鹰嘴豆淀粉提取工艺的研究

◎ 曹甜甜，王思玉，彭修春，糟 龙，张春兰,2

（1.塔里木大学 生命科学学院，新疆 阿拉尔 843300 2.南疆特色农产品深加工兵团重点实验室，新疆 阿拉尔 843300）

鹰嘴豆（Cicer arietinum），籽粒形状，特征为顶部带尖的圆球形，因其酷似脱毛后的鹰头或鸡头，故名其鹰嘴豆，别名回鹘豆、鸡豆等。鹰嘴豆是常用药材，其不光有温肾壮阳、利尿止痛、生发乌发之功效，还具有改善抑郁情绪、保护血管、改善血糖、延缓衰老的作用[1]。鹰嘴豆籽粒中的营养成分非常丰富，内含大量的蛋白质、多种氨基酸、维生素、粗纤维等成分[2]，鹰嘴豆中碳水化合物和蛋白质的含量占有较大的比例，尤其是淀粉含量，高达40%～60%，是重要的能量来源[3-4]。鹰嘴豆淀粉有浓烈的板栗风味，常与小麦一起磨成混合粉食用，随着淀粉行业的飞速进步与发展，鹰嘴豆淀粉在非食用领域也有了特殊的用途[5]。稀碱法工艺是提取淀粉的常用方法。碱法对提高鹰嘴豆淀粉的纯度有明显的促进作用，稀碱溶液能断裂蛋白质分子中的氢键，从而对蛋白质分子具有增溶作用，再利用鹰嘴豆淀粉不溶于碱液和冷水的特性，通过离心进行机械化分离，使淀粉与蛋白质和其他不溶性杂质分离，得到纯度较高的淀粉[6]。本试验研究并优化了鹰嘴豆淀粉的提取工艺，这将为鹰嘴豆食品的加工和深加工提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鹰嘴豆，购于塔里木大学东区小市场。

试剂：无水葡萄糖、酒石酸钾钠、甲基红、次甲基蓝、HCl、NaOH、CuSO4均为分析纯。

1.2 仪器与设备

LE203E电子天平、XS-04多功能高速粉碎机、L-530台式离心机、单联1 000 W电热炉、EMS-20恒温磁力搅拌器、J6紫外分光光度计、GZX-9240MBE电热恒温鼓风干燥箱。

1.3 碱法提取工艺

1.3.1 鹰嘴豆淀粉的提取工艺

工艺流程：鹰嘴豆→挑选→洗涤→烘干→粉碎→过筛→碱提→离心→倾去上清液→洗涤→加蒸馏水离心→取沉淀置40 ℃鼓风干燥箱干燥24 h→密封保存。

1.3.2 淀粉纯度的测定

酸水解法，参照GB 5009.9—2016。

1.3.3 单因素试验

对影响鹰嘴豆淀粉纯度的NaOH浓度、料液比、搅拌时间和提取温度进行单因素试验，NaOH浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%，料液比分别为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5和1∶6，搅拌时间分别为0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h和2.5 h，提取温度分别为25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃和45 ℃。考察单一因素时，其他条件固定为：NaOH浓度0.3%、料液比1∶4、搅拌时间1.0 h、提取温度30 ℃。

1.3.4 正交试验

根据各单因素对鹰嘴豆淀粉纯度的试验结果，确定NaOH质量浓度、料液比、搅拌时间、提取温度4个单因素的3个优选水平，设计4因素3水平的正交试验，见表1，利用L9（34）正交试验优化鹰嘴豆淀粉提取工艺，选出淀粉纯度最高的提取工艺[7]。

表1 正交试验的因素与水平表

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 NaOH质量浓度对鹰嘴豆淀粉纯度的影响

由图1可以看出，随着NaOH质量浓度的持续增加，淀粉纯度开始增加。当NaOH质量浓度为0.3%时，淀粉纯度最高，为78.30%。随着碱液质量浓度继续升高，淀粉出现糊化现象，溶液变浓稠，小部分淀粉发生水解。同时，糊化现象还会限制蛋白质的提取，使淀粉的纯度降低[8]。因此，选择NaOH质量浓度为0.3%。

图1 NaOH质量浓度对鹰嘴豆淀粉纯度的影响图

2.1.2 料液比对鹰嘴豆淀粉纯度的影响

从图2可以看出，当其他条件固定时，鹰嘴豆淀粉纯度随料液比的增加而增加。料液比较小时，溶液比较黏稠，使得流动性较差，不利于淀粉分子的释放，随着料液比的增加，鹰嘴豆粉与碱液的接触面增大，使得淀粉纯度增加。适宜的料液比能够提高鹰嘴豆淀粉的纯度，料液比越多导致后续操作步骤繁琐，造成不必要的人力与物力的浪费，甚至引起褐变[9]。因此当料液比为1∶4时是鹰嘴豆淀粉提取的最佳比例。

图2 料液比对鹰嘴豆淀粉纯度的影响图

2.1.3 搅拌时间对鹰嘴豆淀粉纯度的影响

从图3中可以看出，当其他条件固定时，随着搅拌时间的增加，鹰嘴豆淀粉的纯度也有所增加。当搅拌时间为1.0 h时，鹰嘴豆淀粉的纯度最高，为79.00%，可能是因为随着搅拌时间的增加，使得蛋白质中的网络结构被大量破坏，从而更好地将淀粉与蛋白质分离，因此淀粉纯度增加；当搅拌时间＞1.0 h时，鹰嘴豆粉可能由于碱化时间过长，淀粉与碱液发生反应，导致淀粉纯度降低[10]。因此，选择搅拌时间为1.0 h。

图3 搅拌时间对鹰嘴豆淀粉纯度的影响图

2.1.4 提取温度对鹰嘴豆淀粉纯度的影响

由图4可知，当提取温度从25 ℃上升至30 ℃时，鹰嘴豆淀粉纯度上升，温度继续增加，当提取温度从30 ℃上升至45 ℃时，鹰嘴豆淀粉的纯度下降明显。可能是由于淀粉在25 ℃时溶解度较低，但随着温度的升高，淀粉颗粒游离使扩散速度加快，鹰嘴豆淀粉的纯度增加[11]。当提取温度为30 ℃时，鹰嘴豆淀粉的纯度最高，为78.42%，因此，选择提取温度为30 ℃。

图4 提取温度对鹰嘴豆淀粉纯度的影响图

2.2 正交试验结果

正交试验结果见表2。从表2中可以看出，NaOH质量浓度、料液比、搅拌时间、提取温度对鹰嘴豆淀粉的纯度都有一定的影响。根据极差分析，单因素对淀粉纯度的极差R值的变动区间为1.37～4.16。其中，NaOH质量浓度的R值为4.16，对鹰嘴豆淀粉纯度的影响最大；提取温度的R值为1.37，对鹰嘴豆淀粉的纯度影响最小。由正交试验和极差分析，可得出4个因素对鹰嘴豆淀粉纯度影响的主次顺序为：NaOH质量浓度＞料液比＞搅拌时间＞提取温度。鹰嘴豆淀粉提取的最佳工艺条件为A2B3C1D3，即NaOH质量浓度为0.3%，料液比为1∶5，搅拌时间为0.5 h，提取温度为40 ℃，此工艺条件下鹰嘴豆淀粉的纯度最高，为79.20%。

表2 正交试验结果表

3 结论

以鹰嘴豆为原料，采用稀碱法提取鹰嘴豆淀粉，通过对NaOH质量浓度、料液比、搅拌时间、提取温度4个因素进行具体分析，得出这4个提取条件对鹰嘴豆淀粉纯度的影响，再通过正交试验，确定各因素的最佳提取条件为：NaOH质量浓度为0.3%，料液比为1∶5，搅拌时间为0.5 h，提取温度为40 ℃，此工艺条件下鹰嘴豆淀粉的纯度最高，为79.20%。碱法提取淀粉是一种常见淀粉提取方法，通过碱法提取鹰嘴豆淀粉操作简单，淀粉纯度较高。这可能是由于一定的碱性条件有利于蛋白质与淀粉分离，部分蛋白溶于水，随着淀粉的沉淀而逐渐分离，使得淀粉纯度增加。本文为鹰嘴豆食品深加工以及其淀粉的开发，提供了一定的理论依据，但鹰嘴豆中蛋白质、黄酮、矿物质等物质对淀粉的影响还有待进一步研究。