茶多糖對小麥淀粉回生動力學(xué)影響的研究

張春媛，朱躍進(jìn)，張海華，張士康，龐林江，馮博文

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 311300；2.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；3.浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實驗室，浙江杭州 310016）

茶多糖對小麥淀粉回生動力學(xué)影響的研究

張春媛1,2，朱躍進(jìn)2,3*，張海華2,3，張士康2,3，龐林江1，馮博文1,2

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 311300；2.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；3.浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實驗室，浙江杭州 310016）

添加0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、8%、10%茶多糖的小麥淀粉經(jīng)糊化后4℃條件下貯存0.5d、1d、3d、5d、7d、14d、21d、28d、42d、60d，采用酶法測定小麥淀粉老化度，并使用Avrami方程研究小麥淀粉的回生動力學(xué)。結(jié)果表明：添加不同茶多糖濃度的小麥淀粉Avrami參數(shù)n值均小于1，表明小麥淀粉重結(jié)晶是一次成核的成核方式，即晶核主要在小麥淀粉回生早期形成；從結(jié)晶速率常數(shù)K來看，小麥淀粉回生速率隨著茶多糖濃度的增加而降低。以上結(jié)果表明茶多糖具有抑制小麥淀粉回生的能力。

茶多糖，小麥淀粉，老化，動力學(xué)，Avrami方程

小麥淀粉是主要的淀粉類食品原料之一，可以用來制作各種各樣、風(fēng)味各異的食品[1]。而這些淀粉類食品在運(yùn)輸和貯存過程中，會隨著時間的推移發(fā)生一系列內(nèi)在品質(zhì)的變化，比如面條變硬、饅頭干縮、蛋糕陳化失去新鮮感及面包由松軟變脆硬，這些變化主要是由于淀粉老化引起的[2-4]，淀粉的老化會嚴(yán)重影響食品的品質(zhì)。本文主要通過Avrami方程研究添加0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、8%、10%茶多糖的小麥淀粉的回生動力學(xué)，了解茶多糖對淀粉抗老化的作用，為我國淀粉質(zhì)食品品質(zhì)改良提供依據(jù)[5]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶多糖（純度82%），實驗室自制；小麥淀粉（直鏈淀粉含量22.7%），浙江永盛淀粉有限公司；高溫淀粉酶（酶活120KUN/g），諾維信酶制劑有限公司；無水乙醇、正丁醇、異丙醇、氫氧化鈉、濃鹽酸、碘、碘化鉀等為分析純，華東醫(yī)藥有限公司。

BS110S型電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；GZX-9246鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊事業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；LSY電熱恒溫水浴鍋，北京醫(yī)療設(shè)備廠；UV-1100紫外可見分光光度計，上海美譜達(dá)儀器有限公司；RJ-TDL-40C低速臺式離心機(jī)，無錫市瑞江分析儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1小麥淀粉回生樣品制備

精確稱取5.0g小麥淀粉，分別添加0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、8%、10%（基于淀粉干重）的茶多糖，加入10mL蒸餾水進(jìn)行糊化。糊化的淀粉樣品于 4℃條件下儲存 0.5d、1d、3d、5d、7d、14d、21d、28d、42d、60d進(jìn)行淀粉短期回生階段和長期回生階段試驗。

1.2.2酶法測定小麥淀粉回生度

稱取25mg樣品，加入去離子水，振蕩混勻。加入配好的高溫淀粉酶液。在37℃下水解10min，定容至100mL。取水解液，加I2和KI的混合溶液，靜置20min，用紫外分光光度儀在625nm處測定吸收率[6-7]。老化度DR按下式計算：

a為總淀粉吸收率；b為實驗用淀粉吸收率；c為空白實驗吸收率。

1.2.3茶多糖對小麥淀粉回生動力學(xué)影響的研究

為了進(jìn)一步揭示淀粉老化機(jī)理，許多學(xué)者[8-9]采用聚合物結(jié)晶特性Avrami方程來描述淀粉的老化動力學(xué)特性。淀粉的老化是一個重結(jié)晶的過程，在淀粉的回生過程中，淀粉晶核形成的方式、晶核的成長速度以及晶核的幾何形狀都可以通過Avrami模型來解釋。本實驗使用Avrami方程開展茶多糖對小麥淀粉的回生動力學(xué)影響的研究。

1.2.4茶多糖對小麥淀粉回生的顆粒掃描電鏡觀察

添加不同濃度茶多糖的糊化小麥淀粉樣品于4℃條件下貯存后進(jìn)行真空干燥，研磨過100目篩，干燥的淀粉顆粒樣品在1000放大倍數(shù)下觀察淀粉顆粒形態(tài)[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶法測定小麥淀粉老化度

圖1 茶多糖對小麥淀粉回生影響Fig.1 Effects of different contents of tea polysaccharides on wheat starch retrogradation

由圖1可知，相同老化時間內(nèi)，小麥淀粉的老化程度會隨著茶多糖的添加量增大而降低，表明茶多糖在一定程度上可以延緩小麥淀粉的老化。當(dāng)不添加茶多糖時，糊化后的小麥淀粉樣品在貯存1d后老化度為12%，在貯存14d后老化度高達(dá)59.8%，貯存60d后老化度為96.4%；然而當(dāng)添加一定濃度茶多糖后，小麥淀粉的回生程度明顯降低，當(dāng)茶多糖添加量為4%，貯存1d后，其老化度為4.4%，僅為原樣品的33.3%，貯存60d后，添加10%茶多糖的小麥淀粉老化度僅是34.8%。這主要與茶多糖的多羥基結(jié)構(gòu)有關(guān)。羥基具有吸水性，可與水分子通過氫鍵進(jìn)行結(jié)合，使淀粉分子保持一定量的水分[11]，茶多糖網(wǎng)絡(luò)支架的特性能夠擴(kuò)展增加淀粉分子的空間障礙，降低淀粉分子的結(jié)晶有序性[12-13]，加之茶多糖的羥基與淀粉分子羥基結(jié)合成氫鍵的能力比淀粉分子羥基間結(jié)合成氫鍵的能力更強(qiáng)，一定程度阻礙了淀粉分子微晶束氫鍵的形成[14]，進(jìn)一步延緩淀粉的老化。

2.2 茶多糖對小麥淀粉回生動力學(xué)影響的研究

Avrami方程描述了淀粉在回生過程中晶體隨時間的成長規(guī)律，表明淀粉的老化度隨著時間的延長呈指數(shù)形式的增長[15]。Avrami方程的基本形式為：

方程兩邊同時取對數(shù)，可以變?yōu)椋?/p>

θ為在t時刻的結(jié)晶率；K為結(jié)晶速率常數(shù)，與晶核密度和晶體生長速率有關(guān)；n為Avrami指數(shù)，其取值與成核方式有關(guān)。

由Ln[-Ln(1-θ)]對時間Lnt作圖，得到小麥淀粉的回生速率曲線：

圖2 Ln[-Ln(1-θ)]與時間Lnt的對應(yīng)關(guān)系曲線Fig.2 Corresponding relationship curve between Ln[-Ln (1-θ)]and Lnt

本文通過Avrami方程分析小麥淀粉的回生動力學(xué)。先通過酶法測定不同條件下小麥淀粉的老化度，再通過回歸分析，計算出Avrami指數(shù)n和結(jié)晶速率常數(shù)K，通過n和K的變化來分析茶多糖對小麥淀粉回生的影響。

Avrami參數(shù)n值小于1，表明重結(jié)晶主要在老化早期形成，其成核方式為一次成核；n值大于1，表明重結(jié)晶是源源不斷的成核，即晶核在短期回生和長期回生過程中不斷形成[14]。

結(jié)晶速率常數(shù)K反映晶體的成核與成長速度，提供結(jié)晶過程中的信息；不同的淀粉具有不同的結(jié)晶速率常數(shù)，K值越大，表明結(jié)晶成長速度越快；K值越小，表明結(jié)晶速度越慢[16]。

表1 小麥淀粉Avrami回生動力學(xué)模型（4℃）Table 1 Avrami retrogradation kinetic models of wheat starch(4℃)

表1為濃度0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、8%、10%茶多糖的小麥淀粉Avrami方程擬合數(shù)據(jù)表，從表1可以看出，Avrami參數(shù)n值均小于1，表明小麥淀粉重結(jié)晶是一次成核的成核方式，即晶核主要在小麥淀粉回生早期形成；在晶體生長階段，從結(jié)晶速率常數(shù)K來看，不添加茶多糖的回生速率最高，添加10%茶多糖的回生速率最低，表明不添加茶多糖的小麥淀粉結(jié)晶成長速度最快，茶多糖濃度越大小麥淀粉結(jié)晶成長速度越慢，因此，茶多糖具有延緩小麥淀粉回生的能力。

2.3 茶多糖對小麥淀粉回生的顆粒掃描電鏡觀察結(jié)果

根據(jù)酶法測定茶多糖對小麥淀粉老化影響，發(fā)現(xiàn)添加2%、4%、8%、10%茶多糖的小麥淀粉老化度下降趨勢比較平緩，考慮到實際應(yīng)用中成本問題，因此選取添加2%茶多糖與添加0%茶多糖的小麥淀粉進(jìn)行掃描電鏡研究。

從圖3可以看到添加2%茶多糖的小麥淀粉顆粒的三維立體結(jié)構(gòu)，不添加茶多糖 （圖3a、圖3c）的小麥淀粉在4℃下貯存3d、7d后，變成了聚集的“石頭狀”硬塊，而添加2%茶多糖（圖3b、圖3d）的小麥淀粉“石頭狀”硬塊程度大大降低，而且添加2%茶多糖在貯存3d時（圖3b），可以看到樣品出現(xiàn)了一些網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)是添加茶多糖的小麥淀粉干燥時形成的，說明樣品貯存3d時仍然保持了一定的水分，表明茶多糖能夠提高淀粉的保水性，防止淀粉失水老化并延緩小麥淀粉“石頭狀”硬塊的形成即小麥淀粉結(jié)晶的形成。

3 結(jié)論

通過酶法測定茶多糖對小麥淀粉的抑制作用，發(fā)現(xiàn)糊化小麥淀粉貯存1d后，不添加茶多糖的小麥淀粉老化度是其添加2%、4%茶多糖的小麥淀粉的1.38、2.73倍，貯存60d后，不添加茶多糖的小麥淀粉老化度是其添加2%、4%茶多糖的小麥淀粉的1.73、2.21倍，因此小麥淀粉的老化程度會隨著茶多糖添加量增大而降低。

回生動力學(xué)分析顯示Avrami參數(shù)n值均小于1，表明小麥淀粉重結(jié)晶是一次成核的成核方式，即晶核主要在小麥淀粉回生早期形成；從結(jié)晶速率常數(shù)K來看，不添加茶多糖的小麥淀粉回生速率最高，添加10%茶多糖的小麥淀粉回生速率最低；表明不添加茶多糖的小麥淀粉結(jié)晶成長速度最快，茶多糖添加量越大，小麥淀粉結(jié)晶成長速度越慢。研究茶多糖的添加量進(jìn)一步增大時，茶多糖對小麥淀粉的回生速率影響情況，但考慮到實際應(yīng)用中成本過高，因此本試驗茶多糖添加量設(shè)計上限為10%。

隨著小麥淀粉貯存期的延長，不添加茶多糖的小麥淀粉呈石頭狀硬塊，而添加2%茶多糖的小麥淀粉硬度程度明顯降低，且樣品呈網(wǎng)孔狀，說明茶多糖能夠抑制小麥淀粉的重結(jié)晶，延緩小麥淀粉的老化。

圖3 添加茶多糖的小麥淀粉樣品糊化后在4℃下貯存后的SEM圖Fig.3 Scanning electron micrographs of gelatinized wheat starch samples containing tea polysaccharides after storage at 4℃

4 展望

小麥作為我國和世界的主要糧食作物之一，已成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹魇澈褪称饭I(yè)的主要原料。而淀粉約占小麥粉成分總量的65%~80%，小麥制成品貯藏過程中的易陳化現(xiàn)象涉及多種原因，但小麥淀粉的老化被認(rèn)為是最重要的因素，因此小麥粉中淀粉的老化特性，與小麥粉的制成品品質(zhì)和貯藏品質(zhì)有著緊密的聯(lián)系。本研究證明茶多糖可以延緩小麥淀粉的老化度，在一定范圍內(nèi)小麥淀粉老化度隨著茶多糖添加量的增大而減小，但綜合考慮茶多糖的生產(chǎn)成本、實際應(yīng)用中的總成本問題，茶多糖添加量為2%時最適宜。

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Retrogradation Kinetics Research of Tea Polysaccharides on Wheat Starch

ZHANG Chun-yuan1,2,ZHU Yue-jin2,3*,ZHANG Hai-hua2,3,ZHANG Shi-kang2,3, PANG Lin-jiang1,FENG Bo-wen1,2
(1.Zhejiang A&F University,Hangzhou 311300,China 2.Hangzhou Tea Research Institute,CHINA COOP,Hangzhou 310016,China 3.Zhejiang Key Laboratory of Transboundary Applied Technology for Tea Resources,Hangzhou 310016,China)

The gelatinized wheat starch containing 0%,0.5%,1%,1.5%,2%,4%,8%,and 10%tea polysaccharides is stored at 4℃for 0.5,1,3,5,7,14,21,28,42,and 60 days.The retrogradation of wheat starch is investigated by amylase method,then the retrogradation kinetics of wheat starch is researched with Avrami equation. The results indicates that:Avrami parameters n values remain less than 1 with different tea polysaccharide concentrations in wheat starch,which means that wheat starch recrystallization is a primary nucleation,i.e.the crystal nucleus are mainly formed on the early retrogradation stage.According to the crystalline rate constant K,the wheat starch retrogradation rate decreases with the rise of tea polysaccharides concentration.The overall results show that tea polysaccharide has the ability to inhibit wheat starch retrogradation.

Tea polysaccharide,Wheat starch,Retrogradation,Kinetics,Avrami equation

TS211.4+3

A

2095-0306（2014）02-0016-05

中國茶葉加工 2014，（2）:16~19，27

2014-01-27，修改日期：2014-05-09

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD36B06）

張春媛（1991-），女，山西太原人，碩士研究生，主要從事食品加工與安全方面的研究。

*通訊作者：zhuyuejin57@126.com