橡子淀粉基本理化特性和多酚类物质组成分析

时间：2024-07-28

牛鹏飞石晓晴李林强

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，西安 710119)

橡子是栎属植物橡树的坚果，形似蚕茧，外表棕红色硬壳。橡树又名栎树，是对壳斗科栎属植物的通称。全世界共有7属300多种，我国有5属60种左右。我国橡树资源丰富，分布范围广，有分布在大小兴安岭和长白山的辽东栎、蒙古栎，分布在秦岭、大巴山、大别山等地的拴皮栎、麻栎、青冈栎、高山栎、刺叶栎等数十种［1－3］。橡子食用历史悠久，国内外均有记载。我国早有食用橡子面可保健、祛病的记载。孙思邈中医学典籍记载:橡子味苦涩、微温、无毒;入大肠、脾、肾三经，涩肠止痢固脱、止泻、涩精、止血、止带等作用，非常接近现代研究对多酚类物质生理功效评价结果。李时珍《本草纲目》也有橡子药用的记载。

橡子是我国一种重要的野生植物资源，作为食品除直接用作食用橡子面，橡子淀粉可做成橡子豆腐、橡子粉丝、橡子酱、橡子羹、橡冻等食品。此外，橡子淀粉还可用来酿酒和有机酸、做饲料、提取药用成分和化工原料等。橡子味苦涩，多被认为是单宁含量高的原因，使其食用受到很大程度的限制，现在一般通过脱除单宁类物质制备橡子淀粉来增加橡子的食用性。

目前对橡子淀粉有一定程度的研究。谢碧霞等［4］报道橡仁中粗淀粉质量分数为50% ～70%，其余为可溶性糖、蛋白质、纤维素、脂肪，此外还含有大量的单宁和色素;敖特根等［5］研究报道橡子淀粉热值均与玉米和高梁相近;杨静等［6］表征了橡子淀粉颗粒形状;王航等［7］通过X－射线衍射图分析了橡子淀粉晶体结构为C型;高立琼等［8］研究认为橡子果淀粉糊容易老化。

关于橡子淀粉基本理化特性的研究尚处初级阶段，本研究通过橡子淀粉的制备及其碘液定性鉴定、橡子淀粉的润胀能力、转化葡萄糖能力、直链淀粉、支链淀粉、多酚类物质的含量等指标的测定，以及橡子淀粉特征官能团傅里叶变换红外光谱分析和橡子淀粉多酚类物质组成HPLC分析，以进一步丰富橡子淀粉的理论研究，为橡子淀粉进一步开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 橡子果:采自秦岭山脉西麓，自然风干，超微粉碎，置棕色瓶阴凉处存放备用。

1.1.2 主要试剂

没食子酸、原儿茶素、表没食子儿茶素、儿茶素、原花青素B2、绿原酸、4－羟基苯甲酸、表儿茶素、咖啡酸、表儿茶素没食子酸酯、芦丁、金丝桃苷、鞣花酸、槲皮苷、槲皮素、根皮苷，纯度≥98%，均购自中国国家标准物质中心;其他试剂均为国产分析纯。

1.1.3 主要仪器

722型可见分光光度计;傅里叶变换红外光谱仪;AR－G2流变仪;Motic BA200双目生物显微镜;高效液相色谱仪;N4S紫外可见分光光度计。

1.2 方法

1.2.1 橡子淀粉的制备及其碘液定性鉴定

橡子淀粉的制备:参考文献［9］的方法。橡子粉(≤120目)与水以1∶10的比例(m/V)混合，置于往复振荡器振荡30 min，2℃静置30 min，过滤，收集滤液。滤渣加水至原体积，步骤重复5次，集合6次的滤液，Sevage法(氯仿∶戊醇/丁醇 =4∶1)除去蛋白，－18℃冻结，真空冷冻干燥，石油醚脱脂，即得橡子淀粉。

橡子淀粉碘液定性鉴定:称取结晶碘11 g，碘化钾22 g，混合后，先用少量纯化水使碘完全溶解，再加纯化水定容至500 mL，贮于棕色瓶内。取0.1%(m/V)淀粉液5 mL，加入碘液2滴，摇匀后，观察其颜色变化，以相同质量浓度的马铃薯淀粉和糯米淀粉为对照。

1.2.2 橡子淀粉润胀能力的测定

参考文献［10］的方法。取约5 g橡子干淀粉(W0)，加水 5 mL，2 ℃搅拌 30 min，1 200 g离心 15 min，倾出上清液称取沉淀物质量(W)。按公式计算淀粉润胀能力:

润胀能力=Ws/W0

式中:Ws为沉淀物质量，g;W0为干淀粉质量，g。

1.2.3 橡子淀粉转化葡萄糖能力测定

参考文献［10－11］的方法，作部分修改。配制1%淀粉溶液30 mL，取其5 mL，加入2.5μL质量分数为2%的ɑ－淀粉酶，再从其中取出2 mL，置入试管中，加盐酸调整pH至2.8左右，37℃下静置4 h。冷却至室温，吸取0.2 mL上清液于试管中，加入1.5 mL DNS和1 mL水，沸水浴5 min，用蒸馏水补至10 mL，可见分光光度计在波长550 nm测定吸光度。根据公式葡萄糖标准曲线方程(y=11.242x－0.023 5，R2=0.99)，计算出葡萄糖的浓度。

1.2.4 橡子直链淀粉和支链淀粉含量的测定

参考文献［12］的方法。称取玉米高直链淀粉和糯米淀粉各50 g，分别置于50 mL容量瓶，加入几滴无水乙醇润湿，再加入0.5 M的NaOH溶液10 mL，在沸水浴中加热溶解、冷却。用蒸馏水定容，混匀，即得到1 mg/L的直链淀粉、支链淀粉标准溶液。依次吸取玉米高直链淀粉溶液(0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80 mL)和糯米支链淀粉标准溶液(2.30、2.20、2.10、2.00、1.90、1.80、1.70 mL)于相应的50 mL容量瓶，分别各加入10 mL蒸馏水，用0.1 mol/L的HCl溶液将 pH 调至3左右，加入0.5 mL碘试剂，定容后置1 min。可见分光光度计在620 nm波长处测定其吸光度。以混合液中直链和支链淀粉的质量分数为横坐标，吸光值为纵坐标，分别制作直链淀粉和支链淀粉含量测定的标准曲线。橡子淀粉中直链淀粉和支链淀粉的测定同上。

1.2.5 橡子淀粉特征官能团傅里叶变换红外光谱分析

称取约0.1 g橡子果淀粉，加入10～20 g干燥KBr，将两者混匀，用研钵研磨，然后用药勺小心将磨好混合粉末移入模具中，转移过程中应小心谨慎，防止粉末溅洒到模具周围，引起粉末的损失，导致压片不均匀。将模具盖装好，旋转几圈，使溴化钾粉末在模具中均匀分布。随后将模具放入手压机，用约600 kg·f/cm2压力在液压机上压制2 min左右。取出模具，用镊子小心将压好片的溴化钾薄片放置一边。其余操作同上。马铃薯淀粉和糯米淀粉为对照。

1.2.6 橡子淀粉流变特性的分析

配制质量分数为30%的橡子淀粉溶液，用20 mm HATCH不锈钢粗面平行板夹具，板夹间距为1 000μm，流变仪分析随温度逐渐升高其黏度变化情况，并以相同浓度的马铃薯淀粉和糯米淀粉溶液为对照。

1.2.7 橡子淀粉形貌显微观察

配制质量分数为1%的橡子淀粉溶液，向载玻片中央滴入少许样液，滴2滴碘液，盖上盖玻片，稍压一下，赶走气泡，进行光学显微镜观察，并以相同浓度的马铃薯淀粉和糯米淀粉为对照。

1.2.8 橡子淀粉多酚类物质含量的测定

采用酒石酸亚铁分光光度比色法。取约1 g橡果子淀粉，以1∶10(g/mL)的料液比，用无水乙醇浸提12 h，过滤，400×g离心15 min，倾出上层清液即为多酚样品液，避光2℃贮存。称取1.0 g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和5.0 g酒石酸钾钠(C4H4O6NaK·4H2O)，混合后加蒸馏水溶解，定容至1 000 mL;准确吸取无水乙醇配制的1 mg/mL单宁酸标准溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL，分别加入到装有 5、4.8、4.6、4.4、4.2、4.0、3.8、3.6 mL pH 7.5 磷酸氢二钠－氢氧化钠缓冲液的10 mL容量瓶中，加入酒石酸亚铁5 mL，可见分光光度计在680 nm处测定吸收值，以标准溶液的浓度(0.0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.14 mg/mL)为横坐标(x)，吸光度值为纵坐标(y)，作线性回归分析，求得回归方程 y=4.803x －0.006 1，R2=0.998 7。样品测定同上，按公式计算多酚质量百分数。以柿子多酚为对照，测定方法同上。

式中:Y为橡子多酚质量分数/%;C为样液质量浓度/mg/mL。

1.2.9 橡子淀粉多酚类物质组成分析

HPLC分析条件:Waters 2478型紫外检测器和示差折光检测器，波长280 nm，色谱柱Agilent 5 TCC18(250 mm ×4.6 mm ×5 μm)，柱温30 ℃，进样体积20μL，流动相A为0.1%甲酸水溶液，流动相B为甲醇。

梯度洗脱:流速为 0.5 mL/min，0 ～7 min(95%A液，5%C液);7～9 min(70%A液，30%C液);9～14 min(50%A液，50%C液);14～22 min(10%A液，90%C液);22～25 min(95%A液，5%C液)。所有样品进样前用0.45μm的滤膜过滤。样品用0.45μm的滤膜过滤。HPLC分析所得组分以其标准品进行比对确认，并对确认成分以其标准品进行280 nm紫外波长扫描，以峰型特征进一步确认该成分。

标准曲线制作:16种多酚标准品分别配成质量浓度为1.2 mg/mL 的甲醇溶液，按 1∶0、1∶2、1∶4 稀释后分别进样20μL，以峰面积对浓度分别制作各种标准品的标准曲线，求回归方程。橡子多酚纯化物样品用甲醇溶解后，进样检测，用回归方程计算各种成分的含量。

1.3 数据处理

所有试验均平行重复5次，试验数据采用SPSS16.0软件进行方差分析(One－Way ANOVA)，Turkey's检验5%水平进行多重比较，结果以平均值±标准差(珔X±SD)表示。

2 结果与讨论

2.1 橡子淀粉碘复合物生色反应结果

橡子淀粉－碘复合物生色反应呈现蓝紫色，糯米淀粉、马铃薯淀粉－碘复合物生色反应则分别呈现蓝色和无色，生色反应结果表明，橡子淀粉具有直链淀粉的基本特征，与几乎全为支链淀粉的糯米淀粉差异明显。依据文献［12］可进一步判断橡子淀粉DPn约为42、螺旋数约为7。直链淀粉和支链淀粉含量的测定结果表明，橡子淀粉中直链淀粉和支链淀粉质量分数分别为19%和81%，与文献［10］报道马铃薯淀粉直链淀粉和支链淀粉含量的结果相近，结合二者淀粉碘复合物生色反应结果，表明橡子淀粉具有类似马铃薯淀粉的性质。

2.2 橡子淀粉润胀能力和转化葡萄糖能力的测定结果

淀粉润胀能力表示其在水中的膨胀程度。表1结果表明，橡子淀粉的润胀能力显著高于马铃薯淀粉和糯米淀粉(P＜0.05)。结果提示橡子淀粉微晶束间非结晶部分或者无定形区可能较大，能容纳较多水分子。ɑ－淀粉酶对橡子淀粉、马铃薯淀粉和糯米淀粉水解程度大小比较结果表明，1 g橡子淀粉葡萄糖转化率为(0.23±0.025)g，显著高于马铃薯淀粉和糯米淀粉(P＜0.05)。结果提示橡子淀粉可能更易于ɑ－淀粉酶水解。

表1 橡子果淀粉与马铃薯淀粉、糯米淀粉润胀能力和葡萄糖转化率比较

2.3 橡子果淀粉特征官能团傅里叶变换红外光谱分析

图1 橡子淀粉主要基团红外特征吸收峰傅里叶变换红外光谱分析

橡子淀粉基团特征吸收傅里叶变换红外光谱分析结果表明(图1)，橡子淀粉、马铃薯淀粉和糯米淀粉红外光谱峰型特征基本相似，3 420～3 320 cm－1吸收带为—OH伸缩振动吸收，2 958～2 912 cm－1吸收带为C—H的伸缩振动吸收，2 100～2 000 cm－1吸收带为C—H面外变形振动吸收，1 656～1 593 cm－1吸收带为—OH弯曲振动吸收，1421～1311cm－1吸收带为C—H弯曲振动吸收，1 149 cm－1吸收带为环上C—O伸缩振动吸收，1 049～1 004 cm－1吸收带为—OH变角振动吸收，904～846 cm－1的吸收带为糖苷键振动吸收，570～500 cm－1为吸收带为CCC和CCO变形振动吸收，这特征吸收峰与标准葡萄糖的红外光谱分析结果吻合，表明橡子淀粉基本组成单位为葡萄糖。

2.4 橡子淀粉流变特性分析

由图2可见，随着温度的升高，在30～60℃的范围内橡子淀粉液黏度无明显变化，在65～85℃的范围内其黏度明显增高，可能发生糊化;60～100℃的范围内其黏度明显高于马铃薯和糯米淀粉，马铃薯淀粉黏度一直未发生明显变化，而糯米淀粉黏度随着温度的升高其黏度迅速下降，这是由于膨胀的淀粉颗粒破裂的缘故，结果表明橡子淀粉热稳定性良好，类似马铃薯淀粉，二者流变特性相似，明显异于糯米淀粉。结果表明橡子淀粉液黏度较小，与马铃薯淀粉液黏度相近，也与玉米淀粉液黏度接近［13］。

图2 温度对橡子淀粉溶液黏度的影响

2.5 橡子果淀粉形貌显微观察

淀粉颗粒一般呈圆形、多角形、椭圆形、球形等形状，橡子淀粉颗粒形貌光学显微镜观察结果多呈球形，马铃薯淀粉颗粒和糯米淀粉颗粒分别呈现椭圆形和多角形，橡子淀粉颗粒和糯米淀粉颗粒大小接近，二者均远小于马铃薯淀粉颗粒(图3)。综上研究结果表明，橡子淀粉具有普通淀粉的共同特性。

图3 橡子淀粉颗粒形貌光学显微镜观察(40×)

2.6 橡子果淀粉多酚类物质组成分析

酒石酸亚铁分光光度比色法测定橡子淀粉多酚的质量分数为(1.60±0.11)%。橡子淀粉多酚样品HPLC分析图谱主要有1个大峰和1个小峰(图4)，与多酚标准品保表留时间比对和回归方程解析结果表明，橡子淀粉多酚主要组分为鞣花酸和槲皮素，其质量分数分别为1.54%和0.064%。鞣花酸标准品紫外波长扫描所得峰型和橡子淀粉多酚HPLC分析确定的鞣花酸峰型相同(图4插图)，进一步确认橡子淀粉多酚主要组分为鞣花酸。

图4 橡子果淀粉多酚组成HPLC分析

大量研究结果表明，植物多酚类物质具有抗氧化［15］、抗癌［15－16］、抑菌［17］、抗病毒［18－19］、抑制心血管疾病等［20－21］多种生物活性，这也为古代中医典籍关于橡子有药用价值提供了有力的证据。同时，多酚类物质具有较强的收敛性，可以结合进入体内的铅离子，防止铅离子中毒，对人体造成伤害。曹辉等［22］利用橡子粉通过正交试验设计找到了单宁吸附铅的主要条件，并模拟人体内的环境，找出了单宁对铅的吸附率。另外，多酚可以与蛋白质、多肽、氨基酸发生化学结合［23］，此原理也常被应用于酒的澄清。因此，橡子多酚类物质的研究开发，具有一定的经济和社会意义。