绿色辅助提取巴巴苏（*Attalea speciosa*）中果皮淀粉：多酶与物理策略对多尺度结构及技术功能特性的影响

《Journal of Food Measurement and Characterization》：Green-assisted extraction of babassu (Attalea speciosa) mesocarp starch: impact of multi-enzymatic and physical strategies on multi-scale structure and techno-functional properties

　　

摘要

巴巴苏椰子主要分布于巴西，其开发重点在于高价值的仁油。该产业产生了大量的巴巴苏中果皮（占果实的23%），这是一种未被充分利用的非传统淀粉来源。然而，中果皮复杂的多糖基质对高效淀粉回收构成了挑战。迄今为止，尚无研究探索针对该生物质的绿色辅助淀粉分离方法。因此，本研究评估了不同的绿色湿法研磨策略如何调节所分离巴巴苏中果皮淀粉（BMS）的产率、纯度、多尺度结构及技术功能特性。所研究的方法包括冷水湿磨（CW）、温水湿磨（WW）、使用多酶复合物（Viscozyme? L）的酶法（EZ）、超声辅助法（US）以及顺序组合法（EZ/US和US/EZ）。与非传统技术的预期相反，酶复合物及组合方法并未提高淀粉产率或纯度。此外，超声辅助提取显著降低了淀粉产率，并对释放的颗粒造成结构损伤，这反映在糊化焓的降低上（12.55 J/g）。尽管所有策略均保留了淡黄颜色、双峰粒径分布、较高的表观直链淀粉含量（31.70-40.21%）及C型结晶模式，但分离方法是决定淀粉纯度的关键因素，也是调控技术功能特性和糊化行为的工具，其中EZ和US处理表现出较低的回生趋势。因此，在所研究的方法中，冷水研磨是工业规模生产高纯度（≥95%）天然淀粉最具成本效益和可持续性的途径。从技术经济角度来看，这些发现表明，BMS的分离无需承担酶投入或高能耗物理处理相关的成本。

论文解读：绿色湿法研磨策略对巴巴苏中果皮淀粉多尺度结构及技术功能特性的调控

**研究背景与问题**

巴巴苏（*Attalea speciosa*）是巴西热带地区广泛分布的棕榈科植物，其果实的经济价值主要集中在高价值的仁油上，相关产业在巴西社会经济中占据重要地位。然而，该产业在获取仁油的同时产生了大量副产物——巴巴苏中果皮，约占果实总质量的23%。该中果皮富含淀粉（含量可达85%），是一种极具潜力的非传统淀粉来源，但目前大部分仍被废弃或未充分利用。非传统来源淀粉因其独特的形态、分子结构和功能特性而日益受到关注，这些内在特征决定了其理化行为和应用性能。淀粉的提取策略和加工条件深刻影响着其最终特性。传统的湿法研磨通常采用中性、酸性或碱性介质，但存在化学废液排放、淀粉降解及残留污染物等问题。为克服这些局限，酶复合物和超声波等绿色辅助技术正逐渐兴起，有望提升提取效率并保留或改善淀粉功能。然而，针对巴巴苏中果皮淀粉（BMS）的研究此前主要集中于常规湿磨方法，绿色辅助技术从未被系统性探索。该研究正是在此背景下，系统评估了不同绿色湿磨策略对BMS产率、纯度及多尺度结构和功能特性的影响，旨在筛选最适合生产具有潜在应用价值BMS的提取途径。

**研究内容与结论**

研究人员从巴西朗多尼亚州阿里克梅斯市农村地区采集巴巴苏椰子，经人工分离、日晒干燥并粉碎获得中果皮面粉（BMF），随后采用六种绿色湿磨策略进行淀粉分离：冷水浸泡（CW）、温水浸泡（WW）、Viscozyme? L多酶复合物浸泡（EZ）、超声辅助浸泡（US）以及酶解与超声的顺序组合（EZ/US和US/EZ），并对所得淀粉样品的化学组成、色泽、颗粒形态、结晶与分子结构、热特性、糊化行为及技术功能特性进行了系统表征。研究发现，除US处理显著降低淀粉产率外，其余各处理的产率无显著差异；所有绿色策略均能获得纯度较高的淀粉，其中冷水研磨产率最高且纯度最优。该方法保持了淀粉的C型结晶模式、双峰粒径分布及较高表观直链淀粉含量等固有特征，具有工艺简便、成本低廉的明显优势，是工业规模生产高纯度天然淀粉的最优选择。该研究表明BMS具备成为食品与非食品领域多功能淀粉来源的潜力。

**主要技术方法**

该研究使用了若干关键技术手段。在淀粉分离环节，采用冷水（CW，5℃/18h）、温水（WW，45℃/8h）、Viscozyme? L多酶复合物（EZ，pH 4.5，45℃/8h）、超声波（US，450W/25kHz，3min，68%振幅）以及酶-超声顺序组合（EZ/US和US/EZ）六种不同的浸泡策略。在表征环节，使用X射线衍射（XRD）分析结晶类型和相对结晶度；使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）评估短程分子有序度（R_1047/1022）；使用差示扫描量热法（DSC）测定糊化温度和焓变；使用快速黏度分析仪（RVA）测定糊化特性；结合扫描电子显微镜（SEM）、偏光显微镜及激光粒度仪分析颗粒形态与粒径分布。

**结果与讨论**

**产率与化学组成**：与预期相反，强化处理并未提高产率。超声处理产率最低（67.8%±1.1%），归因于缺乏充分浸泡导致基质软化不足；冷水研磨产率最高（72.5%±1.5%），表明长时间的低温浸泡有利于淀粉从纤维基质中释放。酶及组合处理虽提高了淀粉纯度，但未转化为更高的回收率，体现出纯度与产率之间的权衡。表观直链淀粉含量在31.70%-40.21%之间，其中超声处理含量最低，可能源于空化作用导致直链淀粉溶出。

**色泽**：所有BMS样品均呈现浅黄色调（L*>70），与商业玉米淀粉相比存在明显色差。该色泽源于中果皮中残留的酚类化合物，但色差处于多数食品应用可接受范围。

**形态结构**：BMS颗粒呈不规则卵形，常以单体或团聚体形式存在。冷水研磨所得淀粉残留细胞壁碎片最少，超声处理残留最多。所有样品均显示马尔他十字，证实未发生糊化。粒径分布均呈双峰模式，第一峰（约2μm）对应损伤颗粒，第二峰（约17μm）对应团聚体。

**XRD**：BMS呈现C型结晶模式，兼具A型（15°、23° 2θ）与B型（5° 2θ）特征峰。相对结晶度为28.73%-31.91%，与文直链淀粉含量无关，而是受淀粉纯度主导——纯度较高的EZ/US和US/EZ样品结晶度更高。

**FTIR**：所有样品红外谱图轮廓相似。短程有序度参数R_1047/1022存在显著差异，EZ处理最高，US/EZ处理最低，表明酶处理可增强颗粒表面结晶有序性。

**热特性**：超声处理显著降低糊化焓（12.55 J/g），表明其破坏了颗粒结晶结构。起始糊化温度（T_o）为63.38-65.00℃，结束温度（T_c）为83.40-87.38℃，与结晶度及纯度变化规律一致。

**糊化特性**：冷水研磨所得淀粉峰值黏度最高（3819 cP），与其高纯度和完整颗粒结构有关。EZ和EZ/US处理的崩解值较低，糊稳定性较好。回生值与直链淀粉含量及蛋白/矿物质含量相关，EZ和US处理回生趋势较低，表明其抗回生能力较优。

**膨润力和溶解度**：膨润力和溶解度随温度升高而增大，在75℃附近差异最为显著。在95℃时，WW处理膨润力最高（17.35 g/g），US处理最低（12.92 g/g）。残留蛋白和脂质对颗粒溶胀具有抑制作用。溶解度在糊化温度范围内因直链淀粉溶出而出现处理间差异。

**总结**：讨论部分指出，提取策略通过影响淀粉的纯度、颗粒完整性和分子有序度，对其多尺度结构和功能特性产生显著调控作用。冷水研磨凭借其经济性和高纯度优势脱颖而出。

**研究结论**：本研究系统评估了绿色湿磨技术对BMS理化和功能特性的影响。提取方法显著影响淀粉的纯度、形态、分子有序性及应用功能。超声辅助和酶解方法（特别是EZ/US和US/EZ组合）增强了淀粉的纯化，但单独的超声处理降低了糊化焓并改变了短程有序度。BMS的糊化特性、膨润力和溶解度支持其作为天然增稠剂和胶凝剂的潜力，但其回生倾向可能限制其在冷藏或冷冻配方中的应用。冷水研磨技术被视为可持续、低成本的淀粉回收途径。这些发现拓展了对BMS这一传统副产物价值的认识，并证明合适的提取策略可使其成为食品和非食品应用领域中富有前景的多功能淀粉来源，为后续工艺参数优化提供了理论基础。