洋蔥皮乙醇提取物對玉米淀粉回生性質的影響

姜辰昊 高增明 王 偉 孫天穎 余世鋒 王存堂

(齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，齊齊哈爾 161006)

玉米淀粉是可利用的最廉價的淀粉，因其具有較好的流變和凝膠特性，通常在糊化后被用作增稠劑、黏合劑、穩(wěn)定劑等[1, 2]。然而糊化后的淀粉在降溫過程中易發(fā)生回生現象，導致淀粉類產品在存儲期間出現硬度增加、黏度降低、抗酸解、脫水等回生現象，促使其品質變劣、貨架期縮短[3]。因此在工業(yè)上，淀粉要經過各種物理或化學改性以防止回生。物理改性法主要包括濕熱處理、擠壓、微波和高靜水壓處理等方法，然而這些物理方法一般成本較高，不適宜大規(guī)模應用；化學修飾法主要包括對淀粉進行乙?；㈢牾；约傲姿峄确椒?，但是許多用于食品的化學修飾對人體健康不夠安全[4]。因此，研究大多采用抗淀粉回生的食品添加劑，如黃原膠、環(huán)糊精、海藻酸鈉，與淀粉溶液混合其親水性端插入直鏈淀粉分子形成螺旋配合體，影響淀粉分子重排微環(huán)境，從而延緩淀粉重結晶，達到抑制回生的目的[3-5]。在淀粉糊化的過程中，小分子糖能夠隨水滲透并進入淀粉內部，達到抑制淀粉回生的目的[6]。此外，將原花青素、茶多酚等多酚類物質添加到淀粉中，也可有效抑制回生作用，其原因可能是淀粉和酚類化合物的羥基形成氫鍵，從而干擾貯存過程中淀粉多聚物鏈自身的結合所致[7, 8]。

洋蔥中多酚類物質含量極為豐富，其成分主要是黃酮類、黃酮醇類和花色素類等[9]。洋蔥外皮中黃酮類物質含量遠遠高于內部鱗莖，并且洋蔥皮乙醇提取物可達10%[10, 11]。目前對洋蔥黃酮類物質的研究集中在抗氧化成分結構鑒定、抗氧化活性、抗菌活性評價以及抗慢性退行性疾病方面。已有研究表明含有多羥基結構的茶多酚、原花青素對玉米淀粉的回生過程有顯著的抑制效果，然而洋蔥皮中黃酮類物質作為洋蔥提取物中的主要生物活性成分，也是含有多羥基結構的黃酮類成分，其提取物對淀粉回生的影響研究鮮見報道。因此，本實驗研究EEOS對玉米淀粉回生的影響，采用差示掃描量熱儀、傅里葉紅外光譜儀、X-射線衍射和掃描電鏡探究EEOS與玉米淀粉的相互作用，并研究EEOS對淀粉體外消化性的影響，分析EEOS對玉米淀粉回生的作用機制。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫色洋蔥外皮：齊齊哈爾農貿市場；玉米淀粉：市售；α淀粉酶(20 000 U/mL)、糖化酶(100 000U/g)；無水醋酸鈉、冰醋酸、3，5二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、重苯酚、氫氧化鈉、亞硫酸鈉均為分析純。

2.5L freezePrysystem真空冷凍干燥機；STA449F3 同步熱分析儀；Specdrum-100紅外光譜儀；Ultima IV型 X射線衍射儀；S-3400掃描電子顯微鏡。

1.2 方法

1.2.1 洋蔥皮乙醇提取物(EEOS)的制備

稱取洋蔥皮300 g進行粉碎，加入600 mL，70%乙醇浸提2 h后，過濾取濾液。將濾渣再次進行上述提取過程，合并兩次濾液。將濾液在50 ℃真空旋轉蒸發(fā)，之后經冷凍干燥后的粉末即EEOS，將EEOS在-20 ℃冰箱中備用。

1.2.2 淀粉樣品的制備

取玉米淀粉 10 g，分別加 入 0%、2.5%、5%、10%的EEOS混合, 加水配制淀粉質量分數為50%樣品，在121 ℃下糊化20 min。將糊化后樣品放入4 ℃冰箱內分別貯存 0、5、10、15 d后，將樣品凍干后研磨，過120目篩后，備用。

1.2.3 回生玉米淀粉的熱力學性質測定

采用差式掃描量熱儀(DSC)對回生玉米淀粉的熱力學性質進行測定[12]。在使用DSC前，用標準銦進行校準。取2～3 mg樣品放在鋁制坩堝中，用微量進樣器加入4～6 μL的蒸餾水后壓樣并平衡24 h，以空坩堝做對照，升溫范圍為20～200 ℃，載氣為氮氣，從DSC熔融曲線中讀取起始溫度T0，峰值溫度Tp，及終止溫度Tc。通過Origin 8.5軟件進行積分計算各個樣品的糊化焓值。

1.2.4 回生玉米淀粉的紅外光譜測定[13]

采用傅里葉紅外光譜儀對回生15 d的玉米淀粉樣品進行測定。準確稱取1 mg 樣品與150 mg KBr 進行混合，充分研磨壓片制樣，進行紅外光譜掃描，測量范圍為400～4 000 cm-1，掃描次數為16次，分辨率4 cm-1。

1.2.5 回生玉米淀粉XRD射線衍射的測定[14]

采用全自動X射線衍射儀對回生15 d的玉米淀粉進行晶型進行掃描，采用銅靶測定，條件為：電壓40 kV，衍射角的旋轉范圍為5°～30°，掃描速度為2.0(°)/min，步長0.02°，結果用Origin 8.5進行積分計算相對結晶度。

1.2.6 回生玉米淀粉顆粒電鏡掃描

對回生15 d的玉米淀粉樣品進行電鏡掃描。掃描電壓 10.00 kV，電流 64.0 μA。將不同的樣品做好記錄，平穩(wěn)地固定于直徑1.0 cm的樣品臺上，噴金鍍膜，在掃描電子顯微鏡下，分別用800、10 000的放大倍數從不同角度進行觀察拍照[15]。

1.2.7 回生玉米淀粉體外消化能力測定[16]

混合酶液的配制：稱取糖化酶(100 000 U/g)2 g和α淀粉酶溶液(20 000 U/mL)5 mL同時溶于100 mL蒸餾水中離心取上清液即為混合酶液。

稱取淀粉樣品100 mg，加入pH5.2的醋酸緩沖溶液25 mL，37 ℃水浴5 min，加入5 mL預熱好的混合酶溶液，在540 nm下測20 min和120 min吸光度值，以葡萄糖為標準品，做標準曲線，方程式為y=1.613 4x-0.083 2，R2=0.999 1，根據葡萄糖標準曲線計算淀粉在20 min和120 min生成還原糖的含量[16]。

快消化淀粉(RDS)=[(G20-FG)/TS]×0.9×100%

慢消化淀粉(SDS)=[(G120-G20)/TS]×0.9×100%

抗性淀粉(RS)=[(TS-G120)/TS]×0.9×100%

式中：G20為酶水解20 min后產生的葡萄糖質量/mg；FG為酶水解處理前淀粉中游離葡萄糖質量/mg；G120為酶水解120 min后產生的葡萄糖質量/mg；TS為樣品中總淀粉含量。

1.2.8 數據統計

所得數據均為3次重復實驗的平均值，所有實驗結果均表示為平均值±標準偏差。采用SPSS11.0軟件對所有數據進行方差分析，并進行Duncan’s差異顯著性分析和相關性分析。P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 EEOS對玉米淀粉的熱力學性質的影響

淀粉的熔融焓值(ΔH)代表在與水共熱的條件下，解開淀粉分子中雙螺旋結構能量的大小，其本質是親水性的羥基基團與支鏈淀粉的側鏈相互作用，并在不同程度上結合到淀粉顆粒的無定形區(qū)域，從而改變結晶區(qū)和無定形基質之間的耦合力[16]。由表1可知，隨著回生時間的延長，ΔH逐漸增加；且EEOS的添加對玉米淀粉的ΔH的影響是顯著的，且隨著濃度的增加玉米淀粉的ΔH呈現先下降后上升的趨勢。添加EEOS的添加量為2.5%，在回生5 d后，玉米淀粉的ΔH比對照組降低了29.77%，抑制回生的效果最好。這可能是因為黃酮類物質的多-OH 結構有關，-OH 具有很強的親水性可以與淀粉的側鏈結合，不同程度鍵合到淀粉的無定形區(qū)域，致使淀粉糊化時ΔH降低。而添加 10% EEOS，玉米淀粉回生5 d后，其ΔH僅下降了15.26%，這可能是由于EEOS與玉米淀粉結合進一步增強，形成穩(wěn)定的聚集結構，導致回生過程淀粉結構轉變所需能量增多。此外還需指出的是，采用乙醇作為提取溶劑，其提取物中乙醇的殘留，也可作為羥基的供體，參與淀粉的回生抑制過程。在乙醇提取過程中的旋轉蒸發(fā)操作，導致提取物中的乙醇含量較低，其所含有的羥基對淀粉回生效果的抑制可能會很小，因此在研究中，盡量降低乙醇的殘留量，減少對實驗結果的影響。

表1 不同濃度的EEOS對回生玉米淀粉的熱力學性質的影響

注：結果表示為平均值±標準偏差(n=3), 同一列中字母不同表示差異顯著(P<0.05)，余同。

2.2 EEOS對玉米淀粉紅外光譜的影響

將糊化后的淀粉儲存在較低的溫度下，由于其處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，無序的支鏈淀粉鏈重新定向排列、內部水分逐漸喪失，從無序結構轉變?yōu)橛行蚪Y構，且分子間結構越有序，淀粉回生程度越大[17]。Goodfellow 等[18]通過對淀粉結構分析指出可以用紅外光譜 800～1 200 cm-1之間吸光度比值表征淀粉的短程有序性，其中1 022 cm-1處與淀粉無定形區(qū)域相關，而 1 047 cm-1與淀粉有序程度相關。Flores 等[19]用吸收峰1 047/1 022 處吸光度比值來確定結晶區(qū)域的有序性，因此1 047/1 022吸光度的比值可以代表淀粉回生程度的大小。EEOS對玉米淀粉回生性質影響的紅外光譜如圖1所示。

圖1 EEOS添加量對玉米淀粉紅外光譜的影響(回生15d)

從表2可知，在添加不同濃度EEOS時，回生15 d的玉米淀粉在1 047/1 022處表征的吸光度值均有所下降，表明EEOS可抑制玉米淀粉的回生。而添加2.5%的EEOS玉米淀粉1 047/1 022吸光度的比值與對照組相比，下降了約6.31%，說明添加2.5%的EEOS對玉米淀粉回生有較好的抑制效果。

表2 EEOS添加量對1 047/1 022比值的影響(回生15 d)

2.3 EEOS對玉米淀粉重結晶情況的影響

淀粉的回生過程是糊化的可逆過程，糊化后的淀粉分子在低溫下自動排列成序，相鄰分子間的氫鍵又逐步恢復形成致密、高度晶化的分子微束[7]。在回生過程中，隨著時間的延長，回生程度隨之增大，結晶度也隨之增加[17]。XRD 分析測定的是不同EEOS添加量時玉米淀粉樣品在回生后的最終重結晶情況(圖2)。而當淀粉回生后，16.9°處有很強的吸收峰，這是B-型結晶典型的特征[17]。當添加不同濃度的EEOS后，淀粉回生樣品在16.9°處的衍射強度均有所下降，說明EEOS的添加可有效抑制玉米淀粉的的回生。這可能是由于黃酮類物質含有大量的羥基，可以通過非共價相互作用與直鏈淀粉或者支鏈淀粉的部

圖2 EEOS添加量對回生玉米淀粉XRD射線 衍射圖的影響(回生15 d)

分分支之間發(fā)生相互作用，限制了淀粉分子之間的重結晶，從而抑制淀粉的回生過程[20]。

此外，根據表3中淀粉相對結晶度的結果可以看出，添加不同濃度的EEOS的淀粉相對結晶度均有所下降。添加2.5%的EEOS的淀粉相對結晶度比對照組下降了2.95%，但是添加量增大到5%和10%時，回生淀粉樣品的相對結晶度反而高于添加量為2.5%時的樣品，說明EEOS的添加量對淀粉回生的抑制作用并沒有濃度依賴關系，添加量為2.5%時可達到較好的抑制回生的效果。

表3 EEOS添加量對玉米淀粉相對結晶度的影響(回生15 d)

2.4 EEOS對回生玉米淀粉微觀結構的影響

通過電鏡掃描可以從微觀層面觀察EEOS對玉米淀粉顆粒表面結構所造成的影響，結果如圖3所示。在回生15d后，對照組的玉米淀粉表面是不規(guī)則的粗糙多孔結構。而加入2.5%的EEOS的淀粉表面結構平整，粗糙度降低。這可能是由于冷藏條件下的回生玉米淀粉，在冷凍干燥時水分升華，對照組的不規(guī)則多孔結構就是由于孔洞內水分損失造成的。而添加EEOS的淀粉分子的羥基與提取物中的含有大量羥基的黃酮類物質的羥基形成氫鍵，從而在冷凍升華干燥后仍然能夠保持較為光滑的表面形態(tài)[15]。

圖3 EEOS對回生玉米淀粉微觀結構的影響

2.5 EEOS對玉米淀粉體外消化的影響

根據在人體消化道內消化速率的差異，淀粉分為3類，快消化淀粉(RDS) 、慢消化淀粉(SDS) 和抗性淀粉(RS)?？煜矸壑傅氖?0 min內淀粉在體內生成還原糖的含量，慢消化淀粉指的是在120 min內淀粉在體內生成還原糖的含量，抗性淀粉指的是不能被淀粉酶水解的淀粉含量[21]。

表4 不同濃度的EEOS對回生淀粉的體外消化性質的影響

由表4可知，隨著的回生時間的延長，玉米淀粉中RDS含量逐漸下降，SDS和RS含量逐漸增加，說明淀粉在4 ℃儲存的過程中回生程度的增加也會導致消化性逐漸變差。EEOS添加量為2.5%和5%時，回生5 d 的玉米淀粉的RDS含量下降分別為21.36%和33.22%，但當EEOS添加量為10%時與添加量為5%相比，RDS含量差異不顯著(P>0.05)。同時，與對照組相比，EEOS的添加，導致玉米淀粉中RS的含量顯著增加(P<0.05)，添加量5%和10%的樣品對比則沒有顯著差異(P>0.05)。這可能由于EEOS中的黃酮類物質含有較多的氫鍵，玉米淀粉顆粒表面被黃酮類成分的多羥基結構緊緊包圍，減少了酶對淀粉消化作用的表面積[21]，從而阻止酶對淀粉的水解位點所致。同時，EEOS添加量10%時，并沒有顯著導致RDS含量的增加和RS含量的下降，也可能是因為EEOS的添加量為5%時已達到飽和效果，過量的添加對消化程度的抑制并不顯著。韋冷云[22]也發(fā)現向淀粉中添加一定比例的菊糖，淀粉的水解率會有一定程度的降低。

3 結論

將EEOS(富含黃酮類物質)添加到玉米淀粉中，其回生焓值、相對結晶度、1 047/1 022的比值均顯著降低，回生后的玉米淀粉微觀結構發(fā)生改變，均說明EEOS對玉米淀粉的回生有抑制作用。EEOS的添加量對回生的抑制程度有顯著影響，添加2.5%的對回生的抑制效果較好。此外，EEOS的添加，促使玉米淀粉的消化體外消化性能下降，RDS含量下降、RS含量增加。