乔炳乾 付田田 牛丽亚 余莉莉 涂 瑾 肖建辉

(江西农业大学食品科学与工程学院，南昌 330045)

天然淀粉是存在于植物中，以颗粒状呈现的物质，具有很高的营养价值和优良的加工特性[1，2]。但由于其自身性质仍有缺陷，如绿豆淀粉结晶度高和易老化，小麦淀粉糊化较难并且粘度略低，土豆淀粉具有老化性高、热稳定性差和抗剪切力差等特点[3，4]，不能满足食品工业等领域中的某些需求。因此需要通过物理方法、化学方法、生物方法或复合方法对天然淀粉进行处理，使原淀粉的分子大小，淀粉颗粒性质等发生改变，从而改进淀粉的理化性质，以满足工业生产的需求。

葡萄籽中的原花青素含量极为丰富，作为多酚的一种，含有多电子羟基，具有抗氧化清除自由基等活性[5，6]。研究表明，多酚类物质可以与淀粉通过氢键发生非共价结合，使酚类物质进入淀粉螺旋内腔形成淀粉-多酚复合物，从而改善淀粉的理化性质[7]。如万芊等[8]研究发现咖啡酸(CA)、槲皮素(Qu)和表没食子基儿茶素没食子酸酯(EGCG)等不同种类的多酚可以使玉米淀粉的溶解度和膨胀度显著升高，明显抑制玉米淀粉的回生作用。但目前关于葡萄籽原花青素对淀粉影响的研究较少[9]。

本实验选取了绿豆淀粉，小麦淀粉和土豆淀粉作为原料，主要研究葡萄籽原花青素的添加对3种淀粉理化性质的影响，为多酚改善淀粉性质的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

绿豆淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉(均为一级品)；葡萄籽原花青素(纯度达95%)；猪胰淀粉酶(酶活力≥3 000 U/g)；DNS试剂(分析纯)；其余试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱；SH2-C型恒温振荡器；V-5600型可见分光光度计；DD5型台式大容量离心机；TG16-WS型台式高速离心机。

1.3 方法

1.3.1 实验设计

本实验以葡萄籽原花青素、绿豆淀粉、小麦淀粉和土豆淀粉为研究对象。处理条件为：分别称取适量淀粉，配制成质量分数适宜的淀粉乳，再根据淀粉干质量的不同比例(0%、1%、2%、3%、4%)分别称取葡萄籽原花青素。然后将葡萄籽原花青素与淀粉乳混合，在90 ℃，125 r/min的水浴恒温震荡箱中处理30 min。处理结束后，冷却至室温并按照以下方法分别测定其溶解度、膨胀度、耐酶解淀粉含量、冻融稳定性和硬度。每个处理重复3次，取平均值。

1.3.2 淀粉溶解度和膨胀度的测定

参考陈学玲等[10]的方法略做修改。配置质量分数为2%的淀粉乳，按照1.3.1进行处理结束后，冷却至室温，并在3 000 r/min下离心20 min，然后将上清液置于烘箱(105 ℃)中进行干燥，待烘干至恒重后，称重。淀粉的溶解度(S)与膨胀度(B)根据如下公式计算。

S=m1/m2×100%

B=m3/m2×(100-S)×100%

式中：m1为上清液蒸干至恒重后的淀粉质量/g；m2为淀粉的质量/g；m3为离心后淀粉糊的质量/g。

1.3.3 耐酶解淀粉含量的测定

参考Englyst等[11]的方法进行改良。分别称取100 mg淀粉，按淀粉干质量的1%、2%、3%、4%添加适量的葡萄籽原花青素，再加入15 mL醋酸缓冲液(pH 6.0)，于90 ℃下糊化30 min，在37 ℃下平衡温度后加入10 mL淀粉酶溶液在37 ℃下反应两个小时后，全部取出沸水灭酶10 min，在3 000 r/min下离心10 min。取1 mL上清液稀释10倍。取稀释后的溶液1 mL，加入2 mL DNS溶液，混匀，在沸水下反应5 min，立即用冰水冷却，然后加入22 mL蒸馏水，摇匀后在5 min内测540 nm处的吸光值。根据葡萄糖标准曲线计算得到葡萄糖含量。按照公式计算耐酶解淀粉含量。

耐酶解淀粉含量=(TS-(X×n)×0.9)/TS×100%

式中：TS为总淀粉量；X为由葡萄糖标准曲线计算得到的葡萄糖含量；n为稀释倍数。

1.3.4 淀粉冻融稳定性的测定

参考陈学玲等[10]的方法略作修改。配置质量分数为3%的淀粉乳，按照1.3.1处理结束后，分别取一定体积的淀粉糊倒入3支10 mL离心管中，放入-25 ℃的冰柜中冷冻1 d取出，并于室温下解冻。于5 000 r/min下离心20 min。弃去上清液后称重。根据如下公式计算析水率(R)。

R=(m1-m2)/(m1-m0)×100%

式中：m0为离心管质量/g；m1为解冻后离心管和样品总质量/g；m2为离心后弃去上清液后离心管和淀粉糊的总质量/g。

1.3.5 淀粉硬度的测定

参考Liu Hang等[12]的方法略作修改。配置质量分数为10%的淀粉乳，按照1.3.1处理结束后，置于4 ℃冰箱中12 h形成凝胶，采用物性测试仪测定淀粉凝胶的硬度。测定条件为：探头：P0.5；测试模式：质地多面剖析法(TPA)；测试前速率：1.00 mm/s；测试速率：1.00 mm/s；测试后速率：1.00 mm/s；测试距离：10 mm；测试温度：室温。

1.3.6 数据分析

使用SPSS软件对数据进行处理，采用Duncan新复极差法进行显著性检验，并对同组样品显著性作字母标记，并使用origin软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 葡萄籽原花青素对不同淀粉溶解度的影响

不同添加量的葡萄籽原花青素对三种淀粉溶解度的影响如图1所示。淀粉溶解度的大小与淀粉颗粒的大小、分子量、形态和直链淀粉等特性具有很大的关系[10]。由图可看出原花青素的添加对绿豆淀粉和土豆淀粉有显著性影响，但对小麦淀粉的溶解度没有显著性影响，其中3%添加量使绿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%。这可能是因为多酚分子上含有大量的羟基，可以通过疏水键、氢键和范德华力与直链淀粉及支链淀粉的外链进行非共价结合，从而影响淀粉的溶解度[13]。在淀粉颗粒的晶体片层中，支链淀粉分子的外侧链之间以及与部分直链淀粉分子之间能够形成双螺旋结构，大量的双螺旋结构按照一定的规律排列就构成了晶体结构，根据X射线粉末衍射图谱，可将其分为A-、B-和C-型[14]。其中绿豆淀粉和小麦淀粉为A-型淀粉，土豆淀粉为B-型淀粉[15]。土豆淀粉溶解度的降低，可能是因为多酚的添加使土豆淀粉分子双螺旋结构更加稳固，使双螺旋结构中的直链淀粉难以溶出[16]。

注：小写字母不同表示同种样品间具有显著性差异(P<0.05),下同。

图1葡萄籽原花青素对绿豆淀粉、小麦淀粉和土豆淀粉溶解度的影响

2.2 葡萄籽原花青素对不同淀粉膨胀度的影响

不同添加量的葡萄籽原花青素对3种淀粉膨胀度的影响如图2所示。膨胀度表征了单位体积淀粉在一定温度下的吸水性，反映了淀粉颗粒内键的结合程度，跟直链淀粉的特性关系密切[17]。由图可以看出葡萄籽原花青素同淀粉共糊化后使三种淀粉的膨胀度均有所提高，添加量为4%时，小麦淀粉膨胀度提高1.53%；添加量为3%时，绿豆淀粉提高2.84%，土豆淀粉提高3.54%。这可能因为多酚能降低淀粉的糊化温度及糊化焓的性质与原花青素的多羟基结构有关。因为羟基的亲水性，可以同支链淀粉的侧链进行结合，在不同程度上键合到淀粉颗粒的无定形区，改变了淀粉的微晶区和无定形区的耦合力，使淀粉颗粒更易水合，从而使淀粉更容易膨胀[18]。

图2葡萄籽原花青素对绿豆淀粉、小麦淀粉和土豆淀粉膨胀度的影响

2.3 葡萄籽原花青素对不同淀粉中耐酶解淀粉含量的影响

淀粉分为易消化淀粉，慢消化淀粉和抗性淀粉三大类，其中抗性淀粉是一种在体内难以被消化吸收，不会被淀粉酶所酶解，可在大肠内发酵的一种淀粉，从功能上可以看作是一种膳食纤维，能有效促进肠道蠕动，延缓餐后血糖升高[19]。因此可以通过测定不被淀粉酶所酶解淀粉的含量，推测葡萄籽原花青素对抗性淀粉的影响。图3显示了葡萄籽原花青素对三种淀粉中耐酶解淀粉含量的影响。在葡萄籽原花青素添加量为2%时土豆淀粉和小麦淀粉中耐酶解淀粉含量增加最多，分别为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，这可能有两个方面的原因，一方面由于葡萄籽原花青素进入淀粉螺旋内腔形成了难以被α-淀粉酶水解的多酚-淀粉复合物[20]。另一方面，葡萄籽原花青素的添加可能会抑制α-淀粉酶的活性。Rasouli等[21]通过分子模拟技术筛选出26种多酚，它们均能与淀粉消化酶发生相互作用，其中花青素，表儿茶素，槲皮素和丁香酸等13种多酚能显著抑制α-葡萄糖苷酶的活性。多酚能够通过氢键和范德华力同α-葡萄糖苷酶活性位点的氨基酸残基结合，诱导葡萄糖苷酶的重排，使构象发生变化，阻止底物的进入而抑制酶的活性[22]。从图3中还可以看出，绿豆淀粉中耐酶解淀粉含量在添加量为1%和2%时显著降低，这可能是由于葡萄籽原花青素含量的高低对淀粉酶的激活度不同，从而造成了不同的影响[23]。

图3葡萄籽原花青素对绿豆淀粉、小麦淀粉和土豆淀粉耐酶解淀粉含量的影响

2.4 葡萄籽原花青素对不同淀粉冻融稳定性的影响

淀粉冻融稳定性表征了糊化后的淀粉，经冷冻处理再溶解后，仍能保持一定胶体结构的能力。经冻融处理后淀粉凝胶的持水性会受到影响，且力学性质的改变和淀粉回生的能力与淀粉凝胶微观结构的改变有关[24]。所以在淀粉糊冻融过程中，所形成凝胶网孔的结构决定了析水率的大小。不同添加量的葡萄籽原花青素对三种淀粉冻融稳定性的影响如图4所示。原花青素的添加显著降低了土豆淀粉的析水率，添加量为3%时降低了8.7%，但对小麦淀粉和绿豆淀粉的冻融稳定性没有显著性影响。柴艳伟[25]的研究中发现茶多酚可以通过氢键同直链淀粉

图4葡萄籽原花青素对绿豆淀粉、小麦淀粉和土豆淀粉冻融稳定性的影响

发生非共价结合。多酚和直链淀粉的结合可能影响了直链淀粉重新形成螺旋结构并堆积，从而延缓了淀粉的老化，使淀粉糊的持水能力提高，降低了淀粉的析水率，提高淀粉的冻融稳定性[26]。

2.5 葡萄籽原花青素对不同淀粉硬度的影响

不同添加量的葡萄籽原花青素对三种淀粉硬度的影响如表1所示。原花青素的添加显著降低了三种淀粉凝胶的硬度。添加量为2%时土豆淀粉的硬度降低最多，达61.2%。添加量为4%时，绿豆淀粉和小麦淀粉的硬度分别降低了16.6%和9.2%。这可能是由于多酚-淀粉共糊化过程中发生了复杂的相互作用，多酚中大量羟基和羰基可以与淀粉中所富含的羟基产生作用，通过范德华力和氢键诱使淀粉分子聚集[27,9]。何财安等[28]研究发现苦荞多酚同淀粉之间的相互作用竞争性地阻碍了淀粉网络中单链直链淀粉分子重排形成双螺旋结构的过程。这使得淀粉分子在凝胶中更易于移动，从而在一定程度上延缓淀粉的老化，使淀粉胶的硬度降低。

表1 不同添加量葡萄籽原花青素对淀粉硬度的影响/g

注：同列数据肩标字母不同，表示显著性差异(P<0.05)。

3 结论

葡萄籽原花青素在同淀粉共糊化的过程中，淀粉的理化性质发生了不同程度的改变，由于三种淀粉具有不同的结构，其发生的变化也略有不同。葡萄籽原花青素的添加使绿豆淀粉的溶解度显著提高，土豆淀粉的溶解度显著降低，3种淀粉的膨胀度和耐酶解淀粉含量均显著增多，3种淀粉的硬度和土豆淀粉的析水率则显著降低。由此可推断葡萄籽原花青素的添加同淀粉发生非共价结合而形成了多酚-淀粉复合物，可减缓淀粉水解，使淀粉的老化在很大程度上减弱，从而使淀粉的性质得到优化。