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。大米淀粉的基本結構為葡萄糖，由直鏈淀粉和支鏈淀粉構成。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。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用于食品中。
茶多酚是茶葉中重要的生物活性物質，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。茶多酚具有抗氧化、抗輻射、抗炎癥等作用，已被廣泛應用于食品、日化和醫(yī)藥等領域。
目前，關于植物多酚和淀粉間相互作用的探索已成為相關領域的研究熱點。植物多酚與淀粉的相互作用會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、結構等因素相關。XIAO等研究報道茶多酚能破壞淀粉的晶體結構，顯著影響糊化焓。WU等研究發(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等報道茶多酚會阻礙淀粉分子鏈間的纏繞，從而導致淀粉糊的粘度下降。本團隊前期研究發(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構的形成，延緩淀粉的回生。
文章從淀粉溶解度、膨脹度、糊化特性、熱力學特性、流變學特性等方面研究茶多酚對大米淀粉理化特性的影響，為茶多酚在米制品上的開發(fā)應用提供理論基礎。
01
材料與方法
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。
2、儀器與設備
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型旋轉流變儀，美國TA儀器公司;TU-1901雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司;DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司;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，上海精宏實驗設備有限公司;EPED-10TH實驗室級純水器，南京易普易達科技發(fā)展有限公司;LD-IIB低速大容量多管離心機，無錫市瑞江分析儀器有限公司。
3、實驗方法
(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，計算其溶解度S;將離心管中的沉淀稱重，計算其膨脹度B。公式如下：
(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，按下式計算淀粉的沉降率。
沉降率(%)=上清液體積/總體積×100%
(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，按照以下公式計算析水率。
(4)淀粉糊化特性測定
稱取3.0 g淀粉，分別添加占淀粉質量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)內設置的程序(美國谷物化學協(xié)會AACC規(guī)定方法standard1)：先以960 r/min轉速攪拌10 s，之后以160 r/min轉速持續(xù)攪拌。50 ℃保持1 min，3.7 min內升至95 ℃，保持2.5 min，再在3.8 min內降至50 ℃，并在該溫度下保持2 min。
(5)淀粉熱力學特性測定
首先用標準銦對DSC進行溫度和熱焓校正。將淀粉與占淀粉質量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 ℃，以空坩堝為對照參比，氮氣為載氣，流速為20 mL/min。
(6)淀粉流變學特性測定
稱取1.0 g淀粉于離心管中，分別添加占淀粉質量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。動態(tài)黏彈性測定參數(shù)：掃描應力為1%，掃描頻率為0.1~100 rad/s。
4、數(shù)據(jù)分析
實驗均為3次重復，采用SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)分析，p<0.05表示差異顯著。
02
結果與分析
1、茶多酚對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的重要指標之一。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;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。茶多酚對大米淀粉溶解度和膨脹度的影響分別見圖1和圖2。
由圖1可知，隨著溫度的升高，大米淀粉的溶解度逐漸增大，當溫度為55 ℃時，大米淀粉的溶解度較小，當溫度達到95 ℃后，溶解度迅速增大，說明淀粉顆粒大量溶出。溫度較低時，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，溫度達到85 ℃后，空白組溶解度開始高于茶多酚組，當溫度達到95 ℃后，空白組溶解度顯著高于茶多酚組。MUJTABA等研究了綠茶提取物對大米淀粉性質的影響，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，尤其當溫度到95 ℃時，膨脹度迅速增加。當溫度較低時，淀粉顆粒的吸水溶脹程度較弱，因此膨脹度較低，當溫度從65 ℃升高到85 ℃時，自由水開始進入淀粉顆粒的非結晶區(qū)和部分結晶區(qū)，當溫度到95 ℃時，淀粉顆粒的部分結晶區(qū)結構崩解，水分能快速進入淀粉結構內部，因此膨脹度迅速增大。在同一溫度下，不同添加量的茶多酚對大米淀粉的膨脹度影響較小。當溫度為95 ℃時，此時淀粉較充分膨脹，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-淀粉復合物的膨脹度降低。
2、茶多酚對大米淀粉透光率與沉降率的影響
茶多酚對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，隨著時間的延長，大米淀粉糊透光率呈下降趨勢。在0 d時，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，導致入射光的反射或折射加強。陳南等也研究發(fā)現(xiàn)添加茶多酚降低了小麥淀粉糊的透光率，這是因為茶多酚使淀粉分子發(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晶的形成。
由圖4可知，隨著靜置時間的延長，大米淀粉沉降率升高。在4 ℃靜置8 h內，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。
3、茶多酚對大米淀粉凍融穩(wěn)定性的影響
淀粉糊在凍融過程會出現(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。
茶多酚對大米淀粉凍融穩(wěn)定性的影響見圖5，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%。
4、茶多酚對大米淀粉糊化特性的影響
茶多酚對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。
添加茶多酚后大米淀粉的糊化溫度顯著升高，當添加量為5%時，大米淀粉糊化溫度最高，這可能是因為茶多酚與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，從而導致糊化溫度升高。茶多酚對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。與空白對照相比，添加茶多酚后大米淀粉的崩解值顯著性升高，說明茶多酚能加強大米淀粉的糊化破裂。
杜京京也研究報道添加5%、10%和20%茶多酚后大米淀粉的崩解值增加。任順成等研究發(fā)現(xiàn)玉米淀粉中添加兒茶素對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。
回生值反映淀粉冷糊的穩(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，說明茶多酚促進了大米淀粉的短期回生。
5、茶多酚對大米淀粉熱力學特性的影響
茶多酚對大米淀粉熱力學特性的影響結果見表2。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構所需的能量，其與淀粉雙螺旋結構的數(shù)量和強度有關。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，從而導致其糊化焓增加。WU等研究發(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等研究報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果的差異，可能是因為茶多酚添加量的不同等因素導致的。
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程先于粘度增加的起始進程。同時，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)生在淀粉結晶區(qū)完全熔融之后。
6、茶多酚對大米淀粉流變學特性的影響
(1)靜態(tài)流變學特性
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。在淀粉糊中，淀粉分子鏈之間相互纏繞，使得流動受阻，當受到剪切作用時，分子鏈被拉直，纏結點逐漸減少，流動阻力降低，從而使淀粉糊表觀粘度下降。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，分子鏈間纏結減少，表觀粘度下降。
(2)動態(tài)流變學特性
03
結論
文章研究了不同添加量(1%~5%)的茶多酚對大米淀粉溶解度、膨脹度、透光率、沉降率、凍融穩(wěn)定性、糊化特性、熱力學特性、流變學特性的影響。
添加茶多酚會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。
作者簡介：
潘俊嫻
中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究所助理研究員，主要從事茶食品技術研究。主持或參與科研項目10余項，發(fā)表論文20余篇，其中SCI 10篇，授權發(fā)明專利2項、實用新型專利2項，獲中國商業(yè)聯(lián)合會科學技術獎特等獎、中國商業(yè)聯(lián)合會科學技術獎一等獎、首屆中國茶科技創(chuàng)新大賽二等獎。
來源：中國茶葉加工
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