 ℃，此工藝條件下鷹嘴豆淀粉的純度最高，為79.20%。堿法提取淀粉是一種常見(jiàn)淀粉提取方法，通過(guò)堿法提取鷹嘴豆淀粉操作簡(jiǎn)單，淀粉純度較高。這可能是由于一定的堿性條件有利于蛋白質(zhì)與淀粉分離，部分蛋白溶于水，隨著淀粉的沉淀而逐漸分離，使得淀粉純度增加。本文為鷹嘴豆食品深加工以及其淀粉的開(kāi)發(fā)，提供了一定的理論依據(jù)，但鷹嘴豆中蛋白質(zhì)、黃酮、礦物質(zhì)等物質(zhì)對(duì)淀粉的影響還有待進(jìn)一步研究。