陳 暉，楊曉聰，王 清，王夢(mèng)媛，陳 龍

（信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院食品學(xué)院，河南省大別山特色食物資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南信陽(yáng) 464000）

麻櫟屬于殼斗科櫟屬植物[1]，我國(guó)麻櫟樹(shù)籽資源豐富，分布范圍十分廣泛。麻櫟樹(shù)籽是殼斗科櫟屬植物橡樹(shù)的果實(shí)，外殼堅(jiān)硬，棕色，內(nèi)仁如板栗仁，富含淀粉，淀粉含量可達(dá)50%～70%，僅次于谷類(lèi)而高于豆類(lèi)[2]，是很好的天然淀粉資源。麻櫟樹(shù)籽淀粉是麻櫟樹(shù)籽最主要的應(yīng)用資源，可用于飼料加工[3]、發(fā)酵生產(chǎn)酒精[4]，也可用于食品生產(chǎn)[5]。目前，我國(guó)麻櫟樹(shù)籽淀粉生產(chǎn)多為堿法和乙醇提取法，堿法提取的淀粉提取率較高且工藝簡(jiǎn)單，會(huì)產(chǎn)生很大的用水量及廢水量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染[6]。乙醇提取法的淀粉提取率較低，蛋白質(zhì)及其他雜質(zhì)含量較高，并且乙醇使用量大。因此，亟需對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉傳統(tǒng)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以提高麻櫟樹(shù)籽淀粉的提取率。

超聲輔助提取法主要是利用超聲波產(chǎn)生的熱效應(yīng)和空化效應(yīng)使得物料中的纖維素和蛋白質(zhì)加快分離，以提高淀粉的提取率[7-8]，在淀粉提取方面應(yīng)用較為普遍?，F(xiàn)階段，關(guān)于超聲輔助酶法提取麻櫟樹(shù)籽淀粉的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，基于此，以麻櫟樹(shù)籽為原料，采用超聲輔助酶法提取其中的淀粉，進(jìn)行超聲時(shí)間、提取溫度、酶用量、料液比4 個(gè)單因素試驗(yàn)，選擇影響較大的因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，研究各因素對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響，以獲得一個(gè)最佳工藝條件，并對(duì)提取的麻櫟樹(shù)籽淀粉的溶解性、凍融穩(wěn)定性、透光率等理化特性進(jìn)行分析，以期為麻櫟樹(shù)籽淀粉的精深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麻櫟樹(shù)籽，采自河南信陽(yáng)市董家河鎮(zhèn)；堿性蛋白酶（200 000 U/g），上海源葉生物有限公司提供；濃硫酸（AR）、高錳酸鉀（AR）、硫酸銅（GR）、氫氧化鈉（AR）、無(wú)水乙醇（AR）、鹽酸（AR），天津大茂化學(xué)試劑廠(chǎng)提供。

1.2 儀器與設(shè)備

SB-1200DTY 型超聲波清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司產(chǎn)品；TDL-40B 型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng)產(chǎn)品；QZ165 型鼓風(fēng)干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠(chǎng)產(chǎn)品；A390 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，翱藝儀器（上海） 有限公司產(chǎn)品；TMS-PRO 型質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)FTC 公司產(chǎn)品；DZKW 型電熱恒溫水浴鍋，凱豐集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；WTC20002 型電子天平，杭州萬(wàn)特衡器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 麻櫟樹(shù)籽脫單寧處理

挑選無(wú)蟲(chóng)、無(wú)霉的麻櫟樹(shù)籽烘干，然后去殼粉碎過(guò)120 目篩備用。參考薛文艷等人[9]的方法稍作修改，對(duì)麻櫟樹(shù)籽粉末進(jìn)行脫單寧處理。取一定量麻櫟樹(shù)籽粉末按1∶20（g∶mL） 料液比加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的NaOH 溶液攪拌處理，每隔6 h 除去上清液，重復(fù)3 次，將沉淀置于55 ℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥，然后粉碎過(guò)120 目篩備用。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

取脫單寧后的麻櫟樹(shù)籽粉10 g，研究料液比（g∶mL） 1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7；堿性蛋白酶添加量0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%；超聲時(shí)間40，60，80，100，120 min；提取溫度35，40，45，50，55 ℃對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響。

1.3.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用L9（34）正交表對(duì)超聲時(shí)間（A）、酶解溫度（B）、酶添加量（C） 3 個(gè)因素進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)，以獲得最佳提取條件。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.3.4 單寧殘留量測(cè)定

參照劉瑞亮[10]的方法測(cè)定脫單寧后的麻櫟樹(shù)籽粉中單寧殘留量，繪制單寧酸標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為Y=87.135X-0.028 6，R2=0.996。按照公式（1） 計(jì)算單寧殘留量。

式中：W——單寧殘留量，%；

C——標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)所得的單寧質(zhì)量濃度，mg/mL；N——稀釋倍數(shù)；

V——浸提液體積，mL；

m——樣品質(zhì)量，g。

1.3.5 淀粉提取率測(cè)定

按照公式（2） 計(jì)算淀粉提取率。

式中：m1——麻櫟樹(shù)籽淀粉質(zhì)量，g；

m2——脫單寧后麻櫟樹(shù)籽淀粉質(zhì)量，g。

1.3.6 麻櫟樹(shù)籽淀粉理化性質(zhì)分析

（1） 凍融穩(wěn)定性分析。參照李梁等人[11]的方法略作修改，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的麻櫟樹(shù)籽淀粉溶液置于100 ℃水浴中加熱糊化，取出冷卻至室溫。取10 mL于離心管中，加蓋冷藏24 h。取出后自然解凍并稱(chēng)重，記為m3，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心25 min，除去上清液，用濾紙將沉淀物中多余的水分除去并稱(chēng)質(zhì)量，記為m4，析水率計(jì)算見(jiàn)公式（3）。

式中：m3——麻櫟樹(shù)籽淀粉質(zhì)量，g；

m4——脫水后麻櫟樹(shù)籽淀粉質(zhì)量，g。

（2） 凝沉特性分析。參照高麗瓊等人[12]的方法對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉的凝沉特性進(jìn)行測(cè)定。

（3） 凝膠質(zhì)構(gòu)分析。參照張晶等人[13]的方法略作修改，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%的麻櫟樹(shù)籽淀粉液置于100 ℃水浴中糊化25 min，取出冷卻至室溫，然后冰箱冷藏24 h。測(cè)試前將凝膠從冰箱取出在室溫下平衡1 h，選擇TPA 模式，P5 探頭，質(zhì)構(gòu)條件為觸發(fā)力20 N，測(cè)試速率60 mm/min，下壓距離5.0 mm。測(cè)后的上升速度5 mm/s，2 次測(cè)定時(shí)間間隔為3 s。測(cè)定指標(biāo)包括硬度、黏附性、彈性。

（4） 透光率分析。參照丁衛(wèi)英等人[14]的方法稍作修改，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的麻櫟樹(shù)籽淀粉液置于100 ℃水浴加熱35 min，取出冷卻至室溫，利用分光光度計(jì)測(cè)定其在波長(zhǎng)650 nm 處的透光率。

（5） 溶解度和膨脹度分析。參考白婷等人[15]和朱巧巧[16]的方法略作修改，分別將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的麻櫟樹(shù)籽淀粉液置于50，60，70，80，90，100 ℃水浴攪拌30 min，冷卻至室溫，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心20 min，將上層清液水浴蒸干、烘干后稱(chēng)質(zhì)量，按照公式（4） 計(jì)算溶解度，沉淀物稱(chēng)質(zhì)量按照公式（5）計(jì)算膨脹度。

式中：m6——上層清液烘干后剩余物質(zhì)量，g；

m7——沉淀物質(zhì)量，g；

m5——淀粉干基質(zhì)量，g。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)重復(fù)3 次，試驗(yàn)結(jié)果使用SPSS 26 軟件和Minitab 18 軟件進(jìn)行處理，使用Origin 2021 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 麻櫟樹(shù)籽粉脫單寧處理效果

經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的NaOH 溶液進(jìn)行脫單寧處理后的麻櫟樹(shù)籽粉中單寧殘留量為0.115%，與傳統(tǒng)麻櫟樹(shù)籽脫單寧方法相比，可減少用水量，縮短處理時(shí)間[17]。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 超聲時(shí)間對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響

超聲時(shí)間對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 超聲時(shí)間對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響

由圖1 可知，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率呈先顯著增大（p＜0.05） 后顯著減小（p＜0.05） 的趨勢(shì)，超聲時(shí)間為100 min 時(shí)，淀粉提取率最高，達(dá)到78.39%?？赡苁怯捎诔暡óa(chǎn)生的熱效應(yīng)和空化效應(yīng)使蛋白質(zhì)顆粒與麻櫟樹(shù)籽淀粉之間的結(jié)合力降低，堿性蛋白酶能更好地將蛋白質(zhì)水解除去，淀粉提取率上升，而隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)，脫除蛋白的淀粉更容易溶脹并水解[18]，使得淀粉提取率下降。因此，選擇80，100，120 min 的超聲時(shí)間作為正交水平。

2.2.2 提取溫度對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響

提取溫度對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 提取溫度對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響

由圖2 可知，隨著提取溫度的上升，溶液受熱擴(kuò)散速度加快，酶活性提升使麻櫟樹(shù)籽淀粉加速溶出，提取率顯著升高（p＜0.05），當(dāng)提取溫度為45 ℃時(shí)，淀粉提取率最高，為79.66%。當(dāng)提取溫度繼續(xù)上升，酶活性下降，淀粉可能會(huì)糊化導(dǎo)致淀粉提取率顯著下降（p＜0.05）。因此，選擇40，45，50 ℃的提取溫度作為正交水平。

2.2.3 料液比對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響

料液比對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 料液比對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響

由圖3 可知，隨著料液比的升高，麻櫟樹(shù)籽淀粉中提取率升高，當(dāng)料液比為1∶6 時(shí)，淀粉提取率最高，達(dá)到77.77%，當(dāng)料液比高于1∶6 時(shí)，淀粉提取率未顯著上升，并且5 個(gè)水平的料液比的麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率未見(jiàn)明顯顯著性變化（p＜0.05）。因此，在正交試驗(yàn)中舍去料液比這個(gè)因素。

2.2.4 酶添加量對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響

酶添加量對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 酶添加量對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響

由圖4 可知，隨著堿性蛋白酶添加量增加，麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率顯著增加（p＜0.05），當(dāng)酶添加量達(dá)到0.4%時(shí)，淀粉提取率最高可達(dá)78.29%。當(dāng)酶添加量大于0.4%時(shí)，淀粉提取率顯著下降（p＜0.05）。在一定濃度范圍內(nèi)，隨著酶添加量增加，酶和麻櫟樹(shù)籽中蛋白質(zhì)分子的碰撞機(jī)會(huì)增加，淀粉中蛋白水解越充分。但在酶添加量超過(guò)0.4%后，添加的酶很可能導(dǎo)致淀粉溶液中蛋白質(zhì)含量升高，導(dǎo)致最終的蛋白質(zhì)殘留量增加。酶添加量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)暴露更多的疏水性基團(tuán)，過(guò)度水解。蛋白質(zhì)發(fā)生疏水水合作用后相互聚集[19]，導(dǎo)致溶液中蛋白質(zhì)溶解性減弱，使得蛋白與淀粉分離困難。因此，選擇0.3%，0.4%，0.5%的酶添加量作為正交水平。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇超聲時(shí)間、提取溫度、酶添加量3 個(gè)因素進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，各因素對(duì)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率的影響依次是提取時(shí)間（B） ＞超聲時(shí)間（A） ＞酶添加量（C），提取最佳方案是A3B2C2，即超聲時(shí)間120 min，提取溫度45 ℃，酶添加量0.4%，此時(shí)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率為80.51%，高于該9 組試驗(yàn)，具有良好的重復(fù)性，證明該優(yōu)化工藝較為穩(wěn)定。

2.4 理化性質(zhì)結(jié)果與分析

2.4.1 凍融穩(wěn)定性

麻櫟樹(shù)籽淀粉凍融穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 麻櫟樹(shù)籽淀粉凍融穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果

淀粉的凍融穩(wěn)定性反映了淀粉糊凍融后的脫水程度，析水率越低，凍融性穩(wěn)定性越好，反之越差[20]。由表3 可知，經(jīng)過(guò)1 次凍融處理后，麻櫟樹(shù)籽淀粉糊析水率達(dá)到67.56%，析出量較大，說(shuō)明其淀粉糊凍融穩(wěn)定性較差?？赡苁怯捎谠诶鋬鰰r(shí)，麻櫟樹(shù)籽淀粉糊中的直鏈淀粉分子與支鏈淀粉分子會(huì)通過(guò)氫鍵結(jié)合起來(lái)，從而導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生老化，使淀粉糊的膠體特性受到破壞。在結(jié)凍過(guò)程中水從糊狀物中分離出來(lái)，最終呈海綿狀[21]。因此，麻櫟樹(shù)籽淀粉不適合應(yīng)用于冷凍食品中。

2.4.2 凝沉特性

靜置時(shí)間對(duì)上清液體積分?jǐn)?shù)的影響見(jiàn)圖5。

圖5 靜置時(shí)間對(duì)上清液體積分?jǐn)?shù)的影響

由圖5 可知，靜置時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，麻櫟樹(shù)籽淀粉糊上清液析出體積逐漸增加，在6 h 后析出體積分?jǐn)?shù)為36.55%，隨著時(shí)間延長(zhǎng)基本達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明麻櫟樹(shù)籽淀粉具有較強(qiáng)的凝沉穩(wěn)定性。與粉葛、玉米淀粉相比[22]，麻櫟樹(shù)籽淀粉靜置至穩(wěn)定所用的時(shí)間較短，提示麻櫟樹(shù)籽淀粉易老化，不易進(jìn)行深加工。

2.4.3 凝膠質(zhì)構(gòu)特性

3 種淀粉糊質(zhì)構(gòu)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 3 種淀粉糊質(zhì)構(gòu)測(cè)定結(jié)果

由表4 可知，對(duì)比董貝貝[23]對(duì)小麥淀粉、玉米淀粉糊質(zhì)構(gòu)的測(cè)定，麻櫟樹(shù)籽淀粉的黏附性和硬度較低，而彈性較大，說(shuō)明麻櫟樹(shù)籽淀粉適合加工成果凍、凝膠類(lèi)食品。

2.4.4 透光率

透光率可表明淀粉糊的透明度，透光率越高，淀粉糊的透明度越高。麻櫟樹(shù)籽淀粉糊的透光率為6.46%，相對(duì)較差，可能與麻櫟樹(shù)籽淀粉中直鏈、支鏈淀粉含量比，淀粉的顆粒大小及膨脹度都有關(guān)[24-25]。

2.4.5 溶解度和膨脹度

淀粉的溶解度和膨脹度不僅反映了淀粉分子與水之間相互作用力的大小，也反映了淀粉分子之間相互作用力的大小。

不同溫度下麻櫟樹(shù)籽淀粉的溶解度（a） 和膨脹度（b） 見(jiàn)圖6。

圖6 不同溫度下麻櫟樹(shù)籽淀粉的溶解度（a） 和膨脹度（b）

由圖6 可知，麻櫟樹(shù)籽淀粉的溶解度和膨脹度隨著溫度的上升呈增大趨勢(shì)，溶解度從50 ℃的4.25%上升至100 ℃的17.4%，膨脹度從50 ℃的5.55%上升至100 ℃的8.56%，究其原因可能是因?yàn)闇囟壬叩矸酆潭燃由?，淀粉間氫鍵斷裂，淀粉顆粒膨脹崩裂，淀粉分子大量溶出。

3 結(jié)論

試驗(yàn)采用超聲輔助酶法提取麻櫟樹(shù)籽淀粉，在單因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，得到麻櫟樹(shù)籽淀粉最佳提取工藝為超聲時(shí)間120 min，提取溫度45 ℃，酶添加量0.4%，此時(shí)麻櫟樹(shù)籽淀粉提取率為80.51%。制備的麻櫟樹(shù)籽淀粉凍融穩(wěn)定性較差，凍結(jié)和解凍過(guò)程不能保持原有的質(zhì)構(gòu)，因此麻櫟樹(shù)籽淀粉不適合應(yīng)用于冷凍食品。麻櫟樹(shù)籽淀粉在溫度較低時(shí)溶解度較差，透光率較低，凝沉穩(wěn)定性較強(qiáng)，析水率高達(dá)74.47%，彈性相對(duì)小麥淀粉和玉米淀粉較大，故適合加工成涼粉、果凍類(lèi)食品。