高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉的理化性质比较分析

李 欣， 高 菲， 刘紫薇， 李志江,2,3， 张东杰,2,3， 张洪微

(黑龙江八一农垦大学食品学院1，大庆 163319) (黑龙江省杂粮加工及质量安全工程技术研究中心2，大庆 163000) (国家杂粮工程技术研究中心3，大庆 163000)

高粱是世界第五大谷类作物，具有产量高、抗逆性强、抗旱、抗涝、耐盐碱、耐高温和寒冷及用途广泛等特点[1]，在我国东北及华北地区广泛种植，其中黑龙江省是我国高粱的重要主产区[2]。高粱中约60%～80%为淀粉[3]，同时还含有蛋白质[4]、脂肪和膳食纤维[5]等营养成分及较丰富的多酚类物质(3.15 mg/g)[6]。

近年来，多酚对淀粉理化性质的影响成为研究的热点。葡萄籽原花青素使绿豆淀粉的溶解度升高，而土豆淀粉溶解度下降，对小麦淀粉溶解度的影响不显著[7]。阿魏酸和没食子酸均能增加大米淀粉的溶解性、抑制淀粉的凝沉性，同时使淀粉糊化过程中的黏度值下降[8]；儿茶素与阿魏酸均能降低高粱淀粉的黏度特征值[9]。芦丁和懈皮素能提高苦荞淀粉糊的凝沉性、谷值黏度和最终黏度[10]。可见，淀粉的理化性质受多酚种类、含量及淀粉种类的影响。这些研究方法都是将外源性多酚添加到淀粉内，探究其对淀粉理化性质的影响。本团队在提取高粱淀粉时发现，提取的高粱淀粉中含有少量的内源性多酚(含量为1.67～4.52 mg/g)，这部分多酚对高粱淀粉理化性质是否存在影响的研究鲜有报道。

本研究分析比较了高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉的理化性质，探究内源性多酚对其理化性质的影响，以期为高粱淀粉-多酚复合物及高粱淀粉的开发应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红糯1号：黑龙江省安达市；高粱淀粉-多酚复合物(自制)：多酚含量4.52 mg/g，淀粉质量分数93%，蛋白质质量分数0.47%，脂肪质量分数0.34%；高粱淀粉(自制)：淀粉质量分数95%，蛋白质质量分数0.65%，脂肪质量分数0.30%。

1.2 仪器与设备

TD5A离心机；DGG-9140电热恒温鼓风干燥箱；THZ-82水浴恒温振荡器；RVA4500快速黏度分析仪；DSC Q 20 V 24.10 Build 122差示扫描量热。

1.3 方法

1.3.1 高粱淀粉-多酚复合物及高粱淀粉的制备

高粱淀粉-多酚复合物的制备：取烘干后的高粱粉100 g，按料液比1∶15加入1 500 mL 0.4% NaOH溶液，于35 ℃水浴震荡2 h后取出。将混合液于3 500 r/min下离心10 min，弃去上清液。将沉淀至于80目尼龙布中，加入一定量的蒸馏水，弃去滤渣，将滤液继续离心(3 500 r/min，10 min)。重复以上操作直至沉淀为白色，将沉淀于40 ℃烘箱内烘干24 h后，过80目筛备用。采用GB/T 5009.9—2008中酸水解法及福林酚法测定其淀粉含量、多酚含量。

高粱淀粉的制备：取50 g高粱淀粉-多酚复合物，按料液比1∶25加入1 250 mL 60%乙醇溶液，将其放置在35 ℃恒温水浴锅内提取30 min。随后将其离心(3 500 r/min，10 min)，沉淀即为高粱淀粉，40 ℃下烘干24 h，过80目筛备用。

1.3.2 理化性质的测定方法

1.3.2.1 溶解度与膨润力的测定

参照Wu等[11]的方法，适当修改。准确称取高粱淀粉-多酚复合物和高粱淀粉各0.60 g(W0)，加入29.40 mL蒸馏水，将其配置成2%淀粉乳。将配置好的淀粉乳分别放置在温度为50、60、70、80、90 ℃的恒温水浴锅内，并不断搅拌。30 min后取出，待其冷却至室温后，于3 500 r/min离心机内离心10 min，得到沉淀物(P)。上清液倒入培养皿内，将装有上清液的培养皿放入温度为95 ℃的烘箱内，直至上清液质量达到恒重(W1)，按公式计算出淀粉的溶解度、膨润力。

(1)

(2)

式中：W0为高粱淀粉(高粱淀粉-多酚复合物)质量/g；W1为上清液烘干至恒重质量/g；P为离心后沉淀物质量/g；S为溶解度/%；E为膨润力/%。

1.3.2.2 凝沉性的测定

参考赵小梅等[12]的方法并稍加改动。分别称量0.15 g高粱淀粉-多酚复合物和高粱淀粉，加入14.85 mL蒸馏水，将其配置成1%淀粉乳，在沸水浴中加热30 min，充分搅拌样品使其完全糊化，此过程中注意保持淀粉糊体积。随后将其冷却至室温，将淀粉糊转移到25 mL的刻度试管内，每隔1 h记录上清液体积(V0)及淀粉糊总体积(V1)，按公式计算凝沉性。

(3)

式中：V0为每1 h上清液体积/mL；V1为淀粉糊总体积/mL。

1.3.2.3 冻融稳定性的测定

准确称取一定量的高粱淀粉-多酚复合物、高粱淀粉，将其配置成质量浓度为6%的淀粉乳，在沸水浴中加热30 min，使其完全糊化，随后冷却至室温。称取离心管质量(M1)，称取10.00 g淀粉乳于离心管内，称取淀粉乳与离心管质量(M2)。将装有样品的离心管放置-20 ℃冰箱内，24 h后取出，在温度为30 ℃水浴锅内解冻2 h，解冻完成后于8 000 g/min下离心20 min，离心后将上清液倒出，称取离心管与沉淀质量(M3)，按公式计算出淀粉凝胶的析水率，用析水率的大小来反映淀粉的冻融稳定性。

(4)

式中：M1为离心管质量/g；M2为淀粉乳和离心管质量/g；M3为沉淀和离心管质量/g。

1.3.3 糊化黏度特性的测定

分别称取2.00 g高粱淀粉-多酚复合物及高粱淀粉，加入25 mL蒸馏水混合后置于铝盒中，卡入RVA旋转塔内，利用快速黏度分析仪按Prado Cordoba的方法进行测定[13]。

1.3.4 热力学特性的测定

称取3.0 mg样品置于铝质坩埚内，加入9 μL去离子水，密封压盖。空铝质坩埚为对照，DSC扫描温度范围40～200 ℃，温度上升速率为10 ℃/min[14]。

1.3.5 数据统计分析

采用Excel对数据进行分析及绘图处理，各数据重复测定3次取平均值。

2 结果与讨论

2.1 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉溶解度及膨润力的比较分析

如图1所示，高粱淀粉-多酚复合物及高粱淀粉溶解度随温度升高而增大。温度升高，水分子进入淀粉颗粒内，淀粉颗粒开始吸水溶胀。高粱淀粉-多酚复合物的溶解度高于高粱淀粉，可能由于高粱淀粉-多酚复合物中含有内源性多酚，多酚具有亲水性，进而促进了高粱淀粉-多酚复合物中的淀粉溶出，使高粱淀粉-多酚复合物的溶解度高于高粱淀粉[15,16]。淀粉膨胀力随温度的升高而增大，这可能是由于淀粉糊内部的氢键在高温条件下被破坏，导致水分子与被破坏的氢键结合，进而导致膨润力增大。高粱淀粉-多酚复合物的膨润力低于高粱淀粉，一方面可能是由于多酚是一种具有多羟基的小分子物质，可与高粱淀粉中直链淀粉或支链淀粉结合形成络合物，从而限制了淀粉颗粒在糊化过程中的膨胀[17]；另一方面可能是由内源性多酚的组成成分及各成分含量所导致的，使高粱淀粉-多酚复合物体系的pH降低[18]，进而导致高粱淀粉-多酚复合物的溶解度较高，膨润力较低。因此，需进一步探究内源性多酚的组成成分及各成分含量，及内源性多酚对高粱淀粉溶解度及膨润力的影响。

图1 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉的溶解度与膨润力

2.2 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉凝沉性的比较分析

高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉凝沉性如图2所示，在12 h快速凝沉实验中，前6 h高粱淀粉-多酚复合物凝沉速率较快，6 h后趋于平稳；淀粉在8 h前凝沉速率较快，8 h后凝沉速率趋于平稳。高粱淀粉上清液体积分数高于高粱淀粉-多酚复合物，可能由于高粱淀粉-多酚复合物中含有的内源性多酚与高粱淀粉中直链淀粉或支链淀粉以非共价键形式结合，抑制了淀粉分子间的聚合，从而限制了高粱淀粉-多酚复合物的凝沉，进而导致高粱淀粉-多酚复合物的凝沉性低于高粱淀粉，提高了高粱淀粉-多酚复合物淀粉糊的热稳定性。

图2 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉的凝沉性

2.3 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉冻融稳定性的比较分析

由表1可知，高粱淀粉-多酚复合物析水率0.52%，低于高粱淀粉析水率，说明高粱淀粉-多酚复合物淀粉糊在经过冷冻解冻过程中，能够较好的保持其凝胶结构。高粱淀粉-多酚复合物析水率低于高粱淀粉，一方面可能是由于淀粉-多酚复合物中含有的内源性多酚抑制了淀粉分子间的重排[19]，从而延缓淀粉老化，使复合物持水能力增强，析水率下降，冻融稳定性增强；另一个原因可能是由于高粱淀粉-多酚复合物中含有的内源性多酚具有羟基，使其与水分子结合形成结合水，导致淀粉分子周围自由水含量较低[20]，从而使淀粉-多酚复合物的析水率低于高粱淀粉。

表1 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉的冻融稳定性

2.4 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉黏度特性的比较分析

高粱淀粉-多酚复合物黏度值均低于高粱淀粉黏度值，可能由于高粱淀粉-多酚复合物中含有的内源性多酚具有较多羟基和羧基基团，在相同竞争体系中，复合物产生水合作用强于淀粉。此外，羟基与水分子相互作用改变了水溶液的水活性和离子强度。高粱淀粉-多酚复合物峰值黏度下降可能由于阻碍淀粉分子膨胀作用力更强，导致峰值黏度下降，与2.1中膨润力研究结果一致。

崩解值是峰值黏度与谷值黏度的差值，往往与淀粉糊的热稳定性呈负相关，高粱淀粉-多酚复合物崩解值低于高粱淀粉，说明高粱淀粉-多酚复合物的淀粉糊热稳定较好。高粱淀粉-多酚复合物较高粱淀粉而言，其回生值呈下降趋势，可能是由于内源性多酚与高粱淀粉发生相互作用，从而抑制了淀粉分子的重结晶，延缓淀粉老化，进而导致回生值下降，与2.3中冻融稳定性研究结果一致。

表2 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉的的黏度特性

2.5 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉热力学特性的比较分析

如表3所示，高粱淀粉-多酚复合物的起始温度(T0)、峰值温度(TP)和终值温度(Tc)较淀粉分别降低1.6、3.2和7.3 ℃，糊化焓(ΔH)降低3.58 J/g。高粱淀粉-多酚复合物的热力学特性低于淀粉，表明高粱淀粉-多酚复合物的热稳定性较差，可能存在两个原因，首先高粱淀粉-多酚复合物中含有的内源性多酚有较多酚羟基，可能会与支链淀粉分支或直链淀粉发生非共价结合，从而改变晶体与非晶体之间的耦合矩阵，减少淀粉糊化时所需要的能量[21]，促进其糊化；最后，内源性多酚可改变体系pH，有研究发现，pH的改变会显著影响淀粉发生糊化时所需的温度和能量[22]。

表3 高粱淀粉-多酚复合物与高粱淀粉的热力学特性

3 结论

高粱淀粉-多酚复合物的溶解度高于高粱淀粉，而膨润力、析水率、凝沉性均低于高粱淀粉；两种淀粉在糊化过程中，高粱淀粉-多酚复合物的黏度特征值、热力学特征值均低于高粱淀粉，高粱淀粉-多酚复合物不易老化，易糊化。两者之间理化性质上的差异可能是由于高粱淀粉含有的内源性多酚对高粱淀粉的理化性质具有一定的影响，以期为高粱淀粉-多酚复合物及高粱淀粉的开发、利用奠定理论基础，但需进一步探究高粱中内源性多酚与高粱淀粉相互作用的具体方式及作用机制。