大米是我國(guó)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(jié)構(gòu)為葡萄糖，由直鏈淀粉和支鏈淀粉構(gòu)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(yíng)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。
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。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。
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)。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)。XIAO等研究報(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(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。
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)。
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(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(guó)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。
3、實(shí)驗(yàn)方法
(1)淀粉溶解度與膨脹度測(cè)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：
(2)淀粉透光率與沉降率測(cè)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(zhǎng)處測(cè)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(cè)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%
(3)淀粉凍融穩(wěn)定性測(cè)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。
(4)淀粉糊化特性測(cè)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(cè)試鋁盒中混合均勻。RVA測(cè)定采用系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的程序(美國(guó)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。
(5)淀粉熱力學(xué)特性測(cè)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。
(6)淀粉流變學(xué)特性測(cè)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(cè)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(cè)定參數(shù)：測(cè)試溫度為25 ℃，剪切速率(γ)為10~300 s-1。動(dòng)態(tài)黏彈性測(cè)定參數(shù)：掃描應(yīng)力為1%，掃描頻率為0.1~100 rad/s。
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。
02
結(jié)果與分析
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。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)。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。
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。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、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(zhǎng)，大米淀粉糊透光率呈下降趨勢(shì)。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。
由圖4可知，隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)，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。
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(cè)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(duì)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(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。
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(jìng)爭(zhēng)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)。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。
回生值反映淀粉冷糊的穩(wěn)定性和老化趨勢(shì)。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。
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。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(shì)。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)。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(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。
DSC測(cè)得的起始溫度To均低于RVA所測(cè)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。同時(shí)，DSC測(cè)得的峰值溫度Tp也低于RVA所測(cè)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。
6、茶多酚對(duì)大米淀粉流變學(xué)特性的影響
(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。添加茶多酚后，淀粉表觀粘度呈下降趨勢(shì)，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。
(2)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性
03
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(shì)。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(shì)。添加茶多酚后，淀粉的儲(chǔ)能模量和損耗模量呈下降趨勢(shì)，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(jiǎn)介：
潘俊嫻
中華全國(guó)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(shù)研究。主持或參與科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表論文20余篇，其中SCI 10篇，授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)用新型專利2項(xiàng)，獲中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)、中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、首屆中國(guó)茶科技創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)。
來源：中國(guó)茶葉加工
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