不同提取方法对菠萝蜜种子淀粉性质的影响

胡美杰　张彦军　初众　谭乐和　赵晶　付莉莉

摘 要 本实验采用湿磨法、酶法、表面活性剂法、碱法4种方法提取菠萝蜜种子淀粉，研究不同提取方法对菠萝蜜种子淀粉性质的影响。结果表明：湿磨法（SMF）、碱法（氢氧化钠和硫代硫酸钠）、酶法（P7、PBS、ANP、SDN、PBL、P6）、表面活性剂法的提取率分别为18.92%、64.46%、63.82%、55.30%、66.68%、43.57%、46.89%、52.48%、41.03%、70.55%；淀粉膨胀力和溶解性随着温度升高而升高；溶解度和膨胀力均显示湿磨法最高。以淀粉提取率为指标，确定中性蛋白酶（Protex-7L）法为菠萝蜜种子淀粉提取的方法。

关键词 菠萝蜜种子；淀粉；不同提取方法

中图分类号 TS255 文献标识码 A

Abstract This paper investigated the effect of extraction methods of jackfruit seed starch on its physico-chemical properties including methods of the wet grinding， alkali， surfactant and protease extraction. The results showed that the extraction rate of wet grinding， alkali（sodium hydroxide and sodium thiosulfate）， protease（P7， PBS， ANP， SDN， PBL， P6）， surfactant were 18.92%， 64.46%， 63.82%， 55.30%， 66.68%， 43.57%， 46.89%， 52.48%， 41.03%， 70.55%. Swelling and solubility of starch increased with increasing temperature. The wet-grinding method had highest solubility and swelling power. Neutral protease（Protex-7L）was chosen to be the best method to extract the jackfruit seed starch based on above results.

Key words Jackfruit seeds；Starch；Different extraction methods

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.06.028

菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus Lam）又名木菠萝、树菠萝，属桑科桂木属常绿乔木。1 000多年前被引入中国，其中海南种植最多，其它地区多为分散性栽培[1]。种子约占整个菠萝蜜体积的1/3，呈椭圆形，大如板栗，其富含淀粉，约占干重的52%～58%，是有待开发利用的淀粉资源。菠萝蜜种子除利用其进行选种、引种外大多都没有得到利用，无疑是淀粉资源的浪费[2]。国内外常用的淀粉提取方法主要有湿磨法，碱法，酶法和表面活性剂法。2000年，谭乐和[3]在研究菠萝蜜理化性质时，采用湿磨法提取菠萝蜜种子淀粉。而湿磨法提取率较低，同时蛋白质残留量较高。碱法分离过程会产生大量的碱性废液，给水处理增加很大负担，易造成环境污染。Tran等[4]， Lima等[5]和Phrukwiwattanakul[6]报道了碱法提取菠萝蜜种子淀粉， 2014年Fateatun Noor[7]采用α-淀粉酶提取菠萝蜜种子淀粉。关于菠萝蜜种子淀粉制备的适宜方法研究尚未见报道，因此本试验通过湿磨法、碱液、表面活性剂、蛋白酶等方法提取淀粉，比较菠萝蜜种子淀粉的得率、溶解性、膨润特性等，对不同的提取方法给予评价，为菠萝蜜种子淀粉的提取和加工利用提供一定的理论依据。以期获得经济、环保的淀粉生产过程，适应工业化生产。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料 菠萝蜜种子（马来西亚1号）：2015年7月由中国热带农业科学院香料饮料研究所提供。

1.1.2 试剂 Protex-7L（P7，Novozyme公司）；Protex-6L（P6，Novozyme公司）；Protease from Bacillus licheniformis（PBL美国Sigma公司）；Protease from Bacillus sp（PBS，美国Sigma公司）；中性蛋白酶SD-NY10（SDN日本天野酶制剂）；中性蛋白酶Alphalase NP（ANP，丹尼斯克）；十二基烷硫酸钠（B美国Sigma公司）；其它试剂均为分析纯。

1.1.3 设备仪器 BX51正立荧光显微镜（日本奥林巴斯公司）；NDA701杜马斯定氮仪（意大利VELP）；DK-98-II電子调温电炉（天津泰斯特仪器有限公司）；AL104电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；MB45快速水分测定仪（梅特勒-托利多仪器有限公司）；Scientz-18ND冷冻干燥机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；DHG-9625A电热鼓风干燥箱（上海-恒科学仪器有限公司）；HHS-8S电热恒温水浴锅（上海宜昌仪器纱筛厂）；1024数显恒温水浴振荡器（丹麦福斯）；DLSB-5L/10低温冷却循环泵（巩义市予华仪器有限责任公司）；SHB-ⅢS循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；LXJ-IIB离心机（上海安亭科学仪器厂）；80胶体磨（上海科劳机械厂）。

1.2 方法

1.2.1 湿磨法 将新鲜的菠萝蜜种子放入电热鼓风干燥箱内烘干1.5 h，外皮略干内皮湿润时快速去皮。加入蒸馏水，于多功能磨浆机进行粗粉碎，所得粗浆于胶体磨研磨2 min。打浆后进行离心，弃去上层清液，收集沉淀物进行冷冻干燥，保存待用。

1.2.2 碱液提取法 根据Kittipongpatana等[8]的方法做适当修改。将湿磨法的沉淀物与0.2%的NaOH溶液以1 ∶ 5的比例混合，置于摇床上（50 ℃）反应36 h，反应结束后过80目筛，滤渣再水洗过滤两次，合并滤液离心（3 000 r/min， 5 min），刮去沉淀物上层褐色皮，经水洗多次。抽滤后真空干燥（-30 ℃到0 ℃冷冻3 h，50 ℃恒温真空干燥10 h）。

1.2.3 蛋白酶提取法 根据王文高等[9]用不同蛋白酶提取大米淀粉的方法做适当修改，将湿磨法的沉淀物与0.1%蛋白酶溶液以1 ∶ 5的比例混合，置于摇床上（50 ℃）反应36 h，反应结束后过80目筛，滤渣再水洗过滤两次，合并滤液离心（3 000 r/min， 5 min），刮去沉淀物上层褐色皮，沉淀水洗多次。抽滤后真空干燥（-30 ℃到0 ℃冷冻3 h，50 ℃恒温真空干燥10 h）。

1.2.4 十二烷基硫酸钠提取法（又称表面活性剂法） 根据李玥[10]大米淀粉制备的方法做适当修改。将湿磨法的沉淀物与1.2%的表面活性剂（SDS）溶液以1 ∶ 5的比例混合，置于摇床上（50 ℃）反应36 h，反应结束后过80目筛，滤渣再水洗过滤两次，合并滤液离心（3 000 r/min， 5 min），刮去沉淀物上层褐色皮，沉淀水洗多次。抽滤后真空干燥（-30 ℃到0 ℃冷冻3 h，50 ℃恒温真空干燥10 h）。

1.2.5 菠萝蜜种子淀粉化学成分分析 水分含量的测定：快速水分测定仪；蛋白质含量的测定：杜马斯燃烧定氮仪[11]；脂类含量的测定：索氏抽提法，GB/T22427.3-2008淀粉总脂肪测定[12]；淀粉含量的测定：酸水解法，GB/T5009.9-2008食品中淀粉的测定[13]。

1.2.6 菠萝蜜种子淀粉提取率的测定 菠萝蜜种子淀粉提取率=提取得到的菠萝蜜种子淀粉质量（干基）/原料中菠萝蜜种子中淀粉含量（干基）×100%。

1.2.7 菠萝蜜种子淀粉形貌观察 根据Zhang等[15]的方法，采用BX51正立荧光显微镜观察淀粉分子结构。将淀粉样品配成1%的淀粉乳，滴于载玻片上，盖上盖玻片，置于显微镜样品台上，观察淀粉颗粒的形貌。

1.2.8 菠萝蜜种子淀粉溶解度和膨胀力的测定 采用Li等[16]的方法来测定淀粉样品的溶解度和膨胀度。称取0.1 g淀粉，加10 mL水于离心管中，分别在55、65 、75、85、95 ℃的恒温水浴锅中保持30 min，冷却离心（3 000 r/min，20 min），将上层清液置于烘箱中105 ℃烘干至恒重记为A，并称重离心残留物记为P。按下列公式计算其溶解度和膨胀力。

式中，

W—淀粉样品质量，以干基计；g

A—上层清液中淀粉质量，以干基计；g

P—离心管中淀粉质量，以干基计；g

2 結果与分析

2.1 菠萝蜜种子淀粉的提取率

课题组前期实验研究表明[15]，菠萝蜜种子中的淀粉含量为58%，其直链淀粉的含量为35.31%，支链淀粉含量为64.69%。由表1结果可知，湿磨法、碱法（氢氧化钠和硫代硫酸钠）、酶法（P7、PBS、ANP、SDN、PBL、P6）、表面活性剂法制得菠萝蜜种子淀粉样品中淀粉的提取率分别为18.92%、64.46%、63.82%、55.30%、66.68%、43.57%、46.89%、52.48%、41.03%、70.55%。菠萝蜜种子淀粉样品中淀粉的提取率最高的是表面活性剂法提取得到的淀粉样品，表面活性剂法是实验室制备淀粉的常用方法。酶法制得的菠萝蜜种子淀粉提取率变化范围是从41.03%到66.68%。与碱法、表面活性剂法相比，酶法制得的菠萝蜜种子淀粉提取率最低，比碱法降低22.79%，比表面活性剂法降低29.52%。与湿磨法相比，酶法制得的菠萝蜜种子淀粉提取率较高。酶法分离淀粉和蛋白的原理是将淀粉外包裹的蛋白质水解，使蛋白质体与淀粉的结合变疏松，从而分离。酶法所制得淀粉提取率均低于碱法和表面活性剂法的原因可能是由于菠萝蜜种子淀粉结构紧密，蛋白质体不易于淀粉分离。

2.2 菠萝蜜种子淀粉的蛋白质和脂肪残留量

由表1结果可知，所有菠萝蜜种子淀粉中蛋白质的残留量的变化范围是从0.89%到3.68%，其中蛋白质残留量最高的是采用湿磨法提取的菠萝蜜种子淀粉，为3.68%，其次为采用表面活性剂法提取的菠萝蜜种子淀粉，为2.16%。酶法制得的菠萝蜜种子淀粉中蛋白质的残留量的变化范围是从0.96%到1.27%。碱法（氢氧化钠和硫代硫酸钠）制得的菠萝蜜种子淀粉中蛋白质的残留量分别是是0.89%、1.13%，其中碱法（氢氧化钠）是所有方法提取菠萝蜜种子淀粉中蛋白质的残留量最低的。

菠萝蜜种子中脂肪的含量较少，酶法、碱法、湿磨法与表面活性剂法提取菠萝蜜种子淀粉比较，脂肪残留量有显著性差异（p<0.05）。用中性蛋白酶（Protease from Bacillus sp）提取菠萝蜜种子淀粉的脂肪残留量较大，为0.87%。

2.3 显微镜观察菠萝蜜种子淀粉颗粒的形貌

图1显示，菠萝蜜种子淀粉颗粒多呈半球形和球形，粒径在5～14 μm[15]，淀粉颗粒在偏光显微镜下显示显著的马耳他十字，并且该十字随偏光镜的旋转而旋转，这是由于淀粉颗粒内存在结晶区所致，正如课题组前期实验研究表明，菠萝蜜种子淀粉颗粒属于A型结晶[15]。菠萝蜜种子淀粉颗粒比较小，在5～14 μm之间，具有非常显著的马耳他十字现象。偏光十字是考察淀粉颗粒结晶结构完整性较为直观的方法，酶法提取菠萝蜜种子淀粉颗粒的偏光十字均较为完整，且交叉点基本在淀粉颗粒中央，淀粉的偏光十字多呈垂直十字形、少部分呈斜十字交叉形，呈现完整的球形和半球形状。表面活性剂法与碱法提取的菠萝蜜种子淀粉的呈斜十字交叉形，粒径较小，且出现很多不完整的颗粒。不同提取方法的菠萝蜜种子的淀粉的偏光十字的亮度有一定差异，酶法提取的淀粉的偏光十字比碱法，表面活性剂法亮，且较均匀，相比于酶法和表面活性剂法，碱法提取的菠萝蜜种子淀粉颗粒粒径最小，且最不完整。

2.4 菠萝蜜种子淀粉的溶解度和膨胀力的分析

淀粉的溶解主要是直链淀粉从膨胀的淀粉颗粒中逸出后分散在水中导致的结果，而淀粉膨胀力则反映了支链淀粉吸水的特性。淀粉的溶解和膨胀与淀粉的分子大小、形态、直链和支链淀粉的比例以及支链淀粉中长链、短链所占的比例、温度等有关所占的比例有关[18]。

从图2和3可知，淀粉膨胀力和溶解性随着温度升高而升高显示出温度依赖性，在55 ℃时，碱法（氢氧化钠和硫代硫酸钠）、酶法（P7、PBS、ANP、SDN、PBL、P6）、表面活性剂法、湿磨法的溶解度和膨胀力分别为1.19 g/g、0.24 g/g、1.03 g/g、0.58 g/g、0.43 g/g、0.80 g/g、0.61 g/g、0.59 g/g、0.79 g/g、5.98 g/g和4.30 g/g、3.46 g/g、2.99 g/g、3.34 g/g、3.22 g/g、2.66 g/g、3.39 g/g、3.62 g/g、3.64 g/g、19.34 g/g；在95 時，碱法（氢氧化钠和硫代硫酸钠）、酶法（P7、PBS、ANP、SDN、PBL、P6）、表面活性剂法、湿磨法的溶解度和膨胀力分别为5.40 g/g、5.85 g/g、6.35 g/g、5.98 g/g、7.31 g/g、8.89 g/g、7.03 g/g、5.54 g/g、10.41 g/g、4.79 g/g和12.60 g/g、13.16 g/g、12.08 g/g、12.93 g/g、13.44 g/g、13.59 g/g、12.07 g/g、11.24 g/g、16.66 g/g、21.87g/g。55 ℃～65 ℃膨胀力和溶解性变化不显著，当超过75 ℃，其显著增加。温度从75 ℃升高到95 ℃，菠萝蜜种子淀粉的溶解度和膨胀力都呈剧烈上升趋势。

3 讨论与结论

湿磨法所制得的菠萝蜜种子淀粉中淀粉的提取率最低，同时蛋白质和脂肪残留量较高。碱法所制得的菠萝蜜种子淀粉中淀粉的提取率较高，脂肪和蛋白质含量低。碱法提取菠萝蜜种子淀粉中蛋白质含量最低原因是由于碱液对蛋白质分子间的次级键特别是氢键有破坏作用，可使某些极性基团发生解离，致使蛋白质分子表面具有相同的电荷，从而对蛋白质分子有增溶作用，降低蛋白质的残留量[19-20]。但碱法制备菠萝蜜种子淀粉时会产生大量碱液，造成环境污染。表面活性剂法蛋白质和脂肪含量较高，淀粉的提取率高。但表面活性剂法只适用于实验室，综上以上三种方法不适于菠萝蜜种子淀粉工业化生产。酶法所制得的菠萝蜜种子淀粉中淀粉的提取率居中，蛋白质残留量低。其中Protease from Bacillus sp法提取率高，但蛋白质和脂肪残留量也高，而Protex-7L法提取率仅次于Protease from Bacillus sp法，蛋白质和脂肪残留量低。淀粉颗粒在偏光显微镜下显示显著的马耳他十字，并且该十字随偏光镜的旋转而旋转，该结果与赵凯和Madrigal-Aldana[21-22]报道的文献一致。这说明四种方法制备的菠萝蜜种子淀粉未糊化，是纯天然淀粉。四种方法所制备的菠萝蜜种子淀粉的膨胀力和溶解性随温度的升高而升高，这是因为温度的升高，可使淀粉颗粒的结晶结构破坏加剧淀粉颗粒结晶区中断裂的氢键数目增多，使得游离水更易于渗入淀粉颗粒内部[23]，因此溶解度和膨胀力提高。淀粉的溶解度与淀粉的透明度有关，淀粉的溶解度越大，淀粉糊中存在能引起光线折射的未膨胀糊化的颗粒状淀粉越少，淀粉糊的透明度越大。通过对比不同提取方法（湿磨法、碱法、酶法、表面活性剂法）对菠萝蜜种子淀粉性质的影响，结果表明：酶法（Protex-7L）为菠萝蜜种子淀粉提取的最佳方法，是经济、环保的淀粉生产过程，适应工业化生产。

参考文献

[1] 吴 刚， 陈海平， 桑利伟，等. 中国菠萝蜜产业发展现状及对策[J]. 热带农业科学， 2013， 33（2）： 91-97.

[2] 李秀娟. 菠萝蜜种子淀粉颗粒性质的研究[J]. 食品科学， 2004， 25（6）： 69-74.

[3] 谭乐和， 郑维全. 菠萝蜜种子淀粉提取及其理化性质的测定[J]. 海南大学学报， 2000， 18（4）： 388-390.

[4] Tran P L， Dang H D N， Do V H， et al. Physicochemical properties of native and partially gelatinized high-amylose jackfruit（Artocarpus heterophyllus Lam）seed starch[J]. Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie， 2015， 62（2）： 1 091-1 098.

[5] Lima B N B， Lima F F， Tavares M I B， et al. Determination of the centesimal composition and characterization of flours from fruit seeds[J]. Food Chemistry， 2014， 151（4）： 293-299.

[6] Phrukwiwattanakul P. Comparative Studies on Physico-Chemical Properties of Starches from Jackfruit Seed and Mung Bean[J]. International Journal of Food Properties， 2014， 17（9）： 1 965-1 976.

[7] Fateatun Noor， Md. Jiaur Rahman， Md. Sultan Mahomud， Mst. Sorifa Akter， Md. Aminul Islam Talukder， Maruf Ahmed. Physicochemical Properties of Flour and Extraction of Starch from Jackfruit Seed[J]. International Journal of Nutrition and Food Sciences， 2014， 3（4）： 347-354.

[8] Kittipongpatana O S， Kittipongpatana N. Preparation and physico

chemical properties of modified jackfruit starches[J]. LWT-Food Science and Technology， 2011， 44（8）： 1 766-1 773.

[9] 王文高， 陈正行. 不同蛋白酶提取大米蛋白质的研究[J]. 粮食与饲料工业， 2002（2）： 41-42.

[10] Zhong F， Li Y， Ibán～ez A M， et al. The effect of rice variety and starch isolation method on the pasting and rheological properties of rice starch pastes[J]. Food Hydrocolloids， 2009， 23（2）： 406-414.

[11] GB 5009. 5-2010 食品安全国家标准食品中蛋白质的测定[S].2010.

[12] GB/T22427. 3-2008 淀粉總脂肪测定[S]. 2010.

[13] GB/T5009. 9-2008 食品中淀粉的测定[S]. 2010.

[14] GB/T9826-2008 粮油检验小麦粉破损淀粉测定α-淀粉酶法[S]. 2010.

[15] Zhang Y， Zhu K， He S， et al. Characterizations of high purity starches isolated from five different Jackfruit cultivars[J]. Food Hydrocolloids， 2016， 52： 785-794.

[16] Li J Y， Yeh A I. Relationships between Thermal， Rheological Characteristics and Swelling Power for Various Starches[J]. Journal of Food Engineering， 2001， 50（3）： 141-148.

[17] 李 玥， 大米淀粉的制备方法及物理化学[D].无锡：江南大学，2008.

[18] R. J惠斯特勒. 淀粉的化学与工艺学[M]. 北京： 中国食品出版社出版， 1988： 268-361.

[19] Landers P S， Hamaker B R. Antigenic properties of albumin， globulin and protein concentrate fractions from rice bran[J]. Cereal Chem.， 1994， 71： 409-411.

[20] 方奇林， 丁霄霖. 碱法分离大米蛋白质和淀粉的工艺研究[J]. 粮油深加工及食品， 2004（12）： 22-24.

[21] 赵 凯. 食品淀粉的结构、功能及应用[M]. 北京： 中国轻工业出版社， 2009.

[22] Deyanira L. Madrigal-Aldana. Isolation and characterization of Mexican jackfruit（Artocarpus heterophyllus L） seeds starch in two mature stages[J]. Starch/Starke， 2011， 63： 415-420.

[23] Nunez S M C， Bello P L A， Tecante A. Swelling一Solubility Characteristics， Granule Size Distribution and Rheological behavior of banana（Musa paradisiaca）starch[J]. Carbohydrate Polymers， 2004， 56： 65-75.