二氫楊梅素對(duì)大米淀粉回生的抑制作用

鐘曉瑜，楊志偉

（廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧 530004）

淀粉是一種可再生降解的植物資源，在食品加工和飼料加工等領(lǐng)域被普遍使用。淀粉基食品在加工運(yùn)輸和儲(chǔ)藏過程中極易發(fā)生回生現(xiàn)象。淀粉的回生是糊化淀粉的無序結(jié)構(gòu)重新形成有序結(jié)構(gòu)的過程?；厣蟮牡矸壑破?，吸水能力下降，水分流失，柔韌性減弱，強(qiáng)度增加[1]。

大米是世界上主要的糧食作物之一，淀粉是大米的主要成分。如何調(diào)控大米淀粉的回生，從而延長(zhǎng)大米制品的貨架期，維持其品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，成為大米制品加工過程中的關(guān)鍵?，F(xiàn)有研究通過化學(xué)修飾和物理方法抑制淀粉的回生，然而化學(xué)修飾存在一定的安全隱患和食品衛(wèi)生問題。近年來，人們發(fā)現(xiàn)可以通過多酚與淀粉之間的相互作用改善淀粉品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)特性。茶葉多酚提取物可顯著抑制大米、玉米、馬鈴薯淀粉回生[2]，荷葉黃酮能抑制淀粉的短期回生，提高其抗性淀粉含量[3]，而蘆丁或槲皮素促進(jìn)了小麥淀粉的回生程度[4]。萬(wàn)芊將添加量為10%（占淀粉干基重的）咖啡酸、槲皮素和表沒食子基兒茶素沒食子酸酯與玉米淀粉共同糊化，使快消化淀粉比例由73.9%分別降低為70.3%、69.2%和63.2%[5]。

多酚普遍存在于植物界，具有抗氧化、抗腫瘤等多種功能活性。二氫楊梅素是一種多酚類化合物，廣泛存在于顯齒蛇葡萄的嫩莖葉中，具有安全、無毒、低副作用的優(yōu)勢(shì)。其中二氫楊梅素在葡萄科植物藤茶中的含量可高達(dá)30%以上，采用簡(jiǎn)單的熱水浸提和重結(jié)晶法提純，二氫楊梅素純度可高達(dá)90%以上[6]。因此，二氫楊梅素的獲得具有原料來源廣泛，提取純化工藝簡(jiǎn)易，成本低廉的特點(diǎn)。目前藤茶已被作為新資源食品使用。對(duì)于二氫楊梅素的研究局限于其抑菌、抗腫瘤、抗氧化、降血糖等多種功能活性[7-10]，或通過脂類物質(zhì)、環(huán)糊精等材料包埋DMY以期提高其生物利用率[11,12]。目前并沒有研究報(bào)道二氫楊梅素對(duì)淀粉回生特性的影響。因此本實(shí)驗(yàn)將二氫楊梅素添加到大米淀粉，通過分析溶解度和膨脹度，采用X射線衍射儀測(cè)定其結(jié)晶結(jié)構(gòu)和相對(duì)結(jié)晶度，紅外光譜測(cè)定1 047 cm-1/1 022 cm-1比值，掃描電鏡觀察其表面微觀結(jié)構(gòu)，DSC測(cè)定熱力學(xué)性質(zhì)，快速黏度儀測(cè)定其糊化特性，綜合評(píng)價(jià)DMY對(duì)大米淀粉回生的抑制作用。對(duì)拓展二氫楊梅素在淀粉類食品中的應(yīng)用具有參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

二氫楊梅素，貴州苗藥生物技術(shù)有限公司；大米淀粉，無錫金農(nóng)生物科技有限公司上高分公司；KBr，上海源葉生物科技有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

RVA-TecMaster快速黏度測(cè)試儀，澳大利亞Perten公司；HAAKE MARS 40流變儀，美國(guó)熱電公司；冷凍干燥機(jī)，新芝生物科技股份有限公司；Frontier紅外光譜儀，美國(guó)PE公司；Rigaku D/MAX 2500VX-射線衍射儀，日本理學(xué)公司；FEI Quattro S場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，美國(guó)熱電公司。

1.3 方法

1.3.1 DMY-大米淀粉樣品溶解性和膨脹度測(cè)定

準(zhǔn)確稱取大米淀粉150 mg置于離心管中，加入10 mL蒸餾水配置成濃度為15 mg/mL淀粉乳液，DMY按淀粉干基質(zhì)量比例（0%、5%、10%、15%）加入到各離心管中，置于85 ℃中糊化30 min并不斷攪拌，冷卻10 min，以5 000 r/min離心20 min，將上清液轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，放入105 ℃烘箱烘干至質(zhì)量恒定[13]。按式（1）、式（2）計(jì)算淀粉的水溶性指數(shù)（WSI）和膨脹度（SP）：

式中：

W0——稱取淀粉的質(zhì)量，mg；

W1——上清液轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿烘干恒重的質(zhì)量，mg；

WS——黏附在離心管壁的沉淀物，mg。

1.3.2 DMY-大米淀粉樣品糊化特性測(cè)定

用快速黏度分析儀（RVA）測(cè)定大米淀粉的糊化性質(zhì)。稱取1.5 g淀粉，加入0、0.075、0.15、0.225 g的DMY粉末，再加入20 mL的蒸餾水，RVA測(cè)定其峰值黏度、谷值黏度、終值黏度、衰減值、回生值[14]。

1.3.3 DMY-大米淀粉樣品熱力學(xué)特性測(cè)定

參考Xiao等[15]的方法并稍作改動(dòng)測(cè)定大米淀粉老化過程中熱力學(xué)特性。稱取3 mg淀粉于鋁坩堝中，按0%～15%（占淀粉干基重）的比例加入DMY，并加入6 μL的蒸餾水，在4 ℃密封平衡24 h。平衡后的樣品在DSC上進(jìn)行糊化，條件是升溫速率為10 ℃/min，溫度區(qū)間30 ℃～95 ℃，糊化后的樣品在4 ℃放置7 d后，再一次以相同的測(cè)定條件對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)回生曲線確定回生焓值并計(jì)算樣品的回生率DR。

1.3.4 DMY-大米淀粉回生樣品的制備

取淀粉7.2 g于各錐形瓶中，分別加入占淀粉干基重0%、5%、10%、15%的DMY混合，加入60 mL水在95 ℃糊化20 min。將糊化后的樣品冷卻至室溫，放入4 ℃冰箱貯存7 d，冷凍干燥后研磨，過100目篩，備用。

1.3.5 DMY-大米淀粉樣品紅外光譜測(cè)定

采用傅里葉紅外光譜儀對(duì)DMY-大米淀粉回生樣品進(jìn)行測(cè)定[16]。樣品與KBr按質(zhì)量比1:150進(jìn)行混合，充分研磨壓片制樣，進(jìn)行紅外光譜掃描，測(cè)量范圍4 000～400 cm-1，掃描次數(shù)32次，分辨率4 cm-1。并通過所得數(shù)據(jù)計(jì)算1 047 cm-1/1 022 cm-1的比值間接代表回生程度的大小。

1.3.6 DMY-大米淀粉樣品微觀結(jié)構(gòu)觀察

對(duì)DMY-大米淀粉回生樣品進(jìn)行電鏡掃描。將少量的樣品粉末均勻分散在載物臺(tái)的雙面導(dǎo)電膠上，用洗耳球吹去多余樣品，在真空條件下噴金處理后進(jìn)行觀察[17]。條件：掃描電壓5 kV，電流14.0 μA。

1.3.7 DMY-大米淀粉樣品X-射線衍射測(cè)定

采用X射線衍射儀對(duì)回生7 d的DMY-大米淀粉樣品進(jìn)行晶型掃描[18]。條件：電壓40 kV，電流40 mA，射角的旋轉(zhuǎn)范圍4°～40°，掃描速率為4.0°/min，步長(zhǎng)0.02°。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每次實(shí)驗(yàn)均重復(fù)三次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用Origin 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，SPSS 22.0軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，p＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 DMY對(duì)大米淀粉溶解度和膨脹度的影響

圖1 DMY對(duì)大米淀粉溶解度和膨脹度的影響Fig.1 Effect of DMY on solubility and expansion of rice starch

溶解度與膨脹度大小反映了淀粉分子與水分子間相互作用的強(qiáng)弱。如圖1所示，隨著二氫楊梅素添加量的增加，溶解度顯著升高。這與茶多酚提高大米淀粉溶解度的結(jié)果一致[19]。這可能是因?yàn)槎喾又辛u基基團(tuán)能夠進(jìn)入到淀粉分子的內(nèi)部從而產(chǎn)生一定的空間位阻，導(dǎo)致直鏈、支鏈淀粉不能重新聚合，淀粉糊的溶解度增大[20]；膨脹度從11.4%降至10.3%，可能由于多酚中的羥基能夠與水分子發(fā)生氫鍵相互作用，水分子運(yùn)動(dòng)減慢，從而抑制淀粉的吸水膨脹[21]。

2.2 DMY對(duì)大米淀粉糊化特性的影響

如表1所示，二氫楊梅素的添加，大米淀粉的整體黏度發(fā)生了顯著變化。當(dāng)DMY添加量為5%時(shí)，大米淀粉峰值黏度增加了178 cp，谷值黏度增加了160 cp，終值黏度增加了65.67 cp，低濃度的二氫楊梅素對(duì)大米淀粉整體黏度影響最大。衰減值反映淀粉糊的熱穩(wěn)定性，衰減值越高，熱糊穩(wěn)定性越低；回生值是終值黏度與谷值黏度的差值，反映了淀粉短期回生程度，回生值越高，短期回生程度越強(qiáng)[22]。由表1可知，二氫楊梅素的加入降低了大米淀粉的熱糊穩(wěn)定性，抑制了大米淀粉的短期回生。

在DMY與大米淀粉共糊化過程中，DMY與大米淀粉分子可能發(fā)生了相互作用，從而減弱了淀粉鏈分子的重結(jié)晶，影響了淀粉短期回生。有研究表明，阿魏酸、沒食子酸、槲皮素均降低了大米淀粉的回生值；三種多酚的添加，大米淀粉體系中的pH值雖然略有改變但均小于7[21]。Zhu等[23]證明多酚類物質(zhì)可以改變?nèi)芤旱膒H值。不同多酚種類與淀粉共糊化時(shí)，淀粉體系的pH值可能發(fā)生改變，當(dāng)?shù)矸廴芤后w系的pH值小于7時(shí)，會(huì)發(fā)生不可逆的酸解反應(yīng)，從而抑制淀粉回生。

表1 DMY對(duì)大米淀粉的糊化特性結(jié)果Table 1 Gelatinization characteristics of rice starch mixtures supplemented with DMY

表2 DMY添加量對(duì)大米淀粉回生特性的影響（回生7 d）Table 2 Effects of DMY addition on aging characteristics of rice starch for 7 days

2.3 DMY對(duì)大米淀粉回生特性的影響

回生焓值代表淀粉重結(jié)晶時(shí)晶體發(fā)生熔融所需要的能量值。由表2可知，當(dāng)添加了DMY的大米淀粉的回生焓值（ΔHr）和回生率（DR）均明顯下降，說明淀粉晶體堆積的能力減弱，回生程度降低。由表2可知，當(dāng)添加量DMY的大米淀粉的回生焓值（ΔHr）和回生率（DR）均明顯下降。當(dāng)DMY添加量為5%時(shí)，回生率從11.23%下降至3.16%。Xiao等[24]研究發(fā)現(xiàn)添加量為5%紅茶多酚的大米淀粉老化5 d后回生率從22.5%降至20.9%。Wu等[25]研究發(fā)現(xiàn)添加量為5%綠茶多酚的大米淀粉老化10 d后回生率從31.48%降至14.68%。多酚結(jié)構(gòu)中的OH基團(tuán)與大米淀粉的OH基團(tuán)可以通過相互作用形成氫鍵，阻礙了淀粉分子鏈間借氫鍵相互吸引與重排，阻止了老化的進(jìn)程。

2.4 DMY對(duì)大米淀粉紅外光譜的影響

圖2 DMY的添加量對(duì)大米淀粉傅里葉紅外光譜的影響（回生7 d）Fig.2 Effect of DMY addition on FT-IR of rice starch for 7 days

表3 DMY添加量對(duì)1 047 cm-1/1 022 cm-1比值的影響Table 3 Effect of DMY addition on 1 047 cm-1/1 022 cm-1 ratio

淀粉和酚類化合物在食品體系中的非共價(jià)相互作用包括氫鍵、疏水相互作用、靜電和離子相互作用[26]。本實(shí)驗(yàn)考察二氫楊梅素對(duì)回生7 d后的大米淀粉紅外光譜的影響，判斷二者之間的相互作用。由圖2可知，添加二氫楊梅素后，大米淀粉的紅外光譜圖沒有出現(xiàn)新的吸收峰，說明二氫楊梅素與淀粉分子之間相互作用很可能是通過氫鍵相互作用[27]。3 300 cm-1是羥基吸收峰；2 929 cm-1是-CH伸縮振動(dòng)峰，1 650 cm-1是羰基C=O的特征吸收譜峰[28]。隨著二氫楊梅素添加量的增加，回生7 d后的淀粉樣品羥基伸縮振動(dòng)峰向低波數(shù)移動(dòng)，當(dāng)二氫楊梅素添加量達(dá)15%時(shí)，羥基伸縮振動(dòng)峰波數(shù)從3 364.37 cm-1降低至3 323.83 cm-1說明DMY和大米淀粉分子中的氫鍵作用力不斷增強(qiáng)[29]，然而李蟠瑩[30]發(fā)現(xiàn)原花青素添加到大米淀粉中，紅外光譜圖中的羥基伸縮振動(dòng)峰波數(shù)從3 414.83 cm-1升高到3 419.93 cm-1，減弱了淀粉分子間的氫鍵作用。

1 047 cm-1/1 022 cm-1比值可以代表淀粉短程有序結(jié)構(gòu)[31]，淀粉回生程度的大小[30]。由表3可知，當(dāng)二氫楊梅素添加量為5%、10%、15%時(shí)，大米淀粉在1 047 cm-1/1 022 cm-1的比值為0.83、0.78、0.78，添加量為0%的大米淀粉比值為0.87。與原花青素添加到大米淀粉中1 047 cm-1/1 022 cm-1比值的下降趨勢(shì)一致[26]。表明二氫楊梅素能夠降低大米淀粉的回生程度，這與熱力學(xué)特性的結(jié)果一致。

2.5 DMY對(duì)大米淀粉X射線衍射的影響

圖3 DMY的X-射線衍射圖Fig.3 X-ray diffraction of DMY

圖4 二氫楊梅素的添加量對(duì)大米淀粉的X-射線衍射圖的影響（回生7 d）Fig.4 Effect of DMY addition on X-ray diffraction of rice starch for 7 days

由圖4可知，天然大米淀粉（NRS）顯示出現(xiàn)一個(gè)典型的A型X射線衍射圖譜，它在2θ角約為15°、18°、23°出現(xiàn)一個(gè)明顯的信號(hào)峰[29]?；厣拇竺椎矸墼?θ角約為16.9°、20°出現(xiàn)較為明顯的信號(hào)峰，A型結(jié)晶消失，B+V型衍射峰形成。隨著DMY添加量的增加，大米淀粉復(fù)合體系的2θ角的16.9°衍射峰減弱。由表4可知，與對(duì)照組相比，當(dāng)DMY的添加量為5%時(shí)，相對(duì)結(jié)晶度顯著下降了59.07%，繼續(xù)增大DMY添加量，相對(duì)結(jié)晶度下降趨勢(shì)平緩。王存堂等[20]研究發(fā)現(xiàn)低濃度茶葉乙醇提取物（添加量為2.5%）的蠟質(zhì)玉米淀粉相對(duì)結(jié)晶度顯著下降了42.64%。說明多酚的添加量與淀粉相對(duì)結(jié)晶度并沒有呈現(xiàn)濃度依賴關(guān)系。

表4 DMY添加量對(duì)大米淀粉相對(duì)結(jié)晶度的影響Table 4 Effects of DMY addition on relative crystallinity of rice starch

2.6 DMY對(duì)淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖5 DMY對(duì)大米淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響（回生7 d）Fig.5 Effect of DMY on the microstructure of rice starch for 7 days

如圖5a、5b所示，大米淀粉顆粒結(jié)構(gòu)放大后，呈現(xiàn)“石頭塊”硬塊；二氫楊梅素呈現(xiàn)大小不一的針狀結(jié)晶。圖5c為未添加DMY的大米淀粉，其表面平滑，連接緊密；隨著DMY的添加（圖5d～圖5f），冷凍干燥后的大米淀粉表面呈現(xiàn)疏松多孔的結(jié)構(gòu)說明DMY提高了淀粉持水能力。淀粉分子結(jié)合成有序狀態(tài)的過程中會(huì)伴隨水分的析出，從而導(dǎo)致淀粉的持水能力下降。當(dāng)持水能力越小，回生程度越大[32]。SEM結(jié)果表明DMY具有抑制大米淀粉回生的能力。

3 結(jié)論

隨著DMY添加量的增加，大米淀粉溶解度顯著上升，膨脹度下降。此外，DMY與大米淀粉相互作用并無新的化學(xué)鍵生成，表面呈現(xiàn)疏松多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)DMY的添加量為5%時(shí)，大米淀粉的回生值從725.67 cp降至631.33 cp；回生焓值從0.32 g/J降至0.10 g/J；DR從11.23%降至3.16%、相對(duì)結(jié)晶度從10.36%降至4.24%；1 047 cm-1/1 022 cm-1比值從0.87降至0.83，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低濃度DMY可有效抑制大米淀粉的回生。繼續(xù)增大DMY的添加量，抑制大米淀粉回生效果不明顯。本研究為DMY在淀粉基食品中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，未來可進(jìn)一步探究DMY對(duì)大米淀粉低血糖生成指數(shù)的影響。