沒食子酸與大米淀粉的相互作用

韓雪琴，黃立新，郝娟，賈栩超，劉磊*

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點實驗室，廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，廣東廣州 510610）（2.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510640）

多酚是一類天然抗氧化劑，廣泛存在于谷物、水果和蔬菜等植物中，按結(jié)構(gòu)大致可分為酚酸、黃酮、芪類、木脂素類化合物和多酚聚合物等[1]。沒食子酸，化學(xué)名稱為3,4,5-三羥基苯甲酸，是化學(xué)結(jié)構(gòu)最簡單的天然多酚類化合物。研究表明沒食子酸對人體健康具有多種有益效果，例如可以降低患某些癌癥、II型糖尿病、肥胖、心血管疾病等慢性疾病的風(fēng)險[2,3]。沒食子酸對人體健康產(chǎn)生的有益影響與它的抗炎、抗氧化、抗衰老等生物活性密切相關(guān)[4,5]。因此，沒食子酸在開發(fā)功能性食品和營養(yǎng)品等方面具有廣闊的前景。

淀粉是人類食物的主要成分，也是人類獲取生命活動所需能量的主要來源，其在分子水平上由兩種主要類型的α-葡聚糖組成：線性直鏈淀粉和支鏈淀粉。從不同植物來源分離得到的淀粉在組成、顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)方面存在很大的差異。淀粉的理化性質(zhì)及其與其他食物成分的相互作用在很大程度上決定了食品的整體品質(zhì)和營養(yǎng)特性。近年來，利用多酚與淀粉之間的相互作用來調(diào)控淀粉類食品的感官與營養(yǎng)品質(zhì)成為研究熱點[6]。Li等[7]研究發(fā)現(xiàn)咖啡酸可以顯著降低馬鈴薯淀粉糊的粘度值；然而，He等[8]研究發(fā)現(xiàn)槲皮素顯著增加了苦蕎麥淀粉糊粘度值。Zhu等[9]研究發(fā)現(xiàn)從石榴皮中提取的多酚能顯著增加小麥淀粉的糊化初始溫度和峰值溫度，而對糊化最終溫度和糊化焓值無顯著影響。Wu等[10]的研究發(fā)現(xiàn)，茶多酚可顯著降低大米淀粉的糊化溫度和糊化焓值，促進了淀粉的糊化。任順成等人[11]發(fā)現(xiàn)小麥淀粉在加入蘆丁或槲皮素前后，糊化溫度變化不顯著，但顯著降低了淀粉的糊化焓值。這些研究表明不同的多酚類物質(zhì)對淀粉理化特性的影響是不同的。此外，以上報道都缺乏對多酚與淀粉復(fù)合物的結(jié)構(gòu)進行研究，未能明確多酚與淀粉之間的相互作用方式。沒食子酸是谷物中常見的一種酚酸[12]，具有良好的抗氧化活性。Zhu等[13]發(fā)現(xiàn)沒食子酸可顯著降低小麥淀粉糊化的峰值粘度，降低其最低粘度和終值粘度。任順成等[14]研究發(fā)現(xiàn)沒食子酸可降低玉米淀粉的糊化溫度，并增大其糊化焓值。目前關(guān)于沒食子酸與淀粉相互作用的研究主要集中在對淀粉理化特性的影響方面，淀粉的理化特性與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此關(guān)于沒食子酸與淀粉的相互作用還有待深入研究。

大米淀粉作為大米的主要成分，因其具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中。本研究以大米淀粉為對象，分析沒食子酸對大米淀粉理化性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)的影響，并揭示沒食子酸與大米淀粉相互作用的關(guān)系，為沒食子酸在淀粉基食品中的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米淀粉（直鏈淀粉含量11.78%±0.02%，水分含量11.04%±0.02%），無錫泰花淀粉有限公司；沒食子酸，上海源葉生物有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GL224I型電子天平，塞多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海-恒科學(xué)儀器有限公司；D-37520離心機，德國Thermo Fisher Scientific公司；DF-101型集熱式恒溫水浴鍋，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；ST85B3-1冷凍干燥機，美國Milirock公司；PHS-3C精密pH計，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；Starch Master2快速粘度測試儀，瑞典Perten公司；S-3400N掃描電子顯微鏡，日本HITACHI公司；AR1500EX流變儀，美國TA公司；DSC200F3差示掃描量熱儀，德國NETZSCH公司；YQ105-6700傅里葉紅外光譜儀，美國NICOLET公司；X-射線衍射儀，日本Rigaku公司。

1.3 方法

1.3.1 大米淀粉與沒食子酸復(fù)合物及相應(yīng)混合物的制備

稱取樣品3.0 g（干基）大米淀粉（RS）置于離心管中，向離心管中分別添加5%、10%、15%、20%（W/W淀粉干基）沒食子酸（GA）并加入蒸餾水，使得樣品總量為28 g。將淀粉樣品經(jīng)渦旋振蕩混勻后，95 ℃恒溫水浴中糊化20 min，糊化前5 min渦旋振蕩混勻幾次，冷卻至室溫后放入-80 ℃冰箱冷凍后凍干，粉碎，過100目篩，得到?jīng)]食子酸與大米淀粉的復(fù)合物樣品。淀粉和沒食子酸的混合物可通過在實驗前簡單地將所需比例（10%W/W）的相應(yīng)糊化凍干的大米淀粉和沒食子酸混合而制得。

1.3.2 膨脹度與溶解度

參考Karunaratne等[15]方法并稍作改動測定大米淀粉的膨脹度與溶解度：準確稱取淀粉150 mg（W0）置于離心管中，加入10 mL水并渦旋10 s。按比例加入沒食子酸（5～20%，W/W）到各離心管中，并設(shè)置不加沒食子酸的空白對照組。將離心管在85 ℃的條件下水浴30 min，每隔2 min渦旋混合。然后立即將離心管轉(zhuǎn)移到冰水浴中冷卻，以2000 ×g離心30 min，然后將上清液轉(zhuǎn)移到小鋁盒中。粘附在離心管壁物質(zhì)被認為是沉積物，測量沉積物的重量（Ws）。將含有上清液的小鋁盒置于105 ℃的烘箱中干燥直至恒重（W1）。由式（1）和（2）分別計算水溶性指數(shù)（WSI）和膨脹度：

式中：

W1——上清液干燥至恒重后的質(zhì)量，mg；

W0——稱取的淀粉質(zhì)量，mg；

Ws——離心后沉淀的質(zhì)量，mg。

1.3.3 差式掃描量熱分析

參考改進Xiao等[16]的方法進行測定：空鉗鍋作參比，樣品量約3.0 mg，水樣比為2:1，壓蓋密封，靜置24 h，測試前在30 ℃下平衡2 min，溫度范圍30～90 ℃，速率10 ℃/min。記錄初始溫度To、峰值溫度Tp、終止溫度Tc，計算糊化焓值ΔH。

1.3.4 淀粉糊化性質(zhì)的測定

參考Li等[7]方法并稍作改動測定大米淀粉糊化特性：取樣品3.0 g（干基）淀粉置于測試用的鋁筒內(nèi)，分別添加5%、10%、15%、20%（W/W淀粉干基）沒食子酸至鋁筒內(nèi)，并加入蒸餾水，使得樣品總量為28 g?；旌暇鶆?，用pH計測定樣品的pH值后置于RVA中測定粘度性質(zhì)。攪拌器起始以960 r/min的轉(zhuǎn)動速度進行轉(zhuǎn)動，接著以160 r/min的轉(zhuǎn)動速度旋轉(zhuǎn)直至測定完成，測定一個樣品耗時13 min。記錄測定樣品的糊化溫度，峰值粘度（PV），熱糊粘度（HPV，最低粘度）和50 ℃下的冷糊粘度（CPV，最終粘度），通過計算得到兩個附加參數(shù)：崩解值（PV-HPV）和回生值（CPV-HPV）。

1.3.5 流變學(xué)特性的測定

實驗采用平板-平板測量系統(tǒng)，平板直徑為40 mm，平板間距1 mm。將淀粉樣品經(jīng)渦旋振蕩混勻后加載到流變儀的板上，擦去平板外多余的淀粉乳，加上蓋板，再在平板周圍涂抹花生油，防止樣品水分散失。靜態(tài)與動態(tài)流變學(xué)實驗條件參考Zhu等[14]的方法并稍作改動。

靜態(tài)流變特性的測定：將5%淀粉乳液（70 mg淀粉+1.4 mL蒸餾水或70 mg淀粉+3.5、7、10.5、14 mg沒食子酸+1.4 mL蒸餾水）在25 ℃的條件下平衡1 min。然后在剪切應(yīng)力為5 Pa的條件下，溫度以10 ℃/min的升溫速率從25 ℃升至95 ℃，并從95 ℃降至25 ℃，此后將樣品在25 ℃的條件下進行靜態(tài)剪切流變實驗。測量剪切速率從0.1～800 s-1遞增（上行線），再從800～0.1 s-1遞減（下行線）范圍變化情況。采用Herschel-Bulkley方程(如下所示)對流變曲線進行模型擬合分析：

式中：

τ——剪切應(yīng)力，Pa；

τ0——屈服應(yīng)力，Pa；

K——稠度系數(shù)，Pa·sn；

γ——剪切速率，s-1；

n——流動特征指數(shù)，無量綱。

動態(tài)流變特性的測定：將制備的淀粉乳液（250 mg淀粉+1.25 mL蒸餾水或250 mg淀粉+12.5、25、37.5、50 mg沒食子酸+1.25 mL蒸餾水）在25 ℃的條件下平衡1 min。在應(yīng)變?yōu)?%，頻率為1 Hz，溫度為25 ℃的條件下平衡1 min，并在此條件下進行溫度掃描實驗。溫度以2 ℃/min的升溫速率從25 ℃升至95 ℃，后從95 ℃降至25 ℃，每個數(shù)量級取10個點，得到儲能模量（G’）、損耗模量（G”）和損耗因子Tanδ（G”/G’）的變化趨勢。進行溫度掃描得到的淀粉凝膠在25 ℃的條件下平衡1 min后進行頻率掃描實驗。設(shè)置溫度為25 ℃，應(yīng)變?yōu)?%，掃描頻率范圍為0.1～20 Hz，每個數(shù)量級取10個點，得到儲能模量（G’）、損耗模量（G”）和損耗因子Tanδ（G”/G’）隨角頻率的變化趨勢。

1.3.6 傅里葉紅外光譜分析

將1.3.1中的得到的樣品，分別用瑪瑙石研缽研磨，得到粉末樣品，將樣品和溴化鉀放入瑪瑙研缽中，再研磨混合均勻，壓片，置于紅外光譜儀在4000～400 cm-1波數(shù)范圍進行掃描。用Omnic8.2軟件對800～1200 cm-1范圍內(nèi)的譜圖進行基線校準和去卷積處理。去卷積的峰寬為40 cm-1，增強因子為1.9。

1.3.7 X-射線衍射分析

將1.3.1中的得到的樣品放到盤上，用玻片將樣品壓平，然后上機測試。測定條件：電壓40 kV，電流30 mA，衍射角2θ掃描范圍為4～40 °，掃描速度為0.164 °/s，步長0.013 °。

1.4 數(shù)據(jù)分析

在每次試驗中均進行了3次平行試驗，每個數(shù)據(jù)均為3次平行試驗的平均值，使用Origin 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理，并使用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，沒食子酸對大米淀粉理化特性的影響試驗分析中采用最小顯著差異（p<0.05）的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 溶解度與膨脹度分析

溶解度與膨脹度反應(yīng)了淀粉與水相互作用力的大小。淀粉顆粒結(jié)構(gòu)在加熱過程中變得松動甚至崩解，從而使極性基團暴露與水分子通過氫鍵結(jié)合，直鏈淀粉和小的支鏈淀粉從膨脹的淀粉顆粒中溶出。從表1可以看出，淀粉溶解度隨著沒食子酸的增加而顯著增大，當沒食子酸添加量為20%時，大米淀粉的溶解度由5.98%增加至18.73%，這與Zhu等[15]的研究一致。淀粉溶解度的增加歸因于淀粉與水分子相互作用的增強，沒食子酸具有很多酚羥基，溶于水后能夠與大米淀粉通過氫鍵結(jié)合，從而促進了淀粉的溶出，增加了其溶解度。沒食子酸顯著地降低了大米淀粉的pH值，當沒食子酸的添加量為20%時，淀粉的pH值從7.09降低為2.71。沒食子酸溶于水后pH值的降低也會對淀粉的溶解度產(chǎn)生影響[17]。

淀粉的膨脹特性實際為其糊化進程動力學(xué)，它包括淀粉的松弛、膨脹和收縮三個階段[17]。從表1可以看出，沒食子酸可抑制大米淀粉在加熱過程中的膨脹，其添加量為5%時，大米淀粉的膨脹度從15.02%降至9.27%。沒食子酸含有較多羥基，能夠與水分子通過氫鍵發(fā)生相互作用，阻礙水分子的運動，從而抑制淀粉在加熱過程中的吸水膨脹。沒食子酸的加入顯著地改變了體系的pH，pH值的改變可能限制了淀粉顆粒在水中的膨脹，降低了淀粉的膨脹度。鄭學(xué)玲等[18]的研究表明：特定的小分子物質(zhì)可和直鏈淀粉和支鏈淀粉的側(cè)鏈形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而限制顆粒的糊化膨脹。

表1 沒食子酸對大米淀粉溶解度、膨脹度及pH值的影響Table 1 Effect of gallic acid on water solubility index, swelling power and pH of rice starch

2.2 熱力學(xué)特性分析

沒食子酸對大米淀粉糊化熱力學(xué)特性的影響如表2所示。從表中可以看出，沒食子酸對淀粉的糊化溫度的影響顯著，且與其添加量有關(guān)。當沒食子酸的添加量為20%時，相比于原淀粉，其To、Tp和Tc值分別降低了20.39%、19.04%和15.43%。淀粉顆粒中，最不穩(wěn)定的和最穩(wěn)定的微晶熔融溫度分別由To和Tc表示，實驗結(jié)果表明沒食子酸對大米淀粉不穩(wěn)定和穩(wěn)定微晶均產(chǎn)生了顯著的影響。隨著沒食子酸含量的增加，大米淀粉的糊化焓值呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢，在沒食子酸添加量為10%時，其糊化焓值為9.62 J/g，較原淀粉降低了23.59%。以上結(jié)果表明，添加沒食子酸后，淀粉顆粒能夠在較低的溫度下發(fā)生膨脹糊化，說明沒食子酸的添加降低了大米淀粉的熱穩(wěn)定性。

表2 沒食子酸對大米淀粉糊化溫度和焓值的影響Table 2 Effect of gallic acid on gelatinization temperatures and enthalpy of rice starch

在本實驗中，添加沒食子酸后，淀粉的糊化熱力學(xué)特性發(fā)生了顯著改變，主要有以下三方面原因。首先，沒食子酸是多羥基化合物，可以與水分子相互作用并改變水溶液的pH和離子強度，從而改變淀粉顆粒的周圍環(huán)境。有研究表明，pH值可顯著影響淀粉的糊化過程中的熱力學(xué)特性[19]。其次沒食子酸溶解在水中的部分，會對淀粉-水體系產(chǎn)生干擾，酚羥基及羧基為其能夠與淀粉-水基質(zhì)的相互作用（氫鍵）提供了潛在的結(jié)合位點。溶解的沒食子酸能與糊化過程中溶出的淀粉鏈發(fā)生相互作用（氫鍵，范德華力），與此同時也會與體系中的淀粉競爭水分子，限制了水分子的流動性，在一定程度上降低了淀粉顆粒的糊化程度，從而降低了淀粉的糊化焓值。而添加的未溶解的沒食子酸，在有水的條件下會在60～70 ℃有熔融峰。當沒食子酸的添加量為15%和20%時，未溶解的沒食子酸產(chǎn)生的熔融峰與淀粉的糊化峰發(fā)生重疊，從而導(dǎo)致其糊化焓值的變大。此外，與多酚具有大量的羥基結(jié)構(gòu)有關(guān)，這些親水性的羥基可能與支鏈淀粉的側(cè)鏈相互作用，并在不同程度上與淀粉顆粒的無定形區(qū)域結(jié)合，改變微晶區(qū)與無定形區(qū)之間的耦合力，使得淀粉顆粒發(fā)生變化，從而引起大米淀粉的糊化溫度與焓值發(fā)生變化[9,16]。

2.3 糊化特性分析

沒食子酸對大米淀粉粘度特性的影響如表3所示。從表中可以看出，隨著沒食子酸添加量的增加，大米淀粉混合體系的峰值粘度、成糊溫度、最低粘度和終值粘度均顯著降低。沒食子酸添加量為20%時，大米淀粉的峰值粘度、成糊溫度、最低粘度和終值粘度分別降低了7.13%、6.55%、43.76%和44.77%。與原淀粉相比，低添加量的沒食子酸降低了淀粉的崩解值，隨著添加量的增加，該值顯著增加。隨著沒食子酸濃度的增大，大米淀粉的回生值顯著降低（40.99%～46.05%）。

表3 沒食子酸對大米淀粉糊化特性的影響Table 3 Effect of gallic acid on pasting properties of rice starch

淀粉峰值粘度反映大米淀粉的分子間力，崩解值（即抗剪切和耐熱性能）反映淀粉糊的熱穩(wěn)定性[11]。沒食子酸的添加減弱了大米淀粉的分子間力，使淀粉糊熱穩(wěn)定性降低，但隨著添加量的增加，其熱穩(wěn)定性呈現(xiàn)上升趨勢。這可能是由于溶解的沒食子酸可與淀粉聚合物鏈相互作用，未溶解的沒食子酸晶體進一步稀釋淀粉基質(zhì)，使淀粉相互作用的頻率降低，從而減弱的淀粉的分子間作用力。同時減少了直鏈淀粉雙螺旋狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)纏繞，降低了糊狀物在冷卻過程中的粘度。回生值（最終粘度和最低粘度的差值）反映的是淀粉冷糊的穩(wěn)定性，也是淀粉老化趨勢的一個重要參數(shù)。在初期老化過程中，回生值的大小主要與直鏈淀粉分子的重結(jié)晶相關(guān)。隨著沒食子酸添加量的增加，大米淀粉的回生值顯著減小?？赡苁怯捎诙喾臃肿由嫌辛u基，可通過氫鍵和范德華力等與淀粉分子的側(cè)鏈形成復(fù)合物[13]，復(fù)合物的形成抑制了淀粉的重結(jié)晶，延緩了淀粉的老化。此外，多酚的羥基會減少體系內(nèi)淀粉顆?？衫玫淖杂伤?，阻礙淀粉分子的重新排布和締合，從而起到抑制回生的作用。

2.4 流變特性分析

靜態(tài)流變學(xué)是對樣品施加線性增大或減少的穩(wěn)態(tài)剪切速率，反映樣品結(jié)構(gòu)隨剪切速率變化的規(guī)律。從圖1可以看出，淀粉糊在流動中所需的剪切應(yīng)力隨剪切速率增大而增大，而在相同的剪切速率下，不同淀粉樣品之間的剪切力存在顯著性差異。沒食子酸的添加顯著降低了淀粉糊所需剪切應(yīng)力，說明此時復(fù)合物體系在流動過程中需要的剪切應(yīng)力也相應(yīng)減小。

圖1 沒食子酸與大米淀粉混合體系靜態(tài)流變學(xué)曲線Fig.1 Static rheological curves of gallic acid and rice starch mixtures

采用冪律方程（Herschel-Bulkley）對圖1中各數(shù)據(jù)點進行回歸擬合，結(jié)果見表4，由表可知，各樣品的擬合系數(shù)R2均在0.99之上，表明該模型對曲線的擬合有較高的精度。流體指數(shù)n均小于1，說明添加沒食子酸后淀粉糊在該剪切區(qū)域內(nèi)均呈現(xiàn)典型的假塑性流體，具有剪切變稀性[20]。大米淀粉與沒食子酸混合物的上行曲線中n值隨著沒食子酸濃度的增加有下降趨勢，當沒食子酸的濃度為20%時產(chǎn)生顯著差異。而在下行線中，加入沒食子酸后，n值顯著增大。說明加入沒食子酸的加入，對淀粉糊液上行和下行曲線流動流動指數(shù)的影響不同。K與增稠能力有關(guān)，K越大，增稠效果越好。加入低濃度沒食子酸后，對淀粉糊的K值影響較小，不能達到增稠的目的。屈服應(yīng)力（τ0）表示樣品開始流動所需的最小應(yīng)力，其值越大，說明要使淀粉糊發(fā)生流動所需的應(yīng)力也越大。與原淀粉的屈服值相比，沒食子酸的添加顯著降低了大米淀粉的屈服值，隨著添加濃度的增大，該值有增大趨勢。可能是由于沒食子酸降低了淀粉分子之間的交聯(lián)，抑制了淀粉凝膠三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，使其流動需要的剪切應(yīng)力減小。由不同濃度的沒食子酸對淀粉的靜態(tài)流變學(xué)行為產(chǎn)生不同程度的影響，在實際生產(chǎn)中應(yīng)該根據(jù)加工條件所需，選擇沒食子酸的添加量。

表4 沒食子酸與大米淀粉混合溶液靜態(tài)流變擬合參數(shù)Table 4 Herschel-Bulkley parameters for gallic acid and rice starch mixtures

動態(tài)流變學(xué)提供了有關(guān)淀粉體系在加熱和冷卻過程中的彈性和粘性行為的信息。動態(tài)流變學(xué)可通過儲存模量G’、損耗模量G”與損耗角正切tanδ（G”/G’）來表征。通過對動態(tài)流變的分析，得到部分特征值，結(jié)果如表5所示。相比于原淀粉G’max值（2694.50），沒食子酸的添加顯著降低了淀粉凝膠的G'max值，并具有濃度依賴性。說明隨著沒食子酸的添加，淀粉分子之間相互作用減弱，阻礙了淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，其凝膠體系彈性降低。當溫度進一步升高至95 ℃時，淀粉凝膠的儲存模量降低，可能是由于繼續(xù)升溫會導(dǎo)致淀粉顆粒進一步破裂和崩解，并使溶脹的淀粉顆粒中殘留的結(jié)晶區(qū)域完全融化，同時流變測量過程中的剪切應(yīng)力也可能導(dǎo)致淀粉糊狀網(wǎng)絡(luò)的斷裂，使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)減弱；而溫度的逐漸升高也加劇了分子的布朗運動，導(dǎo)致分子間間距增大，從而使鏈段更容易活動，從而使淀粉凝膠的彈性模量降低[21]。當沒食子酸的添加量為5%～20%時，G’95℃值在248.20～53.72范圍內(nèi)，添加沒食子酸顯著降低了淀粉的儲能模量（G’95℃）?？赡苁怯捎跊]食子酸的添加減少了淀粉糊體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部的直鏈淀粉分子鏈間的纏結(jié)點，從而削弱了淀粉凝膠體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得體系對加熱更敏感。當溫度逐漸降低后，淀粉的G’值開始上升，這可歸因于溶脹顆粒釋放出的直鏈淀粉鏈分子間的重新排列[22]。而沒食子酸的添加降低了淀粉糊的G’25℃值，說明沒食子酸抑制了淀粉分子間的重新排列。tanδ是G”與G’的比值，tanδ越大，體系的粘性比例越大，可流動性強，反之則彈性比例較大。在整個升溫與降溫的過程中，tanδ的值都小于1，淀粉與多酚形成的凝膠表現(xiàn)出一種典型的弱凝膠動態(tài)流變學(xué)特性。綜上可知，沒食子酸的添加，能對凝膠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用。

表5 沒食子酸與大米淀粉混合體系的動態(tài)流變特性Fig.5 Dynamic rheological properties of gallic acid and rice starch mixtures

在0.1～20 Hz范圍對淀粉凝膠進行動態(tài)頻率掃描，以進一步探究沒食子酸對淀粉凝膠的粘彈性的影響。當振蕩頻率為20 Hz時，原淀粉的G’值為1103.50 Pa，當沒食子酸的添加量為20%時，G’值降低了89.46%。說明添加沒食子酸后的凝膠體系的穩(wěn)定性變差，易受頻率的影響。可能是由于沒食子酸的加入，延緩了淀粉鏈之間的相互交聯(lián)，從而削弱了淀粉凝膠體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在測量過程中所有樣品的G”遠小于G’，說明淀粉體系彈性占主導(dǎo)位置。沒食子酸的添加，顯著升高了淀粉凝膠的tanδ20Hz值，體系的粘性比例增大，可流動性增強，使體系更具有流體性質(zhì)。

2.5 傅里葉紅外光譜分析

在FT-IR圖譜上，不同的化學(xué)鍵在不同的波長位置有相對應(yīng)的吸收峰?？梢酝ㄟ^光譜上特征吸收峰的變化來判斷相應(yīng)化學(xué)鍵的變化，從而研究淀粉及淀粉-沒食子酸復(fù)合物光譜之間的差異性，用于指示復(fù)合時化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化。沒食子酸表現(xiàn)出典型的酚類特征，在3200～3550 cm-1處的特征峰為苯環(huán)上-OH的伸縮振動。在1365 cm-1處是-OH的平面彎曲振動，在1450～1600 cm-1處是苯環(huán)C=C的伸縮振動，在1200～1300 cm-1范圍內(nèi)是C-O和C-C的伸縮振動[23]。

圖2 為淀粉、沒食子酸與大米淀粉混合物及復(fù)合物的紅外光譜圖，淀粉樣品在3382 cm-1附近有一個極強且寬的吸收峰，主要是O-H鍵伸縮振動吸收；其它的吸收峰也都與淀粉有相同的歸屬[24]。與原淀粉相比，沒食子酸與淀粉的復(fù)合物在1536、1450 cm-1出現(xiàn)吸收峰，可能是由于沒食子酸的苯環(huán)C=C伸縮振動。而相比于原淀粉和物理混合的樣品，沒食子酸（添加量10%以上）與大米淀粉的復(fù)合物在1676 cm-1處產(chǎn)生弱吸收峰，說明可能發(fā)生了相互作用。從圖中可以看出隨著沒食子酸濃度的增大，在3384 cm-1附近的吸收峰強度減小，說明羥基的數(shù)量減少，由此推測沒食子酸與淀粉主要通過氫鍵發(fā)生相互作用。1045 cm-1附近的吸收峰是淀粉結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)特征，對應(yīng)于淀粉聚集態(tài)結(jié)構(gòu)中的有序結(jié)構(gòu)；1022 cm-1附近的吸收峰則是淀粉非晶區(qū)的結(jié)構(gòu)特征，對應(yīng)于淀粉大分子的無規(guī)線團結(jié)構(gòu)。(1045/1022) cm-1的峰強度比值，被看作是淀粉有序結(jié)構(gòu)的指標，其比值越大，有序度越高[25]。其比值計算結(jié)果如表6所示，從表中可以看出，復(fù)合物的比值比原淀粉小，并且隨著濃度的增大，其比值變小。由此可以看出，隨著沒食子酸濃度的增大，淀粉結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)特征逐漸減弱，而非晶區(qū)的結(jié)構(gòu)特征逐漸增強，淀粉的有序結(jié)構(gòu)降低。研究結(jié)果與王晨等[26]一致。

圖2 沒食子酸-大米淀粉復(fù)和物的紅外光譜圖Fig.2 Infrared spectra of rice starch and gallic acid complexes

表6 復(fù)合物FT-IR去卷積波譜的1047與1022 cm-1的峰強度比值比較Table 6 The ratios of the absorbance of the bands at 1047 cm-1/1022 cm-1 for deconvoluted FT-IR spectra of complexes

2.6 X-射線衍射分析

沒食子酸在衍射角為8.0、16.1、19.0、25.2、27.5、32.6 °處有較強的衍射峰[27]。天然大米淀粉在衍射角為15.0、17.0、17.9、22.8 °處有較強吸收峰，屬于典型的A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)[28]。在淀粉糊化后觀察到淀粉衍射峰發(fā)生了顯著變化，其在2θ為17、20 °時出現(xiàn)衍射峰，說明大米淀粉糊化后結(jié)晶型由A型變?yōu)锽+V型。且淀粉原有的尖銳的特征峰變成了相對平坦的“饅頭峰”，淀粉結(jié)晶度顯著降低，說明淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)消失，呈無定形態(tài)。

從圖3可以看出，沒食子酸與大米淀粉經(jīng)過混合后在8.0、16、19.1、25.3、27.7 °處出現(xiàn)了沒食子酸的衍射峰，但在復(fù)合物中并沒有觀察到相應(yīng)的衍射峰。且復(fù)合物在12.7 °處出現(xiàn)衍射峰，可能是由于沒食子酸的溶解性較好，能與淀粉發(fā)生相互作用，從而形成了特殊的晶體結(jié)構(gòu)。在大米淀粉與沒食子酸復(fù)合物的衍射峰中并未觀察到V型復(fù)合物相關(guān)特征衍射峰（7.0、13.1、20.0 °），可能是由于對于直鏈淀粉螺旋腔來說，沒食子酸可能不具有足夠的疏水性，且溶解的沒食子酸和淀粉鏈之間主要通過氫鍵發(fā)生相互作用，與紅外研究結(jié)果一致。

圖3 沒食子酸-大米淀粉復(fù)合物的衍射圖Fig.3 Diffraction of rice starch and gallic acid complexes

3 結(jié)論

沒食子酸增加了淀粉的溶解度，而限制了大米淀粉在加熱過程中的吸水膨脹，說明沒食子酸改變了淀粉與水之間的相互作用。沒食子酸顯著降低大米淀粉糊化溫度及糊化焓值，說明沒食子酸的添加能夠促進大米淀粉的糊化。RVA表明添加沒食子酸降低了大米淀粉的峰值粘度、最低粘度和最終粘度值及回生值，說明沒食子酸抑制了大米淀粉的老化進程。流變學(xué)實驗表明添加沒食子酸后淀粉糊呈現(xiàn)典型的假塑性流體，具有剪切變稀性，并降低了淀粉在升溫過程中的儲存模量和損耗模量值。說明淀粉分子之間相互作用減弱，沒食子酸阻礙了淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，其凝膠體系粘彈性降低。紅外光譜表明沒食子酸與淀粉的復(fù)合物在1676 cm-1出現(xiàn)新的吸收峰，X-衍射圖譜也表明，沒食子酸與淀粉復(fù)合物在2θ=12.7 °產(chǎn)生小的結(jié)晶峰，說明大米淀粉與沒食子酸發(fā)生了相互作用。沒食子酸與淀粉復(fù)合物在3382 cm-1附近的吸收峰強度減小，表明沒食子酸與淀粉主要通過氫鍵發(fā)生相互作用。添加沒食子酸后大米淀粉(1045/1022) cm-1峰強度比值減小，說明大米淀粉有序性降低。因此，本研究可為淀粉類產(chǎn)品的改性及沒食子酸在淀粉基功能性食品中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。