楊留枝，劉華玲，史苗苗，范雨晴，劉延奇*

1. 鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院（鄭州 450002）；2. 鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品工程學(xué)院（鶴壁 458000）

茶多酚是茶葉中多酚類化合物的總稱，主要包括表兒茶素（EC）、表沒食子兒茶素（EGC）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）和表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG），是具有多種生物功能的生物活性物質(zhì)[1]，在抑制癌細(xì)胞生長[2]，改善細(xì)胞中葡萄糖和脂質(zhì)的代謝[3]，改善餐后高血糖的氧化應(yīng)激，影響α-淀粉酶及其他α-葡萄糖苷酶對淀粉和其他碳水化合物的消化[4]、抑制細(xì)菌孢子的發(fā)育和生長[5]等方面具有重要作用。茶多酚因其具有多種健康益處，在食品、醫(yī)藥和制藥領(lǐng)域的應(yīng)用范圍廣泛。鑒于茶多酚的諸多功能，近年來，許多學(xué)者對茶多酚進(jìn)行深入研究。Peng等[4]研究茶多酚的濃度對茶多酚與酶活性之間的影響，說明酶與生物活性酚類化合物之間相互作用的復(fù)雜性。Chai等[6]研究直鏈淀粉與茶多酚的相互作用調(diào)節(jié)高直鏈玉米淀粉的餐后血糖反應(yīng)。Jin等[7]研究殼聚糖納米粒子改善茶多酚在胃腸道中低吸收率和低生物利用率的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)殼聚糖納米粒子能夠提高茶多酚的穩(wěn)定性，防止其在胃腸道中的氧化和降解。Fan[8]總結(jié)淀粉與酚類化合物之間的相互作用對淀粉理化性質(zhì)和消化的影響，酚類化合物的生物利用率以及淀粉-酚類化合物相互作用的非共價性質(zhì)。

淀粉主要由直鏈淀粉與支鏈淀粉組成，以α-D-吡喃葡萄糖為結(jié)構(gòu)單元，是人體營養(yǎng)中碳水化合物的主要來源，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用[9]。直鏈淀粉主要由D-葡萄糖通過α-1, 4-糖苷鍵連接的線性多糖，可以與各種配體形成復(fù)合物[10]。Shogren等[11]研究發(fā)現(xiàn)在蒸汽噴射蒸煮過程中，脂肪酸以二聚體的形式形成直鏈淀粉復(fù)合物。蒸汽噴射蒸煮提供高溫高剪切力的環(huán)境，脂肪酸二聚體的形成可能是由于這些脂肪酸在水中的溶解度低造成的。Gelders等[12]提出用半酶法制備單徑彌散直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物。在馬鈴薯磷酸化酶存在的條件下合成直鏈淀粉，可形成單徑彌散復(fù)合物。Meng等[13]采用高壓均質(zhì)法制備得淀粉-棕櫚酸復(fù)合物。Lalush等[14]通過水/DMSO和KOH/HCl這2種絡(luò)合方法制備得到直鏈淀粉-共軛亞油酸（CLA）復(fù)合物。

使用B型微晶淀粉為試驗材料，制備直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物。研究直鏈淀粉-茶多酚配比、復(fù)合時間和復(fù)合溫度3個反應(yīng)參數(shù)對復(fù)合物結(jié)晶度的影響。對結(jié)晶度最佳的直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、紅外光譜（FT-IR）的分析和測試，進(jìn)一步研究復(fù)合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和表觀特征。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

馬鈴薯淀粉（固原長城淀粉有限公司）；茶多酚（上海源葉生物科技有限公司）；無水乙醇、鹽酸（均為分析純化學(xué)試劑）。

SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）；LG10-2.4A型高速離心機（北京醫(yī)用離心機廠）；Philips XL-3型掃描電子顯微鏡（SEM，日本日立公司）；Bruker TENSOR27型紅外光譜儀（FTIR）、Bruker D8型X-射線衍射儀（XRD）（德國布魯克公司）；立式壓力蒸汽滅菌器（上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）。

1.2 試驗方法

1.2.1 B型微晶淀粉的制備

按照參考文獻(xiàn)[15]的制備方法制備得到B型微晶淀粉。

1.2.2 直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的制備

選擇抗病、抗倒伏、耐裂莢和耐密中熟油菜品種。播種時間為9月20日至10月10日。每畝用種量0.3～0.4公斤?；剩寒€施油菜專用配方肥或復(fù)合肥(含量15-15-15)50公斤，硼肥(10%含量以上)0.5公斤；苗肥：4～5葉期施尿素3公斤；臘肥：每畝施尿素4公斤，氯化鉀2公斤，臘肥也可以加施農(nóng)家肥，且于春節(jié)前施用；薹肥：每畝施尿素2公斤，氯化鉀2公斤。

稱取10.00 g B型微晶淀粉與一定量茶多酚于100 mL燒杯中，加入20 mL去離子水，用保鮮膜封口后放入壓力蒸汽滅菌器中于一定溫度下高壓處理一定時間，關(guān)閉壓力蒸汽滅菌器電源。在壓力蒸汽器中靜置24 h后，取出樣品于40 ℃烘箱中烘干，烘干后的樣品用粉碎機粉碎后過100目篩子，所得樣品即為直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物。設(shè)置空白對照組，即不添加茶多酚的情況下，將10.00 g B型微晶淀粉加入100 mL燒杯中，加入20 mL去離子水，進(jìn)行相同處理。在高壓條件下靜置24 h后，取出樣品于40 ℃烘箱中烘干，烘干后的樣品用粉碎機粉碎后過100目篩子，所得樣品即為空白對照樣品。

1.2.3 單因素試驗

不同淀粉-茶多酚配比對淀粉復(fù)合物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響。固定復(fù)合時間40 min，復(fù)合溫度120 ℃，淀粉/茶多酚配比分別100∶1，100∶2，100∶3，100∶4和100∶5。

不同復(fù)合溫度對淀粉復(fù)合物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響。固定復(fù)合時間40 min，淀粉/茶多酚配比100∶3，結(jié)晶溫度分別為90，100，110，120和126 ℃。

不同復(fù)合時間對淀粉復(fù)合物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響。固定復(fù)合溫度120 ℃，淀粉/茶多酚配比100∶3，復(fù)合時間分別為20，30，40，50和60 min。

1.2.4 掃描電子顯微鏡（SEM）

取適量的淀粉樣品黏在導(dǎo)電膠帶上，置于蒸金室對樣品進(jìn)行鍍金處理，使用掃描電子顯微鏡觀察樣品的微觀形貌。

1.2.5 X射線衍射（XRD）

取樣品粉末置于長方形鋁片的孔中，隨后壓緊，用BurkerD8型X射線衍射儀測定。測試條件為：管壓3 kV，管流20 mA，掃描速度4°/min，掃描區(qū)域5°～60°，采樣步寬0.04°，掃描方式為連續(xù)，重復(fù)次數(shù)1。相對結(jié)晶度的計算，由Komiya和Nara所利用的XRD譜圖計算相對結(jié)晶度的方法[16]。

1.2.6 紅外光譜（IR）

稱取約2 mg樣品研細(xì)，加入150 mg干燥KBr，混合均勻并研細(xì)、壓片，將該薄片進(jìn)行紅外掃描。測試條件：掃描波數(shù)范圍4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1。采用DTGS檢測器，以空氣為空白，掃描3次后取平均值得到樣品的紅外光譜圖。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

利用Origin 6.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到茶多酚復(fù)合物的紅外光譜和X射線衍射圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物相對結(jié)晶度的影響因素

茶多酚與B型微晶淀粉在壓力蒸汽滅菌器中經(jīng)過高溫加壓處理制備得到直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物。在直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的制備過程中，產(chǎn)品結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到多種因素的影響，其中淀粉-茶多酚配比、復(fù)合時間、溫度3種因素影響顯著。試驗研究3種反應(yīng)參數(shù)（淀粉-茶多酚配比、復(fù)合時間和溫度）對淀粉復(fù)合物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響。

2.2 淀粉/茶多酚配比對淀粉復(fù)合物結(jié)構(gòu)的影響

圖1為固定淀粉用量10.00 g，添加不同量的茶多酚情況下，所得直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的XRD圖。B型微晶淀粉與不同比例的茶多酚混合后經(jīng)過壓力蒸汽反應(yīng)后，B型微晶淀粉與茶多酚溶解于去離子水中，緩慢冷卻至室溫，重結(jié)晶形成直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物。根據(jù)X射線衍射圖譜可知，茶多酚的量對所得產(chǎn)品的結(jié)晶結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生影響，6種淀粉樣品的衍射曲線均在5.62°、17.02°、22.30°和23.98°左右出現(xiàn)衍射峰，表明B型微晶淀粉經(jīng)過壓力蒸汽重結(jié)晶反應(yīng)后依然為B型結(jié)構(gòu)[17]。將圖1所得各衍射曲線進(jìn)行處理[18]，得出各衍射峰強度、相對峰面積、相對總面積和相對結(jié)晶度。數(shù)據(jù)如表1。

從表1可以看出，空白對照組樣品的結(jié)晶度為44.20%，而加入茶多酚后，所得樣品的結(jié)晶度均有下降，隨著淀粉-茶多酚配比增加，淀粉復(fù)合物的相對結(jié)晶度越來越大，淀粉-茶多酚配比為100∶3時，結(jié)晶度最大，為45.06%，淀粉與茶多酚配比繼續(xù)增加時，淀粉復(fù)合物的結(jié)晶度有所下降。這表明加入茶多酚與否及加入茶多酚的量直接影響淀粉復(fù)合物的結(jié)晶程度，可能原因是隨著茶多酚含量增加，淀粉與茶多酚結(jié)合的量增加，直鏈淀粉-茶多酚配比100∶3時，淀粉的結(jié)合能力達(dá)到飽和，過量茶多酚干擾直鏈淀粉的重結(jié)晶，所得茶多酚復(fù)合物的結(jié)晶度下降[19]。因此，最佳直鏈淀粉-茶多酚配比100∶3。

圖1 不同淀粉-茶多酚配比下所得淀粉復(fù)合物的XRD圖

表1 不同淀粉-茶多酚配比時所得淀粉復(fù)合物結(jié)晶度和相關(guān)衍射數(shù)據(jù)

2.3 復(fù)合時間對淀粉復(fù)合物結(jié)構(gòu)的影響

圖2為不同復(fù)合時間下，所得直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的XRD圖。各衍射曲線的基線較高，表明淀粉復(fù)合物中無定型結(jié)構(gòu)居多，復(fù)合時間的不同，淀粉復(fù)合物的衍射曲線均在5.68°、17.14°、22.06°和24.04°處出現(xiàn)衍射峰，為B型結(jié)構(gòu)。說明復(fù)合時間不同，不改變其衍射峰位置。將圖2所得各衍射曲線進(jìn)行處理，得出各衍射峰強度、相對峰面積、相對總面積和相對結(jié)晶度。數(shù)據(jù)如表2。

隨著復(fù)合時間增加，淀粉復(fù)合物的結(jié)晶度逐漸增加，復(fù)合時間≤40 min時，淀粉復(fù)合物的結(jié)晶度逐漸增加；復(fù)合時間＞40 min時，淀粉復(fù)合物的逐漸減弱。在測試范圍內(nèi)，復(fù)合時間為40 min時，淀粉復(fù)合物的結(jié)晶最好，其結(jié)晶度為45.06%。

圖2 不同復(fù)合時間下所得淀粉復(fù)合物的XRD圖

表2 不同復(fù)合時間下所得淀粉復(fù)合物結(jié)晶度和相關(guān)衍射數(shù)據(jù)

2.4 復(fù)合溫度對淀粉復(fù)合物結(jié)構(gòu)的影響

圖3為不同復(fù)合溫度時，所得直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的XRD圖。5種淀粉復(fù)合物的衍射曲線均在5.62°、17.02°、22.30°和23.98°左右出現(xiàn)衍射峰，為B型淀粉的特征峰。將圖3所得各衍射曲線進(jìn)行處理，得出各衍射峰強度、相對峰面積、相對總面積和相對結(jié)晶度。數(shù)據(jù)如表3。

從表3可以看出，復(fù)合溫度90～110 ℃時，淀粉復(fù)合物的相對結(jié)晶度均無顯著變化，但超過120 ℃后，淀粉復(fù)合物的相對結(jié)晶度顯著下降，原因可能是較高的溫度會影響直鏈淀粉和茶多酚的結(jié)構(gòu)，也會使其結(jié)晶度降低。根據(jù)淀粉復(fù)合物相對結(jié)晶度的計算可知，淀粉復(fù)合物制備的最佳結(jié)晶溫度120 ℃時，此時結(jié)晶度最大，為45.06%。

圖3 不同復(fù)合溫度下所得淀粉復(fù)合物的XRD圖

表3 不同復(fù)合溫度下所得淀粉復(fù)合物結(jié)晶度和相關(guān)衍射數(shù)據(jù)

2.5 最佳制備條件下所得淀粉復(fù)合物的結(jié)構(gòu)表征

直鏈淀粉與茶多酚在壓力蒸汽滅菌器中反應(yīng)，在最佳結(jié)晶結(jié)構(gòu)（B型微晶淀粉/茶多酚配比100∶3，復(fù)合時間40 min，復(fù)合溫度120 ℃）下制得晶型較好的直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物，采用SEM、FT-IR、XRD和RAMAN對其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行表征。

2.5.1 掃描電鏡分析（SEM）

圖4是B型微晶淀粉、空白對照組和直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的掃描電子顯微鏡圖。圖4（a）顯示，B型微晶淀粉呈球狀，表面光滑且顆粒間有一定的黏連現(xiàn)象[20]。圖4（b）顯示，空白對照組樣品為扁平狀結(jié)構(gòu)，表面粗糙且顆粒間的粘連現(xiàn)象更為嚴(yán)重。圖4（c）顯示，直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物呈現(xiàn)無規(guī)則顆粒狀與片狀結(jié)構(gòu)，顆粒大小不一切顆粒之間粘連現(xiàn)象嚴(yán)重，可能是因為，B型微晶淀粉重結(jié)晶過程中，茶多酚影響復(fù)合物的顆粒結(jié)構(gòu)，從而發(fā)生形變。

圖4 電子掃描顯微鏡照片

2.5.2 紅外光譜分析（FT-IR）

圖5分別是B型微晶淀粉、空白對照組和直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的紅外光譜圖，3種淀粉樣品有很多共同的紅外吸收峰，是淀粉基團(tuán)的紅外特征吸收峰。3 411.9 cm-1附近出現(xiàn)的強而寬的吸收峰為淀粉中—OH基團(tuán)的伸縮振動吸收峰[20]，2 929.7 cm-1附近出現(xiàn)明顯—CH2—的伸縮振動吸收峰，1 652.9 cm-1附近出現(xiàn)的峰是淀粉的醛基振動峰[21]。通過紅外光譜圖可以看出，3種淀粉樣品的特征衍射峰的強度和位置并沒有發(fā)生顯著變化。

圖5 紅外光譜圖

2.5.3 X射線衍射分析（XRD）

圖6是B型微晶淀粉、空白對照組和直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的XRD圖譜。3種類型的淀粉的特征衍射峰均在5.9°、17.15°、22.06°和23.84°左右出現(xiàn)，表明壓力蒸汽法處理B型微晶淀粉并未改變其晶型結(jié)構(gòu)，所得樣品均為B型結(jié)構(gòu)[22-23]。通過使用壓力蒸汽方式對B型微晶淀粉進(jìn)行重結(jié)晶反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)茶多酚加入與否并不改變其晶型結(jié)構(gòu)。X射線衍射圖譜分析可得，B型微晶淀粉的相對結(jié)晶度為39.04%，空白對照組的相對結(jié)晶度為44.20%，直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物的相對結(jié)晶度為45.06，說明B型微晶淀粉經(jīng)過壓力蒸汽處理后重結(jié)晶得到的樣品的結(jié)晶度增加。

圖6 X射線衍射圖

3 結(jié)論

在茶多酚存在下，以B型微晶淀粉為原料，采用壓力蒸汽方式制備直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物，并對影響直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物相對結(jié)晶度的因素進(jìn)行研究。直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物最優(yōu)制備條件為：淀粉-茶多酚比例100∶3，復(fù)合時間40 min，復(fù)合溫度120℃。對結(jié)晶結(jié)構(gòu)較好的樣品通過XRD、IR和SEM進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明，B型微晶淀粉為球狀結(jié)構(gòu)，淀粉復(fù)合物為無規(guī)則顆粒結(jié)構(gòu)和片狀結(jié)構(gòu)。樣品在5.62°、17.02°、22.30°和23.98°左右處出現(xiàn)特征衍射峰，表明直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物為B型結(jié)構(gòu)，直鏈淀粉-茶多酚復(fù)合物中沒有新的化學(xué)鍵的形成。