余 科，孔令辉，张 瑞，吴慕慈，胡依黎，何静仁,

（1.武汉轻工大学硒科学与工程现代产业学院，湖北武汉 430023；2.武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北武汉 430023；3.湖北省农产品加工与转化重点实验室，湖北武汉 430023；4.国家富硒农产品加工技术研发专业中心，湖北省绿色富硒农产品精深加工工程技术研究中心，湖北武汉 430023）

目前全球每年茶叶消耗量约为600 万吨。在茶叶种植、生产、加工及消费环节中会产生大量的茶渣剩余物，单中国每年可产生500 万吨以上的茶渣剩余物[1]。由于传统的泡茶、现代饮料加工工艺等只能溶出茶叶中部分生物活性成分，这些茶渣中仍然含有多种有效成分，包括4.2%～10.1%的茶多酚、13.0%～19.0%的粗纤维，26.0%～35.0%的茶蛋白等[2]。其中，茶多酚[3-4]、茶多糖[5]、茶蛋白[6]具有很好的抗氧化活性，已被广泛应用于食品、化学品、医药等领域。因此，深入研究茶渣中活性成分的应用价值，可减少副产物的污染，实现现代食品工业的绿色可持续发展。

马铃薯淀粉具有颗粒大，吸水膨胀快，糊化温度低，黏度高等特性，但马铃薯淀粉糊因机械强度过低极大的限制了其加工贮藏[7]。为改善淀粉品质，往往在淀粉中加入多酚、多糖和蛋白质等几类外源物。淀粉基食品的营养特性受淀粉理化性质及与其它成分相互作用的影响[8-10]。Du 等[11]研究了茶多酚对高压糊化大米淀粉结构和理化性质的影响，发现在室温下，茶多酚可以加速高静水压（≥ 400 MPa）诱导的大米淀粉糊化，并改变其结构和理化性质。Yin 等[12]研究了RG-I果胶对马铃薯淀粉理化性质的影响。结果表明，RG-1 果胶的添加显著降低了马铃薯淀粉的峰值黏度和崩解值，提高了马铃薯淀粉的糊化温度，增加了马铃薯淀粉的回生值，抑制了淀粉颗粒的膨润率。刘佳松等[13]研究了乳清蛋白及其水解物对马铃薯淀粉体外消化性和理化性质的影响。结果表明，添加乳清蛋白及其水解物提高了马铃薯淀粉的糊化温度。Chen 等[14]研究了湿热条件下大豆肽对马铃薯淀粉理化性质的影响。结果表明，大豆蛋白肽能够降低马铃薯淀粉黏度和膨润率，提高马铃薯淀粉的糊化温度。曾铭等[15]系统总结了多酚对淀粉理化性质的影响，包括多酚来源、种类、添加量和淀粉来源及结构等影响因素。Li[16]总结了淀粉分子结构、水分含量、盐类、糖类、蛋白质、脂类和非淀粉多糖对淀粉糊化特性的影响。

本研究采用连续提取法，分别用50%乙醇、80 ℃水溶液、氢氧化钠溶液提取茶渣中的活性成分，并对乙醇提取物和水提取物进行膜分离，通过快速黏度分析仪（RVA）和扫描电子显微镜（SEM）研究了不同分子量茶渣提取物对马铃薯淀粉糊化特性的影响，为茶渣资源在食品加工中的应用提供科学基础和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶渣 福建省仙洋洋食品科技有限公司提供，绿茶在80 ℃下浸提30 min 后所获得的加工余渣；马铃薯淀粉（含水量17.14%，脂肪含量0.47%）浙江省田灿食品科技有限公司提供；氢氧化钠、盐酸、乙醇等试剂 均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

Eppendorf Centrifuge 5424 R 型高速离心机北京宏达恒业科技有限公司；N1210 型旋转蒸发仪 杭州嘉维创新科技有限公司；RO-NF-UF-4010 型实验用膜分离装置 上海摩塑科学器材有限公司；FD-SERIES 型冷冻干燥机 上海田枫实业有限公司；DHG-9243BS-Ⅲ型烘箱 上海坤权生物科技有限公司；RVA-Super 4 型快速黏度分析仪 瑞典波通仪器公司；Phenom-World BV 型扫描电镜 复钠科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 茶渣提取物制备

1.2.1.1 乙醇提取物（TRE）采用文献[17-18]的方法，并稍作修改。将绿茶渣粉碎过20 目筛，与50%乙醇按料液比1:25（w/v）混合搅拌，于50 ℃下提取80 min，离心（4000 r/min，10 min，4 ℃）后收集上清液，通过旋转蒸发仪浓缩后再经超滤膜分离，收集分子量为<30 kDa 和>30 kDa 的两个组分，浓缩后冷冻干燥得乙醇提取物，分别命名为TRE-1 和TRE-2。

1.2.1.2 水提取物（TRW）采用Wang 等[19]的方法，并稍作修改。将乙醇提取后的茶渣烘干（65 ℃，48 h），与蒸馏水按料液比1:20（w/v）混合搅拌，在80 ℃下提取90 min，离心后收集上清液，并通过旋转蒸发仪浓缩。将浓缩液添加4 倍无水乙醇于4 ℃过夜沉淀，离心（4000 r/min，10 min，4 ℃）后收集沉淀，沉淀加蒸馏水复溶，再离心去除水不溶组分，上清液过膜处理，收集分子量<100 kDa 和>100 kDa 的两个组分，浓缩后冷冻干燥得水提取物，分别命名为TRW-1 和TRW-2。

1.2.1.3 碱提取物（TRA）采用文静等[20]的方法，并稍作修改。将水提取后的茶渣继续干燥（65 ℃，48 h），与0.8 mol/L 的氢氧化钠溶液按料液比1:15（w/v）混合搅拌，在80 ℃下提取30 min，离心后收集上清液，上清液采用等电点沉淀法，调节pH 至4.5 沉淀茶蛋白，离心后将沉淀加蒸馏水并调节pH 至7.0 后透析，透析液经旋转蒸发仪浓缩，冷冻干燥后得碱提取物，命名为TRA。

1.2.2 糊化性能测定 为了研究茶渣提取物对马铃薯淀粉糊化的影响，采用Yin 等[12]的方法，并稍作修改。将3 g 马铃薯淀粉分别添加0.5%、1%、2%、5%和10%的茶渣提取物（w/w 淀粉干基），然后移至快速黏度分析仪的铝筒中，固定水分25 g，程序条件为：混合物于50 ℃，保持1 min；加热至95 ℃（速率9 ℃/min），保持5 min；再降温至50 ℃（速率9 ℃/min），保持1 min。

1.2.3 微观结构观察 将10%的茶渣提取物（w/w淀粉干基）和马铃薯淀粉于95 ℃糊化后，真空冷冻干燥，研磨过100 目筛，通过扫描电子显微镜观察其微观结构变化。

1.2.4 膨润率测定 将0.6 g 马铃薯淀粉（绝干）分别添加0.5%、1%、2%、5%和10%茶渣提取物（w/w淀粉干基），再溶于30 mL 蒸馏水中，分别加热至50、60、70、80 和90 °C，加热30 min，冷却至室温后离心（4000 r/min，10 min，4 °C），膨润率由沉淀质量与淀粉质量的比值表示[12]。

1.3 数据处理

所有测试中每组样品平行测定三次，结果以平均值±标准偏差表示，实验结果利用 SPSS 26.0 软件进行独立样本t检验，p<0.05 表示差异显著，数据绘图使用Origin 8.5 pro。

2 结果与分析

2.1 茶渣提取物对马铃薯淀粉糊化特性的影响

三种茶渣提取物（TRE、TRW 和TRA）对马铃薯淀粉糊化特性的影响，如图1 所示。茶渣提取物对马铃薯淀粉糊化特征参数（峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度、回生值和糊化温度）的影响见表1。

图1 茶渣提取物对马铃薯淀粉糊化特性的影响Fig.1 Effects of tea residue extracts on the pasting characteristics of potato starch

表1 茶渣提取物对马铃薯淀粉糊化特征参数的影响Table 1 Effects of tea residue extracts on the characteristic parameters of potato starch pasting

由图1 可知，添加茶渣提取物均能降低马铃薯淀粉的峰值黏度，且随着不同提取物添加量的增加，峰值黏度持续下降。当TRE-1、TRE-2、TRW-1、TRW-2 和TRA 的添加量分别从0%增加到10%时（w/w 淀粉干基），马铃薯淀粉的峰值黏度由10321 cP分别降至6195、5431、5911、5013、4624 cP，峰值黏度降低程度依次为：TRA>TRW-2>TRE-2>TRW-1>TRE-1（P<0.05）。结果表明：相较于小分子量提取物，大分子量提取物，特别是碱提物（TRA）对降低马铃薯淀粉峰值黏度作用更强。淀粉糊的黏度下降主要是由于淀粉体系中淀粉与水的相分离，茶渣提取物中的羟基具有很强的亲水性，而淀粉分子与水分子的结合能力相对较弱，导致淀粉颗粒外可用水分含量减少[21-22]，并且茶渣提取物的添加均能抑制淀粉糊化，且随着添加量的增加，抑制效果更加明显，这与文献[23-26]的研究结果一致。

由图1 可知，乙醇提取物和碱提取物的添加可以使马铃薯淀粉谷值黏度和终值黏度增加，随着TRE-1、TRE-2、TRA 添加量从0%增加到10%，马铃薯淀粉的谷值黏度由2640 cP 分别增加至3046、3224 和3183 cP，终值黏度由3524 cP 分别增加至4248、4263、4767 cP。这可能是因为乙醇提取物和碱提取物与马铃薯淀粉分子之间产生氢键相互作用，形成缠结，导致黏度增加[27]。而添加水提取物使马铃薯淀粉谷值黏度和终值黏度均降低，例如，随着TRW-1、TRW-2 添加量从0%增加到10%，马铃薯淀粉的谷值黏度由2640 cP 分别降至2395、2528 cP，终值黏度由3524 cP 分别降至3414、3745 cP。可能是由于水提物中茶多糖组分与淀粉发生相互作用，阻碍了直链淀粉分子之间的相互作用，减少了直链淀粉双螺旋区域的缠绕和形成，导致黏度降低[28]。

然而，茶渣提取物的添加对马铃薯淀粉糊化温度的影响并不显著，这与陈南等[29]的结果一致。经测定马铃薯淀粉样品糊化温度为71 ℃，添加2%TRE-1、10% TRE-2、5% TRW-2、10% TRW-2、1%TRA、5% TRA 和10% TRA（w/w 淀粉干基）后，马铃薯淀粉的糊化温度提高了0.47～1.45 ℃。可能是因为茶渣提取物中的茶多糖呈弱酸性，在酸性环境下糊化温度高于碱性环境[30]，而且茶渣提取物与水之间形成的氢键阻碍了水分子的运动，只有更高的温度才能破坏这种结合力[31-32]。而添加0.5%的茶渣提取物（w/w，淀粉干基）后马铃薯淀粉糊化温度降低，是由于适当的添加量导致膨胀的淀粉颗粒相互碰撞的频率最大[33]。

2.2 茶渣提取物对马铃薯淀粉微观结构的影响

由图2 可以看出，马铃薯淀粉糊化后颗粒的原始结构被完全破坏，表面较为粗糙且有较多裂痕。添加茶渣提取物后，马铃薯淀粉呈现明显的片状结构。添加TRE-1 和TRE-2 后，破碎的淀粉颗粒重新聚集，形成大量表面光滑的片状结构，其中添加TRE-2后，淀粉颗粒更完整光滑；添加TRW-1 后，破碎的淀粉颗粒减少，但仍有较多裂痕；添加TRW-2 后，淀粉颗粒结构更加完整；添加TRA 后，淀粉凝胶中出现孔状结构，淀粉颗粒聚集程度更高。淀粉微观结构呈现片状的原因可能是在冻干的过程中，水从凝胶网中逸出，形成不规则片状结构；茶渣提取物与直链淀粉分子以及支链淀粉分子侧链之间发生交互作用，形成更加致密的片层结构。不同分子量的茶渣提取物含有不同活性成分（茶多糖、茶多酚和茶蛋白），性质具有较大差异，从而影响与淀粉分子之间的分子相互作用强度，对淀粉及其凝胶的微观结构会产生不同的影响[34]。茶多酚的酚羟基数目越多分子量越大，通过氢键聚集周围淀粉分子的能力就越强[35]。茶蛋白通过自身形成凝胶网络，或与淀粉形成互穿网络来影响淀粉凝胶的结构及稳定性[31,36]。总体而言，茶渣提取物对马铃薯淀粉糊化过程有一定的抑制作用，且膜分离的高分子量茶渣提取物抑制效果更佳，这与黏度测定结果以及膨润率测定结果一致。

2.3 茶渣提取物对马铃薯淀粉膨润率的影响

如表2 所示，不同的茶渣提取物对马铃薯淀粉膨润率影响不同。茶渣提取物的添加在大多数情况下可以降低马铃薯淀粉的膨润率。这可能是由于茶渣提取物与淀粉分子竞争水分子，淀粉可用水分子的降低，导致较低的膨润率[37]；茶渣提取物限制了马铃薯淀粉溶液在加热过程中的膨胀，减小了淀粉颗粒的比表面积，从而减小了马铃薯淀粉膨润率[38]。这个现象和Pang 等[39]的研究结果一致，他们发现淀粉/大豆蛋白糊的特性受到两种成分比例的极大影响，大豆蛋白比例越高，混合物就越像液体，膨润率降低。然而，在50 ℃时以及添加0.5% TRE-2（70 ℃）、0.5%TRW-2（80 ℃）的情况下，与对照组相比马铃薯淀粉表现出更高的膨润率，这是因为淀粉颗粒的吸水能力在茶渣提取物适当的添加量下有所增加[40]。

表2 茶渣提取物对马铃薯淀粉膨润率的影响Table 2 Effects of tea residue extracts on the swelling rate of potato starch

3 结论

本文采用连续提取法结合膜分离技术分别制备不同种类和不同分子量茶渣的乙醇提取物TRE-1（<30 kDa）、TRE-2（>30 kDa），水提取物TRW-1（<100 kDa）、TRW-2（>100 kDa）和碱提取物TRA，并将制备的五种提取物分别加入马铃薯淀粉中，研究茶渣提取物对马铃薯淀粉糊化特性的影响。添加醇提取物和碱提取物后，淀粉峰值黏度和崩解值降低，谷值黏度、终值黏度和回生值略有增加。添加水提取物后，淀粉峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度降低，回生值略有增加。添加茶渣提取物可以抑制马铃薯淀粉的糊化，茶渣提取物的添加也提高了淀粉颗粒的糊化温度和完整性，以及降低淀粉膨润率。其中，碱提取物对马铃薯淀粉糊化的抑制效果显著（P<0.05）高于水提取物和乙醇提取物，且添加10%的TRA 对马铃薯淀粉糊化的抑制效果最佳。此外，茶渣提取物的添加均可以改变马铃薯淀粉微观结构，促进马铃薯淀粉破碎颗粒的连接，其中TRA、TRW-2 和TRE-2 的促进效果优于TRW-1 和TRE-1，形成更加完整光滑的片状结构。本研究可为茶渣提取物对淀粉基食品特性改善及其茶叶加工副产物高值化开发利用提供科学依据与理论指导。