第１１期（总第２６２期） ２０１１年１１月 农产品加１二・学刊 Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ ｏｆ Ｆａｒｍ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｎｏ．Ｉ１ ＮＯＶ 文章编号：１６７１—９６４６（２０１ １）１ １－００６６—０３ 酶法提取五常原产地稻花香大米淀粉研究 张守文，马丽娜 （哈尔滨商业大学食品学院，黑龙江哈尔滨１５００７６） 摘要：为了优化五常稻花香２号大米淀粉的酶法提取条件，采用Ｂｏｘ—Ｂｅｎｈｎｋｅｎ的中心组合试验设计及响应面分析方 法，研究了酶添加量、酶解时间和酶解温度３因素对大米淀粉中蛋白质残留量的影响。结果表明，最佳ｊ二艺参数为： 酶添加量４．３８ ｍｇ／ｇ，酶解时间４．１４ ｈ，酶解温度５０．９６ ，料液比１：６，蛋白质残留量为０．４２３％，为稻花香２号大 米淀粉的工业化生产提供了理论依据。 关键词：酶法；提取；大米淀粉 中图分类号：ＴＳ２１０．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ．１６７１—９６４６（Ｘ）．２０１１．１ １．０１７ Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｒｃｈ ｏｆ Ｄａｏｈｕａｘｉａｎｇ Ｒｉｃｅ ｉｎ Ｗｕｃｈａｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｓｈｏｕｗｅｎ，Ｍａ Ｌｉｎａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｍｍｅｒｃｅ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ １５００７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｉｃｅ ｓｔａｒｃｈ，ｔｈｅ ｅｆｒｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｎｚｙｍｅ ａｍｏｕｎｔ，ｔｉｍｅ ａｎｄ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｐｒｏｔｅｉｎ ｒｅｓｉｄｕｅｓ ｉｎ ｓｔａｒｃｈ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｔｅｓｔｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ Ｂｏｘ－Ｂｅｎｈｎｋｅｎ ｆａｃｔｏｒｉａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：ｅｎｚｙｍｅ ａｄｄｉｎｇ ｄｏｓａｇｅ ｉｓ ４．３８ ｍｇ／ｇ．ｔｉｍｅ ｏｆ ｅｎｚｙｍｏｌｙｓｉｓ ｉｓ ４．１４ ｈ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｅｎｚｙｍｏ｜ｙｓｉｓ ｉｓ ５０．９６℃，ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ ｉｓ １：６．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｉｓ ０．４２３％．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｓｃｉｅｎｔｉｉｃ ｂａｓｉｆｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｅ ｏｆ ｒｉｃｅ ｓｔａｒｃｈ ｉｎ ｆｏｏｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｎｚｙｍａｔｉｃ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｒｉｃｅ ｓｔａｒｃｈ ０部分。大米淀粉具有低过敏性，无色无味，颗粒细 黑龙江省五常市种植水稻至今已有１７５年历史， 小，易消化等许多区别或者优于其他淀粉的独特之 五常大米素有“贡米”之称。五常市拥有丰富的无 处ｌ１１。 “稻花香２号”是正宗的五常香米，米味香 污染、富含矿物质的水资源，为种植“绿色水稻” 浓，口感软硬适中，是目前五常大米中的精品Ｉ １。目 引言 的成分，其开发利用也是稻米产后精深加工的重要 提供了先决条件。境内的黑土腐殖质含量高，富含 多种微量元素，又给水稻生产提供了“温床”。充沛 的日照，天然河水灌溉，加上种植的成熟期长，优 质晚熟品种的水稻，使五常大米与众不同。五常大 米受产区独特的地理、气候等因素影响，干物质积 累多，直链淀粉含量适中，支链淀粉含量较高。由 前，五常大米还没有进行深精加工，主要以商品大 米为主，故附加值不高，使得稻农的收入增长缓慢。 本研究通过制备高纯度稻花香大米淀粉，研究大米 的品质特性和加工特性，为五常大米的大米深加工， 提高五常大米的附加值，提供科学依据。 １材料与方法 于水稻成熟期产区昼夜温差大，大米中可速溶的双 链糖积累较多，对人体健康非常有宜。五常大米已 １．１试验材料与设备 经获得“中国地理标志保护产品”“农产品地理标 黑龙江五常稻花大米香２号，市售；碱性蛋白酶， 志证明商标”和“中国名牌产品”３项桂冠。五常大 北京奥博星生物技术有限责任公司提供；ｐＨｓ一一－２５型 米原产地品牌产品专用标志作为国家监控的法定产 酸度计、电子天平，上海精密科学仪器有限公司提供； 品标志，其本身受法律保护。淀粉是大米中最主要 ＬＤ４＿ Ａ型离心机，上海手术器械厂产品；水浴振荡 收稿日期：２０１１－０７—２６ 作者简介：张守文（１９５６一），男，黑龙江人，教授，博士后导师，研究方向：食晶科学与工程。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｓｈｏｕｗｅｎ１９５６＠１６３．ｃｏｎ。 ２０１１年第１１期 张守文，等：酶法提取五常原产地稻花香大米淀粉研究 ・６７・ 器、恒温干燥器，上海跃进医疗器械厂产品。 １．２常规成分分析 ０６ ｇ（３ ｍｇ／ｇ底物），在 淀粉的测定：ＧＢ／Ｔ ５５１４—２００８，ＧＢ／Ｔ ５００９．７— １００ ｍＬ水，碱性蛋白酶０．２００８； ｐＨ值ｌ０．５，５０℃下纯化。结果发现，时间从１ ｈ增 蛋白质的测定：采用凯氏定氮法，ＧＢ／Ｔ ５００９．５— 加到３ ｈ，蛋白溶出有增加，之后变化不大。２０１０； ２．１．３酶解温度对蛋白质残留率的影响 酶解温度对蛋白质残留率的影响见图３。 水分的测定：采用直接干燥法，ＧＢｆｒ ５００９．３— ２０１０； 在考虑时间因素时分别设置了１，２，３，４，５， ６ ｈ，其余条件设为：２０ ｇ物料以１：５的料水比加 灰分的测定：采用灰化法，ＧＢ／Ｔ ５００９．４—２００３； 脂肪的测定：采用索氏抽提法，ＧＢ／Ｔ ５００９．６— ２００３。 １－３酶法提取大米淀粉工艺流程 稻花香２号一浸泡（３０ ｍｉｎ）一胶体磨湿磨一浸泡一（乙 醇）脱脂一水洗一干燥一粉碎一粗大米淀粉一加水溶解一在 一定条件下加入碱性蛋白酶反应一离心一水洗（重复以上步 骤３次）一干燥（４０ ，１０ ｈ）一粉碎一高纯度大米淀粉。 １．４大米蛋白残留率的计算 残留蛋白含量／％＝制品中蛋白质量／制品质量 （干基）×１００％． ２结果与分析 ２．１单因素试验 ２．１．１酶添加量对蛋白质残留率的影响 酶添加量对蛋白质残留率的影响见图１。 图１酶添加量对蛋白质残留率的影响 分别设置了占底物０．５，１，２，３，４，５ ｍｇ／ｇ底 物的加酶量，其他条件都一样，２０ ｇ底物ｌ：５的料 水比，在ｐＨ值１Ｏ．５，５０ ｏ【＝下纯化４ ｈ。结果发现， 加酶量从０．５～３ ｍｇ／ｇ底物蛋白质含量变化较快，以 后变化不大，３ ｍｇ／ｇ及４ ｍｇ／ｇ底物时反应趋于平稳， 所以加酶量大概在３—５ ｍｇ／ｇ底物之间。 ２．１．２酶解时间对蛋白质残留率的影响 酶解时间对蛋白质残留率的影响见图２。 酶解时间 图２酶解时间对蛋白质残留率的影响 图３酶解温度对蛋白质残留率的影响 考虑温度因素时分别设置了３０，４Ｏ，４５，５０， ５５，６Ｏ，６５℃，其他条件都一样，２０ ｇ样品在 ｐＨ值１０．５，料水比１：５，加酶量为３ ｍｇ／ｇ底物下 反应４ ｈ。试验结果发现，反应温度从３０℃到４５℃ 蛋白质含量变化较快，而４５℃之后变化较慢，且趋 于平稳，可见反应温度应在４５～５５℃。 ２．１．４料水比对蛋白质残留率的影响 料水比对蛋白质残留率的的影响见图４。 图４料水比对蛋白质残留率的的影响 考虑料水比因素时设置了４：１１，５：１１，６：１１， ７：１１，８：１１，其他条件都一样，在ｐＨ值１０．５， ５Ｏ℃，加酶量为３ ｍｇ／ｇ底物下反应４ ｈ。试验结果 发现，水料比在６：１１时，蛋白质含量最高，即反 应最充分。考虑到实际工业中的应用所以理想的水 料比在６：１１Ｎ７：１１。 ２．２响应面分析 根据Ｂｏｘ—Ｂｅｎｈｎｋｅｎ的中心组合试验设计原理 ， 综合单因素试验影响结果，选择酶添加量 ）、酶 解时间（日）和酶解温度（ｃ）３个因素作为试验因 素，以淀粉中蛋白质残留量作为响应值，进行３因 素３水平的响应面优化分析试验。 稻花香２号大米淀粉提取条件响应试验因素与 水平设计见表１，响应面分析方案及结果见表２，回 归分析结果见表３。 农产品加工・学刊 ２０１１年第１１期 表１ 稻花香２号大米淀粉提取条件响应试验因素与水平设计 Ｐ＜０．０００ １，表明二次多元回归模型回归效果极显 著，不同处理间的差异极显著，Ｆ值失拟８．４＜ ∞（３，２）－－１９．２，失拟项ｐ＝０．１０８ ２＞０．０５，差异不显 著；Ａ，Ｂ，Ｃ，Ａ ，８ ，Ｃ ，ＡＣ均对蛋白残留率的 影响显著。该回归模型的相关系数为Ｒ２＝０．９９０ ０， ．表２响应面试验分析方案与结果 表明９９％的试验数据的可变性可用于此模型解释， 回归模型的拟合度良好，预测值与实验值高度相关。 由表３回归分析可知，本试验所建立的提取数 据模型中两因素交互作用仅 ，ｃ的交互作用达到显 著水平，即酶添加量和酶解温度之间的交互作用对 蛋白的残留率有显著影响。 酶添加量与酶解温度对蛋白质残留量影响的响 Ａ ８．０６４Ｅ一００３ １ ８．０６４Ｅ一００３ ２１ １．６７ ＜Ｏ．０ｏＯ １ 曰 ７．２２０Ｅ一００４ １ ７．２２０Ｅ一００４ １ ８．９５ ０．００７ ３ Ｃ ８．４０５Ｅ一００４ １ ８．４０５Ｅ一００４ ２２．０６ ０．００５ ４ 口 １．５６３Ｅ一（ ４ １ １．５６３Ｅ一０（）４ ４．１０ ０．０９８ ７ Ａ Ｃ ３．８０３Ｅ－００４ ｌ ３．８０３Ｅ—ＣＨ０４ ９．９８ ０．０２５ １ ＢＣ １３２３Ｅ一００４ ｌ １．３２３Ｅ—ｏ０４ ３．４７ ０．１２１ ５ Ａ ５．３６７Ｅ一００３ １ ５．３６７Ｅ一００３ １４０．８６ ＜Ｏ．０００ １ 曰 ３．０２５Ｅ—ｏ０３ ｌ ３．０２５Ｅ一００３ ７９．４１ Ｏ．０ｏｏ ３ １．３５ｌｉＥ一００３ １ １．３５１Ｅ一００３ ３５．４５ ０．００１ ９ 采用Ｅｘｐｅｒｔ—Ｄｅｓｉｇｎ程序对响应值与各因素回归 拟合，得到回归方程为： Ｙ＝０．４３—０．０３２Ａ一９．５００Ｅ一０．０３Ｂ一０．０１０Ｃ＋６．２５０Ｅ一 ０．０３Ａ Ｂ＋９．７５０Ｅ一０．０３Ａ Ｃ一５．７５０Ｅ一０．０３ＢＣ＋ ０．０３８Ａ ２＋０．０２９Ｂ ＋Ｏ．０１９ｃ２。 由表３可以看出： 模型５５．０７＞Ｆｏｏ１（９，５）＝４．７７， 应面见图５。 图５酶添加量与酶解温度对蛋白质残留量影响的响应面图 蛋白质残留率随酶添加量与酶解温度的变化产 生较大变化。其他因素固定在零水平的条件下，当 酶添加量处于较高和较低水平时，蛋白残留率随酶 添加量先减小后增加，而且酶添加量处于较低水平 时，蛋白的残留率随酶添加量变化的速率明显大于 酶添加量处于较高的水平；同样，酶解温度处于较 高和较低水平时，蛋白残留率随酶解温度先减小后 增加，但酶解温度在较高水平与较低水平时变化的 速率基本相同。 利用Ｄｅｓｉｎｇ—Ｅｘｐｅｒｔ７．０软件优化出挤压膨化最佳 工艺参数为：酶添加量４．３８ ｍｇ／ｇ，酶解时间４．１４ ｈ， 酶解温度５０．９６℃，在此条件下制备的大米淀粉中蛋 白的残留率为０．４１８％。 ２．３优化条件的验证 验证蛋白残留率为０．４２３％，与理论值（０．４１８％） 的相对误差为１．１８％，表明采用响应曲面法优化得到的 工艺参数是可靠的。 ３结论 采用响应面分析方法，研究了酶添加量、酶解温 （下转第７０页） 农产品加工・学刊 ２０１１年第１１期 表１ 物理化学方法保存结果对照 表３真空浓缩保鲜结果对照 气对杨梅果汁中花青素的氧化作用，有利于对果汁 颜色的保护。 ｌ ＭＰａ。 ２．２低温冷藏保鲜 低温冷藏保鲜结果对照见表２。 表２低温冷藏保鲜结果对照 从表３的试验结果来看，在常温下，真空浓缩 后的果汁可长时问保存，但其颜色破坏严重，风味、 复原性较差。而真空薄膜浓缩的果汁，由于接触高 温时间短，其风味和颜色变化不大，理化成分随浓 度的增加而成倍地增长，有效成分破坏较少，在常 温下可长期保存，且复水后稍加调整，可基本还原 为原果汁。也可以添加适量的填充剂、香料、赋形 剂等制成杨梅风味浓郁的固体饮料。 ３结论 （１）低温冷藏保鲜效果最为理想，前期处理工 作量小；但占面积大，保鲜过程费用高，在生产中 不易被推广。 （２）物理化学方法保鲜能达到一定的保存期， 但杨梅果汁颜色及风味差，复水性差。 （３）真空薄膜浓缩处理方法最好，其成本大大 从表２可知，杨梅果汁除了颜色稍褪外，其原 低于低温冷藏保鲜，而且杨梅浓缩汁可在常温下保 果汁的风味保存完好，可溶性固形物、糖度略有降 存，保存期长，贮运方便，复水性好。浓缩汁复水 低，而酸度则略有升高，保鲜状况良好。 后，其风味、颜色及理化指标与原汁非常接近，有 利于杨梅系列产品的工业化生产。 ２－３真空浓缩保鲜 ２．３．１真空浓缩保鲜 浓缩 参考文献： 浓缩３～４倍，真空度５．３９４～６．３７４ ｋＰａ， 温度５５～６５‘℃，蒸气压力１．５～２．５ ＭＰａ。 【１】 黄梅丽．食品色香味化学【Ｍ】．北京：轻工业出版社， １９８４． 真空浓缩保鲜结果对照见表３。 ２．３．２真空薄膜浓缩 【２】 无锡轻工业学院．食品生物化学［ＭＩ．北京：轻工业出 版社，１９８３． 浓缩３～４倍，升膜式浓缩，真空度５．３９４～ ６．３７４ ｋＰａ，浓缩温度５５～６５℃，蒸气压力０．５～ ・—＋一”——卜”—．＋一“—＋一一——卜”—＋一”＋”＋”—＋＿一“＋”＋・・—＋一“＋”＋・・＋“＋・・＋・・＋“＋”＋・・＋・・＋”＋・・＋・・＋”＋”＋・・—＋一”＋一＋”＋・ （上接第６８页） 度和酶解时间３个因素对蛋白残留率的影响，获得稻 ３３１ 花香２号大米淀粉提取的最优工艺参数为：酶添加量 ［４．３８ ｍｇ／ｇ，酶解时间４．１４ ｈ，酶解温度５０．９６℃，在 【４］ 此优化条件下进行验证试验，得到产品的蛋白残留 率为０．４２３％。 参考文献： 【１】 倪凌燕，王立，易翠平，等．高纯度大米淀粉的提取分 离纯化ｌＪ１．粮油加工，２００６（９）：７２． 【２］ 郭也．创新标准让五常大米牌子更亮ｆＪ１．中国糖酒周 刊，２００８（４）：１． 易翠平，倪凌燕，姚惠源．大米淀粉的纯化及性质研 究［Ｊ］．中国粮油学报，２００５，２０（３）：５－８． 芦鑫，张晖，姚惠源．采用表面活性剂结合超声波法分 离淀粉［Ｊ】．食品工业科技，２００７（４）：７３—７６． ［５】黄光文，沈玉平，李常健甘薯淀粉含量测定的新方法ＩＪ１． 湖南农业科学，２０１０（９）：１０９—１１１． ［６］ Ｂｏｘ Ｇ Ｅ Ｐ，Ｈｕｎｔｅｒ Ｗ Ｇ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｆｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ：ａｎ ｉｎ－ ｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ，ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ【Ｍ］． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ，１９９０．
