茶多糖对小麦淀粉回生动力学影响的研究

张春媛，朱跃进，张海华，张士康，庞林江，冯博文

（1.浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江杭州 311300；2.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016；3.浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016）

茶多糖对小麦淀粉回生动力学影响的研究

张春媛1,2，朱跃进2,3*，张海华2,3，张士康2,3，庞林江1，冯博文1,2

（1.浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江杭州 311300；2.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016；3.浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016）

添加0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、8%、10%茶多糖的小麦淀粉经糊化后4℃条件下贮存0.5d、1d、3d、5d、7d、14d、21d、28d、42d、60d，采用酶法测定小麦淀粉老化度，并使用Avrami方程研究小麦淀粉的回生动力学。结果表明：添加不同茶多糖浓度的小麦淀粉Avrami参数n值均小于1，表明小麦淀粉重结晶是一次成核的成核方式，即晶核主要在小麦淀粉回生早期形成；从结晶速率常数K来看，小麦淀粉回生速率随着茶多糖浓度的增加而降低。以上结果表明茶多糖具有抑制小麦淀粉回生的能力。

茶多糖，小麦淀粉，老化，动力学，Avrami方程

小麦淀粉是主要的淀粉类食品原料之一，可以用来制作各种各样、风味各异的食品[1]。而这些淀粉类食品在运输和贮存过程中，会随着时间的推移发生一系列内在品质的变化，比如面条变硬、馒头干缩、蛋糕陈化失去新鲜感及面包由松软变脆硬，这些变化主要是由于淀粉老化引起的[2-4]，淀粉的老化会严重影响食品的品质。本文主要通过Avrami方程研究添加0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、8%、10%茶多糖的小麦淀粉的回生动力学，了解茶多糖对淀粉抗老化的作用，为我国淀粉质食品品质改良提供依据[5]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶多糖（纯度82%），实验室自制；小麦淀粉（直链淀粉含量22.7%），浙江永盛淀粉有限公司；高温淀粉酶（酶活120KUN/g），诺维信酶制剂有限公司；无水乙醇、正丁醇、异丙醇、氢氧化钠、浓盐酸、碘、碘化钾等为分析纯，华东医药有限公司。

BS110S型电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；GZX-9246鼓风干燥箱，上海博讯事业有限公司医疗设备厂；LSY电热恒温水浴锅，北京医疗设备厂；UV-1100紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；RJ-TDL-40C低速台式离心机，无锡市瑞江分析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1小麦淀粉回生样品制备

精确称取5.0g小麦淀粉，分别添加0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、8%、10%（基于淀粉干重）的茶多糖，加入10mL蒸馏水进行糊化。糊化的淀粉样品于 4℃条件下储存 0.5d、1d、3d、5d、7d、14d、21d、28d、42d、60d进行淀粉短期回生阶段和长期回生阶段试验。

1.2.2酶法测定小麦淀粉回生度

称取25mg样品，加入去离子水，振荡混匀。加入配好的高温淀粉酶液。在37℃下水解10min，定容至100mL。取水解液，加I2和KI的混合溶液，静置20min，用紫外分光光度仪在625nm处测定吸收率[6-7]。老化度DR按下式计算：

a为总淀粉吸收率；b为实验用淀粉吸收率；c为空白实验吸收率。

1.2.3茶多糖对小麦淀粉回生动力学影响的研究

为了进一步揭示淀粉老化机理，许多学者[8-9]采用聚合物结晶特性Avrami方程来描述淀粉的老化动力学特性。淀粉的老化是一个重结晶的过程，在淀粉的回生过程中，淀粉晶核形成的方式、晶核的成长速度以及晶核的几何形状都可以通过Avrami模型来解释。本实验使用Avrami方程开展茶多糖对小麦淀粉的回生动力学影响的研究。

1.2.4茶多糖对小麦淀粉回生的颗粒扫描电镜观察

添加不同浓度茶多糖的糊化小麦淀粉样品于4℃条件下贮存后进行真空干燥，研磨过100目筛，干燥的淀粉颗粒样品在1000放大倍数下观察淀粉颗粒形态[10]。

2 结果与分析

2.1 酶法测定小麦淀粉老化度

图1 茶多糖对小麦淀粉回生影响Fig.1 Effects of different contents of tea polysaccharides on wheat starch retrogradation

由图1可知，相同老化时间内，小麦淀粉的老化程度会随着茶多糖的添加量增大而降低，表明茶多糖在一定程度上可以延缓小麦淀粉的老化。当不添加茶多糖时，糊化后的小麦淀粉样品在贮存1d后老化度为12%，在贮存14d后老化度高达59.8%，贮存60d后老化度为96.4%；然而当添加一定浓度茶多糖后，小麦淀粉的回生程度明显降低，当茶多糖添加量为4%，贮存1d后，其老化度为4.4%，仅为原样品的33.3%，贮存60d后，添加10%茶多糖的小麦淀粉老化度仅是34.8%。这主要与茶多糖的多羟基结构有关。羟基具有吸水性，可与水分子通过氢键进行结合，使淀粉分子保持一定量的水分[11]，茶多糖网络支架的特性能够扩展增加淀粉分子的空间障碍，降低淀粉分子的结晶有序性[12-13]，加之茶多糖的羟基与淀粉分子羟基结合成氢键的能力比淀粉分子羟基间结合成氢键的能力更强，一定程度阻碍了淀粉分子微晶束氢键的形成[14]，进一步延缓淀粉的老化。

2.2 茶多糖对小麦淀粉回生动力学影响的研究

Avrami方程描述了淀粉在回生过程中晶体随时间的成长规律，表明淀粉的老化度随着时间的延长呈指数形式的增长[15]。Avrami方程的基本形式为：

方程两边同时取对数，可以变为：

θ为在t时刻的结晶率；K为结晶速率常数，与晶核密度和晶体生长速率有关；n为Avrami指数，其取值与成核方式有关。

由Ln[-Ln(1-θ)]对时间Lnt作图，得到小麦淀粉的回生速率曲线：

图2 Ln[-Ln(1-θ)]与时间Lnt的对应关系曲线Fig.2 Corresponding relationship curve between Ln[-Ln (1-θ)]and Lnt

本文通过Avrami方程分析小麦淀粉的回生动力学。先通过酶法测定不同条件下小麦淀粉的老化度，再通过回归分析，计算出Avrami指数n和结晶速率常数K，通过n和K的变化来分析茶多糖对小麦淀粉回生的影响。

Avrami参数n值小于1，表明重结晶主要在老化早期形成，其成核方式为一次成核；n值大于1，表明重结晶是源源不断的成核，即晶核在短期回生和长期回生过程中不断形成[14]。

结晶速率常数K反映晶体的成核与成长速度，提供结晶过程中的信息；不同的淀粉具有不同的结晶速率常数，K值越大，表明结晶成长速度越快；K值越小，表明结晶速度越慢[16]。

表1 小麦淀粉Avrami回生动力学模型（4℃）Table 1 Avrami retrogradation kinetic models of wheat starch(4℃)

表1为浓度0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、8%、10%茶多糖的小麦淀粉Avrami方程拟合数据表，从表1可以看出，Avrami参数n值均小于1，表明小麦淀粉重结晶是一次成核的成核方式，即晶核主要在小麦淀粉回生早期形成；在晶体生长阶段，从结晶速率常数K来看，不添加茶多糖的回生速率最高，添加10%茶多糖的回生速率最低，表明不添加茶多糖的小麦淀粉结晶成长速度最快，茶多糖浓度越大小麦淀粉结晶成长速度越慢，因此，茶多糖具有延缓小麦淀粉回生的能力。

2.3 茶多糖对小麦淀粉回生的颗粒扫描电镜观察结果

根据酶法测定茶多糖对小麦淀粉老化影响，发现添加2%、4%、8%、10%茶多糖的小麦淀粉老化度下降趋势比较平缓，考虑到实际应用中成本问题，因此选取添加2%茶多糖与添加0%茶多糖的小麦淀粉进行扫描电镜研究。

从图3可以看到添加2%茶多糖的小麦淀粉颗粒的三维立体结构，不添加茶多糖 （图3a、图3c）的小麦淀粉在4℃下贮存3d、7d后，变成了聚集的“石头状”硬块，而添加2%茶多糖（图3b、图3d）的小麦淀粉“石头状”硬块程度大大降低，而且添加2%茶多糖在贮存3d时（图3b），可以看到样品出现了一些网孔状结构，网孔结构是添加茶多糖的小麦淀粉干燥时形成的，说明样品贮存3d时仍然保持了一定的水分，表明茶多糖能够提高淀粉的保水性，防止淀粉失水老化并延缓小麦淀粉“石头状”硬块的形成即小麦淀粉结晶的形成。

3 结论

通过酶法测定茶多糖对小麦淀粉的抑制作用，发现糊化小麦淀粉贮存1d后，不添加茶多糖的小麦淀粉老化度是其添加2%、4%茶多糖的小麦淀粉的1.38、2.73倍，贮存60d后，不添加茶多糖的小麦淀粉老化度是其添加2%、4%茶多糖的小麦淀粉的1.73、2.21倍，因此小麦淀粉的老化程度会随着茶多糖添加量增大而降低。

回生动力学分析显示Avrami参数n值均小于1，表明小麦淀粉重结晶是一次成核的成核方式，即晶核主要在小麦淀粉回生早期形成；从结晶速率常数K来看，不添加茶多糖的小麦淀粉回生速率最高，添加10%茶多糖的小麦淀粉回生速率最低；表明不添加茶多糖的小麦淀粉结晶成长速度最快，茶多糖添加量越大，小麦淀粉结晶成长速度越慢。研究茶多糖的添加量进一步增大时，茶多糖对小麦淀粉的回生速率影响情况，但考虑到实际应用中成本过高，因此本试验茶多糖添加量设计上限为10%。

随着小麦淀粉贮存期的延长，不添加茶多糖的小麦淀粉呈石头状硬块，而添加2%茶多糖的小麦淀粉硬度程度明显降低，且样品呈网孔状，说明茶多糖能够抑制小麦淀粉的重结晶，延缓小麦淀粉的老化。

图3 添加茶多糖的小麦淀粉样品糊化后在4℃下贮存后的SEM图Fig.3 Scanning electron micrographs of gelatinized wheat starch samples containing tea polysaccharides after storage at 4℃

4 展望

小麦作为我国和世界的主要粮食作物之一，已成为人们日常生活的主食和食品工业的主要原料。而淀粉约占小麦粉成分总量的65%~80%，小麦制成品贮藏过程中的易陈化现象涉及多种原因，但小麦淀粉的老化被认为是最重要的因素，因此小麦粉中淀粉的老化特性，与小麦粉的制成品品质和贮藏品质有着紧密的联系。本研究证明茶多糖可以延缓小麦淀粉的老化度，在一定范围内小麦淀粉老化度随着茶多糖添加量的增大而减小，但综合考虑茶多糖的生产成本、实际应用中的总成本问题，茶多糖添加量为2%时最适宜。

[1] 柴松敏.淀粉的老化机理及抗老化研究 [J].兴泰科技,2009, (12):79-83.

[2] 李云波,胡燕.淀粉质食品的抗老化研究进展[J].现代商贸工业,2009,(10):28-32.

[3] 王丽丽.淀粉质食品的抗老化研究[J].农产品加工,2011,(4): 63-64,69.

[4] 李慧娟,柴松敏.淀粉的老化机理及抗老化研究[J].粮食加工, 2006,(3):42-45.

[5] 纪莹,周惠明.米制松糕淀粉回生动力学研究[J].食品工业科技,2009,(1):118-120.

[6] 张骅骞.荞麦淀粉抗老化研究及应用[D].天津:天津科技大学养与食品卫生学,2007.

[7] Kim JO,Kim W S,ShinM S.A comparativestudyon retrogradation of rice starch gels by DSC,X-ray and αamylase methods[J].Starch/Starke,1997,49(2):71-75.

[8] Maffezzoli A,Kenny J M,Terre L.On the physical dimensions of the Avrami constant[J].Thermochimica Acta,1995,269:185-190.

[9] 赵思明,熊善柏,俞兰苓.淀粉糊老化动力学研究[J].食品科学, 2002,(12):46-49.

[10]洪雁,顾正彪.淀粉及变性淀粉颗粒形貌结构的研究[J].食品与发酵工业,2006,32(7):19-23.

[11]Funami T,Nakauma M,Noda S,et al.Effects of some anionic polysaccharides on the gelatinization and retrogradation behaviorsofwheatstarch:Soybean-soluble Polysaccharide and gum Arabic[J].Food Hydrocolloids,2008,22:1528-1540.

[12]Zhou Y B,Wang D F,Zhang L,et al.Effect of polysaccharides on gelatinization and retrogradation of wheat starch[J].Food Hydrocolloids,2008,22:505-512.

[13]B.Iturriaga L,de Mishima B L,Anon M C,et al.A study of the retrogradation process in?ve argentine rice starches[J]. Food Science and Technology,2010,43:670-674.

[14]谭洪卓,谭斌,高虹,等.甘薯淀粉动力学特性及其回生机理探讨[J].食品与生物技术学报,2008,27(6):34-38.

[15]杜先锋,宛晓春,许时婴,等.葛根淀粉老化动力学的研究[J].中国农业科学,2002,35(9):1145-1149.

[16]王克钧,钱海峰,朱科学,等.湿面老化动力学研究[J].食品工业科技,2010,31(2):89-92.

Retrogradation Kinetics Research of Tea Polysaccharides on Wheat Starch

ZHANG Chun-yuan1,2,ZHU Yue-jin2,3*,ZHANG Hai-hua2,3,ZHANG Shi-kang2,3, PANG Lin-jiang1,FENG Bo-wen1,2
(1.Zhejiang A&F University,Hangzhou 311300,China 2.Hangzhou Tea Research Institute,CHINA COOP,Hangzhou 310016,China 3.Zhejiang Key Laboratory of Transboundary Applied Technology for Tea Resources,Hangzhou 310016,China)

The gelatinized wheat starch containing 0%,0.5%,1%,1.5%,2%,4%,8%,and 10%tea polysaccharides is stored at 4℃for 0.5,1,3,5,7,14,21,28,42,and 60 days.The retrogradation of wheat starch is investigated by amylase method,then the retrogradation kinetics of wheat starch is researched with Avrami equation. The results indicates that:Avrami parameters n values remain less than 1 with different tea polysaccharide concentrations in wheat starch,which means that wheat starch recrystallization is a primary nucleation,i.e.the crystal nucleus are mainly formed on the early retrogradation stage.According to the crystalline rate constant K,the wheat starch retrogradation rate decreases with the rise of tea polysaccharides concentration.The overall results show that tea polysaccharide has the ability to inhibit wheat starch retrogradation.

Tea polysaccharide,Wheat starch,Retrogradation,Kinetics,Avrami equation

TS211.4+3

A

2095-0306（2014）02-0016-05

中国茶叶加工 2014，（2）:16~19，27

2014-01-27，修改日期：2014-05-09

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD36B06）

张春媛（1991-），女，山西太原人，硕士研究生，主要从事食品加工与安全方面的研究。

*通讯作者：zhuyuejin57@126.com