茶多酚对大米淀粉理化特性的影响

潘俊娴，吕杨俊，蒋玉兰，叶丽伟，王霈菲，朱跃进，张士康*

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究所，浙江杭州 310016；2.浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016）

大米是我国主要的粮食作物之一， 淀粉是其主要成分，约占总成分的80%以上[1]。 大米淀粉的基本结构为葡萄糖，由直链淀粉和支链淀粉构成[2]。大米淀粉颗粒较小，平均粒径在2～7 μm 左右，且颗粒分布较均匀，呈现不规则的多角形，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营养特性， 常被开发成米制品或作为增稠剂应用于食品中[1]。

茶多酚是茶叶中重要的生物活性物质， 其含量占茶叶干重的18%～36%， 主要包括儿茶素类、黄酮类、黄酮醇类、酚酸类、缩酚酸类及聚合酚类等成分[4]。茶多酚具有抗氧化、抗辐射、抗炎症等作用，已被广泛应用于食品、日化和医药等领域[5]。

目前， 关于植物多酚和淀粉间相互作用的探索已成为相关领域的研究热点[5]。植物多酚与淀粉的相互作用会影响淀粉的理化特性、 加工特性和消化特性，且与多酚的来源、种类、添加量，淀粉的来源、结构等因素相关[6-7]。 XIAO 等[8]研究报道茶多酚能破坏淀粉的晶体结构， 显著影响糊化焓。WU 等[9]研究发现随着茶多酚添加量的增加，大米淀粉的终值粘度显著下降。CHEN 等[10]报道茶多酚会阻碍淀粉分子链间的缠绕， 从而导致淀粉糊的粘度下降。 本团队前期研究发现儿茶素可通过氢键与小麦淀粉相互作用， 阻碍淀粉分子有序结构的形成，延缓淀粉的回生[11-12]。文章从淀粉溶解度、膨胀度、糊化特性、热力学特性、流变学特性等方面研究茶多酚对大米淀粉理化特性的影响， 为茶多酚在米制品上的开发应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶多酚（含量90%），杭州怡倍嘉茶叶科技有限公司；大米淀粉，安徽顺鑫盛源生物食品有限公司。

1.2 仪器与设备

RVA 4500 型快速黏度分析仪，澳大利亚波通公司；DSC-3 型差示扫描量热仪， 瑞士梅特勒-托利多公司；DHR-3 型旋转流变仪，美国TA 仪器公司；TU-1901 双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；DHG-9140A 型电热恒温鼓风干燥箱， 上海精宏实验设备有限公司；AL204 电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；DK-S24 型电热恒温水浴锅， 上海精宏实验设备有限公司；EPED-10TH 实验室级纯水器，南京易普易达科技发展有限公司；LD-IIB 低速大容量多管离心机，无锡市瑞江分析仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 淀粉溶解度与膨胀度测定

称取0.5 g 淀粉于离心管中，分别添加占淀粉质量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚， 再加入24.5 g 蒸馏水，充分混匀，在55、65、75、85、95℃下加热30 min，冷却至室温，3000 r/min 离心20 min，将上清液于105 ℃烘干至恒重，计算其溶解度S；将离心管中的沉淀称重，计算其膨胀度B。 公式如下：

式中：A 为上清液烘至恒重后的质量，g；W 为样品质量，g；P 为沉淀质量，g。

1.3.2 淀粉透光率与沉降率测定

称取0.4 g 淀粉于离心管中，分别添加占淀粉质量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚， 再加入39.6 g 蒸馏水，振荡混匀，充分糊化后冷却至室温，于620 nm 波长处测定其透光率。 将淀粉糊置于4 ℃冷藏，每隔24 h 取出，恢复至室温，测定淀粉糊的透光率。

采用同样的样品制备方法， 冷却后将淀粉糊转移至带刻度试管中， 置于4 ℃冷藏8、18、28、48、96、120 h 后取出记录上清液的体积，按下式计算淀粉的沉降率。

沉降率（%）=上清液体积/总体积×100%

1.3.3 淀粉冻融稳定性测定

称取1.5 g 淀粉于离心管中，分别添加占淀粉质量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚， 再加入28.5 g 蒸馏水，振荡混匀，充分糊化后冷却至室温，置于-18 ℃冷冻22 h，取出后在30 ℃水浴解冻2 h，3500 r/min 离心15 min，倒掉上清液后称重，按照以下公式计算析水率。

式中：G1 为离心管的质量，g；G2 为糊化样品加离心管的质量，g；G3 为弃去上清液后的质量，g。

1.3.4 淀粉糊化特性测定

称取3.0 g 淀粉， 分别添加占淀粉质量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚，再加入25 mL 蒸馏水，在RVA 测试铝盒中混合均匀。 RVA 测定采用系统内设置的程序（美国谷物化学协会AACC 规定方法standard1）：先以960 r/min 转速搅拌10 s，之后以160 r/min 转速持续搅拌。 50 ℃保持1 min，3.7 min 内升至95 ℃，保持2.5 min，再在3.8 min内降至50 ℃，并在该温度下保持2 min。

1.3.5 淀粉热力学特性测定

首先用标准铟对DSC 进行温度和热焓校正。将淀粉与占淀粉质量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚按比例混合均匀。 称取3.0 mg 混合样品于PE坩埚中，按1:2（w:v）加入蒸馏水（即6 μL），搅拌均匀，密封平衡12 h。 将样品在DSC 上糊化，条件为：以5 ℃/min 速度从25 ℃加热到110 ℃，以空坩埚为对照参比，氮气为载气，流速为20 mL/min。

1.3.6 淀粉流变学特性测定

称取1.0 g 淀粉于离心管中，分别添加占淀粉质量1%、2%、3%、4%、5%的茶多酚， 再加入15.6 g 蒸馏水， 混合均匀，95 ℃水浴加热30 min 充分糊化后冷却至室温。 采用平板-平板测量系统，平板直径40 mm，设置间隙1 mm。

静态剪切流变测定参数： 测试温度为25 ℃，剪切速率（γ）为10～300 s-1。动态黏弹性测定参数：扫描应力为1%，扫描频率为0.1～100 rad/s。

1.4 数据分析

实验均为3 次重复，采用SPSS 20.0 进行数据分析，p＜0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 茶多酚对大米淀粉溶解度与膨胀度的影响

溶解度和膨胀度是研究淀粉糊化性质的重要指标之一[13]。 溶解度反映淀粉在溶胀过程中的溶出程度，与直链淀粉含量呈正相关；膨胀度反映淀粉颗粒的吸水、保水能力，与支链淀粉含量呈正相关[14]。 茶多酚对大米淀粉溶解度和膨胀度的影响分别见图1 和图2。

图1 茶多酚对大米淀粉溶解度的影响Fig.1 Effect of tea polyphenols on the solubility of rice starch

图2 茶多酚对大米淀粉膨胀度的影响Fig.2 Effect of tea polyphenols on the dilatability of rice starch

由图1 可知，随着温度的升高，大米淀粉的溶解度逐渐增大，当温度为55 ℃时，大米淀粉的溶解度较小，当温度达到95 ℃后，溶解度迅速增大，说明淀粉颗粒大量溶出。温度较低时，溶出物大部分来自于茶多酚，且随着茶多酚添加量的增加，溶解度增大。 随着温度的升高，淀粉溶解度增大，不同茶多酚添加量下大米淀粉溶解度之间的差距逐渐变小，温度达到85 ℃后，空白组溶解度开始高于茶多酚组，当温度达到95 ℃后，空白组溶解度显著高于茶多酚组。 MUJTABA 等[15]研究了绿茶提取物对大米淀粉性质的影响， 发现温度90 ℃下，随着绿茶提取物浓度的增加，绿茶提取物-淀粉复合物的溶解度降低。

从图2 可以看出，随着温度的升高，大米淀粉的膨胀度也一直增大， 尤其当温度到95 ℃时，膨胀度迅速增加。 当温度较低时，淀粉颗粒的吸水溶胀程度较弱，因此膨胀度较低，当温度从65 ℃升高到85 ℃时，自由水开始进入淀粉颗粒的非结晶区和部分结晶区，当温度到95 ℃时，淀粉颗粒的部分结晶区结构崩解，水分能快速进入淀粉结构内部，因此膨胀度迅速增大[13]。 在同一温度下，不同添加量的茶多酚对大米淀粉的膨胀度影响较小。 当温度为95 ℃时， 此时淀粉较充分膨胀，但添加茶多酚能使大米淀粉膨胀度减小。MUJTABA 等[15]研究发现温度90 ℃下，随着绿茶提取物浓度的增加， 绿茶提取物-淀粉复合物的膨胀度降低。

2.2 茶多酚对大米淀粉透光率与沉降率的影响

茶多酚对大米淀粉透光率与沉降率的影响分别如图3 和图4 所示。从图3 可以看出，随着时间的延长， 大米淀粉糊透光率呈下降趋势。 在0 d时，添加茶多酚后淀粉糊的透光率降低，这可能是由于茶多酚本身带有颜色， 导致入射光的反射或折射加强。陈南等[5]也研究发现添加茶多酚降低了小麦淀粉糊的透光率， 这是因为茶多酚使淀粉分子发生一定程度的聚集， 从而降低了淀粉糊的透光率。 添加茶多酚的淀粉糊透光率随时间降低的速度小于纯淀粉糊，与0 d 相比，冷藏5 d 以后，纯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减小，分别为0.54%、0.39%、0.34%、0.38%、0.35%，这可能是茶多酚与淀粉分子间的相互作用阻止了淀粉结晶的形成。

图3 茶多酚对大米淀粉透光率的影响Fig.3 Effect of tea polyphenols on the transmittance of rice starch

图4 茶多酚对大米淀粉沉降率的影响Fig.4 Effect of tea polyphenols on the sedimentation rate of rice starch

由图4 可知，随着静置时间的延长，大米淀粉沉降率升高。 在4 ℃静置8 h 内， 沉降率快速升高，之后逐渐变缓趋于稳定。添加茶多酚后大米淀粉的沉降率升高，但与空白组差异较小。

2.3 茶多酚对大米淀粉冻融稳定性的影响

淀粉糊在冻融过程会出现脱水收缩现象，因此可通过测定其在冻融过程中的析水率来反映淀粉糊的冻融稳定性[13]。 茶多酚对大米淀粉冻融稳定性的影响见图5。 由图5 可知，随着茶多酚添加量的增加， 大米淀粉析水率逐渐减小。 除了添加5%茶多酚的大米淀粉，其余大米淀粉析水率无显著性差异（p＞0.05），析水率在56.10%～57.87%之间。 添加5%茶多酚的大米淀粉析水率显著减小，析水率为52.45%。

图5 茶多酚对大米淀粉冻融稳定性的影响Fig.5 Effect of tea polyphenols on the freeze-thaw stability of rice starch

2.4 茶多酚对大米淀粉糊化特性的影响

茶多酚对大米淀粉糊化特性曲线和糊化特性参数的影响如图6 和表1 所示。 由图6 和表1 可知，添加茶多酚后大米淀粉的糊化温度显著升高，当添加量为5%时，大米淀粉糊化温度最高，这可能是因为茶多酚与淀粉之间竞争性吸水或茶多酚与淀粉之间相互作用，影响大米淀粉的糊化，从而导致糊化温度升高。 茶多酚对大米淀粉峰值粘度影响较小，但显著性降低了最低粘度和最终粘度。崩解值与淀粉颗粒的破损程度、 淀粉糊的热稳定性有关[16]。 与空白对照相比，添加茶多酚后大米淀粉的崩解值显著性升高， 说明茶多酚能加强大米淀粉的糊化破裂。 杜京京[16]也研究报道添加5%、10%和20%茶多酚后大米淀粉的崩解值增加。 任顺成等[17]研究发现玉米淀粉中添加儿茶素对峰值粘度没有显著影响， 但可显著降低最低粘度和最终粘度，升高崩解值。回生值反映淀粉冷糊的稳定性和老化趋势。从表1 可以看出，添加茶多酚可显著增加大米淀粉的回生值， 说明茶多酚促进了大米淀粉的短期回生。

表1 茶多酚对大米淀粉糊化特性的影响Table 1 Effect of tea polyphenols on the pasting properties of rice starch

图6 茶多酚对大米淀粉糊化特性的影响Fig.6 Effect of tea polyphenols on the pasting properties of rice starch

2.5 茶多酚对大米淀粉热力学特性的影响

茶多酚对大米淀粉热力学特性的影响结果见表2。由表2 可知，添加茶多酚后大米淀粉的起始温度显著性降低，终止温度无明显差异。 糊化焓△Hg 随着茶多酚添加量的增加呈升高趋势。糊化焓表示熔融淀粉分子双螺旋结构所需的能量，其与淀粉双螺旋结构的数量和强度有关[13]。 淀粉糊化焓的升高可能是由于茶多酚与淀粉分子相互作用，增加了淀粉分子之间的作用力，从而导致其糊化焓增加。 WU 等[18]研究发现大米淀粉的起始温度、峰值温度、终止温度和糊化焓均随着茶多酚添加量的增加而降低。XIAO 等[19]研究报道添加绿茶多酚后大米淀粉的起始温度、 峰值温度、终止温度和糊化焓下降。 之前的研究与本文结果的差异，可能是因为茶多酚添加量的不同等因素导致的。

表2 茶多酚对大米淀粉热力学特性的影响Table 2 Effect of tea polyphenols on the thermal properties of rice starch

DSC 测得的起始温度To 均低于RVA 所测得的糊化温度，说明大米淀粉、大米淀粉和茶多酚混合物的熔融进程先于粘度增加的起始进程[20]。 同时，DSC 测得的峰值温度Tp 也低于RVA 所测得的Tp，表明其粘度的快速增加发生在淀粉结晶区完全熔融之后[20]。

2.6 茶多酚对大米淀粉流变学特性的影响

2.6.1 静态流变学特性

从图7 可知，随着剪切速率的增大，大米淀粉表观粘度降低， 说明其具有假塑性流体剪切变稀的性质。 在淀粉糊中，淀粉分子链之间相互缠绕，使得流动受阻， 当受到剪切作用时， 分子链被拉直，缠结点逐渐减少，流动阻力降低，从而使淀粉糊表观粘度下降[13]。 添加茶多酚后，淀粉表观粘度呈下降趋势， 这可能是由于茶多酚与淀粉发生相互作用，分子链间缠结减少，表观粘度下降。

图7 茶多酚对大米淀粉静态流变学特性的影响Fig.7 Effect of tea polyphenols on the static rheological properties of rice starch

2.6.2 动态流变学特性

茶多酚对大米淀粉动态流变学特性的影响如图8 所示。由图8 可知，所有样品的储能模量（G′）均大于损耗模量（G″），tanδ 小于1，G′与G″随频率增加而上升，说明所有样品以弹性性质为主，均为典型的弱凝胶体系。随着茶多酚添加量的增加，大米淀粉的G′和G″呈现下降的趋势，混合体系粘弹性减弱， 这可能是因为茶多酚与大米淀粉相互作用从而影响混合体系的粘弹性。与空白对照相比，添加茶多酚的大米淀粉tanδ 有所增加，说明茶多酚使得大米淀粉流动性增强。 田金木等[21]研究发现随着红茶水提物浓度的增加，淀粉凝胶G′和G″均下降，而tanδ 增加。

图8 茶多酚对大米淀粉动态流变学特性的影响Fig.8 Effect of tea polyphenols on the dynamic rheological properties of rice starch

3 结论

文章研究了不同添加量（1%～5%）的茶多酚对大米淀粉溶解度、膨胀度、透光率、沉降率、冻融稳定性、糊化特性、热力学特性、流变学特性的影响。 添加茶多酚会影响大米淀粉的溶解度和膨胀度，可延缓淀粉糊透光率的降低，但对沉降率和冻融稳定性影响较小。随着茶多酚添加量的增加，大米淀粉的糊化温度和崩解值显著升高， 最低粘度和最终粘度降低。 大米淀粉的糊化焓随着茶多酚添加量的增加呈升高趋势。 随着剪切速率的增大，大米淀粉表观粘度降低，添加茶多酚后，淀粉表观粘度呈下降趋势。 添加茶多酚后，淀粉的储能模量和损耗模量呈下降趋势，损耗因子tanδ 有所增加。 因此，茶多酚的添加影响了大米淀粉的理化特性。