葡萄籽原花青素對(duì)不同淀粉理化性質(zhì)影響的研究

喬炳乾 付田田 牛麗亞 余莉莉 涂 瑾 肖建輝

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，南昌 330045)

天然淀粉是存在于植物中，以顆粒狀呈現(xiàn)的物質(zhì)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和優(yōu)良的加工特性[1，2]。但由于其自身性質(zhì)仍有缺陷，如綠豆淀粉結(jié)晶度高和易老化，小麥淀粉糊化較難并且粘度略低，土豆淀粉具有老化性高、熱穩(wěn)定性差和抗剪切力差等特點(diǎn)[3，4]，不能滿足食品工業(yè)等領(lǐng)域中的某些需求。因此需要通過(guò)物理方法、化學(xué)方法、生物方法或復(fù)合方法對(duì)天然淀粉進(jìn)行處理，使原淀粉的分子大小，淀粉顆粒性質(zhì)等發(fā)生改變，從而改進(jìn)淀粉的理化性質(zhì)，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。

葡萄籽中的原花青素含量極為豐富，作為多酚的一種，含有多電子羥基，具有抗氧化清除自由基等活性[5，6]。研究表明，多酚類(lèi)物質(zhì)可以與淀粉通過(guò)氫鍵發(fā)生非共價(jià)結(jié)合，使酚類(lèi)物質(zhì)進(jìn)入淀粉螺旋內(nèi)腔形成淀粉-多酚復(fù)合物，從而改善淀粉的理化性質(zhì)[7]。如萬(wàn)芊等[8]研究發(fā)現(xiàn)咖啡酸(CA)、槲皮素(Qu)和表沒(méi)食子基兒茶素沒(méi)食子酸酯(EGCG)等不同種類(lèi)的多酚可以使玉米淀粉的溶解度和膨脹度顯著升高，明顯抑制玉米淀粉的回生作用。但目前關(guān)于葡萄籽原花青素對(duì)淀粉影響的研究較少[9]。

本實(shí)驗(yàn)選取了綠豆淀粉，小麥淀粉和土豆淀粉作為原料，主要研究葡萄籽原花青素的添加對(duì)3種淀粉理化性質(zhì)的影響，為多酚改善淀粉性質(zhì)的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠豆淀粉、小麥淀粉、土豆淀粉(均為一級(jí)品)；葡萄籽原花青素(純度達(dá)95%)；豬胰淀粉酶(酶活力≥3 000 U/g)；DNS試劑(分析純)；其余試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；SH2-C型恒溫振蕩器；V-5600型可見(jiàn)分光光度計(jì)；DD5型臺(tái)式大容量離心機(jī)；TG16-WS型臺(tái)式高速離心機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)以葡萄籽原花青素、綠豆淀粉、小麥淀粉和土豆淀粉為研究對(duì)象。處理?xiàng)l件為：分別稱(chēng)取適量淀粉，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)適宜的淀粉乳，再根據(jù)淀粉干質(zhì)量的不同比例(0%、1%、2%、3%、4%)分別稱(chēng)取葡萄籽原花青素。然后將葡萄籽原花青素與淀粉乳混合，在90 ℃，125 r/min的水浴恒溫震蕩箱中處理30 min。處理結(jié)束后，冷卻至室溫并按照以下方法分別測(cè)定其溶解度、膨脹度、耐酶解淀粉含量、凍融穩(wěn)定性和硬度。每個(gè)處理重復(fù)3次，取平均值。

1.3.2 淀粉溶解度和膨脹度的測(cè)定

參考陳學(xué)玲等[10]的方法略做修改。配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉乳，按照1.3.1進(jìn)行處理結(jié)束后，冷卻至室溫，并在3 000 r/min下離心20 min，然后將上清液置于烘箱(105 ℃)中進(jìn)行干燥，待烘干至恒重后，稱(chēng)重。淀粉的溶解度(S)與膨脹度(B)根據(jù)如下公式計(jì)算。

S=m1/m2×100%

B=m3/m2×(100-S)×100%

式中：m1為上清液蒸干至恒重后的淀粉質(zhì)量/g；m2為淀粉的質(zhì)量/g；m3為離心后淀粉糊的質(zhì)量/g。

1.3.3 耐酶解淀粉含量的測(cè)定

參考Englyst等[11]的方法進(jìn)行改良。分別稱(chēng)取100 mg淀粉，按淀粉干質(zhì)量的1%、2%、3%、4%添加適量的葡萄籽原花青素，再加入15 mL醋酸緩沖液(pH 6.0)，于90 ℃下糊化30 min，在37 ℃下平衡溫度后加入10 mL淀粉酶溶液在37 ℃下反應(yīng)兩個(gè)小時(shí)后，全部取出沸水滅酶10 min，在3 000 r/min下離心10 min。取1 mL上清液稀釋10倍。取稀釋后的溶液1 mL，加入2 mL DNS溶液，混勻，在沸水下反應(yīng)5 min，立即用冰水冷卻，然后加入22 mL蒸餾水，搖勻后在5 min內(nèi)測(cè)540 nm處的吸光值。根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到葡萄糖含量。按照公式計(jì)算耐酶解淀粉含量。

耐酶解淀粉含量=(TS-(X×n)×0.9)/TS×100%

式中：TS為總淀粉量；X為由葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到的葡萄糖含量；n為稀釋倍數(shù)。

1.3.4 淀粉凍融穩(wěn)定性的測(cè)定

參考陳學(xué)玲等[10]的方法略作修改。配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的淀粉乳，按照1.3.1處理結(jié)束后，分別取一定體積的淀粉糊倒入3支10 mL離心管中，放入-25 ℃的冰柜中冷凍1 d取出，并于室溫下解凍。于5 000 r/min下離心20 min。棄去上清液后稱(chēng)重。根據(jù)如下公式計(jì)算析水率(R)。

R=(m1-m2)/(m1-m0)×100%

式中：m0為離心管質(zhì)量/g；m1為解凍后離心管和樣品總質(zhì)量/g；m2為離心后棄去上清液后離心管和淀粉糊的總質(zhì)量/g。

1.3.5 淀粉硬度的測(cè)定

參考Liu Hang等[12]的方法略作修改。配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的淀粉乳，按照1.3.1處理結(jié)束后，置于4 ℃冰箱中12 h形成凝膠，采用物性測(cè)試儀測(cè)定淀粉凝膠的硬度。測(cè)定條件為：探頭：P0.5；測(cè)試模式：質(zhì)地多面剖析法(TPA)；測(cè)試前速率：1.00 mm/s；測(cè)試速率：1.00 mm/s；測(cè)試后速率：1.00 mm/s；測(cè)試距離：10 mm；測(cè)試溫度：室溫。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并對(duì)同組樣品顯著性作字母標(biāo)記，并使用origin軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄籽原花青素對(duì)不同淀粉溶解度的影響

不同添加量的葡萄籽原花青素對(duì)三種淀粉溶解度的影響如圖1所示。淀粉溶解度的大小與淀粉顆粒的大小、分子量、形態(tài)和直鏈淀粉等特性具有很大的關(guān)系[10]。由圖可看出原花青素的添加對(duì)綠豆淀粉和土豆淀粉有顯著性影響，但對(duì)小麥淀粉的溶解度沒(méi)有顯著性影響，其中3%添加量使綠豆淀粉的溶解度提高了5.82%，土豆淀粉的溶解度降低了8.09%。這可能是因?yàn)槎喾臃肿由虾写罅康牧u基，可以通過(guò)疏水鍵、氫鍵和范德華力與直鏈淀粉及支鏈淀粉的外鏈進(jìn)行非共價(jià)結(jié)合，從而影響淀粉的溶解度[13]。在淀粉顆粒的晶體片層中，支鏈淀粉分子的外側(cè)鏈之間以及與部分直鏈淀粉分子之間能夠形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，大量的雙螺旋結(jié)構(gòu)按照一定的規(guī)律排列就構(gòu)成了晶體結(jié)構(gòu)，根據(jù)X射線粉末衍射圖譜，可將其分為A-、B-和C-型[14]。其中綠豆淀粉和小麥淀粉為A-型淀粉，土豆淀粉為B-型淀粉[15]。土豆淀粉溶解度的降低，可能是因?yàn)槎喾拥奶砑邮雇炼沟矸鄯肿与p螺旋結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，使雙螺旋結(jié)構(gòu)中的直鏈淀粉難以溶出[16]。

注：小寫(xiě)字母不同表示同種樣品間具有顯著性差異(P<0.05),下同。

圖1葡萄籽原花青素對(duì)綠豆淀粉、小麥淀粉和土豆淀粉溶解度的影響

2.2 葡萄籽原花青素對(duì)不同淀粉膨脹度的影響

不同添加量的葡萄籽原花青素對(duì)3種淀粉膨脹度的影響如圖2所示。膨脹度表征了單位體積淀粉在一定溫度下的吸水性，反映了淀粉顆粒內(nèi)鍵的結(jié)合程度，跟直鏈淀粉的特性關(guān)系密切[17]。由圖可以看出葡萄籽原花青素同淀粉共糊化后使三種淀粉的膨脹度均有所提高，添加量為4%時(shí)，小麥淀粉膨脹度提高1.53%；添加量為3%時(shí)，綠豆淀粉提高2.84%，土豆淀粉提高3.54%。這可能因?yàn)槎喾幽芙档偷矸鄣暮瘻囟燃昂实男再|(zhì)與原花青素的多羥基結(jié)構(gòu)有關(guān)。因?yàn)榱u基的親水性，可以同支鏈淀粉的側(cè)鏈進(jìn)行結(jié)合，在不同程度上鍵合到淀粉顆粒的無(wú)定形區(qū)，改變了淀粉的微晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)的耦合力，使淀粉顆粒更易水合，從而使淀粉更容易膨脹[18]。

圖2葡萄籽原花青素對(duì)綠豆淀粉、小麥淀粉和土豆淀粉膨脹度的影響

2.3 葡萄籽原花青素對(duì)不同淀粉中耐酶解淀粉含量的影響

淀粉分為易消化淀粉，慢消化淀粉和抗性淀粉三大類(lèi)，其中抗性淀粉是一種在體內(nèi)難以被消化吸收，不會(huì)被淀粉酶所酶解，可在大腸內(nèi)發(fā)酵的一種淀粉，從功能上可以看作是一種膳食纖維，能有效促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，延緩餐后血糖升高[19]。因此可以通過(guò)測(cè)定不被淀粉酶所酶解淀粉的含量，推測(cè)葡萄籽原花青素對(duì)抗性淀粉的影響。圖3顯示了葡萄籽原花青素對(duì)三種淀粉中耐酶解淀粉含量的影響。在葡萄籽原花青素添加量為2%時(shí)土豆淀粉和小麥淀粉中耐酶解淀粉含量增加最多，分別為26.8%和261.6%。原花青素的添加使淀粉中耐酶解淀粉含量增加，這可能有兩個(gè)方面的原因，一方面由于葡萄籽原花青素進(jìn)入淀粉螺旋內(nèi)腔形成了難以被α-淀粉酶水解的多酚-淀粉復(fù)合物[20]。另一方面，葡萄籽原花青素的添加可能會(huì)抑制α-淀粉酶的活性。Rasouli等[21]通過(guò)分子模擬技術(shù)篩選出26種多酚，它們均能與淀粉消化酶發(fā)生相互作用，其中花青素，表兒茶素，槲皮素和丁香酸等13種多酚能顯著抑制α-葡萄糖苷酶的活性。多酚能夠通過(guò)氫鍵和范德華力同α-葡萄糖苷酶活性位點(diǎn)的氨基酸殘基結(jié)合，誘導(dǎo)葡萄糖苷酶的重排，使構(gòu)象發(fā)生變化，阻止底物的進(jìn)入而抑制酶的活性[22]。從圖3中還可以看出，綠豆淀粉中耐酶解淀粉含量在添加量為1%和2%時(shí)顯著降低，這可能是由于葡萄籽原花青素含量的高低對(duì)淀粉酶的激活度不同，從而造成了不同的影響[23]。

圖3葡萄籽原花青素對(duì)綠豆淀粉、小麥淀粉和土豆淀粉耐酶解淀粉含量的影響

2.4 葡萄籽原花青素對(duì)不同淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

淀粉凍融穩(wěn)定性表征了糊化后的淀粉，經(jīng)冷凍處理再溶解后，仍能保持一定膠體結(jié)構(gòu)的能力。經(jīng)凍融處理后淀粉凝膠的持水性會(huì)受到影響，且力學(xué)性質(zhì)的改變和淀粉回生的能力與淀粉凝膠微觀結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)[24]。所以在淀粉糊凍融過(guò)程中，所形成凝膠網(wǎng)孔的結(jié)構(gòu)決定了析水率的大小。不同添加量的葡萄籽原花青素對(duì)三種淀粉凍融穩(wěn)定性的影響如圖4所示。原花青素的添加顯著降低了土豆淀粉的析水率，添加量為3%時(shí)降低了8.7%，但對(duì)小麥淀粉和綠豆淀粉的凍融穩(wěn)定性沒(méi)有顯著性影響。柴艷偉[25]的研究中發(fā)現(xiàn)茶多酚可以通過(guò)氫鍵同直鏈淀粉

圖4葡萄籽原花青素對(duì)綠豆淀粉、小麥淀粉和土豆淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

發(fā)生非共價(jià)結(jié)合。多酚和直鏈淀粉的結(jié)合可能影響了直鏈淀粉重新形成螺旋結(jié)構(gòu)并堆積，從而延緩了淀粉的老化，使淀粉糊的持水能力提高，降低了淀粉的析水率，提高淀粉的凍融穩(wěn)定性[26]。

2.5 葡萄籽原花青素對(duì)不同淀粉硬度的影響

不同添加量的葡萄籽原花青素對(duì)三種淀粉硬度的影響如表1所示。原花青素的添加顯著降低了三種淀粉凝膠的硬度。添加量為2%時(shí)土豆淀粉的硬度降低最多，達(dá)61.2%。添加量為4%時(shí)，綠豆淀粉和小麥淀粉的硬度分別降低了16.6%和9.2%。這可能是由于多酚-淀粉共糊化過(guò)程中發(fā)生了復(fù)雜的相互作用，多酚中大量羥基和羰基可以與淀粉中所富含的羥基產(chǎn)生作用，通過(guò)范德華力和氫鍵誘使淀粉分子聚集[27,9]。何財(cái)安等[28]研究發(fā)現(xiàn)苦蕎多酚同淀粉之間的相互作用競(jìng)爭(zhēng)性地阻礙了淀粉網(wǎng)絡(luò)中單鏈直鏈淀粉分子重排形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程。這使得淀粉分子在凝膠中更易于移動(dòng)，從而在一定程度上延緩淀粉的老化，使淀粉膠的硬度降低。

表1 不同添加量葡萄籽原花青素對(duì)淀粉硬度的影響/g

注：同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)字母不同，表示顯著性差異(P<0.05)。

3 結(jié)論

葡萄籽原花青素在同淀粉共糊化的過(guò)程中，淀粉的理化性質(zhì)發(fā)生了不同程度的改變，由于三種淀粉具有不同的結(jié)構(gòu)，其發(fā)生的變化也略有不同。葡萄籽原花青素的添加使綠豆淀粉的溶解度顯著提高，土豆淀粉的溶解度顯著降低，3種淀粉的膨脹度和耐酶解淀粉含量均顯著增多，3種淀粉的硬度和土豆淀粉的析水率則顯著降低。由此可推斷葡萄籽原花青素的添加同淀粉發(fā)生非共價(jià)結(jié)合而形成了多酚-淀粉復(fù)合物，可減緩淀粉水解，使淀粉的老化在很大程度上減弱，從而使淀粉的性質(zhì)得到優(yōu)化。