張華博等

摘要：綜述了提取大米淀粉最常用的方法，闡述了堿法提取、酶法提取和表面活性劑法等方法的原理、流程、特點(diǎn)和研究進(jìn)展，并對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：大米；淀粉；提取工藝

中圖分類號(hào)：S511；TS213.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）06-1241-03

水稻是重要的糧食作物，提供世界上一半以上人口的主糧。中國(guó)年產(chǎn)大米1.8億t左右，占世界產(chǎn)量的45%[1]。發(fā)達(dá)國(guó)家稻米深加工率占70%，而中國(guó)僅8%[2]。稻谷加工后產(chǎn)生55%的整米，15%的碎米，10%的米糠和20%的谷殼，碎米的售價(jià)和利用水平較低，沒有使稻谷資源得到應(yīng)有的增值[3]。淀粉作為大米的主要成分，占其重量的80%[4]。因此，充分利用碎米中的淀粉，能有效地提高糧食利用價(jià)值和附加值，有利于中國(guó)糧食生產(chǎn)加工的科學(xué)發(fā)展。

大米淀粉因其顆粒小、滲透力強(qiáng)、凍融穩(wěn)定性好被廣泛用于化妝品、脂肪替代品、制藥和食品工業(yè)[5，6]，市場(chǎng)需求較大。目前，稻米淀粉提取的方法不一[7-10]。本文就不同提取方法的原理和特點(diǎn)進(jìn)行闡述，希望對(duì)稻米深加工提供借鑒。

1 堿消化法

1.1 堿消化法的原理

大米淀粉純度的高低取決于其中蛋白質(zhì)的殘留量。稻米中蛋白質(zhì)聚集成顆粒狀蛋白質(zhì)，以蛋白體-Ⅰ（PB-Ⅰ）和蛋白體-Ⅱ（PB-Ⅱ）形式存在[11]。由于占絕大部分的PB-Ⅱ主要是堿溶性谷蛋白，稀堿可使大米蛋白質(zhì)和淀粉的結(jié)合變得疏松，易于分離。同時(shí)，堿溶液可以破壞高級(jí)結(jié)構(gòu)間的次級(jí)鍵，增加蛋白質(zhì)表面的介電常數(shù)，使某些氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)解離，增加蛋白質(zhì)的水溶性，從而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)和淀粉的有效分離。用堿液浸泡大米，攪拌，將多次水洗過(guò)的淀粉乳液經(jīng)離心和干燥粉碎處理即得成品[12]。

1.2 堿消化法的特點(diǎn)

堿消化法提取的優(yōu)點(diǎn)是工藝比較成熟、方法簡(jiǎn)單、成本低，且蛋白質(zhì)提取效率高，淀粉損失率低。該方法可以實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)與淀粉的有效分離，是最適用于工業(yè)化生產(chǎn)的方法[13-18]。但是，分離過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的堿性廢液，給水處理增加很大負(fù)擔(dān)，容易造成環(huán)境污染。此外，在高濃度堿的提取過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一系列不良反應(yīng)，破壞到大米淀粉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。Lumdubwong等[9]發(fā)現(xiàn)用堿法制備的大米淀粉比酶法制備的更易吸水膨脹。Chiou等[19]分別比較了大米淀粉經(jīng)過(guò)蛋白酶、堿液和表面活性劑（SDS）短時(shí)間處理后的分子量變化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用酶法和表面活性劑法處理淀粉不會(huì)改變其分子量，但是用堿法處理以后，直鏈淀粉的分子量降低了，尤其是分子量較高的直鏈淀粉被破壞的程度更嚴(yán)重。

1.3 堿消化法的研究進(jìn)展

雖然堿消化法的技術(shù)路線已經(jīng)很成熟，但是很多實(shí)驗(yàn)室還在不斷優(yōu)化和改良此方法。劉一洋等[20]以大米為原料，采用NaOH溶液浸泡的方法提取大米淀粉，發(fā)現(xiàn)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的NaOH溶液、固液比為1∶6和浸泡提取時(shí)間為4 h條件下，淀粉中的蛋白質(zhì)含量和提取率最高。涂宗財(cái)?shù)萚21]在傳統(tǒng)的堿消化法提取之后，用鹽酸將漿液pH調(diào)至6.5～7.0再進(jìn)行最后的水洗，而后采用超高壓均質(zhì)和超微粉碎制備了納米級(jí)大米淀粉。劉娜等[22]改進(jìn)了堿法制備高純度大米淀粉的工藝，把對(duì)大米淀粉的一次堿提與對(duì)黃淀粉和黃淀粉漿的再提純工藝相結(jié)合，所得到的優(yōu)化新工藝不僅能夠提高大米淀粉的純度，也能夠大大提高其回收率。

2 表面活性劑法

2.1 表面活性劑法的原理

表面活性劑法是實(shí)驗(yàn)室制備大米淀粉常用的方法。十二烷基硫酸鈉（SDS）是最常用的表面活性劑。它能使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，并且一個(gè)SDS分子能與兩個(gè)氨基酸殘基緊密結(jié)合。當(dāng)大米中的蛋白質(zhì)與SDS結(jié)合后，去除SDS-蛋白質(zhì)復(fù)合物，大米淀粉可得到分離[17，23，24]。將大米在3～4倍體積的表面活性劑中浸泡24～48 h。倒掉上層清液，殘余部分干燥后在研缽中研磨成粉即可[12]。

2.2 表面活性劑法的特點(diǎn)

表面活性劑可以與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，提高蛋白質(zhì)的提取率，使淀粉與蛋白質(zhì)有效分離，淀粉回收率也較堿消化法高[24]。但是，此方法制備大米淀粉要使用較多的表面活性劑，生產(chǎn)成本較高，同時(shí)分離的大米蛋白質(zhì)已與表面活性劑絡(luò)合，很難再回收利用，達(dá)不到綜合利用的目的，由于需要多次清洗以除去淀粉中殘留的表面活性劑，因此與堿消化法類似，也存在廢水處理困難等污染環(huán)境的問(wèn)題[24，25]。

2.3 表面活性劑法的研究進(jìn)展

由于表面活性劑法的局限性，此法多與其他方法聯(lián)合使用。Puchongkavarin等[26]將酶法處理以后得到的大米淀粉又繼續(xù)用SDS處理，得到的淀粉中的蛋白質(zhì)含量顯著降低，但是大米淀粉的糊化峰值黏度和終黏度均顯著上升。蘆鑫等[27]考慮分離效果和安全性等問(wèn)題，采用與SDS性質(zhì)相似，但生物降解性更好的食品加工助劑十二烷基磺酸鈉來(lái)結(jié)合超聲波分離大米淀粉，發(fā)現(xiàn)最佳分離工藝為SDS添加量為2.5%，超聲波時(shí)間為50 min，液固比為7∶1。

3 酶法

3.1 酶法的原理

酶法水解分離大米淀粉與蛋白質(zhì)的原理是利用蛋白酶首先將包裹在大米淀粉外層的蛋白質(zhì)水解，使淀粉與蛋白質(zhì)的結(jié)合變得疏松，從而在水解過(guò)程中逐步釋放出蛋白質(zhì)以實(shí)現(xiàn)大米淀粉的分離。酶法制備大米淀粉常用的蛋白酶有堿性蛋白酶和中性蛋白酶[28]。將濕磨的米粉乳液加入蛋白酶，溫和攪拌，反應(yīng)過(guò)程中要保持pH恒定。反應(yīng)后的乳液經(jīng)過(guò)濾、離心，去掉上清液，水洗沉淀層，重復(fù)此清洗過(guò)程，將沉淀物分散于50 mL清水中，pH調(diào)節(jié)至7，離心，刮掉暗色上層，用水將下層沉淀物清洗，干燥即得成品[29]。

3.2 酶法的特點(diǎn)

與堿法相比，酶法反應(yīng)條件較為溫和，淀粉和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)基本不遭破壞，同時(shí)分離出來(lái)的大米蛋白質(zhì)組分可以回收利用[9，19，30]。但是，酶法提取的大米蛋白質(zhì)效率較堿法低，且所得產(chǎn)物溶于水，淀粉中的殘余蛋白質(zhì)也較堿法提取的多[25]。使用堿性蛋白酶水解分離大米淀粉時(shí)，一般通過(guò)加入NaOH溶液來(lái)控制反應(yīng)的pH，使之保持在堿性條件下，反應(yīng)結(jié)束后離心分離，多次水洗至水解液pH為中性。因此，與堿法類似，也會(huì)產(chǎn)生大量廢堿液和鹽[28]。Lumdubwong等[9]使用堿性蛋白酶Optimase APL-440從泰國(guó)大米中提取淀粉，為了使反應(yīng)體系的pH保持在10.0，必須不斷地在反應(yīng)過(guò)程中加入NaOH溶液，最后發(fā)現(xiàn)堿液的加入量是堿法制備大米淀粉的2倍，但制得的大米淀粉中的殘余蛋白質(zhì)含量仍略高于堿法。此外，酶法提取的工藝條件并不成熟，且酶的價(jià)格較高，使生產(chǎn)成本大幅度提高。

3.3 酶法的研究進(jìn)展

由于傳統(tǒng)的堿消化法產(chǎn)生大量的堿廢液，對(duì)環(huán)境造成污染，越來(lái)越多的人開始關(guān)注酶法。Bliaderis等[31]發(fā)現(xiàn)用高純度的Pronase蛋白酶水解大米蛋白質(zhì)來(lái)制備大米淀粉不會(huì)破壞脂肪與淀粉之間的結(jié)合，淀粉顆粒的完整性保持的最好。Wang等[30]分別用酸性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶和堿法制備大米淀粉，通過(guò)18 h水解反應(yīng)，加酶量最高的一組淀粉中的殘余蛋白質(zhì)低于0.2%。陳季旺等[3]采用堿性蛋白酶對(duì)堿法制備的大米淀粉進(jìn)行純化，電鏡顯示純化處理后的大米淀粉中未見明顯的蛋白質(zhì)顆粒存在，比較純化前后的大米淀粉發(fā)現(xiàn)，大米淀粉經(jīng)過(guò)堿性蛋白酶純化后，其溶解度和膨潤(rùn)力都顯著增加。李玥[28]通過(guò)對(duì)不同品種蛋白酶清除蛋白質(zhì)效果的比較，篩選出2種能有效分離提取大米淀粉的蛋白酶，分別為Alcalase堿性蛋白酶和Protease N中性蛋白酶。

4 超聲波法

20世紀(jì)80年代，Juliano[8]采用超聲波法將大米淀粉分子外層的蛋白質(zhì)破碎，使淀粉分子分離出來(lái)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于淀粉回收率高、淀粉顆粒結(jié)構(gòu)不受破壞并可縮短生產(chǎn)周期， 但超聲波使淀粉的黏度增加，并且成本比較高，不易工業(yè)化[25]。在實(shí)際操作中，超聲波法多與其他方法聯(lián)合使用，以達(dá)到優(yōu)化提取條件的效果。2004年Wang等[32]將中性蛋白酶與超聲波法結(jié)合使用制備大米淀粉，使提取制備時(shí)間大幅度縮短，但是制備得到的淀粉隨著超聲波強(qiáng)度的增大其破損率明顯增大，且淀粉的糊化峰值黏度也有所升高。王萍等[29]發(fā)現(xiàn)，先酶解5 h，再超聲波作用20 min（1 000 W），得到的蛋白質(zhì)含量為0.43%，淀粉提取率為87.39%，說(shuō)明酶法與超聲波法聯(lián)合應(yīng)用可縮短生產(chǎn)周期，有利于大米淀粉的提取。

5 物理分離法

半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)生產(chǎn)大米淀粉的加工方法一直沒有大的改進(jìn)，基本上采用堿消化法。該方法的弊端在于大量的廢堿液產(chǎn)生，不利于環(huán)境保護(hù)。2002年美國(guó)農(nóng)業(yè)部南部實(shí)驗(yàn)中心的食品科學(xué)家Harmeet研究發(fā)現(xiàn)了一種物理分離大米淀粉及大米蛋白質(zhì)的環(huán)保方法，該方法采用名為高壓微射流納米分散的新型均質(zhì)機(jī)，使大米漿料在通過(guò)均質(zhì)機(jī)的高壓孔隙時(shí)借助物理作用力而分離[25，28，33，34]。即利用一種特別的均質(zhì)器所產(chǎn)生的高壓，對(duì)大米中的淀粉和蛋白質(zhì)聚成塊進(jìn)行物理分解，可有效節(jié)約成本。大米只需一次性通過(guò)這種設(shè)備，即可產(chǎn)生水狀的顆粒均勻的淀粉和蛋白質(zhì)微分子，然后通過(guò)傳統(tǒng)的密度分離工藝對(duì)其中的淀粉和蛋白質(zhì)進(jìn)行分離。這種新工藝可保留所提取大米蛋白質(zhì)和淀粉原有的品質(zhì)，生產(chǎn)出的蛋白質(zhì)和淀粉與傳統(tǒng)的加工方法相比具有更好的完整性和功能性。美國(guó)科學(xué)家認(rèn)為，這種新方法有可能對(duì)大米淀粉和蛋白質(zhì)生產(chǎn)行業(yè)帶來(lái)革命性的變化[25]。但是，高壓微射流納米分散均質(zhì)機(jī)高昂的價(jià)格使得該方法的工業(yè)化應(yīng)用受到限制，目前該均質(zhì)機(jī)多用于醫(yī)藥等高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，并不適用于以規(guī)模為依托的淀粉加工工業(yè)[18，28，34]。

6 展望

堿消化法、酶法和表面活性劑法為目前大米淀粉最常用的分離提取技術(shù)，但是沒有一種是完美的分離淀粉的方法，每種方法都會(huì)給提取淀粉的結(jié)果帶來(lái)不同程度的差異。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的堿法制備大米淀粉的方法將逐漸被取代，而生物技術(shù)的進(jìn)步將會(huì)大大降低酶的價(jià)格并提高酶的活力。因此，采用酶法進(jìn)行大米淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)將為期不遠(yuǎn)。

另外，隨著研究的深入，科研工作者正在積極地綜合利用各種方法，采用幾種可相互彌補(bǔ)缺陷的技術(shù)來(lái)提取淀粉，這樣可以最大限度地提高淀粉的品質(zhì)，以期找到一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、簡(jiǎn)單方便的方法。科技飛速發(fā)展的今天，人民生活質(zhì)量不斷提高，對(duì)食品和藥品的要求越來(lái)越高，具有特殊功效又安全無(wú)毒的大米淀粉及其衍生物將會(huì)成為人們的首選。隨著人們對(duì)大米淀粉認(rèn)識(shí)的加深，隨著淀粉制備技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有更多更好的大米淀粉產(chǎn)品問(wèn)世從而滿足人們的需求。

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