茶多酚對(duì)大米淀粉理化特性的影響

潘俊嫻，呂楊俊，蔣玉蘭，葉麗偉，王霈菲，朱躍進(jìn)，張士康*

（1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究所，浙江杭州 310016；2.浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310016）

大米是我國主要的糧食作物之一， 淀粉是其主要成分，約占總成分的80%以上[1]。 大米淀粉的基本結(jié)構(gòu)為葡萄糖，由直鏈淀粉和支鏈淀粉構(gòu)成[2]。大米淀粉顆粒較小，平均粒徑在2～7 μm 左右，且顆粒分布較均勻，呈現(xiàn)不規(guī)則的多角形，在溶液中具有良好的分散性[3]。大米淀粉因其良好的加工特性和營養(yǎng)特性， 常被開發(fā)成米制品或作為增稠劑應(yīng)用于食品中[1]。

茶多酚是茶葉中重要的生物活性物質(zhì)， 其含量占茶葉干重的18%～36%， 主要包括兒茶素類、黃酮類、黃酮醇類、酚酸類、縮酚酸類及聚合酚類等成分[4]。茶多酚具有抗氧化、抗輻射、抗炎癥等作用，已被廣泛應(yīng)用于食品、日化和醫(yī)藥等領(lǐng)域[5]。

目前， 關(guān)于植物多酚和淀粉間相互作用的探索已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5]。植物多酚與淀粉的相互作用會(huì)影響淀粉的理化特性、 加工特性和消化特性，且與多酚的來源、種類、添加量，淀粉的來源、結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)[6-7]。 XIAO 等[8]研究報(bào)道茶多酚能破壞淀粉的晶體結(jié)構(gòu)， 顯著影響糊化焓。WU 等[9]研究發(fā)現(xiàn)隨著茶多酚添加量的增加，大米淀粉的終值粘度顯著下降。CHEN 等[10]報(bào)道茶多酚會(huì)阻礙淀粉分子鏈間的纏繞， 從而導(dǎo)致淀粉糊的粘度下降。 本團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)兒茶素可通過氫鍵與小麥淀粉相互作用， 阻礙淀粉分子有序結(jié)構(gòu)的形成，延緩淀粉的回生[11-12]。文章從淀粉溶解度、膨脹度、糊化特性、熱力學(xué)特性、流變學(xué)特性等方面研究茶多酚對(duì)大米淀粉理化特性的影響， 為茶多酚在米制品上的開發(fā)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶多酚（含量90%），杭州怡倍嘉茶葉科技有限公司；大米淀粉，安徽順鑫盛源生物食品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

RVA 4500 型快速黏度分析儀，澳大利亞波通公司；DSC-3 型差示掃描量熱儀， 瑞士梅特勒-托利多公司；DHR-3 型旋轉(zhuǎn)流變儀，美國TA 儀器公司；TU-1901 雙光束紫外可見分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；DHG-9140A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱， 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；AL204 電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DK-S24 型電熱恒溫水浴鍋， 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；EPED-10TH 實(shí)驗(yàn)室級(jí)純水器，南京易普易達(dá)科技發(fā)展有限公司；LD-IIB 低速大容量多管離心機(jī)，無錫市瑞江分析儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 淀粉溶解度與膨脹度測定

稱取0.5 g 淀粉于離心管中，分別添加占淀粉質(zhì)量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚， 再加入24.5 g 蒸餾水，充分混勻，在55、65、75、85、95℃下加熱30 min，冷卻至室溫，3000 r/min 離心20 min，將上清液于105 ℃烘干至恒重，計(jì)算其溶解度S；將離心管中的沉淀稱重，計(jì)算其膨脹度B。 公式如下：

式中：A 為上清液烘至恒重后的質(zhì)量，g；W 為樣品質(zhì)量，g；P 為沉淀質(zhì)量，g。

1.3.2 淀粉透光率與沉降率測定

稱取0.4 g 淀粉于離心管中，分別添加占淀粉質(zhì)量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚， 再加入39.6 g 蒸餾水，振蕩混勻，充分糊化后冷卻至室溫，于620 nm 波長處測定其透光率。 將淀粉糊置于4 ℃冷藏，每隔24 h 取出，恢復(fù)至室溫，測定淀粉糊的透光率。

采用同樣的樣品制備方法， 冷卻后將淀粉糊轉(zhuǎn)移至帶刻度試管中， 置于4 ℃冷藏8、18、28、48、96、120 h 后取出記錄上清液的體積，按下式計(jì)算淀粉的沉降率。

沉降率（%）=上清液體積/總體積×100%

1.3.3 淀粉凍融穩(wěn)定性測定

稱取1.5 g 淀粉于離心管中，分別添加占淀粉質(zhì)量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚， 再加入28.5 g 蒸餾水，振蕩混勻，充分糊化后冷卻至室溫，置于-18 ℃冷凍22 h，取出后在30 ℃水浴解凍2 h，3500 r/min 離心15 min，倒掉上清液后稱重，按照以下公式計(jì)算析水率。

式中：G1 為離心管的質(zhì)量，g；G2 為糊化樣品加離心管的質(zhì)量，g；G3 為棄去上清液后的質(zhì)量，g。

1.3.4 淀粉糊化特性測定

稱取3.0 g 淀粉， 分別添加占淀粉質(zhì)量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚，再加入25 mL 蒸餾水，在RVA 測試鋁盒中混合均勻。 RVA 測定采用系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的程序（美國谷物化學(xué)協(xié)會(huì)AACC 規(guī)定方法standard1）：先以960 r/min 轉(zhuǎn)速攪拌10 s，之后以160 r/min 轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌。 50 ℃保持1 min，3.7 min 內(nèi)升至95 ℃，保持2.5 min，再在3.8 min內(nèi)降至50 ℃，并在該溫度下保持2 min。

1.3.5 淀粉熱力學(xué)特性測定

首先用標(biāo)準(zhǔn)銦對(duì)DSC 進(jìn)行溫度和熱焓校正。將淀粉與占淀粉質(zhì)量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚按比例混合均勻。 稱取3.0 mg 混合樣品于PE坩堝中，按1:2（w:v）加入蒸餾水（即6 μL），攪拌均勻，密封平衡12 h。 將樣品在DSC 上糊化，條件為：以5 ℃/min 速度從25 ℃加熱到110 ℃，以空坩堝為對(duì)照參比，氮?dú)鉃檩d氣，流速為20 mL/min。

1.3.6 淀粉流變學(xué)特性測定

稱取1.0 g 淀粉于離心管中，分別添加占淀粉質(zhì)量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚， 再加入15.6 g 蒸餾水， 混合均勻，95 ℃水浴加熱30 min 充分糊化后冷卻至室溫。 采用平板-平板測量系統(tǒng)，平板直徑40 mm，設(shè)置間隙1 mm。

靜態(tài)剪切流變測定參數(shù)： 測試溫度為25 ℃，剪切速率（γ）為10～300 s-1。動(dòng)態(tài)黏彈性測定參數(shù)：掃描應(yīng)力為1%，掃描頻率為0.1～100 rad/s。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)均為3 次重復(fù)，采用SPSS 20.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，p＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶多酚對(duì)大米淀粉溶解度與膨脹度的影響

溶解度和膨脹度是研究淀粉糊化性質(zhì)的重要指標(biāo)之一[13]。 溶解度反映淀粉在溶脹過程中的溶出程度，與直鏈淀粉含量呈正相關(guān)；膨脹度反映淀粉顆粒的吸水、保水能力，與支鏈淀粉含量呈正相關(guān)[14]。 茶多酚對(duì)大米淀粉溶解度和膨脹度的影響分別見圖1 和圖2。

圖1 茶多酚對(duì)大米淀粉溶解度的影響Fig.1 Effect of tea polyphenols on the solubility of rice starch

圖2 茶多酚對(duì)大米淀粉膨脹度的影響Fig.2 Effect of tea polyphenols on the dilatability of rice starch

由圖1 可知，隨著溫度的升高，大米淀粉的溶解度逐漸增大，當(dāng)溫度為55 ℃時(shí)，大米淀粉的溶解度較小，當(dāng)溫度達(dá)到95 ℃后，溶解度迅速增大，說明淀粉顆粒大量溶出。溫度較低時(shí)，溶出物大部分來自于茶多酚，且隨著茶多酚添加量的增加，溶解度增大。 隨著溫度的升高，淀粉溶解度增大，不同茶多酚添加量下大米淀粉溶解度之間的差距逐漸變小，溫度達(dá)到85 ℃后，空白組溶解度開始高于茶多酚組，當(dāng)溫度達(dá)到95 ℃后，空白組溶解度顯著高于茶多酚組。 MUJTABA 等[15]研究了綠茶提取物對(duì)大米淀粉性質(zhì)的影響， 發(fā)現(xiàn)溫度90 ℃下，隨著綠茶提取物濃度的增加，綠茶提取物-淀粉復(fù)合物的溶解度降低。

從圖2 可以看出，隨著溫度的升高，大米淀粉的膨脹度也一直增大， 尤其當(dāng)溫度到95 ℃時(shí)，膨脹度迅速增加。 當(dāng)溫度較低時(shí)，淀粉顆粒的吸水溶脹程度較弱，因此膨脹度較低，當(dāng)溫度從65 ℃升高到85 ℃時(shí)，自由水開始進(jìn)入淀粉顆粒的非結(jié)晶區(qū)和部分結(jié)晶區(qū)，當(dāng)溫度到95 ℃時(shí)，淀粉顆粒的部分結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)崩解，水分能快速進(jìn)入淀粉結(jié)構(gòu)內(nèi)部，因此膨脹度迅速增大[13]。 在同一溫度下，不同添加量的茶多酚對(duì)大米淀粉的膨脹度影響較小。 當(dāng)溫度為95 ℃時(shí)， 此時(shí)淀粉較充分膨脹，但添加茶多酚能使大米淀粉膨脹度減小。MUJTABA 等[15]研究發(fā)現(xiàn)溫度90 ℃下，隨著綠茶提取物濃度的增加， 綠茶提取物-淀粉復(fù)合物的膨脹度降低。

2.2 茶多酚對(duì)大米淀粉透光率與沉降率的影響

茶多酚對(duì)大米淀粉透光率與沉降率的影響分別如圖3 和圖4 所示。從圖3 可以看出，隨著時(shí)間的延長， 大米淀粉糊透光率呈下降趨勢。 在0 d時(shí)，添加茶多酚后淀粉糊的透光率降低，這可能是由于茶多酚本身帶有顏色， 導(dǎo)致入射光的反射或折射加強(qiáng)。陳南等[5]也研究發(fā)現(xiàn)添加茶多酚降低了小麥淀粉糊的透光率， 這是因?yàn)椴瓒喾邮沟矸鄯肿影l(fā)生一定程度的聚集， 從而降低了淀粉糊的透光率。 添加茶多酚的淀粉糊透光率隨時(shí)間降低的速度小于純淀粉糊，與0 d 相比，冷藏5 d 以后，純大米淀粉糊透光率降低了0.72%， 而添加1%～5%茶多酚的大米淀粉糊透光率降低程度有所減小，分別為0.54%、0.39%、0.34%、0.38%、0.35%，這可能是茶多酚與淀粉分子間的相互作用阻止了淀粉結(jié)晶的形成。

圖3 茶多酚對(duì)大米淀粉透光率的影響Fig.3 Effect of tea polyphenols on the transmittance of rice starch

圖4 茶多酚對(duì)大米淀粉沉降率的影響Fig.4 Effect of tea polyphenols on the sedimentation rate of rice starch

由圖4 可知，隨著靜置時(shí)間的延長，大米淀粉沉降率升高。 在4 ℃靜置8 h 內(nèi)， 沉降率快速升高，之后逐漸變緩趨于穩(wěn)定。添加茶多酚后大米淀粉的沉降率升高，但與空白組差異較小。

2.3 茶多酚對(duì)大米淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

淀粉糊在凍融過程會(huì)出現(xiàn)脫水收縮現(xiàn)象，因此可通過測定其在凍融過程中的析水率來反映淀粉糊的凍融穩(wěn)定性[13]。 茶多酚對(duì)大米淀粉凍融穩(wěn)定性的影響見圖5。 由圖5 可知，隨著茶多酚添加量的增加， 大米淀粉析水率逐漸減小。 除了添加5%茶多酚的大米淀粉，其余大米淀粉析水率無顯著性差異（p＞0.05），析水率在56.10%～57.87%之間。 添加5%茶多酚的大米淀粉析水率顯著減小，析水率為52.45%。

圖5 茶多酚對(duì)大米淀粉凍融穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of tea polyphenols on the freeze-thaw stability of rice starch

2.4 茶多酚對(duì)大米淀粉糊化特性的影響

茶多酚對(duì)大米淀粉糊化特性曲線和糊化特性參數(shù)的影響如圖6 和表1 所示。 由圖6 和表1 可知，添加茶多酚后大米淀粉的糊化溫度顯著升高，當(dāng)添加量為5%時(shí)，大米淀粉糊化溫度最高，這可能是因?yàn)椴瓒喾优c淀粉之間競爭性吸水或茶多酚與淀粉之間相互作用，影響大米淀粉的糊化，從而導(dǎo)致糊化溫度升高。 茶多酚對(duì)大米淀粉峰值粘度影響較小，但顯著性降低了最低粘度和最終粘度。崩解值與淀粉顆粒的破損程度、 淀粉糊的熱穩(wěn)定性有關(guān)[16]。 與空白對(duì)照相比，添加茶多酚后大米淀粉的崩解值顯著性升高， 說明茶多酚能加強(qiáng)大米淀粉的糊化破裂。 杜京京[16]也研究報(bào)道添加5%、10%和20%茶多酚后大米淀粉的崩解值增加。 任順成等[17]研究發(fā)現(xiàn)玉米淀粉中添加兒茶素對(duì)峰值粘度沒有顯著影響， 但可顯著降低最低粘度和最終粘度，升高崩解值?；厣捣从车矸劾浜姆€(wěn)定性和老化趨勢。從表1 可以看出，添加茶多酚可顯著增加大米淀粉的回生值， 說明茶多酚促進(jìn)了大米淀粉的短期回生。

表1 茶多酚對(duì)大米淀粉糊化特性的影響Table 1 Effect of tea polyphenols on the pasting properties of rice starch

圖6 茶多酚對(duì)大米淀粉糊化特性的影響Fig.6 Effect of tea polyphenols on the pasting properties of rice starch

2.5 茶多酚對(duì)大米淀粉熱力學(xué)特性的影響

茶多酚對(duì)大米淀粉熱力學(xué)特性的影響結(jié)果見表2。由表2 可知，添加茶多酚后大米淀粉的起始溫度顯著性降低，終止溫度無明顯差異。 糊化焓△Hg 隨著茶多酚添加量的增加呈升高趨勢。糊化焓表示熔融淀粉分子雙螺旋結(jié)構(gòu)所需的能量，其與淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)的數(shù)量和強(qiáng)度有關(guān)[13]。 淀粉糊化焓的升高可能是由于茶多酚與淀粉分子相互作用，增加了淀粉分子之間的作用力，從而導(dǎo)致其糊化焓增加。 WU 等[18]研究發(fā)現(xiàn)大米淀粉的起始溫度、峰值溫度、終止溫度和糊化焓均隨著茶多酚添加量的增加而降低。XIAO 等[19]研究報(bào)道添加綠茶多酚后大米淀粉的起始溫度、 峰值溫度、終止溫度和糊化焓下降。 之前的研究與本文結(jié)果的差異，可能是因?yàn)椴瓒喾犹砑恿康牟煌纫蛩貙?dǎo)致的。

表2 茶多酚對(duì)大米淀粉熱力學(xué)特性的影響Table 2 Effect of tea polyphenols on the thermal properties of rice starch

DSC 測得的起始溫度To 均低于RVA 所測得的糊化溫度，說明大米淀粉、大米淀粉和茶多酚混合物的熔融進(jìn)程先于粘度增加的起始進(jìn)程[20]。 同時(shí)，DSC 測得的峰值溫度Tp 也低于RVA 所測得的Tp，表明其粘度的快速增加發(fā)生在淀粉結(jié)晶區(qū)完全熔融之后[20]。

2.6 茶多酚對(duì)大米淀粉流變學(xué)特性的影響

2.6.1 靜態(tài)流變學(xué)特性

從圖7 可知，隨著剪切速率的增大，大米淀粉表觀粘度降低， 說明其具有假塑性流體剪切變稀的性質(zhì)。 在淀粉糊中，淀粉分子鏈之間相互纏繞，使得流動(dòng)受阻， 當(dāng)受到剪切作用時(shí)， 分子鏈被拉直，纏結(jié)點(diǎn)逐漸減少，流動(dòng)阻力降低，從而使淀粉糊表觀粘度下降[13]。 添加茶多酚后，淀粉表觀粘度呈下降趨勢， 這可能是由于茶多酚與淀粉發(fā)生相互作用，分子鏈間纏結(jié)減少，表觀粘度下降。

圖7 茶多酚對(duì)大米淀粉靜態(tài)流變學(xué)特性的影響Fig.7 Effect of tea polyphenols on the static rheological properties of rice starch

2.6.2 動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性

茶多酚對(duì)大米淀粉動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響如圖8 所示。由圖8 可知，所有樣品的儲(chǔ)能模量（G′）均大于損耗模量（G″），tanδ 小于1，G′與G″隨頻率增加而上升，說明所有樣品以彈性性質(zhì)為主，均為典型的弱凝膠體系。隨著茶多酚添加量的增加，大米淀粉的G′和G″呈現(xiàn)下降的趨勢，混合體系粘彈性減弱， 這可能是因?yàn)椴瓒喾优c大米淀粉相互作用從而影響混合體系的粘彈性。與空白對(duì)照相比，添加茶多酚的大米淀粉tanδ 有所增加，說明茶多酚使得大米淀粉流動(dòng)性增強(qiáng)。 田金木等[21]研究發(fā)現(xiàn)隨著紅茶水提物濃度的增加，淀粉凝膠G′和G″均下降，而tanδ 增加。

圖8 茶多酚對(duì)大米淀粉動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響Fig.8 Effect of tea polyphenols on the dynamic rheological properties of rice starch

3 結(jié)論

文章研究了不同添加量（1%～5%）的茶多酚對(duì)大米淀粉溶解度、膨脹度、透光率、沉降率、凍融穩(wěn)定性、糊化特性、熱力學(xué)特性、流變學(xué)特性的影響。 添加茶多酚會(huì)影響大米淀粉的溶解度和膨脹度，可延緩淀粉糊透光率的降低，但對(duì)沉降率和凍融穩(wěn)定性影響較小。隨著茶多酚添加量的增加，大米淀粉的糊化溫度和崩解值顯著升高， 最低粘度和最終粘度降低。 大米淀粉的糊化焓隨著茶多酚添加量的增加呈升高趨勢。 隨著剪切速率的增大，大米淀粉表觀粘度降低，添加茶多酚后，淀粉表觀粘度呈下降趨勢。 添加茶多酚后，淀粉的儲(chǔ)能模量和損耗模量呈下降趨勢，損耗因子tanδ 有所增加。 因此，茶多酚的添加影響了大米淀粉的理化特性。