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 生命科學學院，新疆 阿拉爾 843300 2.南疆特色農產品深加工兵團重點實驗室，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、利尿止痛、生發烏發之功效，還具有改善抑郁情緒、保護血管、改善血糖、延緩衰老的作用[1]。鷹嘴豆籽粒中的營養成分非常豐富，內含大量的蛋白質、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的含量占有較大的比例，尤其是淀粉含量，高達40%～60%，是重要的能量來源[3-4]。鷹嘴豆淀粉有濃烈的板栗風味，常與小麥一起磨成混合粉食用，隨著淀粉行業的飛速進步與發展，鷹嘴豆淀粉在非食用領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。堿法對提高鷹嘴豆淀粉的純度有明顯的促進作用，稀堿溶液能斷裂蛋白質分子中的氫鍵，從而對蛋白質分子具有增溶作用，再利用鷹嘴豆淀粉不溶于堿液和冷水的特性，通過離心進行機械化分離，使淀粉與蛋白質和其他不溶性雜質分離，得到純度較高的淀粉[6]。本試驗研究并優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，購于塔里木大學東區小市場。

試劑：無水葡萄糖、酒石酸鉀鈉、甲基紅、次甲基藍、HCl、NaOH、CuSO4均為分析純。

1.2 儀器與設備

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

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 ℃鼓風干燥箱干燥24 h→密封保存。

1.3.2 淀粉純度的測定

酸水解法，參照GB 5009.9—2016。

1.3.3 單因素試驗

對影響鷹嘴豆淀粉純度的NaOH濃度、料液比、攪拌時間和提取溫度進行單因素試驗，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，其他條件固定為：NaOH濃度0.3%、料液比1∶4、攪拌時間1.0 h、提取溫度30 ℃。

1.3.4 正交試驗

根據各單因素對鷹嘴豆淀粉純度的試驗結果，確定NaOH質量濃度、料液比、攪拌時間、提取溫度4個單因素的3個優選水平，設計4因素3水平的正交試驗，見表1，利用L9（34）正交試驗優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 正交試驗的因素與水平表

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 NaOH質量濃度對鷹嘴豆淀粉純度的影響

由圖1可以看出，隨著NaOH質量濃度的持續增加，淀粉純度開始增加。當NaOH質量濃度為0.3%時，淀粉純度最高，為78.30%。隨著堿液質量濃度繼續升高，淀粉出現糊化現象，溶液變濃稠，小部分淀粉發生水解。同時，糊化現象還會限制蛋白質的提取，使淀粉的純度降低[8]。因此，選擇NaOH質量濃度為0.3%。

圖1 NaOH質量濃度對鷹嘴豆淀粉純度的影響圖

2.1.2 料液比對鷹嘴豆淀粉純度的影響

從圖2可以看出，當其他條件固定時，鷹嘴豆淀粉純度隨料液比的增加而增加。料液比較小時，溶液比較黏稠，使得流動性較差，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，料液比越多導致后續操作步驟繁瑣，造成不必要的人力與物力的浪費，甚至引起褐變[9]。因此當料液比為1∶4時是鷹嘴豆淀粉提取的最佳比例。

圖2 料液比對鷹嘴豆淀粉純度的影響圖

2.1.3 攪拌時間對鷹嘴豆淀粉純度的影響

從圖3中可以看出，當其他條件固定時，隨著攪拌時間的增加，鷹嘴豆淀粉的純度也有所增加。當攪拌時間為1.0 h時，鷹嘴豆淀粉的純度最高，為79.00%，可能是因為隨著攪拌時間的增加，使得蛋白質中的網絡結構被大量破壞，從而更好地將淀粉與蛋白質分離，因此淀粉純度增加；當攪拌時間＞1.0 h時，鷹嘴豆粉可能由于堿化時間過長，淀粉與堿液發生反應，導致淀粉純度降低[10]。因此，選擇攪拌時間為1.0 h。

圖3 攪拌時間對鷹嘴豆淀粉純度的影響圖

2.1.4 提取溫度對鷹嘴豆淀粉純度的影響

由圖4可知，當提取溫度從25 ℃上升至30 ℃時，鷹嘴豆淀粉純度上升，溫度繼續增加，當提取溫度從30 ℃上升至45 ℃時，鷹嘴豆淀粉的純度下降明顯。可能是由于淀粉在25 ℃時溶解度較低，但隨著溫度的升高，淀粉顆粒游離使擴散速度加快，鷹嘴豆淀粉的純度增加[11]。當提取溫度為30 ℃時，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 提取溫度對鷹嘴豆淀粉純度的影響圖

2.2 正交試驗結果

正交試驗結果見表2。從表2中可以看出，NaOH質量濃度、料液比、攪拌時間、提取溫度對鷹嘴豆淀粉的純度都有一定的影響。根據極差分析，單因素對淀粉純度的極差R值的變動區間為1.37～4.16。其中，NaOH質量濃度的R值為4.16，對鷹嘴豆淀粉純度的影響最大；提取溫度的R值為1.37，對鷹嘴豆淀粉的純度影響最小。由正交試驗和極差分析，可得出4個因素對鷹嘴豆淀粉純度影響的主次順序為：NaOH質量濃度＞料液比＞攪拌時間＞提取溫度。鷹嘴豆淀粉提取的最佳工藝條件為A2B3C1D3，即NaOH質量濃度為0.3%，料液比為1∶5，攪拌時間為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 正交試驗結果表

3 結論

以鷹嘴豆為原料，采用稀堿法提取鷹嘴豆淀粉，通過對NaOH質量濃度、料液比、攪拌時間、提取溫度4個因素進行具體分析，得出這4個提取條件對鷹嘴豆淀粉純度的影響，再通過正交試驗，確定各因素的最佳提取條件為：NaOH質量濃度為0.3%，料液比為1∶5，攪拌時間為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淀粉提取方法，通過堿法提取鷹嘴豆淀粉操作簡單，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發，提供了一定的理論依據，但鷹嘴豆中蛋白質、黃酮、礦物質等物質對淀粉的影響還有待進一步研究。