不同分子量茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化特性的影響

余 科，孔令輝，張 瑞，吳慕慈，胡依黎，何靜仁,

（1.武漢輕工大學硒科學與工程現代產業學院，湖北武漢 430023；2.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北武漢 430023；3.湖北省農產品加工與轉化重點實驗室，湖北武漢 430023；4.國家富硒農產品加工技術研發專業中心，湖北省綠色富硒農產品精深加工工程技術研究中心，湖北武漢 430023）

目前全球每年茶葉消耗量約為600 萬噸。在茶葉種植、生產、加工及消費環節中會產生大量的茶渣剩余物，單中國每年可產生500 萬噸以上的茶渣剩余物[1]。由于傳統的泡茶、現代飲料加工工藝等只能溶出茶葉中部分生物活性成分，這些茶渣中仍然含有多種有效成分，包括4.2%～10.1%的茶多酚、13.0%～19.0%的粗纖維，26.0%～35.0%的茶蛋白等[2]。其中，茶多酚[3-4]、茶多糖[5]、茶蛋白[6]具有很好的抗氧化活性，已被廣泛應用于食品、化學品、醫藥等領域。因此，深入研究茶渣中活性成分的應用價值，可減少副產物的污染，實現現代食品工業的綠色可持續發展。

馬鈴薯淀粉具有顆粒大，吸水膨脹快，糊化溫度低，黏度高等特性，但馬鈴薯淀粉糊因機械強度過低極大的限制了其加工貯藏[7]。為改善淀粉品質，往往在淀粉中加入多酚、多糖和蛋白質等幾類外源物。淀粉基食品的營養特性受淀粉理化性質及與其它成分相互作用的影響[8-10]。Du 等[11]研究了茶多酚對高壓糊化大米淀粉結構和理化性質的影響，發現在室溫下，茶多酚可以加速高靜水壓（≥ 400 MPa）誘導的大米淀粉糊化，并改變其結構和理化性質。Yin 等[12]研究了RG-I果膠對馬鈴薯淀粉理化性質的影響。結果表明，RG-1 果膠的添加顯著降低了馬鈴薯淀粉的峰值黏度和崩解值，提高了馬鈴薯淀粉的糊化溫度，增加了馬鈴薯淀粉的回生值，抑制了淀粉顆粒的膨潤率。劉佳松等[13]研究了乳清蛋白及其水解物對馬鈴薯淀粉體外消化性和理化性質的影響。結果表明，添加乳清蛋白及其水解物提高了馬鈴薯淀粉的糊化溫度。Chen 等[14]研究了濕熱條件下大豆肽對馬鈴薯淀粉理化性質的影響。結果表明，大豆蛋白肽能夠降低馬鈴薯淀粉黏度和膨潤率，提高馬鈴薯淀粉的糊化溫度。曾銘等[15]系統總結了多酚對淀粉理化性質的影響，包括多酚來源、種類、添加量和淀粉來源及結構等影響因素。Li[16]總結了淀粉分子結構、水分含量、鹽類、糖類、蛋白質、脂類和非淀粉多糖對淀粉糊化特性的影響。

本研究采用連續提取法，分別用50%乙醇、80 ℃水溶液、氫氧化鈉溶液提取茶渣中的活性成分，并對乙醇提取物和水提取物進行膜分離，通過快速黏度分析儀（RVA）和掃描電子顯微鏡（SEM）研究了不同分子量茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化特性的影響，為茶渣資源在食品加工中的應用提供科學基礎和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶渣 福建省仙洋洋食品科技有限公司提供，綠茶在80 ℃下浸提30 min 后所獲得的加工余渣；馬鈴薯淀粉（含水量17.14%，脂肪含量0.47%）浙江省田燦食品科技有限公司提供；氫氧化鈉、鹽酸、乙醇等試劑 均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

Eppendorf Centrifuge 5424 R 型高速離心機北京宏達恒業科技有限公司；N1210 型旋轉蒸發儀 杭州嘉維創新科技有限公司；RO-NF-UF-4010 型實驗用膜分離裝置 上海摩塑科學器材有限公司；FD-SERIES 型冷凍干燥機 上海田楓實業有限公司；DHG-9243BS-Ⅲ型烘箱 上海坤權生物科技有限公司；RVA-Super 4 型快速黏度分析儀 瑞典波通儀器公司；Phenom-World BV 型掃描電鏡 復鈉科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 茶渣提取物制備

1.2.1.1 乙醇提取物（TRE）采用文獻[17-18]的方法，并稍作修改。將綠茶渣粉碎過20 目篩，與50%乙醇按料液比1:25（w/v）混合攪拌，于50 ℃下提取80 min，離心（4000 r/min，10 min，4 ℃）后收集上清液，通過旋轉蒸發儀濃縮后再經超濾膜分離，收集分子量為<30 kDa 和>30 kDa 的兩個組分，濃縮后冷凍干燥得乙醇提取物，分別命名為TRE-1 和TRE-2。

1.2.1.2 水提取物（TRW）采用Wang 等[19]的方法，并稍作修改。將乙醇提取后的茶渣烘干（65 ℃，48 h），與蒸餾水按料液比1:20（w/v）混合攪拌，在80 ℃下提取90 min，離心后收集上清液，并通過旋轉蒸發儀濃縮。將濃縮液添加4 倍無水乙醇于4 ℃過夜沉淀，離心（4000 r/min，10 min，4 ℃）后收集沉淀，沉淀加蒸餾水復溶，再離心去除水不溶組分，上清液過膜處理，收集分子量<100 kDa 和>100 kDa 的兩個組分，濃縮后冷凍干燥得水提取物，分別命名為TRW-1 和TRW-2。

1.2.1.3 堿提取物（TRA）采用文靜等[20]的方法，并稍作修改。將水提取后的茶渣繼續干燥（65 ℃，48 h），與0.8 mol/L 的氫氧化鈉溶液按料液比1:15（w/v）混合攪拌，在80 ℃下提取30 min，離心后收集上清液，上清液采用等電點沉淀法，調節pH 至4.5 沉淀茶蛋白，離心后將沉淀加蒸餾水并調節pH 至7.0 后透析，透析液經旋轉蒸發儀濃縮，冷凍干燥后得堿提取物，命名為TRA。

1.2.2 糊化性能測定 為了研究茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化的影響，采用Yin 等[12]的方法，并稍作修改。將3 g 馬鈴薯淀粉分別添加0.5%、1%、2%、5%和10%的茶渣提取物（w/w 淀粉干基），然后移至快速黏度分析儀的鋁筒中，固定水分25 g，程序條件為：混合物于50 ℃，保持1 min；加熱至95 ℃（速率9 ℃/min），保持5 min；再降溫至50 ℃（速率9 ℃/min），保持1 min。

1.2.3 微觀結構觀察 將10%的茶渣提取物（w/w淀粉干基）和馬鈴薯淀粉于95 ℃糊化后，真空冷凍干燥，研磨過100 目篩，通過掃描電子顯微鏡觀察其微觀結構變化。

1.2.4 膨潤率測定 將0.6 g 馬鈴薯淀粉（絕干）分別添加0.5%、1%、2%、5%和10%茶渣提取物（w/w淀粉干基），再溶于30 mL 蒸餾水中，分別加熱至50、60、70、80 和90 °C，加熱30 min，冷卻至室溫后離心（4000 r/min，10 min，4 °C），膨潤率由沉淀質量與淀粉質量的比值表示[12]。

1.3 數據處理

所有測試中每組樣品平行測定三次，結果以平均值±標準偏差表示，實驗結果利用 SPSS 26.0 軟件進行獨立樣本t檢驗，p<0.05 表示差異顯著，數據繪圖使用Origin 8.5 pro。

2 結果與分析

2.1 茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化特性的影響

三種茶渣提取物（TRE、TRW 和TRA）對馬鈴薯淀粉糊化特性的影響，如圖1 所示。茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化特征參數（峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回生值和糊化溫度）的影響見表1。

圖1 茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化特性的影響Fig.1 Effects of tea residue extracts on the pasting characteristics of potato starch

表1 茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化特征參數的影響Table 1 Effects of tea residue extracts on the characteristic parameters of potato starch pasting

由圖1 可知，添加茶渣提取物均能降低馬鈴薯淀粉的峰值黏度，且隨著不同提取物添加量的增加，峰值黏度持續下降。當TRE-1、TRE-2、TRW-1、TRW-2 和TRA 的添加量分別從0%增加到10%時（w/w 淀粉干基），馬鈴薯淀粉的峰值黏度由10321 cP分別降至6195、5431、5911、5013、4624 cP，峰值黏度降低程度依次為：TRA>TRW-2>TRE-2>TRW-1>TRE-1（P<0.05）。結果表明：相較于小分子量提取物，大分子量提取物，特別是堿提物（TRA）對降低馬鈴薯淀粉峰值黏度作用更強。淀粉糊的黏度下降主要是由于淀粉體系中淀粉與水的相分離，茶渣提取物中的羥基具有很強的親水性，而淀粉分子與水分子的結合能力相對較弱，導致淀粉顆粒外可用水分含量減少[21-22]，并且茶渣提取物的添加均能抑制淀粉糊化，且隨著添加量的增加，抑制效果更加明顯，這與文獻[23-26]的研究結果一致。

由圖1 可知，乙醇提取物和堿提取物的添加可以使馬鈴薯淀粉谷值黏度和終值黏度增加，隨著TRE-1、TRE-2、TRA 添加量從0%增加到10%，馬鈴薯淀粉的谷值黏度由2640 cP 分別增加至3046、3224 和3183 cP，終值黏度由3524 cP 分別增加至4248、4263、4767 cP。這可能是因為乙醇提取物和堿提取物與馬鈴薯淀粉分子之間產生氫鍵相互作用，形成纏結，導致黏度增加[27]。而添加水提取物使馬鈴薯淀粉谷值黏度和終值黏度均降低，例如，隨著TRW-1、TRW-2 添加量從0%增加到10%，馬鈴薯淀粉的谷值黏度由2640 cP 分別降至2395、2528 cP，終值黏度由3524 cP 分別降至3414、3745 cP。可能是由于水提物中茶多糖組分與淀粉發生相互作用，阻礙了直鏈淀粉分子之間的相互作用，減少了直鏈淀粉雙螺旋區域的纏繞和形成，導致黏度降低[28]。

然而，茶渣提取物的添加對馬鈴薯淀粉糊化溫度的影響并不顯著，這與陳南等[29]的結果一致。經測定馬鈴薯淀粉樣品糊化溫度為71 ℃，添加2%TRE-1、10% TRE-2、5% TRW-2、10% TRW-2、1%TRA、5% TRA 和10% TRA（w/w 淀粉干基）后，馬鈴薯淀粉的糊化溫度提高了0.47～1.45 ℃。可能是因為茶渣提取物中的茶多糖呈弱酸性，在酸性環境下糊化溫度高于堿性環境[30]，而且茶渣提取物與水之間形成的氫鍵阻礙了水分子的運動，只有更高的溫度才能破壞這種結合力[31-32]。而添加0.5%的茶渣提取物（w/w，淀粉干基）后馬鈴薯淀粉糊化溫度降低，是由于適當的添加量導致膨脹的淀粉顆粒相互碰撞的頻率最大[33]。

2.2 茶渣提取物對馬鈴薯淀粉微觀結構的影響

由圖2 可以看出，馬鈴薯淀粉糊化后顆粒的原始結構被完全破壞，表面較為粗糙且有較多裂痕。添加茶渣提取物后，馬鈴薯淀粉呈現明顯的片狀結構。添加TRE-1 和TRE-2 后，破碎的淀粉顆粒重新聚集，形成大量表面光滑的片狀結構，其中添加TRE-2后，淀粉顆粒更完整光滑；添加TRW-1 后，破碎的淀粉顆粒減少，但仍有較多裂痕；添加TRW-2 后，淀粉顆粒結構更加完整；添加TRA 后，淀粉凝膠中出現孔狀結構，淀粉顆粒聚集程度更高。淀粉微觀結構呈現片狀的原因可能是在凍干的過程中，水從凝膠網中逸出，形成不規則片狀結構；茶渣提取物與直鏈淀粉分子以及支鏈淀粉分子側鏈之間發生交互作用，形成更加致密的片層結構。不同分子量的茶渣提取物含有不同活性成分（茶多糖、茶多酚和茶蛋白），性質具有較大差異，從而影響與淀粉分子之間的分子相互作用強度，對淀粉及其凝膠的微觀結構會產生不同的影響[34]。茶多酚的酚羥基數目越多分子量越大，通過氫鍵聚集周圍淀粉分子的能力就越強[35]。茶蛋白通過自身形成凝膠網絡，或與淀粉形成互穿網絡來影響淀粉凝膠的結構及穩定性[31,36]。總體而言，茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化過程有一定的抑制作用，且膜分離的高分子量茶渣提取物抑制效果更佳，這與黏度測定結果以及膨潤率測定結果一致。

2.3 茶渣提取物對馬鈴薯淀粉膨潤率的影響

如表2 所示，不同的茶渣提取物對馬鈴薯淀粉膨潤率影響不同。茶渣提取物的添加在大多數情況下可以降低馬鈴薯淀粉的膨潤率。這可能是由于茶渣提取物與淀粉分子競爭水分子，淀粉可用水分子的降低，導致較低的膨潤率[37]；茶渣提取物限制了馬鈴薯淀粉溶液在加熱過程中的膨脹，減小了淀粉顆粒的比表面積，從而減小了馬鈴薯淀粉膨潤率[38]。這個現象和Pang 等[39]的研究結果一致，他們發現淀粉/大豆蛋白糊的特性受到兩種成分比例的極大影響，大豆蛋白比例越高，混合物就越像液體，膨潤率降低。然而，在50 ℃時以及添加0.5% TRE-2（70 ℃）、0.5%TRW-2（80 ℃）的情況下，與對照組相比馬鈴薯淀粉表現出更高的膨潤率，這是因為淀粉顆粒的吸水能力在茶渣提取物適當的添加量下有所增加[40]。

表2 茶渣提取物對馬鈴薯淀粉膨潤率的影響Table 2 Effects of tea residue extracts on the swelling rate of potato starch

3 結論

本文采用連續提取法結合膜分離技術分別制備不同種類和不同分子量茶渣的乙醇提取物TRE-1（<30 kDa）、TRE-2（>30 kDa），水提取物TRW-1（<100 kDa）、TRW-2（>100 kDa）和堿提取物TRA，并將制備的五種提取物分別加入馬鈴薯淀粉中，研究茶渣提取物對馬鈴薯淀粉糊化特性的影響。添加醇提取物和堿提取物后，淀粉峰值黏度和崩解值降低，谷值黏度、終值黏度和回生值略有增加。添加水提取物后，淀粉峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度降低，回生值略有增加。添加茶渣提取物可以抑制馬鈴薯淀粉的糊化，茶渣提取物的添加也提高了淀粉顆粒的糊化溫度和完整性，以及降低淀粉膨潤率。其中，堿提取物對馬鈴薯淀粉糊化的抑制效果顯著（P<0.05）高于水提取物和乙醇提取物，且添加10%的TRA 對馬鈴薯淀粉糊化的抑制效果最佳。此外，茶渣提取物的添加均可以改變馬鈴薯淀粉微觀結構，促進馬鈴薯淀粉破碎顆粒的連接，其中TRA、TRW-2 和TRE-2 的促進效果優于TRW-1 和TRE-1，形成更加完整光滑的片狀結構。本研究可為茶渣提取物對淀粉基食品特性改善及其茶葉加工副產物高值化開發利用提供科學依據與理論指導。