劉慶慶，楊馥禎，劉章蘭，楊 洪，鄧 飛

（銅仁學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，貴州 銅仁 554300）

天麻（Gastrodia elata BI）屬蘭科植物天麻的干燥塊莖，又名赤箭、獨(dú)搖芝、鬼督郵等，是一種傳統(tǒng)名貴藥用價(jià)值很高的中草藥[1]，主要分布在貴州、陜西、湖北和云南等地域[2]。 天麻作為藥食同源的一種藥材，具有平肝抑陽(yáng)、祛風(fēng)通絡(luò)之功效[3]。 現(xiàn)代研究表明， 天麻在臨床上可用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病輔助治療[4]、對(duì)老年癡呆癥等有一定的療效[5]。近年來(lái)從天麻中提取的以天麻素、 天麻多糖等為主要化學(xué)活性成分的新藥和功能性食品引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。

淀粉及其制品的應(yīng)用廣泛， 淀粉除作為增稠劑應(yīng)用外還可以作為粘合劑、膠囊包衣、薄膜生成劑等等。淀粉是天麻中的主要成分，但現(xiàn)階段對(duì)于天麻淀粉的提取工藝的研究極少， 尚無(wú)天麻淀粉的提取工藝的研究報(bào)道。 提取淀粉的方法主要有濕法提取[6]、堿法提取[7-8]、酸法提取[9]、超聲波輔助提取[10-11]、微波輔助提取[12-13]、酶法輔助提取[14]等，其中堿法提取淀粉能破壞高級(jí)結(jié)構(gòu)間的次級(jí)鍵， 促進(jìn)蛋白質(zhì)和淀粉的有效分離， 具有操作方便及提高淀粉的純度等優(yōu)點(diǎn)。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)天麻資源的充分利用并且深入系統(tǒng)研究天麻淀粉的提取工藝， 本實(shí)驗(yàn)采用堿液浸提法提取天麻淀粉， 并通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化堿法提取天麻淀粉的最佳工藝參數(shù)， 以期為天麻淀粉綜合開發(fā)利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮天麻， 貴州德江縣康奇藥植開發(fā)有限責(zé)任公司；氫氧化鈉（AR），成都金山化學(xué)試劑有限公司；MAX-A303 型電子分析天平（深圳市無(wú)限量有限公司）；L18—Y968 型九陽(yáng)靜音高速破壁機(jī) （九陽(yáng)股份有限公司）；SHA—B 型數(shù)顯水浴恒溫振蕩器（北京科偉永興儀器有限公司）；TG16K—II 型高速離心機(jī)（長(zhǎng)沙東旺實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）；DHG—9070A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱（常州普天儀器制造有限公司）。

1.2 天麻淀粉提取工藝流程及操作步驟

1.2.1 天麻淀粉提取工藝流程

新鮮天麻→清洗去皮→切塊→天麻堿液混合磨漿→恒溫浸提→過(guò)濾→離心→洗滌→離心→收集淀粉→烘干

1.2.2 操作步驟

（1）預(yù)處理：稱取完整、無(wú)腐壞的新鮮天麻并將其洗凈，去皮，切塊，備用。

（2）天麻堿液混合磨漿：用電子天平稱取50 g 天麻，將天麻與堿液(氫氧化鈉溶液)以 1:6（g/mL）的料液比混合磨漿。

（3）恒溫浸提：將混合液在40 ℃的恒溫水浴振蕩器中振蕩浸提3 h。

（4）過(guò)濾、離心、洗滌、離心、烘干：將上述混合物用兩層干凈的尼龍紗布趁熱過(guò)濾， 濾漿在5 000 r/min 下離心15 min，倒掉上清液得到沉淀物，將沉淀物用蒸餾水洗滌1~3 次直到水不再黏稠為止，然后將沉淀物置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中在50 ℃條件下烘干12 h，得到天麻粗淀粉。

（5）天麻粗淀粉提取率的計(jì)算：粗淀粉提取率P=E/B×100%(E 為天麻淀粉的干重；B 為新鮮天麻的重量）。

1.3 單因素試驗(yàn)

1.3.1 提取溫度對(duì)天麻淀粉提取率的影響

在料液比為1:6 (g/mL)、堿液濃度為0.075 mol/L、提取時(shí)間為3 h 的條件下，依次將提取溫度設(shè)置為 30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃，并按照操作流程提取天麻淀粉， 考察提取溫度對(duì)天麻淀粉提取率的影響。

1.3.2 提取時(shí)間對(duì)天麻淀粉提取率的影響

在料液比為1:6 (g/mL)、堿液濃度為0.075 mol/L、提取溫度為40 ℃的條件下，依次將提取時(shí)間設(shè)置為 1 h、2 h、3 h、4 h、5 h， 并按照操作流程提取天麻淀粉，考察提取時(shí)間對(duì)天麻淀粉提取率的影響。

1.3.3 堿液濃度對(duì)天麻淀粉提取率的影響

在料液比為1:6 (g/mL)、提取溫度為40 ℃、提取時(shí)間為3 h 的條件下，依次將堿液濃度設(shè)置為0.025 mol/L、0.050 mol/L、0.075 mol/L、0.100 mol/L、0.125 mol/L，并按照操作流程提取天麻淀粉，考察堿液濃度對(duì)天麻淀粉提取率的影響。

1.3.4 料液比對(duì)天麻淀粉提取率的影響

在堿液濃度為0.075 mol/L、提取溫度為40 ℃、提取時(shí)間為3 h 的條件下， 依次將料液比設(shè)置為1:4、1:5、1:6、1:7、1:8， 并按照操作流程提取天麻淀粉，考察料液比對(duì)天麻淀粉提取率的影響。

1.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 以提取溫度、 提取時(shí)間、堿液濃度、料液比為主要影響因素，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)優(yōu)化天麻淀粉最佳提取工藝， 其因素水平表見(jiàn)表1。

表1 天麻淀粉提取工藝的正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 堿液濃度對(duì)天麻淀粉提取率的影響

由圖1 可以看出，隨著堿液濃度的增加，天麻淀粉的提取率呈先上升、 后下降趨勢(shì)， 當(dāng)堿液濃度在0.025~0.075 mol/L 之間時(shí)，隨著堿液濃度的增大，天麻淀粉提取率也相應(yīng)增大； 當(dāng)堿液濃度在0.075~0.125 mol/L 之間時(shí)，天麻淀粉提取率會(huì)隨著堿液濃度的增加而降低。 這與賈玉濤等[15-16]的研究結(jié)果相似， 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是過(guò)高的堿液濃度使蛋白質(zhì)等乳化劑的溶解度增大， 從而導(dǎo)致溶液的黏度增加，不利于淀粉的沉淀；隨著堿液濃度的提高，蛋白質(zhì)的溶解度也相應(yīng)提高， 蛋白質(zhì)完全分解形成的氨基酸與氮堿易被淀粉吸附， 會(huì)造成洗滌困難從而影響天麻淀粉得率。同時(shí)，當(dāng)以相同的轉(zhuǎn)速和時(shí)間進(jìn)行離心分離時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致部分天麻淀粉隨著上清液一起倒出造成損失，從而降低了天麻淀粉提取率[17]，因此，當(dāng)堿液濃度為0.075 mol/L 時(shí)天麻淀粉的提取效果最好， 選取堿液濃度0.05 mol/L、0.075 mol/L、0.1 mol/L 這三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖1 堿液濃度對(duì)天麻淀粉提取率的影響

2.1.2 料液比對(duì)天麻淀粉提取率的影響

由圖2 可以看出，隨著料液比的增加，淀粉提取率呈先升高、后降低趨勢(shì)。 當(dāng)料液比為1:4~1:6 之間時(shí)，天麻淀粉提取率隨著料液比升高而升高；當(dāng)料液比為1:7~1:8 時(shí)，隨著料液比的不斷增大，淀粉的提取率會(huì)逐漸降低， 這是因?yàn)樵系矸酆坎蛔兊那闆r下，在天麻與堿液混合磨漿時(shí)，過(guò)量的溶劑會(huì)使溶液變稀，導(dǎo)致天麻顆粒不能有效地被破碎縮小，造成淀粉顆粒內(nèi)部含有的蛋白質(zhì)不能完全溶解在堿液當(dāng)中，使得淀粉提取率出現(xiàn)下降[18]。 因此，當(dāng)料液比為1:6(g/mL）時(shí)天麻淀粉的提取效果最好，選取料液比為1:5、1:6、1:7(g/mL）這三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖2 料液比對(duì)天麻淀粉提取率的影響

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)天麻淀粉提取率的影響

由圖3 可知，隨著提取時(shí)間的增加，天麻淀粉的提取率呈先升高、后降低趨勢(shì)，當(dāng)提取時(shí)間在1~3 h范圍內(nèi)時(shí)，提取率呈上升趨勢(shì)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是在恒溫振蕩水浴鍋中攪拌產(chǎn)生的剪切力會(huì)導(dǎo)致溶液變稀，體系的黏度降低，從而使天麻淀粉與提取液充分的接觸，天麻與提取液能夠充分發(fā)生反應(yīng)，使提取液的堿液濃度分布均勻，并且在攪拌過(guò)程中，分子相互之間發(fā)生碰撞會(huì)使天麻組織中的淀粉游離出來(lái)[19]，天麻淀粉提取率呈上升趨勢(shì)。隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，由于攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，天麻淀粉與堿液浸泡的時(shí)間太長(zhǎng)，淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)變得疏松，不利于淀粉的沉淀，從而影響了提取率[20]，淀粉提取率呈下降趨勢(shì)。因此，當(dāng)提取時(shí)間為3 h 時(shí)天麻淀粉的提取效果最好，選取提取時(shí)間為2 h、3 h、4 h 這三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖3 提取時(shí)間對(duì)天麻淀粉提取率的影響

2.1.4 提取溫度對(duì)天麻淀粉提取率的影響

由圖4 可以看出，隨著提取溫度的升高，天麻淀粉的提取率呈先升后降的趨勢(shì)。 當(dāng)溫度在30~40 ℃之間時(shí)，天麻淀粉的提取率隨溫度的升高而增加，這是由于天麻淀粉不溶于冷水，天麻淀粉顆粒與堿液和蛋白質(zhì)之間的反應(yīng)會(huì)隨著溫度的升高而加快；在40~50 ℃范圍內(nèi)， 天麻淀粉的提取率隨溫度的升高呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)， 究其原因是隨著溫度升高可能會(huì)導(dǎo)致部分天麻淀粉開始產(chǎn)生糊化現(xiàn)象并且漿液的黏度會(huì)增大，反而會(huì)不利于天麻淀粉游離出來(lái)[21]，導(dǎo)致天麻淀粉提取率下降。 因此，當(dāng)提取溫度為40 ℃時(shí)天麻淀粉的提取效果最好, 選取提取溫度為35 ℃、40 ℃、45 ℃這三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖4 提取溫度對(duì)天麻淀粉提取率影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取不同的提取溫度、提取時(shí)間、堿液濃度、料液比，采用L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn)，以確定天麻淀粉提取的最佳工藝參數(shù)，正交試驗(yàn)結(jié)果和方差分析結(jié)果分別見(jiàn)表2 和表3。

由表2 中正交試驗(yàn)結(jié)果分析， 由R 值大小可知， 影響天麻淀粉提取效果的4 個(gè)因素主次順序?yàn)锽>C>D>A，其中對(duì)天麻淀粉的提取率影響最大的因素是提取時(shí)間，其次是堿液濃度，最后為料液比和提取溫度。 正交試驗(yàn)優(yōu)化的堿法提取天麻淀粉的最佳提取工藝參數(shù)為A2B2C1D3，即提取溫度40 ℃，提取時(shí)間3 h，堿液濃度 0.050 mol/L，料液比 1:7 (g/mL)。由表3 方差分析結(jié)果可知，堿液濃度、料液比、提取溫度對(duì)天麻淀粉提取率的影響不顯著 （P＞0.05），提取時(shí)間對(duì)天麻淀粉提取率有顯著性影響（P＜0.05）。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 方差分析表

2.3 驗(yàn)證性試驗(yàn)

為驗(yàn)證正交試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性， 在天麻淀粉最佳提取參數(shù)條件A2B2C1D3下提取淀粉，結(jié)果見(jiàn)表4，在此條件下得到的天麻淀粉提取率為12.46%。

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

采用堿液浸提法提取天麻淀粉， 通過(guò)單因素試驗(yàn)和L9（34）正交試驗(yàn)得到了天麻淀粉提取的最佳工藝參數(shù)為：提取溫度40 ℃，提取時(shí)間3 h，堿液濃度0.050 mol/L，料液比1:7 (g/mL)，在此條件下天麻淀粉提取率為12.46%。采用堿液浸提法提取天麻淀粉具有操作簡(jiǎn)單、 節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)， 可為今后天麻淀粉提取、 理化性質(zhì)研究及其在食品工業(yè)中的加工應(yīng)用提供理論參考。