不同方法提取燕麦淀粉的理化特性比较分析

◎ 王雅楠，高海军，毋修远，王永巍，赵胜男，王雅婧，曹晶晶，秦祎芳

（1.河南省食品和盐业检验技术研究院，河南 郑州 450000；2.郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450001）

燕麦，禾本科燕麦族燕麦属，是我国北方各省的重要粮食作物，燕麦中约含有60%燕麦淀粉[1]。目前，燕麦淀粉的提取方法主要有物理水提法、化学碱提法、酶提法。其中，物理水提法是通过水浸泡的湿润水解作用，降低淀粉和蛋白、脂肪之间的作用力；化学碱提法是通过稀碱达到分离淀粉和蛋白质的目的；酶提法主要是通过中性蛋白酶减弱淀粉和蛋白质之间的作用力，从而将淀粉分离出来。目前，学界对于燕麦淀粉的提取研究，主要集中在某一种提取方法过程中的影响因素分析及工艺优化，鲜有对于不同提取方法对燕麦淀粉的理化特性的横向比较分析。实际上，不同的提取过程，会对淀粉颗粒造成不同程度的影响，导致所得淀粉具备不同的理化特性。因此，对于物理水提法、化学碱提法、酶提法3 种提取方法所得燕麦淀粉的理化特性进行比较分析，具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

（1）材料。燕麦：产自内蒙古赤峰市宁城县的裸燕麦籽粒；石油醚、氢氧化钠、盐酸、乙酸铅、硫酸钠、无水乙醇、乙酸、碘、甲基红、硼酸、碘化钾、硫代硫酸钠等（天津恒兴化学试剂制造有限公司），均为分析纯；中性蛋白酶（酶活300 U·mL-1）、直链、支链淀粉标品：美国西格玛奥德里奇贸易有限公司。

（2）仪器。DZF-6020 型真空干燥箱、DHG-9245A 型鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；TM-0910P 型陶瓷纤维马弗炉（北京安和美诚科学仪器有限公司）；5430R 型高速离心机（德国艾本德公司）；PHS-3C 型 pH 计（上海雷磁仪电科学仪器股份有限公司）；SOX606 型脂肪测定仪（山东海能科学仪器有限公司）；DN1000 杜马斯定氮仪（北京诺德泰课仪器仪表有限公司）；Cary60 型紫外-可见分光光度计（安捷伦科技有限公司）；RVA4500 型快速黏度分析仪（波通瑞华科学仪器有限公司）；SDmatic 型损伤淀粉测定仪（法国肖邦仪器有限公司）；Sigma 300 型SEM 扫描电镜（德国蔡司公司）；BLH-1200 型白度仪（浙江伯利恒仪器设备有限公司）。

1.2 燕麦淀粉提取

1.2.1 化学碱提法

综合参考游新勇[2]和MIRMOGHTADAIE L[3]的研究方法，并加以改进，将裸燕麦籽粒除杂后粉碎，用石油醚对80 目筛后所得燕麦粉振摇浸泡脱脂，脱脂完毕进行真空干燥。取真空干燥后的100 g 燕麦粉与500 mL 0.02 mol·L-1NaOH 溶液于室温搅拌30 min，然后以4 000 r·min-1，20 min 的条件进行离心，弃去上清液，沉淀物加500 mL 水振荡混匀，所得混合物用300 目尼龙纱布过滤。滤液用1 mol·L-1HCl 溶液进行中和后再次离心，弃去上清液并刮去下层淀粉沉淀表层，剩余淀粉沉淀用200 mL 水重复洗涤3 次，再次离心弃去上清液，将下层淀粉沉淀置于40 ℃烘箱干燥12 h，即得燕麦淀粉。

1.2.2 物理水疗法

参考周素梅著作[4]中提到的水提法，并加以改进。将1.2.1 所制燕麦粉按照料液比1 ∶10 在水中混合，于室温磁力搅拌混匀6 h。反应完毕以4 000 r·min-1、20 min 的条件进行离心，弃去上清液，沉淀物加500 mL 水振荡混匀，所得混合物用300 目尼龙纱布过滤，滤液再次离心，弃去上清液并刮去下层淀粉沉淀表层，将下层淀粉沉淀置于40 ℃烘箱干燥12 h，即得燕麦淀粉。

1.2.3 酶提法

综合参考何义萍[5]的研究方法，并加以改进。将1.2.1 所制燕麦粉按照料液比1 ∶8 在水中混合均匀后加入1.0%的蛋白酶，使其在pH=7、温度40 ℃的条件下，磁力搅拌混匀4 h。反应完毕以4 000 r·min-1、20 min 的条件进行离心，弃去上清液，沉淀物加500 mL 水振荡混匀，所得混合物用300 目尼龙纱布过滤。滤液再次离心，弃去上清液并刮去下层淀粉沉淀表层，剩余淀粉沉淀用200 mL 水重复洗涤3 次，再次离心弃去上清液，将下层淀粉沉淀置于40 ℃烘箱干燥12 h，即得燕麦淀粉。

1.3 燕麦淀粉的颗粒形貌分析

分别取1.2 中3 种方法提取的燕麦淀粉样品水分散液滴在硅片上，自然风干后用导电胶粘在样品台，在镀膜台上喷金，加速电压15.0 kV，通过扫描电子显微镜于适合的倍数观察形貌并拍摄。

1.4 燕麦淀粉的表观形态分析

1.4.1 斑点

按照GB/T 22427.4—2008《淀粉斑点测定》，以每平方米的斑点数量表示。

1.4.2 细度

按照国标《GB/T 22427.5—2008 淀粉细度测定》，以100 目筛下物占样品总质量的百分比表示。

1.4.3 白度

按照国标《GB/T 22427.6—2008 淀粉白度测定》，以样品白度值表示。

1.5 燕麦淀粉的基本组分分析

1.5.1 总淀粉含量按照国标《GB 5009.9—2016 食品安全国家标准食品中淀粉的测定》第二法测定样品中淀粉含量。

1.5.2 水分含量

按照国标《GB 5009.3—2016 食品安全国家标准食品中水分的测定》第一法测定样品中水分含量。

1.5.3 粗灰分含量

按照国标《GB 5009.4—2016 食品安全国家标准食品中灰分的测定》第一法测定样品总灰分。

1.5.4 粗脂肪含量

按照国标《GB 5009.6—2016 食品安全国家标准食品中脂肪的测定》第一法测定样品脂肪。

1.5.5 粗蛋白含量

按照国标《GB 5009.5—2016 食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》第三法测定样品脂肪。

1.5.6 直链淀粉含量

按照国标《GB/T 15683—2008 大米 直链淀粉含量的测定》测定样品中直链淀粉含量。

1.5.7 损伤淀粉含量

按照国标《GB/T 31577—2015 粮油检验 小麦粉损伤淀粉测定 安培计法》测定样品中损伤淀粉含量。

1.6 燕麦淀粉的溶解特性分析

1.6.1 溶解度与膨胀度

结合GAO 等[6]方法，取一定质量的淀粉记为M淀粉（以干基计），于水中制备成质量分数为0.5%的淀粉乳溶液，由室温逐渐升温至50、60、70、80、90 ℃，并于每个温度梯度持续搅拌30 min，冷却后以4 000 r·min-1，20 min 的条件进行离心，上清液105 ℃烘干至恒重，记为溶解淀粉质量M溶解，离心沉淀物称重记为M沉淀，计算公式如下：

1.6.2 凝沉性

参照张晶等[7]方法，制备质量分数为1.0%的淀粉乳水溶液，沸水浴糊化20 min，冷却后静置存放，每隔2 h 记录1 次上层清液体积占总体积的百分比，持续记录16 h，以此百分比变化情况表征其凝沉性。

1.6.3 透明度

参照Hu 等[8]研究方法，制备质量分数为1.0%的淀粉乳水溶液，沸水浴中搅拌15 min（每5 min 完全振荡1 次），同时保持其体积恒定。冷却至室温后，以蒸馏水为空白对照测定620 nm 处的吸光度，以吸光度作为衡量透明度的指标。

1.6.4 冻融稳定性

参照张杰等[9]的研究方法，制备质量分数为3.0%的淀粉乳水溶液，沸水浴中搅拌15 min，同时保持其体积恒定，冷却至室温后于-18 ℃冷冻24 h，自然解冻后以4 000 r·min-1、20 min 的条件进行离心，重复冷冻解冻直至有水析出，弃去后称重下层沉淀，记录第1 次有水分析出的冻融次数，以及重复冻融3 次后的析水率用以表征冻融稳定性，析水率计算公示如下：

1.7 燕麦淀粉的糊化特性分析

参照任孝茹等[10]的研究方法，取样品（按14%湿基校正）3.0 g 加25 mL 水，搅拌均匀后用RVA 仪器测试：设置初始温度50 ℃，3.8 min 内升至95 ℃并保持2 min，在3.8 min 内降低到50 ℃保持2 min。在最初的10 s 内，样品以960 r·min-1的速度混合，随后将速率降低到160 r·min-1直到分析结束。

1.8 数据统计与分析

各组实验重复3 次，采用SPSS 26.0 进行统计分析，Origin 9.0 软件进行制图处理。

2 结果与分析

2.1 燕麦淀粉的颗粒形貌分析

由图1 所示，物理水提法和酶提法制备的燕麦淀粉颗粒，相比化学碱提法所提取的表面更为光滑，说明这2 种方法对淀粉颗粒的损伤较小，而化学碱提法制备燕麦淀粉多为棱角分明的多角形颗粒，说明淀粉颗粒表面被碱侵蚀，但淀粉的颗粒结构仍得以保持，表明碱提法并不影响淀粉内部结晶区域[11]。此外，物理水提法和酶提法相比，前者还存在聚集的淀粉颗粒，这可能是由于水提法较为温和，致使存在部分未去除干净的蛋白质导致聚集，这与张伟丽等[12]的研究结果一致。

图1 3 种不同方法所提取的燕麦淀粉颗粒形貌图

2.2 燕麦淀粉的表观形态分析

由表1 可知，3 种提取方法所得淀粉的细度和斑点无显著差异。其中，化学碱提法所得淀粉白度最低，这可能是由于燕麦淀粉中存在特殊色素物质在碱性条件下显色，从而影响了白度，刘勋等[13]的研究中也有类似结果。

表1 不同提取方法所得燕麦淀粉的表观形态表

2.3 燕麦淀粉的基本组分分析

由表2 可知，酶提法淀粉含量最高，水提法最低；水分、灰分含量无显著差异；酶提法的粗蛋白含量显著低于其他2 种方法，这可能得益于蛋白酶的处理；物理水提法的粗蛋白、粗脂肪最高，说明水提法产物纯度最低。值得注意的是，酶提法的粗脂肪含量与水提法无显著差异，但与化学碱提法存在显著差异，这可能是用于水解蛋白质的蛋白酶不会破坏淀粉与脂肪的结合[14]。酶提法的直链淀粉含量最高，损伤淀粉含量最低，说明酶提法在提取过程中对淀粉颗粒的破坏程度较小。此外，化学碱提法的损伤淀粉含量最高，直链淀粉含量最低，说明碱会对淀粉颗粒造成破坏，这可能导致直链淀粉分子从淀粉颗粒中逸出含量降低，芦鑫等[15]的研究中也显现了相同结果。

表2 不同提取方法所得燕麦淀粉的基本组分表

2.4 燕麦淀粉的溶解特性分析

2.4.1 溶解度与膨胀度

由图2 可知，不同方法所提淀粉的溶解度和膨胀度均随温度增加而增加，这是因为温度升高加剧淀粉颗粒内部结晶破坏，游离水更易于渗入淀粉颗粒内部，未溶解的淀粉颗粒也会充分吸水膨胀。因此，溶解度和膨胀度均有所提高[16]。在3 种方法中，酶提法的溶解度最高、膨胀度最低；化学碱提法的溶解度最低、膨胀度最高。

图2 3 种提取方法制备的燕麦淀粉在不同温度下的溶解度图（左）和膨胀度图（右）

结合2.3 中分析，酶提法和化学碱提法所提淀粉分别具有最高和最低的直链淀粉含量，而淀粉的溶解主要是直链淀粉从润胀的颗粒中逸出，故总体上来看，燕麦淀粉的溶解度与直链淀粉含量呈正相关。因此，酶提法所得淀粉具有最高的溶解度；膨胀度与直链淀粉含量呈负相关，故化学碱提法所得淀粉具有最高的膨胀度，张伟丽等的研究也获得了类似结果。

2.4.2 凝沉性

由图3 可知，随时间增加，清液体积占比增加，这是由于淀粉凝沉导致淀粉糊分层加剧导致。其中，酶提法制得淀粉的凝沉速度和最终的上清液体积略大于物理水提法，远大于化学碱提法，说明酶提法和物理水提法制得淀粉较化学碱提法更易凝沉，这可能是由于酶提法和物理水提法所提淀粉具有更高的直链淀粉含量，而直链淀粉没有侧支结构、空间位阻较小，分子间裸露的氢键容易重新缔合形成分子束，继而加剧沉降[17]，这与黄维等[18]的研究结果一致。

图3 3 种提取方法所得淀粉的凝沉曲线图

2.4.3 透明度与冻融稳定性

淀粉糊的透明度会影响产品外观，对于食品加工具有重要意义。吸光度越高，说明透明度越低，由表3 可知，物理水提法、酶提法的吸光度高于化学碱提法。结合2.3 中结果可知，物理水提法、酶提法的脂肪含量和直链淀粉含量高于化学碱提法，脂肪和直链淀粉含量越高，淀粉越易老化，透明度就越低。

表3 不同提取方法所得燕麦淀粉的透明度与冻融稳定性表

此外，淀粉糊的冻融稳定性反映的是淀粉经过反复冷冻融化后能否保持稳定，这关系到该淀粉是否适用于食品冷冻加工过程。由表3 可知，3 种方法得出的淀粉均在冻融1 次后就有水分析出，这说明燕麦淀粉的冻融稳定性一般，并非应用于冷冻食品的淀粉种类首选。其中，物理水提法和酶提法所得淀粉经3 次冻融后的析水率无显著差异，但显著高于化学碱提法所得淀粉的析水率，析水率越高说明冻融稳定性越差，说明化学碱提法所得淀粉的冻融稳定性优于物理水提法和酶提法所得淀粉。这可能与直链淀粉含量有关，直链淀粉由于空间位阻小更易凝团聚结，造成冻融过程中易重新排列缔合而发生水分析出现象[19]。表2 显示，化学碱提法所得淀粉的直链淀粉含量最低，故析水率最低，冻融稳定性最强。

2.5 燕麦淀粉的糊化特性分析

淀粉糊化特性的各项指标如表4 所示。①淀粉乳被加热后，开始吸水膨胀，悬浮液逐渐变为糊状物，粘度不断增加，当淀粉粘度快速增加时，对应的加热温度即为糊化温度。其中，化学碱提法所得淀粉糊化温度最低，说明其更易糊化，这可能是因为化学碱提法所得淀粉的直链淀粉含量和粗脂肪含量最低，而直链淀粉含量越低，越易糊化[20]，且脂肪与淀粉颗粒形成的复合物体会在淀粉受热时，阻止淀粉颗粒膨胀，从而使糊化更难发生，故粗脂肪含量更低的淀粉更易发生糊化。②淀粉充分糊化产生的最高粘度值即为峰值粘度。数据表明，化学碱提法所得淀粉具有最高的峰值粘度，这可能由于峰值粘度与直链淀粉含量呈负相关。③随着淀粉颗粒破裂，粘度下降，产生的最低粘度值即为谷值粘度。其中，物理水提法所得淀粉谷值粘度最低。④当糊化物降温冷却时糊化物胶凝，粘度进一步升高，冷却至50 ℃时的粘度值即为最终粘度。其中，酶提法所得淀粉最终粘度最高，化学碱提法所得淀粉最终粘度最低。⑤衰减值是峰值粘度和谷值粘度的差值，衰减值反映了淀粉的热稳定性和剪切稳定性，衰减值越低越稳定。其中，酶提法所得淀粉的衰减值显著低于其他2 种方法。⑥回生值是最终粘度与谷值粘度的差值，回生实际就是由于直链淀粉分子之间的聚合引起的粘度增加，回生值越大淀粉越容易老化，直链含量越高老化越快。其中，酶提法所得淀粉回生值最高，化学碱提法所得淀粉最低，有显著差异[21]，这与表2 结果相符。

表4 不同提取方法所得燕麦淀粉的糊化指标测定结果表

3 结论与讨论

总体来说，本研究采取3 种提取方法所得燕麦淀粉的理化特性各不相同。①化学碱提法所得淀粉颗粒多为棱角分明的多角形，表面有碱侵蚀痕迹；物理水提法和酶提法制备的燕麦淀粉多为表面光滑的球状颗粒，前者又较后者有更多的淀粉颗粒聚集。②3 种提取方法所得淀粉的细度和斑点数无显著差异，化学碱提法所得淀粉白度最低。③3 种不同提取方法所得淀粉的水分、灰分无显著差异；酶提法所得淀粉含量最高，化学碱提法次之，物理水提法最低；酶提法粗蛋白含量最低，化学碱提法粗脂肪含量最低；酶提法的直链淀粉含量最高，损伤淀粉含量最低，化学碱提法的损伤淀粉含量最高，直链淀粉含量最低。④酶提法的溶解度最高，膨胀度最低；化学碱提法的溶解度最低，膨胀度最高。⑤酶提法和物理水提法比化学碱提法所得淀粉更易发生凝沉。⑥淀粉糊透明度由高到低依次为化学碱提法、物理水提法、酶提法。⑦化学碱提法所得淀粉的冻融稳定性优于物理水提法和酶提法所得淀粉。⑧3 种提取方法中，化学碱提法所得淀粉最易糊化，粘度最大；酶提法所得淀粉的衰减值显著低于其他2 种方法，淀粉的热稳定性和剪切稳定性最强；酶提法所得淀粉的回生值大于物理水提法和化学碱提法，化学碱提法所得淀粉最抗老化。因此，综合本研究结论，可以帮助业界选择合适的燕麦淀粉提取方法。