芋頭淀粉及其提取工藝的研究進展*

李 莎 王敬涵* 戴 瑞 唐 紅 劉杰梅

（桂林旅游學院酒店管理學院，廣西桂林 541006）

芋頭每年的產量巨大，但與其他薯芋類原料相比，人們對芋頭的開發利用程度較低，尤其是對芋頭中淀粉的使用率有待進一步提高。芋頭塊莖中淀粉含量占70%，如果將芋頭中淀粉提取出來，并加工成其他產品，可增加芋頭的經濟效益，具有廣闊的應用前景。

本文通過研究芋頭及芋頭淀粉的特性，對芋頭淀粉提取工藝的研究進展進行綜述，為芋頭淀粉提取工藝的充分利用以及開發芋頭系列產品提供參考依據。

1 芋頭及其特性

1.1 芋頭的形態結構

芋頭，俗名芋艿，又被叫做里芋、毛芋、土芝、芋魁等，是天南星科草本植物的地下球莖，為多年生塊莖植物，常作一年生作物栽培。芋頭的肉質、形狀因品種而異，通常可食用的為小芋頭；葉片顏色通常是綠色或紫紅色，形狀為盾形，葉柄長而肥大；形狀有球形、卵形、橢圓形或塊狀等；植株基部會形成短縮莖，逐漸累積養分，再形成肥大呈肉質的球莖，被稱為“母芋”或“芋頭”，母芋每一節有一個腦芽，活動力最強的部位是中下部節位的腋芽，在發生第一次分蘗時，形成小球莖的“子芋”，再從“子芋”發出“孫芋”，在條件適宜的情況下，可以形成曾孫芋或玄孫芋等。

芋頭原產于印度，現主要分布于非洲、亞洲的中國、東南亞及日本等地區。在我國，芋頭種植歷史已有2000 多年，在珠江流域種植最多，在江蘇、福建、浙江、湖南、江西、四川、兩廣等地區也有種植。

1.2 芋頭的特性

芋頭營養豐富，含大量的淀粉、蛋白質、礦物質及維生素等，既可以作為蔬菜和糧食食用，也可以作為觀賞植物。

1.2.1 芋頭的營養成分

芋頭營養豐富，含有水溶性多糖、淀粉、蛋白質、維生素C、B 族維生素、胡蘿卜素、鉀、鈣、鋅等營養成分。

芋頭所含礦物質中氟元素的含量較高，具有保護牙齒、潔凈牙齒及防止齲齒的功能。芋頭中含有多種微量元素，有助于機體改善由于缺乏微量元素導致的生理異常。

芋頭中淀粉是天然高分子聚合物，經過處理改性后，可在食品、造紙和紡織工業等領域廣泛應用。芋頭含有一種黏液蛋白，被人體吸收后能產生抗體球蛋白，即免疫球蛋白，進而提高機體的抵抗力。

1.2.2 芋頭的藥理活性

芋頭性味甘辛、平，屬藥食同源食物。中醫認為芋頭具有補脾胃、寬腸胃、破血散結等功效，可治療食少瘦弱、口渴便秘久痢便血和氣血郁結所致的消癆散結、腹中癖塊等癥狀。芋頭含有豐富的黏多糖，可增強機體免疫力。現代藥理分析表明，芋頭還具有降血壓、降血脂等作用，對于預防心腦血管病有益。

1.2.3 芋頭的觀賞性

芋頭葉片寬大青綠，種類繁多，可作為類似萬年青及蔓綠絨的觀賞性植物。

2 芋頭淀粉

2.1 芋頭淀粉的特性

2.1.1 溶解度

范迎菊等測定芋頭淀粉溶解度，得出芋頭淀粉在不同溫度下，淀粉顆粒的溶解隨溫度上升而增大。

2.1.2 透明度

曹新志等配制不同濃度的淀粉溶液測定其透明度，得出芋頭淀粉的透明度隨著淀粉濃度的增大而減小。

2.1.3 凍融穩定性

戎群潔等通過比較不同產地以及不同種類芋頭淀粉糊的凍融穩定性，分析得出淀粉中直鏈淀粉含量與凍融穩定性有關,由于直鏈淀粉容易老化，所以芋頭淀粉的凍融穩定性差。

2.1.4 膨脹性

芋頭淀粉膨脹性隨溫度降低而減小。膨脹性快速增加是由于在芋頭淀粉糊化溫度范圍內，淀粉顆粒受熱膨脹而急劇吸附周圍水分造成的。而當溫度超過糊化溫度后，膨脹度增長緩慢，這是由于芋頭淀粉空間結構已打開。芋頭淀粉膨脹性的高低直接影響食品的品質。

2.2 影響芋頭淀粉性質的因素

曹新志等研究了食鹽濃度、pH 值、蔗糖濃度對芋頭淀粉析水率、黏度、透明度的影響，試驗結果表明，隨著芋頭淀粉溶液中食鹽含量的減少，淀粉糊的黏度逐漸下降，而芋頭淀粉糊的析水率和透明度呈現逐步上升的趨勢。pH 值接近中性時，當芋頭淀粉糊的透明度和析水率較低，黏度較高，在較低和較高的pH 值中，芋頭淀粉的透明度和析水率較高，黏度較低。蔗糖有助于提高淀粉糊的黏度。

施帥等探討不同芋頭淀粉質量分數對析水率的影響，結果表明，淀粉的析水率隨著其濃度的減小而增大。若淀粉糊的凍融穩定性差，那么在凍融過程中，游離水就會析出，導致損壞食品的結構，造成食品品質的下降。

孫忠偉用浸泡液的種類和pH 值、浸泡時間、浸泡溫度、浸泡液料比、破碎度、芋頭淀粉質量分數作為變量探究影響芋頭淀粉提取率的因素，并通過驗證試驗及放大試驗證明分析得出，提取液pH值是影響芋頭淀粉提取率的重要因素。對于以芋頭為原料的淀粉加工廠來說，芋頭淀粉質量分數是最為重要的指標。

3 芋頭淀粉提取工藝的研究進展

3.1 芋頭淀粉的提取方法

3.1.1 堿提取法

用質量濃度0.1%的NaOH 溶液浸泡提取芋頭淀粉的方法稱為NaOH 提取法。研究顯示，堿液提取芋頭淀粉方法可在一定程度上提高芋頭淀粉的提取率，同時提高芋頭淀粉的白度，這是由于在芋頭淀粉產品中，蛋白質的質量分數下降。

但是，NaOH 是一種具有強腐蝕性的堿，在工業上用堿浸法會產生大量的堿性廢液，導致環境污染。

3.1.2 水沉降法

將芋頭清洗潔凈后削皮，切成薄片，搗碎，于水溶液中浸泡大約2 h，過濾，將濾液沉降一段時間，丟棄液體部分，便能得到芋頭淀粉。

由于芋頭中含有大量的黏性物質，使芋頭淀粉沉降速度慢，耗費時間長，效率低下，會造成芋頭淀粉產量降低。并且，在長時間沉降中會發生微生物的降解，使芋頭淀粉的質量下降。此外，此方法量產芋頭淀粉的提取率也不高。

3.1.3 氨水沉降法

在0.03 mol/L 氨水溶液中加入搗碎的芋頭漿，浸泡2 h，過濾，沉降，提取芋頭淀粉。

與水沉降法提取相比，此法不僅縮短了沉降時間，而且還提高了芋頭淀粉的提取率。另外，氨水沉降法提取的淀粉峰值黏性也有提高。因為氨水是弱堿，所以提取介質的pH 值為9～10，在此pH 值范圍中，一般的酵母菌、細菌和霉菌通常在這種環境下不能生長，從而使芋頭淀粉的質量大大提高。

3.1.4 雙酶法

張晶等采用雙酶分步法，以新鮮芋頭為原料，分別研究了木聚糖酶、中性蛋白酶的處理條件對淀粉提取率的影響，并通過正交試驗優化了提取工藝，得出為先添加木聚糖酶后添加中性蛋白酶的二次加酶法所得淀粉提取率最高。

3.1.5 酶法

在單因素試驗基礎上，以堿性蛋白酶作為蛋白質酶解劑，采用響應面設計優化提取芋頭淀粉的工藝條件。姜紹通等試驗結果表明，芋頭淀粉響應面法優化酶法提取的最佳工藝參數為：酶解時間137 min，pH 值10，酶用量0.9%，酶解溫度41 ℃。此工藝條件下，芋頭淀粉的提取率高達88.92%。

3.2 影響芋頭淀粉提取率的因素

芋頭淀粉的顆粒不僅有較多的黏質，還被蛋白質的網狀結構包裹著，造成芋頭淀粉難以提取。而經過改性的芋頭淀粉可以用于食品、醫藥、化妝品等領域，用途廣泛。近些年來，很多人探究影響芋頭淀粉提取率的因素，試圖提高芋頭淀粉的提取率，增加芋頭淀粉的使用率。

孫忠偉研究芋頭淀粉的提取工藝和芋頭淀粉的性質，采用單因素試驗和正交試驗，探究膠體磨間隙（破碎度）、浸泡時間、pH 值及浸泡溫度對芋頭淀粉提取率的影響，得出膠體磨間隙5.0 μm、p H值10.0、浸泡時間70 min、浸泡溫度20 ℃為是芋頭淀粉提取的最優工藝條件。除此之外，芋頭淀粉質量分數越高，芋頭淀粉提取率越高。因此，芋頭淀粉提取率與芋頭淀粉質量分數和工藝條件有關。

袁軍等使用NaOH 溶液作為浸泡介質，通過單因素和正交試驗探討料液質量比、堿液種類和pH值、浸泡時間、浸泡溫度對芋頭淀粉提取率的影響，采用低速離心的方式多次洗滌沉降物，提高芋頭淀粉的提取率。刺破和撕裂芋頭細胞外壁的纖維組織后，經過冷凍處理，并利用堿液浸泡破壞芋頭蛋白質的氫鍵，使得蛋白質的極性基團暴露出來再部分溶解，以提高芋頭淀粉提取率，為芋頭淀粉的提取和精深加工提供理論基礎。

李大峰等通過研究表明，浸泡溫度、浸泡時間、pH 值、料液比、淀粉質量分數、淀粉來源是影響淀粉提取率的主要因素。

4 小 結

我國的芋頭種植歷史悠久，栽培范圍廣泛，芋頭營養豐富，具有很大發展潛力。在目前的研究中，已研制出芋頭的發酵、焙烤、糖制、腌制等多種產品，并且對其皮渣和葉柄廢棄物的利用也進行了一定程度的挖掘。

但現階段，對于芋頭淀粉的提取工藝的研究依然很少，由于芋頭淀粉提取制備方法單一、效率低下，在很大程度上限制芋頭產品結構的優化及其系列產品的出口。因此，為了實現對芋頭資源的充分利用，有必要進一步了解芋頭淀粉，并且深入系統研究芋頭淀粉的提取工藝，發展創新芋頭淀粉提取和綜合利用的方法，為我國芋頭產業的優化和發展賦予新的生命力。