喬炳乾 付田田 牛麗亞 余莉莉 涂 瑾 肖建輝

(江西農業(yè)大學食品科學與工程學院，南昌 330045)

天然淀粉是存在于植物中，以顆粒狀呈現的物質，具有很高的營養(yǎng)價值和優(yōu)良的加工特性[1，2]。但由于其自身性質仍有缺陷，如綠豆淀粉結晶度高和易老化，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[3，4]，不能滿足食品工業(yè)等領域中的某些需求。因此需要通過物理方法、化學方法、生物方法或復合方法對天然淀粉進行處理，使原淀粉的分子大小，淀粉顆粒性質等發(fā)生改變，從而改進淀粉的理化性質，以滿足工業(yè)生產的需求。

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，多酚類物質可以與淀粉通過氫鍵發(fā)生非共價結合，使酚類物質進入淀粉螺旋內腔形成淀粉-多酚復合物，從而改善淀粉的理化性質[7]。如萬芊等[8]研究發(fā)現咖啡酸(CA)、槲皮素(Qu)和表沒食子基兒茶素沒食子酸酯(EGCG)等不同種類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。但目前關于葡萄籽原花青素對淀粉影響的研究較少[9]。

本實驗選取了綠豆淀粉，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3種淀粉理化性質的影響，為多酚改善淀粉性質的研究提供參考。

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(均為一級品)；葡萄籽原花青素(純度達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 儀器與設備

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

1.3 方法

1.3.1 實驗設計

本實驗以葡萄籽原花青素、綠豆淀粉、小麥淀粉和土豆淀粉為研究對象。處理條件為：分別稱取適量淀粉，配制成質量分數適宜的淀粉乳，再根據淀粉干質量的不同比例(0%、1%、2%、3%、4%)分別稱取葡萄籽原花青素。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。處理結束后，冷卻至室溫并按照以下方法分別測定其溶解度、膨脹度、耐酶解淀粉含量、凍融穩(wěn)定性和硬度。每個處理重復3次，取平均值。

1.3.2 淀粉溶解度和膨脹度的測定

參考陳學玲等[10]的方法略做修改。配置質量分數為2%的淀粉乳，按照1.3.1進行處理結束后，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 ℃)中進行干燥，待烘干至恒重后，稱重。淀粉的溶解度(S)與膨脹度(B)根據如下公式計算。

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量/g；m2為淀粉的質量/g；m3為離心后淀粉糊的質量/g。

1.3.3 耐酶解淀粉含量的測定

參考Englyst等[11]的方法進行改良。分別稱取100 mg淀粉，按淀粉干質量的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 ℃下反應兩個小時后，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內測540 nm處的吸光值。根據葡萄糖標準曲線計算得到葡萄糖含量。按照公式計算耐酶解淀粉含量。

耐酶解淀粉含量=(TS-(X×n)×0.9)/TS×100%

式中：TS為總淀粉量；X為由葡萄糖標準曲線計算得到的葡萄糖含量；n為稀釋倍數。

1.3.4 淀粉凍融穩(wěn)定性的測定

參考陳學玲等[10]的方法略作修改。配置質量分數為3%的淀粉乳，按照1.3.1處理結束后，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。棄去上清液后稱重。根據如下公式計算析水率(R)。

R=(m1-m2)/(m1-m0)×100%

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

1.3.5 淀粉硬度的測定

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

1.3.6 數據分析

使用SPSS軟件對數據進行處理，采用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗，并對同組樣品顯著性作字母標記，并使用origin軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 葡萄籽原花青素對不同淀粉溶解度的影響

不同添加量的葡萄籽原花青素對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系[10]。由圖可看出原花青素的添加對綠豆淀粉和土豆淀粉有顯著性影響，但對小麥淀粉的溶解度沒有顯著性影響，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%。這可能是因為多酚分子上含有大量的羥基，可以通過疏水鍵、氫鍵和范德華力與直鏈淀粉及支鏈淀粉的外鏈進行非共價結合，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鏈之間以及與部分直鏈淀粉分子之間能夠形成雙螺旋結構，大量的雙螺旋結構按照一定的規(guī)律排列就構成了晶體結構，根據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，可能是因為多酚的添加使土豆淀粉分子雙螺旋結構更加穩(wěn)固，使雙螺旋結構中的直鏈淀粉難以溶出[16]。

注：小寫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 葡萄籽原花青素對不同淀粉膨脹度的影響

不同添加量的葡萄籽原花青素對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，反映了淀粉顆粒內鍵的結合程度，跟直鏈淀粉的特性關系密切[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，小麥淀粉膨脹度提高1.53%；添加量為3%時，綠豆淀粉提高2.84%，土豆淀粉提高3.54%。這可能因為多酚能降低淀粉的糊化溫度及糊化焓的性質與原花青素的多羥基結構有關。因為羥基的親水性，可以同支鏈淀粉的側鏈進行結合，在不同程度上鍵合到淀粉顆粒的無定形區(qū)，改變了淀粉的微晶區(qū)和無定形區(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，其中抗性淀粉是一種在體內難以被消化吸收，不會被淀粉酶所酶解，可在大腸內發(fā)酵的一種淀粉，從功能上可以看作是一種膳食纖維，能有效促進腸道蠕動，延緩餐后血糖升高[19]。因此可以通過測定不被淀粉酶所酶解淀粉的含量，推測葡萄籽原花青素對抗性淀粉的影響。圖3顯示了葡萄籽原花青素對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，這可能有兩個方面的原因，一方面由于葡萄籽原花青素進入淀粉螺旋內腔形成了難以被α-淀粉酶水解的多酚-淀粉復合物[20]。另一方面，葡萄籽原花青素的添加可能會抑制α-淀粉酶的活性。Rasouli等[21]通過分子模擬技術篩選出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。多酚能夠通過氫鍵和范德華力同α-葡萄糖苷酶活性位點的氨基酸殘基結合，誘導葡萄糖苷酶的重排，使構象發(fā)生變化，阻止底物的進入而抑制酶的活性[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%時顯著降低，這可能是由于葡萄籽原花青素含量的高低對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，經冷凍處理再溶解后，仍能保持一定膠體結構的能力。經凍融處理后淀粉凝膠的持水性會受到影響，且力學性質的改變和淀粉回生的能力與淀粉凝膠微觀結構的改變有關[24]。所以在淀粉糊凍融過程中，所形成凝膠網孔的結構決定了析水率的大小。不同添加量的葡萄籽原花青素對三種淀粉凍融穩(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%時降低了8.7%，但對小麥淀粉和綠豆淀粉的凍融穩(wěn)定性沒有顯著性影響。柴艷偉[25]的研究中發(fā)現茶多酚可以通過氫鍵同直鏈淀粉

圖4葡萄籽原花青素對綠豆淀粉、小麥淀粉和土豆淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

發(fā)生非共價結合。多酚和直鏈淀粉的結合可能影響了直鏈淀粉重新形成螺旋結構并堆積，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 葡萄籽原花青素對不同淀粉硬度的影響

不同添加量的葡萄籽原花青素對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%時土豆淀粉的硬度降低最多，達61.2%。添加量為4%時，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-淀粉共糊化過程中發(fā)生了復雜的相互作用，多酚中大量羥基和羰基可以與淀粉中所富含的羥基產生作用，通過范德華力和氫鍵誘使淀粉分子聚集[27,9]。何財安等[28]研究發(fā)現苦蕎多酚同淀粉之間的相互作用競爭性地阻礙了淀粉網絡中單鏈直鏈淀粉分子重排形成雙螺旋結構的過程。這使得淀粉分子在凝膠中更易于移動，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淀粉硬度的影響/g

注：同列數據肩標字母不同，表示顯著性差異(P<0.05)。

3 結論

葡萄籽原花青素在同淀粉共糊化的過程中，淀粉的理化性質發(fā)生了不同程度的改變，由于三種淀粉具有不同的結構，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)生非共價結合而形成了多酚-淀粉復合物，可減緩淀粉水解，使淀粉的老化在很大程度上減弱，從而使淀粉的性質得到優(yōu)化。