葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物性质的结构基础.pdf

丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌丌保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报保山学院学报葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物性质的结构基础李雅丽季原胡金朋杨剑婷（安徽科技学院 食品工程学院，安徽 滁州 233100）摘要 为改善糯米淀粉的性质，以糯米淀粉为原料，添加不同比例的葡萄籽原花青素，制备成葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物，并对其性质和结构进行分析。结果表明，随着葡萄籽原花青素比例的递增（2%、4%、6%、8%、10%），复合物的溶解度增加了12.68%，膨胀度提高了20.11%；透明度逐渐降低；析水率降低了27.24%；X射线衍射显示出复合物经糊化后晶体结构被破坏；傅里叶红外光谱显示3 500-3 100 cm-1峰宽增加和约1 700 cm-1羟基弯曲振动波数发生位移；葡萄籽原花青素的添加改善了糯米的性质和结构特征。关键词 糯米淀粉；葡萄籽原花青素；性质中图分类号 Q5文献标识码 Adoi:10.3969/j.issn.1674-9340.2024.02.005文章编号 1674-9340（2024）02-0024-08收稿日期：2023-08-14基金项目：安徽省重点研究与开发项目“SPI-花青素共聚物制备及桑葚豆乳饮料的开发”（项目编号：202104f06020021）；安徽省教育厅科学研究重点项目“基于分子对接基础的组氨酸和精氨酸对桑葚花青素稳定性的影响”（项目编号：2023AH051868）。第一作者简介：李雅丽（1992）女，汉族，安徽蚌埠人，硕士研究生，研究方向为食品加工与安全。通信作者：杨剑婷（1975），女，汉族，山西朔州人，博士，副教授，硕士研究生导师，研究方向为农产品加工。糯米属于稻米的一种特殊类型，约含碳水化合物75%、蛋白质9%、脂肪1%，含有钙、磷、铁、B族维生素等多种营养物质，具有暖胃止寒、补气养血等功效，可作为食疗药补的辅料，深受大众喜爱1。糯米中的碳水化合物主要是淀粉，含量达到80%-85%，其中支链淀粉含量达95%以上，从而赋予糯米较大的黏性2。相关研究表明，糯米的支链淀粉具有较好的溶解度、冻融稳定性及相对结晶度，因此可以广泛运用到传统食品、冷饮、甜点等产品中3。然而，淀粉在使用的过程中需经过糊化，糊化后的糯米淀粉容易引起老化，导致糯米产品黏性和透明度有所降低、凝胶硬度增加、加水后复水性差等缺点4。这种现象归因于淀粉分子在经过糊化后，分子间通过氢键相互吸引并重新排列从而使淀粉的性质发生改变，这极大限制了天然糯米淀粉在食品加工中的应用5。因此，可以通过添加多酚、膳食纤维、蛋白质等方式来制备糯米淀粉复合物，由此提升淀粉体系的加工性质、食品的质构性质甚至营养品质，以获得具有目标特性的淀粉，使其具有更大的研究与开发价值。原花青素是一类多酚类化合物，具有抗氧化、清除自由基、保护心血管、抗癌抗肿瘤、预防糖尿病、抑菌等作用6。原花青素可与淀粉通过非共价结合发生相互作用，如氢键、疏水相互作用、静电相互作用及范德华力等作用力，以吸附、聚合、包埋等方式形成复合物7。Zhang等8研究发现葡萄籽原花青素形成的复合物可以通过非共价力降低马铃薯淀粉的最终黏度，提升其热稳定性。Wang等9指出从杨梅叶中提取的原花青素制备成的复合物可以促进玉米淀粉的聚集性。Zheng等10发现从大叶浆果中提取的原花青素能破坏大米淀粉的长程有序结构。因此，将原花青素与淀粉结合，可进一步改善糯米淀粉的结构及性质，促进糯米淀粉在食品加工领域中的应用。本文拟采用先糊化后冷冻干燥的方式制备原花青素-糯米淀粉复合物，通过测定其溶解性、李雅丽，季原，胡金朋，杨剑婷：葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物性质的结构基础溶胀性、透明度、冻融稳定性，结合凝胶质构特征分析、X射线衍射和傅立叶红外光谱等技术，系统地研究葡萄籽原花色素-糯米淀粉复合物的性质和结构，为糯米淀粉性质的调控奠定基础，为利用花青素制备糯米类功能食品提供依据。1 材料与方法1.1 材料与试剂糯米：蚌埠兄弟粮油食品科技有限公司提供；葡萄籽原花青素：上海阿拉丁生化科技股份有限公司（纯度95%，源于葡萄籽）；氢氧化钠：化学纯，太仓沪试试剂有限公司。1.2 仪器与设备DK-S24电热恒温水浴锅，上海三发科技仪器有限公司；Alpha1-4LDplus型冷冻干燥机，德国 Martin Christ 有限公司；L4-5K台式低速大容量离心机，湖南可成仪器设备有限公司；CT3质构分析仪，美国Brookfield公司；752型紫外分光光度计，上海光谱仪器有限公司；LGJ-E0FD-3X射线衍射仪，北京普析通用；FTIR-850傅里叶变换红外光谱仪，德国bruker公司。1.3 方法1.3.1 糯米淀粉的制备糯米淀粉的制备采用Liu11方法并稍作修改。取适量糯米洗净，加蒸馏水浸泡10 h，倒掉多余水分，均浆，加入0.2%的NaOH溶液浸泡24 h，糯米浆和NaOH溶液比为1 5（W V），用玻璃棒搅拌均匀，静置6 h倒掉上清液，刮取淀粉上黄色杂质，然后重复加水、静置、刮去杂质直至淀粉为白色，放入烘箱中烘干，烘箱温度为3545，得糯米淀粉，粉碎过100目筛备用。1.3.2 葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的制备复合物的制备参照李姝琪12方法制备并稍作修改。准确称取500 mg的糯米淀粉于离心管中，按照2%、4%、6%、8%和10%的比例称取葡萄籽原花青素，加入8 mL的去离子水，搅拌均匀，置于恒温水浴埚中糊化，在95下糊化20 min，在室温状态下冷却，置4冰箱内冷藏7 d，随后在-20冰箱中先冷冻4 h后进行冷冻干燥，用研钵研磨成细粉，过100目筛，得到原花青素-糯米淀粉复合物，置于干燥容器内备用。1.3.3 复合物溶解度和溶胀度的测定原花青素-糯米淀粉复合物溶解度和溶胀度的测定采用Landerito等13人的方法并稍作修改。称取500 mg糯米淀粉，按照2%、4%、6%、8%和10%的比例称取葡萄籽原花青素，加入15 mL蒸馏水，搅拌均匀后，分别于50、55、60、65、70条件下使用振动型恒温水浴锅，持续震荡加热30 min，冷却至室温。在2200g离心力条件离心15 min分离出膨胀的沉淀物和上层清液。将上层液于105下烘8-10 h，根据溶胀淀粉沉淀的重量以及上层液中溶解的淀粉重量计算淀粉的溶胀度和溶解度。溶解度(%)=m1m2100%（1）溶胀度(%)=m3m2（100-溶解度）100%（2）（1）和（2）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）。1.3.4 复合物透明度的测定原花青素-糯米淀粉复合物透明度的测定参照杨丽萍14的方法，略有改动。用蒸馏水将复合物配制成1%（w/w，以淀粉干基计）的淀粉乳，置于磁力搅拌器中，沸水糊化30 min，结束后冷却至室温。采用分光光度计法，以蒸馏水作为空白对照，在650 nm波长下测定淀粉糊的吸光度。每个样品进行三次平行测定。1.3.5 复合物冻融稳定性测定冻融循环：参考Pal等15方法，将葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物用蒸馏水配成5%的淀粉悬浮液，在沸水浴条件下持续搅拌糊化30 min，后冷却至室温。称取20 g淀粉糊至预先称重的50 mL离心管中，放置-18的冰箱中冷冻18 h，然后在室温下自然解冻6 h，测定析水率后，继续-25第 43 卷第 2 期保山学院学报2024 年 4 月重复上述冻融和测定，一共循环8次。析水率的测定：复合物每次解冻后，在1500g离心15 min，除去离心管中上清液，称取离心管剩余淀粉的重量。析水率按照公式（1）进行计算：析水率=(m1-m2)(m1-m0)100%（3）（1）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）。1.3.6 复合物凝胶的质构特性将葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物与一定比例的蒸馏水配置，放入水浴锅中进行糊化后，在4环境中保存3 d，采用配备有P/50探头的质构仪对样品进行分析。测定参数如下：实验速度1.0 mm/s，触发力5 g，压缩深度50%。使用Exponent（版本4.0）记录并计算硬度、黏性、弹性、咀嚼性和内聚性等参数。1.3.7 复合物的X射线衍射与结晶度测定分别将糊化后的样品在4储存，7 d后，再将样品冻干、粉碎、过100目筛。参考Tian16等的方法，采用 Cu-K辐射源（40 mA 和 40 kV），用 X射线衍射仪（X-Ray Diffraction，XRD）在 0.154nm的波长下，440的散射范围（2）内以2/min 的步长获得复合物和原淀粉的XRD图谱。参照Hayakawa17等的方法确定结晶区和非结晶区，并按照公式（4）计算结晶度：结晶度=Aa(Ac+Aa)（4）（4）中，Ac为X衍射图谱结晶区的总面积；Aa为非结晶区的面积。1.3.8 傅里叶红外光谱测定将糊化后的样品在4储存，7 d后，再将样品冻干、粉碎、过100目筛。将样品放入坩埚中，加入一定比例的KBr固体研磨，充分研磨均匀后，用配套的压片机压成0.5 mm的透明薄片。将样品放入傅里叶红外光谱仪中测定，扫描波数范围 4 000400 cm-1，扫描次数 32次，分辨率为4 cm-1，获得FTIR图谱，使用Ominic（版本 6.2）进行分析。1.3.9 数据分析运用SPSS 22.0软件对数据进行处理，采用Duncan新复极差法进行显著性分析，显著水平为p0.05，采用Origin 2022软件绘图。每次实验均重复3次，取平均值。2 结果与分析2.1 不同比例的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的溶解度溶解度反映淀粉与水结合能力的强弱，溶解度越高说明淀粉与水的结合能力越好18，同时也是评价固体饮料、粉类冲剂等食品的重要指标。图1是不同添加量的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物溶解度的结果。随着温度的升高，糯米淀粉及其复合物的溶解度增加，这表明糯米淀粉与水结合越来越紧密。随着葡萄籽原花青素添加量的增加，溶解度呈现递增趋势；当添加量在6%图1 不同比例的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的溶解度-26李雅丽，季原，胡金朋，杨剑婷：葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物性质的结构基础时，溶解度在温度为65时增高了12.68%；当添加量为8%和10%时，溶解度并没有随着添加量的增加而呈现明显增高趋势，这可能是因为葡萄籽原花青素中含有大量的羟基，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，使糯米淀粉在一定的温度和添加量下溶解度有所提高19。2.2 不同比例的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的膨胀度膨胀度反映了淀粉在一定温度下的吸水性以及淀粉颗粒内键的结合程度20。原花青素-糯米淀粉复合物膨胀度的变化如图2所示。随着温度的增加，膨胀度呈直线上升的趋势；说明温度的增加使糯米淀粉的吸水性逐渐增强。随着葡萄籽原花青素的增加，膨胀度出现递增现状；当添加量在8%时，膨胀度在温度为70时提高了20.11%。这可能因为原花青素具有的羟基结构同支链淀粉的侧链进行结合，在一定程度键合到淀粉颗粒的无定形区，从而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21。图2 不同比例的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的膨胀度2.3 不同比例葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的透明度淀粉糊透明度的高低一般用透光率来表示，透光率越大，透明度就越高22。与原淀粉糊相比，随着葡萄籽原花青素比例的增加，透光率降低了1.37%。此外，透明度逐渐降低可能还与葡萄籽原花青素本身粉末呈棕红色有关23，如图3所示，随着葡萄籽原花青素添加量的增加，淀粉糊颜色加深，对淀粉糊的透明度也可能产生影响。图3 不同比例的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的透明度-27第 43 卷第 2 期保山学院学报2024 年 4 月2.4 不同比例葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的冻融稳定性冻融稳定性一般是通过析水率来反馈，是反映产品在冷藏过程中的抗冻特性，同时也是食品加工产业的重要功能特性。随着贮存时间的延长，糯米淀粉的析水率呈现上升趋势，可能是由于糯米淀粉及其复合物经过糊化后，通过冷冻、溶解多次循环而促进冰晶的形成，破坏了凝胶内部结构，导致含水量降低24。如表1所示，糯米淀粉在冻融循环1次、2次、3次时，未出现析水情况，说明淀粉的凝胶网孔结构紧密且冻融稳定；随着冻融次数的增加，从第4次开始随着冻融循环次数的增加，析水率呈现先上升后下降的趋势，分析原因，可能是随着冻融次数的增加造成的淀粉内部结构出现松散状态，同时与淀粉双螺旋结构的弱化作用有一定的关联24。随着添加量的增加，冻融循环第6次时，原淀粉凝胶的析水率为32.71%，而添加10%的原花青素的凝胶析水率降低了27.24%，进一步说明添加葡萄籽原花青素显著降低了糯米淀粉的析水率。柴艳伟25的研究中发现茶多酚可以通过氢键同直链淀粉及支链淀粉的外链发生非共价结合。因此，通过降低淀粉的析水率可以降低淀粉基食品的析水率对开发淀粉制品有重要意义。表1 葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的析水率添加量（%）0246810析水率（%）循环1-3000000循环49.220.29a8.050.85b5.520.79c2.770.22d1.050.15e0.610.09ef循环523.870.25a15.910.18b11.260.16c8.300.26d7.260.40de5.760.40f循环632.710.37a15.780.24b11.650.23c9.670.12d7.540.06e5.470.05f循环724.680.60a15.750.27b11.210.24c9.710.06d7.620.05e5.420.05f循环824.090.37a15.020.30b11.030.13c9.280.19d7.760.25e5.000.23f注：表中同列中不同上标的小写字母表示差异显著（p0.05）2.5 不同比例的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的凝胶质构特性天然糯米淀粉及复合物的凝胶质构特性见表2，与天然糯米淀粉相比，随着葡萄籽原花青素添加量的增加，以下相关性质均呈现出下降的趋势。这表明糯米淀粉与原花青素结合后，复合物的凝胶质地变柔软，老化回生受到了一定的抑制作用26。复合物的内聚特性反映了淀粉链之间的结合力，而淀粉链上的羟基或羧基与原花青素之间可能发生氢键上的相互作用，阻碍了其在复合体系中的再结晶，从而减少了复合体系的内聚性27。经过糊化处理后，葡萄籽原花青素在糯米淀粉中，与淀粉分子之间存在着一定程度的氢键作用，降低了分子链段之间的结合，对淀粉的老化可能产生影响，因此随着原花青素添加量的增加，凝胶硬度呈现逐渐降低的趋势。表2 葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物凝胶的质构特性添加量（%）0246810硬度（kg）0.590.01a0.550.02b0.370.01c0.280.03d0.250.02e0.220.03e粘性（mJ）0.750.02a0.690.02ab0.530.03b0.440.02c0.320.03d0.230.02e弹性（mm）0.860.01a0.750.02b0.650.02c0.570.03d0.470.02e0.330.03f咀嚼型（mJ）16.60.36a15.630.20b14.600.26c12.530.30d10.730.15e8.500.20f内聚性（mJ）1.040.11a0.960.09ab0.860.01b0.760.01c0.570.01d0.350.01e注：表中同列中不同上标的小写字母表示差异显著（p0.05）2.6 不同比例的葡萄籽原花青素对糯米淀粉复合物结晶度的影响用X射线衍射分析不同添加量原花青-糯米淀粉复合物的结晶结构，结果如图4所示。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，对于天然糯米淀粉来说，在-28李雅丽，季原，胡金朋，杨剑婷：葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物性质的结构基础射线衍射图谱15.3、17.1、18.2和23.5处有较强的衍射峰，这是典型的A型结晶图谱28。然而，复合物在制备的过程中经过了糊化处理，处理后样品的图谱中均未观察到清晰的特征峰，表明复合物的结晶结构消失，呈现无定形状态29。图4 不同比例的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的XRD图谱2.7 不同比例的葡萄籽原花青素对糯米淀粉复合物的分子结构影响糯米淀粉及原花青素-糯米淀粉复合物的FTIR图谱如上图5所示。3 500-3 100 cm-1的宽峰，归属于氢键的吸收峰和羟基基团的拉伸振动30。通常1 047 cm-1处的峰强度与淀粉中有序结构有关，1 022 cm-1处的峰强度与淀粉中的无定型结构有关31。与天然糯米淀粉相比，葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物红外光谱中的特征峰均未发生改变，没有观察到新的特征吸收峰，说明葡萄籽原花青素与糯米淀粉之间没有形成共价键，但可能存在氢键和疏水键等非共价相互作用32。相关文献证明了3 500-3 100 cm-1之间的峰宽越大，说明氢键作用越强33。因此，随着葡萄籽原花青素添加量的增加，3 500-3 100 cm-1之间的峰宽增加，表明葡萄籽原花青素可能通过氢键与淀粉结合，从而增强了该波段的吸收。此外，糯米淀粉羟基弯曲振动峰的波数（约1 700 cm-1处，与淀粉中的结晶水有关）发生了位移，说明分散的葡萄籽原花青素可能通过羟基与淀粉和水发生氢键相互作用34。图5 不同比例的葡萄籽原花青素-糯米淀粉复合物的FTIR光谱图3 结论本文是添加不同比例（2%、4%、6%、8%、10%）的葡萄籽原花青素与糯米淀粉制备成原花青素-糯米淀粉复合物，测定了复合物的性质和结构，结果表明，随着葡萄籽原花青素添加量的增加，原花青素-糯米淀粉复合物的溶解度增加了12.68%，膨胀度提高了20.11%；透明度逐渐降低；析水率降低了27.24%；X射线衍射反映出原花青素-糯米淀粉复合物经糊化后晶体结构被破坏，-29第 43 卷第 2 期保山学院学报2024 年 4 月傅里叶红外光谱图显示3 500-3 100 cm-1峰宽增加和约1 700 cm-1羟基弯曲振动波数发生位移，说明了葡萄籽原花青素通过羟基与淀粉和水的氢键发生反应。综上所述，糯米淀粉通过添加原花青素后改善其相关性质的结构。因此，添加葡萄籽原花青素可以优化糯米淀粉性质的结构，为开发糯米淀粉基食品提供一定的基础。参考文献：1 郭宇，仇雨瑄，丁震，等.湿热处理降低糯米粉GI值的研究进展J.现代面粉工业，2021，35（06）：22-25.2 Balindong L J,Ward M R,Liu L,et al.Rice grain 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that the crystal structure of the compoundwas destroyed after gelatinization;Fourier infrared spectroscopy shows that the peak width of 3 500-3100cm-1increases and the wave number of hydroxyl bending vibration shifts about 1 700cm-1;The addition of grape seed proanthocyanidins improved the processing properties and structural characteristicsof glutinous rice.Keywords:Glutinous rice starch;Grape seed proanthocyanidins;Nature-31