湿磨法提取藜麦淀粉工艺优化及性质研究

李 敏 ，张倩芳 ，栗红瑜 ， 孟晶岩

（1.山西农业大学，山西晋中 030801；2.山西省农业科学院农产品加工研究所，山西太原 030031；3.特色农产品加工山西省重点实验室，山西太原 030031）

藜麦（Chenopodium quinoa） 原产于南美洲安第斯山脉、玻利维亚等地[1]，20世纪90年代，在我国西藏进行试种，目前山西、河北、甘肃、青海和吉林等地区已种植成功，并且近年来种植面积还在不断扩大[2-3]。藜麦因其营养丰富且全面，被联合国国际粮农组织（FAO）推荐为最适宜人类的“全营养食品”，享有“超级谷物”的美称[4-6]。藜麦蛋白质含量高于传统作物，不含麸质，是麸质过敏者膳食的理想选择；藜麦的低升糖指数特性使其成为肥胖、高血糖及减肥人群的饮食首选[7-8]。此外，藜麦富含多酚、皂苷等生物活性物质，具有抗氧化性，其微量营养素含量也远高于小麦、玉米、水稻[9]。藜麦淀粉在籽粒的碳水化合物中含量最高，研究淀粉的提取工艺可对藜麦的综合利用提供一定的理论依据。淀粉的提取技术已非常成熟，但是提取工艺一般采用酸法、碱法及酶法[10]，前两者对环境污染较大，后者成本较高。因此，试验拟采用湿磨法对藜麦淀粉提取工艺优化，以期达到低污染、低成本且操作简单易行的效果。

1 材料与方法

1.1 材料

藜麦，静乐田园生态农业综合开发有限公司提供。

1.2 仪器与设备

JS31-300型多功能搅拌机，浙江绍兴苏泊尔电器有限公司产品；DGH-9140A型鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品；TG1850-WS型台式高速离心机、BCD-238S型电冰箱，青岛海尔股份有限公司产品；HH型数显恒温水浴锅，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂产品。

1.3 方法

1.3.1 基础成分测定

水分检测方法参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》，直接干燥法；蛋白质检测方法参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》，凯氏定氮法；灰分检测方法参照《食品安全国家标准食品中灰分的测定》；脂肪检测方法参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》，索氏抽提法；淀粉检测方法参照《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》，酸水解法；膳食纤维检测方法参照GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》。

1.3.2 提取工艺

藜麦→自来水浸泡→磨浆→过筛→冲洗沉淀物→合并滤液→离心→除去上下层杂质→重复离心除杂→干燥得藜麦淀粉。

1.3.3 藜麦淀粉提取率计算公式

1.3.4 单因素试验设计

（1）料液比对藜麦淀粉提取率的影响。选取料液比为 1∶4，1∶5，1∶6，1∶7，1∶8（g∶mL），浸泡时间4 h，磨浆时间120 s，在室温下提取，考查料水比对藜麦淀粉提取率的影响。

（2）浸泡时间对藜麦淀粉提取率的影响。选取浸泡时间为3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 h，料液比为1∶6，磨浆时间120 s，在室温下提取，考查浸泡时间对藜麦淀粉提取率的影响。

（3）磨浆时间对藜麦淀粉提取率的影响。选取磨浆时间为60，80，100，120，140 s，料液比为1∶6，浸泡时间4 h，在室温下提取，考查磨浆时间对藜麦淀粉提取率的影响。

1.3.5 正交试验设计

在单因素试验的基础上，选择料液比（A）、浸泡时间（B）、磨浆时间（C） 做三因素三水平的正交试验L9（34），对藜麦淀粉提取工艺进行优化。

正交试验设计见表1。

表1 正交试验设计

1.3.6 藜麦淀粉溶解度与膨胀度测定[11-12]

称取藜麦淀粉并配制成质量分数为2%的淀粉乳，置于55，60，65，70，75，80，85，90℃水浴锅中，用玻璃棒不断搅拌至透明状后将淀粉乳离心（8 000 r/min，20 min），分别称取沉淀和上清液中干物质的质量，根据以下公式计算溶解度及膨胀度。

1.3.7 藜麦淀粉冻融稳定性测定[13]

将藜麦淀粉配制成5%的淀粉乳，在95℃下加热30 min，然后装到离心管中，经快速冷却至室温后，将样品在-20℃条件下冷冻，每隔24 h取出样品，在30℃水浴条件下解冻2 h，离心弃上清液，称取沉淀物质量，按以下公式计算析水率。

式中：m1——淀粉糊的质量，g；

m2——沉淀物的质量，g。

2 结果与分析

2.1 基础成分分析

藜麦基础成分见表2。

表2 藜麦基础成分/%

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1 料液比对藜麦淀粉提取率的影响

料液比对藜麦淀粉提取率的影响见图1。

图1 料液比对藜麦淀粉提取率的影响

随着料液比的增加，藜麦淀粉提取率逐渐增大，料液比达到1∶6之后，出现下降趋势。其原因是料液比过低时，浆料浓稠，磨浆不充分；过高时，浆料中底物过于分散，与磨浆机刀片接触几率降低，磨浆效果不理想。因此，选取料液比1∶6为中心点设计正交试验。

2.2.2 浸泡时间对藜麦淀粉提取率的影响

浸泡时间对藜麦淀粉提取率的影响见图2。

图2 浸泡时间对藜麦淀粉提取率的影响

藜麦在浸泡的过程，水分子浸入使其组织结构松散，进而达到软化的效果，为磨浆提供有利条件。当藜麦浸泡为1～4 h时，藜麦淀粉提取率逐渐上升，4 h后增势不明显，说明4 h后藜麦中水分子已饱和，继续浸泡藜麦组织结构无明显变化。为了提高功效并提高藜麦淀粉提取率，选取浸泡时间4 h为中心点设计正交试验。

2.2.3 磨浆时间对藜麦淀粉提取率的影响

磨浆时间对藜麦淀粉提取率的影响见图3。

图3 磨浆时间对藜麦淀粉提取率的影响

磨浆可以破坏藜麦组织结构，更多地释放包裹在藜麦米中的淀粉。由图3可知，藜麦淀粉提取率随着磨浆时间的延长呈现先增长后平缓的过程，在120 s后增长趋势减缓，其原因是在磨浆前期时间较短，藜麦籽粒没有完全破碎，淀粉与其他成分结合而不被有效分离，随着磨浆时间延续，藜麦被磨成细腻的浆料，绝大部分淀粉被释放出来，提高了淀粉的提取率[13]。因此，选取磨浆时间120 s为中心点设计正交试验。

2.3 正交试验结果与分析

通过正交试验对影响藜麦淀粉提取率的因素进行分析，确定最佳工艺参数。

正交试验结果及极差见表3。

由表3可知，影响藜麦淀粉提取率的因素主次顺序为B>C>A，即浸泡时间影响最大，磨浆时间次之，料液比影响最小。正交试验最优组合为A2B2C3，即湿磨法提取藜麦淀粉最佳工艺为料液比1∶6（g∶mL），浸泡时间4 h，磨浆时间140 s。

2.4 验证试验

取正交试验最优组合，进行3次重复试验。

3次平行试验结果见表4。

表3 正交试验结果及极差

表4 3次平行试验结果/%

由表4可知，在最优工艺组合条件下进行藜麦淀粉提取，以淀粉提取率为测定指标，并且结果与正交试验相吻合。因此，可以确定湿磨法提取藜麦淀粉最佳工艺为料液比1∶6（g∶mL），浸泡时间4 h，磨浆时间140 s，藜麦淀粉提取率为67.10%。

2.5 藜麦淀粉溶解度及膨胀度

藜麦淀粉溶解度与膨胀度见图4。

图4 藜麦淀粉溶解度与膨胀度

藜麦淀粉膨胀度与溶解度随温度升高均呈现上升趋势。在55～70℃上升趋势较缓，溶解度不超过3%，高于70℃时，溶解度增长明显，90℃时达到3.49%。膨胀度可反映出淀粉分子与水的结合能力，藜麦淀粉的膨胀度在55～70℃平缓上涨，温度大于70℃时，增长较快，90℃时达到13.46%。分析其原因为随着温度升高，水势能增大，首先进入淀粉非结晶区域，淀粉在一定程度内膨胀，温度继续升高，水分子可进入淀粉结晶区，与淀粉分子结合，体积继续快速膨胀，形成凝胶状，达到较高的膨胀度[14-15]。

2.6 藜麦淀粉冻融稳定性

藜麦淀粉冻融稳定性见图5。

图5 藜麦淀粉冻融稳定性

冻融稳定性可以为藜麦淀粉在冷冻食品中的应用提供一定参考依据。淀粉经过反复冻融会析出水分，析出的水分越少，说明淀粉分子与水分结合越牢固，稳定性越好[16]。藜麦淀粉冻融72 h之内，析水率逐渐增加，96 h后析水率几乎不变，为40%左右，说明藜麦淀粉具有较高的冻融稳定性。

3 结论

湿磨法提取藜麦淀粉的最佳工艺参数为料液比1∶6，浸泡时间4 h，磨浆时间140 s。按照最佳工艺提取藜麦淀粉，提取率为67.10%。测得藜麦淀粉的溶解度与膨胀度随温度的升高分阶段变化，70℃以下溶解度与膨胀度均较低，70℃以上，溶解度增势减缓，90℃时达到3.49%，膨胀度逐渐升高，90℃时达到13.46%；藜麦淀粉冻融稳定性较好，在冷冻96 h后析水率趋于稳定，可应用于冷冻食品中。