茶多酚对籼米淀粉回生抑制作用的研究

吴 跃，林亲录，*，陈正行，吴 伟，肖华西

(1.中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南长沙410004; 2.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，食品学院，江苏无锡214122)

茶多酚对籼米淀粉回生抑制作用的研究

吴 跃1，林亲录1，*，陈正行2，吴 伟1，肖华西1

(1.中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南长沙410004; 2.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，食品学院，江苏无锡214122)

研究了天然抗氧化提取物茶多酚(TPLs)对籼米淀粉回生的影响。采用差示扫描量热仪(DSC)、X－射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)评价茶多酚对淀粉回生的抑制作用。结果表明，淀粉的糊化温度和焓值随着TPLs添加量的增加而明显降低，添加16%TPLs(基于淀粉重)淀粉样品的糊化To、Tp和Tc分别提前8.93、5.69和5.13℃，糊化焓值则降低2.27J/g;在4℃下贮存，淀粉的回生焓值和重结晶随着TPLs添加量的增加逐渐降低，添加16%TPLs(基于淀粉重)的糊化淀粉样品贮存15d后没有出现回生焓值以及重结晶。在SEM相同放大倍数下回生淀粉颗粒形貌显示，随着TPLs添加量的增加颗粒逐渐减小并呈网孔状。以上结果证明，茶多酚对籼米淀粉回生有显著抑制作用。

茶多酚，籼米淀粉，回生(老化)

茶多酚(TPLs)是一种存在于茶叶中的多羟基酚类天然抗氧化物，含量高(占总干物质的18%～36%)。茶叶中的多酚类物质大多属缩合单宁，因其大部分溶解于水，所以又称为水溶性单宁。TPLs是由黄烷醇类(儿茶素类，含量最多，占多酚类总量的70%～80%)、花色素类(花白素和花青素)、花黄素类(黄酮及黄酮醇类)、缩酸及缩酚酸类组成。除酚酸及缩酚酸类以外，其它几类化合物由于具有2－苯基苯并吡喃的基本结构，所以可统称为类黄酮化合物［1］。TPLs不但抗氧化活性卓越，还具有多种生物活性，也是良好的食品防腐剂，对多种病菌有明显的抑制作用，已被国家正式认定为全无毒多功能食品添加剂和油脂抗氧化剂，且目前已有规模化的工业生产。我国自古以来，就有茶年糕的制作，人们发现添加茶叶提取物制备出的年糕不但具有丰富的产品风味和色泽，还可以明显延长年糕的保质期和货架期，如降低产品贮存过程中的硬度［2］，而硬度是淀粉回生的一个重要体现。但是这些认识仅仅停留在经验观察上，却没有进行深入细致的科学研究。近年来，周裔彬等人［3］认为茶多糖具有抑制小麦淀粉回生的功能。而TPLs作为茶叶提取物中的主要生物活性成分，却还没有这方面确切的研究报道。本文欲详细地研究TPLs对籼米淀粉回生的影响，将差示扫描量热仪(DSC)、X－射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)三种技术结合，全面测定淀粉的回生程度［4］。

表1 不同比例下的籼米淀粉和茶多酚混合物的糊化温度和焓值

表2 糊化后的籼米淀粉和茶多酚混合物在4℃下贮存不同天数的回生焓值和回生率

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

早籼米 安徽定远，市售;籼米淀粉 直链淀粉含量24.3%［5］，蛋白含量0.62%，依据文献［6］自提;直链淀粉标准品 美国Sigma公司;茶多酚 TGP－95B，总多酚95%、儿茶素75%，无锡太阳绿宝科技有限公司。

差示扫描量热仪DSC(Pyris 1型) 美国PE公司;X－射线衍射仪XRD(Bruker D8) 德国Bruker公司;扫描电镜SEM(Quanta－200) 荷兰FEI公司; Labconco冷冻干燥机 美国Labconco公司。

1.2 实验方法

1.2.1 茶多酚对籼米淀粉回生影响的热力学性质测定 首先，用标准铟对DSC进行温度和热焓校正。分别添加0%、4%、8%和16%(占淀粉重)的TPLs。称取2mg混合样品加入PE液体坩埚中，按1∶2(w/w)的比例加入去离子水。样品密封后在室温下放置24h平衡。然后在DSC上糊化，条件是以10℃/min的速度从20℃加热到95℃，以空坩埚作参比，载气为氮气，流速为20mL/min。从DSC的糊化曲线中确定糊化的起始温度To、峰温度Tp和终止温度Tc，根据峰面积计算糊化焓值(ΔHg)。糊化后的样品随即放入4℃冰箱中分别贮存5、10、15d进行回生测定。贮存后的样品，在相同糊化相同测试条件下重新加热，从第二轮加热曲线中计算出样品的回生焓值(ΔHr)。另外，计算出样品的回生率R(%)，为回生焓和糊化焓的比值。

1.2.2 茶多酚对籼米淀粉回生影响的X－射线衍射测定 TPLs和籼米淀粉混合比例同DSC分析时相同，按混合物1∶2(w/w)的比例加入去离子水，混合均匀后，蒸汽密闭加热20min进行糊化。糊化后的样品冷却到室温，密封好后放入4℃冰箱中贮存15d。将贮存好的样品进行冷冻干燥，研磨过100目筛后用于XRD分析。XRD分析采用的是铜靶Cu Kα (λ=0.15406nm)，功率为1600W(40kV×40mA)，NaI晶体闪烁计数器(scintillation counter)测量X－射线的强度，扫描范围为4～40°(2θ)，扫描速度为4°/min。发散狭缝DS、防散射狭缝SS、接受狭缝RS的设置分别为1、1、0.1mm。每个样品测量一次，测量结果用MDI Jade 5.0软件进行分析。

1.2.3 茶多酚对籼米淀粉回生影响的颗粒扫描电镜形貌观察 样品制备同1.2.2，干燥的颗粒样品用双面胶固定在铝垫上，然后喷上10nm厚的金，用10kV的加速电压进行检测。

2 结果与分析

2.1 茶多酚对籼米淀粉回生影响的热力学性质结果分析

DSC作为测定淀粉回生体系的经典方法，从曲线中可以确定淀粉样品的糊化和回生性质。从表1中可见，添加TPLs可以显著影响籼米淀粉的糊化性质，即随着TPLs添加量的增加，淀粉的糊化温度和焓值均降低。与空白样品相比，添加16%TPLs能显著促进淀粉糊化，其中To、Tp和Tc分别提前8.93、5.69、5.13℃，糊化焓值则降低2.27J/g。TPLs能够明显地降低淀粉糊化焓，这可能是与其多羟基的结构有关，这些－OH基团具有亲水性，可以和支链淀粉的侧链结合，在不同程度上键合到淀粉颗粒的无定型区域，因此改变了微晶体和无定型基质的耦合力，结果使淀粉颗粒更易水和，需要较少的能量就可以糊化［8］。

淀粉回生焓值反映的是糊化淀粉胶体在贮存过程中相邻的双螺旋结合形成的晶体的熔化，并且这个吸热峰是支链淀粉回生后再熔化引起的，而不是直链淀粉［4］。表2中列出了添加不同含量TPLs的籼米淀粉糊化后在4℃下贮存不同天数的回生焓值和回生率的变化。从表2中可以看出，糊化后的空白样品在贮存的前5d内回生速率可达到31.8%，在贮存15d后空白样品的ΔHr和R(%)高达8.65J/g和72.0%，这间接说明本实验采用的这种大米淀粉以及在此水分含量和贮存温度条件下是较易回生的。这也与丁文平等的报道相一致，他们将从湖南余赤大米(籼米)中提取的大米淀粉(水分含量为6.4%，直链淀粉含量32.6%)作为研究对象，发现当体系水分含量为60%时，淀粉体系的回生速度最快，在4℃下贮存14d后的ΔHr为8.24 J/g［9］。

从表2中的结果，可以清楚地看到TPLs对籼米淀粉回生具有明显的抑制作用。特别是当添加16% TPLs时，籼米淀粉在4℃下贮存15d没有显示出回生焓值。同时，当添加4%和8%TPLs时，在4℃下贮存15d后可使淀粉回生焓值和回生率分别降低4.51J/g、37%和6.1J/g、48.2%。当将TPLs添加到糯米和粳米淀粉中，其同样能够抑制回生(数据未列出)，这表明TPLs具有广泛的抑制大米淀粉回生能力，不受其中直链淀粉含量影响。有研究发现，糊化的小麦淀粉贮存48h使其回生，在添加绿茶提取物(主要是多酚化合物)后可明显降低淀粉的胶体硬度［8］。而添加儿茶素也能显著降低抗性淀粉Ⅲ(即回生淀粉)的形成［10］。以上研究结果表明，TPLs具有抑制淀粉回生的能力。

回生淀粉是分子间形成强的氢键，在无定型区域内形成胶合结构。淀粉和酚类化合物的相互作用是通过羟基形成的氢键结合。值得注意的是，TPLs含有高反应活性的羟基，所以这些活性基团更易与籼米淀粉的羟基形成氢键，以此干扰贮存过程中淀粉多聚物链自身的结合［11］。因此，作者认为TPLs羟基的反应活性非常重要，其可以与淀粉分子自身竞争形成氢键。

2.2 茶多酚对籼米淀粉回生影响的X－射线衍射结果分析

XRD分析测定的是不同TPLs添加量时籼米淀粉样品在贮存后的最终重结晶情况。在回生淀粉的XRD衍射图中，结晶区与非晶区划分比较难，因为两者都是弥散衍射特征，两个区域又连成一体［12］。而淀粉的回生过程可看作糊化的可逆过程，糊化后的淀粉分子在低温下自动排列成序，相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密、高度晶化的分子微束。在贮存期间，分子排列是一个缓慢的过程，随着时间的延长，回生程度随之增大，结晶度也随之增加，糊化淀粉的无定型区域也随之减少［13］。

图1显示的是不同混合比例的籼米淀粉/TPLs样品糊化后回生的XRD图形，从图1中可以观察到相应的重结晶情况。天然籼米淀粉颗粒显示的是典型的A－型XRD图形，在2θ接近14.2、17.37、18.7、23.37°时能观察到强峰，如图1a［14］。然而，一旦天然籼米淀粉颗粒糊化后，在回生过程中就会形成B－型结晶［4］。回生淀粉显示的就是B－型结晶，同时伴随着硬度增加以及多聚物和溶剂之间的相分离(即脱水)。B－型结晶典型的特征是有16.9°(2θ)这个很好定义的峰。这个峰的形成是熔化的无定型淀粉的结晶，主要是贮存过程中支链淀粉部分引起的［15］。

如图1所示，在XRD衍射图上，添加16%TPLs的籼米淀粉样品在接近17°(2θ)这个位置上没有衍射峰存在，从而说明不存在典型的B－型结晶即没有回生现象出现。而添加4%和8%TPLs的籼米淀粉样品在17°(2θ)有略微鼓起的小峰，但与空白样品相比，此位置的峰强度要小的多。这些说明TPLs能推迟糊化淀粉的重结晶即回生，以上从XRD衍射图的

图1 天然籼米淀粉颗粒和添加不同含量茶多酚的籼米淀粉样品糊化后在4℃下贮存15d的X－射线衍射图

2.3 茶多酚对籼米淀粉回生影响的颗粒扫描电镜观察结果

图2中的样品均是在300×的放大倍数下观察的，从中可以清楚的看到样品颗粒的三维立体结构，空白样品(图2a)在4℃下贮存15d后，变成了聚集的“石头状”硬块，而添加4%和8%TPLs(图2b、图2c)的籼米淀粉样品聚集成的硬块程度大大降低。当添加16%TPLs时(图2d)，非但没有出现聚集成的硬块，反而看到了具有一些网孔状结构的粘聚性颗粒，其中的网孔是冷冻干燥时脱水形成的，这说明样品在贮存15d后仍能保持大量的水分。以上观察的结果表明，TPLs能阻止籼米淀粉样品形成结晶即从SEM中观察到的硬块，减少样品水分流失，具有持水性，这些实验结论再次说明TPLs具有抗籼米淀粉回生的能力。

图2 添加不同含量茶多酚的籼米淀粉样品糊化后在4℃下贮存15d的颗粒SEM图

3 结论

本文证明了添加高纯度TPLs抑制籼米淀粉回生的有效性。TPLs的添加量分别为0%、4%、8%和16%(基于淀粉重)，籼米淀粉的糊化温度、糊化焓值、回生焓值、回生率以及重结晶均随TPLs添加量的增加而明显降低。添加16%TPLs的糊化籼米淀粉样品在4℃贮存15d时，检测不到回生。在SEM相同放大倍数下观察回生淀粉颗粒形貌，发现随着TPLs添加量的增加，颗粒逐渐减小并出现网孔状，说明样品的回生程度减小且持水性增强。

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Study on preventing the retrogradation of long－shaped rice starch using tea polyphenols(TPLs)

The effect of natural antioxidative extracts tea polyphenols(TPLs)on the retrogradation of long－shaped rice starch was investigated.TPLs－fortified rice starch exhibited retarding the retrogradation as assessed by differential scanning calorimetry(DSC)，X－ray diffraction(XRD)and scanning electron microscopy(SEM).The temperature and enthalpy of starch gelatinization obviously decreased as the TPLs level increased.Gelatinization To，Tpand Tcof starch with 16%TPLs sample were respectively 8.93，5.69 and 5.13℃ lower and enthalpy of gelatinization reduced by 2.27J/g.After storage at 4℃，enthalpy and recrystallization of starch retrogradation gradually decreased with the increase of TPLs content.Rice starch with 16%TPLs had almost no retrogradation enthalpy and recrystallization until storage of 15 days.It was observed at same magnification by SEM that the size of retrograded starch granules decreased and appeared cancellous shape with adding TPLs increased.The overall results demonstrated that the marked inhibitory effect of TPLs on the retrogradation of long－shaped rice starch.

tea polyphenols(TPLs);long－shaped rice starch;retrogradation

WU Yue1，LIN Qin－lu1，*，CHEN Zheng－xing2，WU Wei1，XIAO Hua－xi1

(1.Faculty of Food Science and Engineering，Center South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China; 2.State Key Laboratory of Food Science and Technology，School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

TS231

A

1002－0306(2011)12－0078－04

2010－11－01 *通讯联系人

吴跃(1981－)，女，讲师，研究方向:粮食深加工。

国家自然科学基金(31050012);农业部公益性行业课题(200903043－2)。