乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉物化及熱力學(xué)特性的影響

萬晶晶，黃立群，張 慶，黃衛(wèi)寧,*，RAYAS-DUARTE Patricia

乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉物化及熱力學(xué)特性的影響

萬晶晶1，黃立群1，張 慶1，黃衛(wèi)寧1,*，RAYAS-DUARTE Patricia2

(1.江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2.美國俄克拉荷馬州立大學(xué)食品與農(nóng)產(chǎn)品研究中心，美國 俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055)

以燕麥粉為原料，分別利用植物乳桿菌(L.p)和舊金山乳桿菌(L.s)兩種乳酸菌對其進行發(fā)酵，研究燕麥淀粉在發(fā)酵過程中各種物化及熱力學(xué)特性的變化。結(jié)果表明：燕麥粉經(jīng)過兩種菌發(fā)酵后pH值下降，且L.p發(fā)酵的燕麥粉pH值下降的速率和產(chǎn)酸量都大于L.s。但是到發(fā)酵后期，兩種乳酸菌發(fā)酵的燕麥粉pH值相近。發(fā)酵燕麥淀粉的溶解度和溶脹力都隨著溫度的升高而增加，在不同溫度下，其溶脹力和溶解度在發(fā)酵過程中的變化趨勢不同，經(jīng)L.P發(fā)酵的樣品的溶脹力低于L.s，但溶解度大于經(jīng)L.s發(fā)酵的樣品?？焖兖ざ确治鰞x(RVA)和差示掃描量熱儀(DSC)分析得到發(fā)酵過程中燕麥淀粉的變化：發(fā)酵后燕麥淀粉糊化過程中峰值黏度隨著發(fā)酵時間的延長而降低，糊化起始溫度提前，糊化所需時間延長，糊化焓升高，且L.s發(fā)酵樣品的糊化焓值高于L.p。發(fā)酵后燕麥淀粉的直鏈淀粉含量在發(fā)酵過程中呈上升趨勢，L.p發(fā)酵的樣品的直鏈淀粉的含量高于L.s。

乳酸菌；發(fā)酵；燕麥淀粉；糊化；直鏈淀粉

燕麥是一種多功能性谷物。和其他谷物相比，燕麥含有大量高營養(yǎng)價值的物質(zhì)，如可溶性纖維(主要是β-葡聚糖)、蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)以及植物營養(yǎng)素等[1]，它具有降低膽固醇量、降血糖、防止心血管疾病和輔助調(diào)節(jié)消化道等功效，因而成為唯一獲得美國FDA健康認證的谷物[2]。燕麥的研究和利用成為世界各國研究者們關(guān)注的熱點之一[3-4]。

乳酸菌發(fā)酵常用來改善產(chǎn)品口感和質(zhì)構(gòu)，增強風(fēng)味和營養(yǎng)價值[5-6]。燕麥的乳酸菌可發(fā)酵性也引起人們的極大興趣[7]。乳酸菌在燕麥基質(zhì)生長可以利用β-葡聚糖并產(chǎn)生胞外多糖[8-9]，這不僅可以改善產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和黏性，同時提高感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值[10]。本課題組張坤等[11]研究了舊金山乳桿菌發(fā)酵燕麥酸面團發(fā)酵劑中β-葡聚糖含量及其分子質(zhì)量的分布變化，研究發(fā)現(xiàn)舊金山乳酸菌發(fā)酵對β-葡聚糖分子質(zhì)量分布和峰值分子質(zhì)量影響不大。

燕麥粉中淀粉約占43%～64%，燕麥淀粉的物化特性成為影響燕麥及食品加工利用的關(guān)鍵因素之一。例如，面包的制作要求淀粉的溶脹力，沙拉醬的制作要求淀粉的乳化性，發(fā)酵粉要求淀粉的保水性等[12]。目前關(guān)于乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉性質(zhì)影響方面的研究鮮有報道，本研究以燕麥粉為原料，從燕麥淀粉的角度出發(fā)，探討燕麥粉在不同乳酸菌發(fā)酵的過程中，其淀粉的溶脹力、溶解度、直鏈淀粉含量的變化，并通過快速黏度分析儀(RVA)和差示掃描量熱儀(DSC)研究其糊化與熱力學(xué)特性的變化，為燕麥烘焙與發(fā)酵食品的深加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥粉 內(nèi)蒙古葉俊面粉廠；植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum，L.p)、舊金山乳桿菌 (Lactobacillus sanfrancisco，L.s) 丹尼斯克有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FE20實驗室pH計 梅特勒有限公司(上海)公司；SPX-150/250C恒溫恒濕箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；高壓蒸汽滅菌鍋 上海三申醫(yī)療器械有限公司；超凈工作臺 蘇凈集團安泰公司；Eppendorf 5810R高速冷凍離心機 德國Eppendorf公司；快速黏度測定儀(RVA) 澳大利亞Newport Scientific公司；差示掃描量熱儀(DSC) 美國Perkin-Elmer公司；SP-752紫外分光光度計 上海光譜儀器有限公司；ACPHA1-4自動壓蓋箱凍干機 德國Christ公司。

1.3 方法

1.3.1 菌種培養(yǎng)與發(fā)酵燕麥粉的制備

1.3.1.1 菌種活化與擴大培養(yǎng)

用接種環(huán)挑取MRS固體上的乳酸菌單菌落，接種至MRS液體培養(yǎng)基(10mL)中活化，30℃培養(yǎng)24h。將已活化好的菌懸液搖勻，取100μL接種至MRS液體培養(yǎng)基(10mL)，在30℃進行擴大培養(yǎng)10h至對數(shù)后期(菌體濃度＞108CFU/mL)。

1.3.1.2 發(fā)酵燕麥粉的制備

將培養(yǎng)至對數(shù)后期的20mL乳酸菌懸液搖勻，4℃、4000r/min離心20min，用蒸餾水沖洗兩次后，接種至100g燕麥粉中，燕麥粉與水的質(zhì)量比為1:2。攪拌機中攪勻后，密封。放入恒溫恒濕箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為30℃，發(fā)酵時間分別為0、6、12、24h。將發(fā)酵后的燕麥粉真空冷凍干燥，磨粉，80～100目過篩備用。

1.3.2 pH值和總酸度的測定

pH值的測定根據(jù)AACC方法(2000)02-52[13]。稱取10g燕麥粉，放入三角瓶中，加入90mL無CO2的蒸餾水。用磁力攪拌器攪拌30min，靜置10min后用pH計測定。重復(fù)3次取平均值。

稱取10g發(fā)酵劑，將其放入三角瓶中，加入90mL無CO2的蒸餾水。用磁力攪拌器攪拌30min，靜置10min后用0.1mol/L NaOH溶液滴定，調(diào)pH值至滴定終點pH8.6。所需0.1mol/L NaOH溶液的毫升數(shù)即為總酸度(total titratable acidity，TTA)。重復(fù)3次取平均值。1.3.3燕麥淀粉的分離

取發(fā)酵后的燕麥粉60g加入500mL 0.01mol/L NaOH溶液，pH值調(diào)至10.4，攪拌1h后4500r/min離心15min，棄上清液，將沉淀溶解于500mL去離子水中，過80～100目篩，用HCl溶液將pH值調(diào)成中性，離心后用400mL去離子水反復(fù)離心3次。得到的淀粉沉淀采用真空冷凍干燥，磨粉過篩，貯存于4℃?zhèn)溆肹14]。

1.3.4 燕麥淀粉溶脹力和溶解度測定

取10mL質(zhì)量分數(shù)2%的淀粉乳分別在30、65、85℃條件下攪拌30min后，以4500r/min離心20min；將上清液傾入已烘干至質(zhì)量恒定的鋁盒中，再于105℃烘干至質(zhì)量恒定，得被溶解淀粉質(zhì)量(m1)，稱取離心管沉淀物質(zhì)量(m2)。按式(1)、(2)計算溶解度(S)和溶脹力(B)[15]。

式中：m為樣品干基質(zhì)量/g。

1.3.5 淀粉的黏度特性分析

稱取樣品3.0g(干基)于樣品盒中，加水25mL，先以960r/min快速攪拌10s，之后以115r/min的速度攪拌，溫度在3min內(nèi)從40℃加熱到90℃，保溫6.5min；4.5min內(nèi)降溫至40℃，保溫5min[16]。

1.3.6 燕麥淀粉的熱力學(xué)特性分析

取3.0mg的淀粉于DSC鋁盒中，加入9μL的水，密封后室溫下平衡過夜，使得水分分布均勻。保護氣體為氮氣，掃描區(qū)間為30～110℃，掃描速率為10℃/min。

1.3.7 燕麥淀粉中直鏈淀粉含量的測定

準確稱取燕麥淀粉試樣100mg置于50mL三角瓶中，加入95%乙醇1mL和1mol/L NaOH溶液9mL，渦旋振蕩1min，防止結(jié)塊。在沸水浴中加熱10min，使淀粉糊化，冷卻后，用蒸餾水轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中稀釋至刻度。取1只100mL容量瓶加入1mL 1mol/L HAC和2mL的碘液，用蒸餾水定容，作為空白對照。準確吸取5mL上述試液放入另一個100mL容量瓶中，加入1mL 1mol/L HAC和2mL的碘液，用蒸餾水定容至刻度，靜置20min后，在波長620nm處用1cm比色皿測定其吸光度，根據(jù)標準曲線：y＝0.2174x＋0.0073(R2＝0.999)，即可計算出試樣中直鏈淀粉的含量。

2 結(jié)果與分析

圖1 燕麥粉發(fā)酵過程中pH值和TTA值的變化Fig.1 pH and TTA changes of oat flour during fermentation

2.1 燕麥粉在發(fā)酵過程中pH值和TTA的變化由圖1可知，在最初的0～12h的發(fā)酵過程中，隨著發(fā)酵時間的延長，燕麥粉的pH值由6.09迅速下降到3.62 左右，12h以后，pH值只有輕微的變化?？偹岫葟淖畛醯?.51迅速增加到7.4～8.3。其中L.p發(fā)酵的燕麥粉pH值下降的速率快于L.s。與此同時，L.p的產(chǎn)酸量也顯著高于L.s。但是到發(fā)酵后期，兩種乳酸菌發(fā)酵的燕麥粉的pH值相近。

2.2 乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉溶脹力和溶解度的影響

圖2 植物乳桿菌發(fā)酵的燕麥淀粉在不同溫度下的溶脹力和溶解度Fig.2 Swelling power and solubility of L.p-fermented oat starch at different temperatures

圖3 舊金山乳桿菌發(fā)酵的燕麥淀粉在不同溫度下的溶脹力和溶解度Fig.3 Swelling power and solubility of L.s-fermented oat starch at different temperatures

溶脹力和溶解度反映淀粉和水之間相互作用力的大小，這兩者對淀粉的加工特性有較大的影響。由圖2、3可知，大部分燕麥淀粉的溶脹力和溶解度隨著溫度的升高而增加，淀粉的溶解主要是直鏈淀粉從潤脹的顆粒中逸出，這可能是因為溫度達到65℃時，淀粉受熱急劇吸水糊化，高能量的水和熱破壞了淀粉分子內(nèi)部氫鍵，因此淀粉的溶脹力和溶解度顯著上升[17]。

圖2a是經(jīng)L.P發(fā)酵的燕麥淀粉分別在35、65、85℃條件下溶脹力隨著發(fā)酵時間的變化。經(jīng)L.P發(fā)酵后的燕麥淀粉，其溶脹力在35℃時沒有顯著的變化，而在65℃時，燕麥淀粉的溶脹力隨著發(fā)酵時間的延長而輕微下降，而在85℃時卻呈上升趨勢。與經(jīng)L.s發(fā)酵的燕麥淀粉(圖3a)的溶脹力相比，經(jīng)L.s發(fā)酵的燕麥淀粉，其溶脹力在65℃時呈上升的趨勢，且在65℃和85℃時，溶脹力都高于L.p發(fā)酵的燕麥淀粉。

圖2b是經(jīng)L.p發(fā)酵的燕麥淀粉分別在35、65、85℃條件下溶解度隨著發(fā)酵時間的變化。經(jīng)L.p發(fā)酵后的燕麥淀粉，其溶解度在35℃條件下的發(fā)酵樣品高于空白，在發(fā)酵過程中沒有顯著的變化，而在65℃和85℃條件下先上升，發(fā)酵12h后，溶解度下降。與經(jīng)L.s發(fā)酵的燕麥淀粉(圖3b)的溶解度相比，其溶解度在65℃時呈上升趨勢，且在各溫度下，其溶解度都高于經(jīng)L.s發(fā)酵的燕麥淀粉。這可能與不同菌種在燕麥基質(zhì)中產(chǎn)酸產(chǎn)酶的速率不同，從而導(dǎo)致不同菌種在發(fā)酵過程中對淀粉的發(fā)酵水解程度不同有關(guān)。

閔偉紅等[18]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵處理的淀粉，其溶脹力和溶解度在92.5℃高于空白，這與本研究在85℃時得到的結(jié)果相似。溶脹力越高，說明淀粉糊化時吸水性越強，因此溶脹力越高，DSC的糊化溫度降低，或糊化快，但與糊化焓值呈負相關(guān)，這與后面DSC的結(jié)果一致。Richard等[19]研究表明淀粉吸水膨脹能力不僅與淀粉支鏈、直鏈含量的比例有很大關(guān)系，而且還與支鏈淀粉的分子結(jié)構(gòu)相關(guān)，前面的結(jié)果表明經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵，燕麥淀粉的支鏈降解，直鏈淀粉有明顯的增加，而燕麥淀粉經(jīng)過L.p發(fā)酵處理后，直鏈淀粉含量先上升后下降，這可能是導(dǎo)致其溶解度先上升后下降的原因。

Yuan等[20]研究發(fā)現(xiàn)，當溫度低于75℃時，發(fā)酵后的玉米淀粉，其溶脹力沒有明顯的變化，而當溫度高于75℃后，發(fā)酵改性的淀粉的溶脹力要低于空白。根據(jù)Tester等[21]的研究表明，淀粉的溶脹特性很大程度上取決于其支鏈淀粉的分子質(zhì)量和形狀，直鏈淀粉對淀粉的膨脹吸水特性起著稀釋和抑制的作用。聚合度在6～9的支鏈淀粉含量越高，淀粉的溶脹力越大，反之，聚合度在12～22的支鏈淀粉的含量與淀粉的溶脹力呈負相關(guān)[22]。

2.3 乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉黏度特性的影響

表1 乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉黏度特性的影響Table 1 Effect of LAB fermentation on the gelatinization properties of oat starch

從消費者的角度考慮，燕麥淀粉的糊化性質(zhì)對于其產(chǎn)品的接受程度至關(guān)重要[23]。糊化性質(zhì)的參數(shù)包括峰值黏度、低谷黏度、破損值以及終值黏度。表1列出了空白及不同發(fā)酵菌種和發(fā)酵時間的燕麥淀粉的RVA黏度性質(zhì)，從表1可以看出，經(jīng)L.s發(fā)酵的燕麥淀粉，其各項糊化參數(shù)都隨著發(fā)酵時間的延長而呈下降的趨勢。其峰值黏度由249.53RVU顯著下降到182.58RVU，終值黏度由453.64RVU顯著下降到334.56RVU(P＜0.05)，經(jīng)過L.p發(fā)酵的燕麥淀粉在發(fā)酵前24h，各糊化參數(shù)的變化趨勢與L.s相同，但在發(fā)酵24h后，各項糊化參數(shù)顯著上升(P＜0.05)。

Yong[24]、魯站會[25]和閔偉紅[18]等研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵導(dǎo)致大米粉的峰值黏度降低，同樣地，Olanipekun[26]和熊柳[27]等分別證明發(fā)酵導(dǎo)致大豆淀粉和綠豆淀粉的峰值黏度下降。這是因為在發(fā)酵過程中，一方面，乳酸菌水解支鏈淀粉的短鏈，導(dǎo)致支鏈淀粉的短/長鏈比降低，從而使得支鏈淀粉的平均鏈長和聚合度下降，淀粉分子變小，空間位阻減小。另一方面，非淀粉成分，如蛋白質(zhì)，脂質(zhì)以及β-葡聚糖也影響著燕麥粉的糊化特性[20]：發(fā)酵過程中的微生物以及微生物活動所產(chǎn)生的各種有機酸和酶對蛋白質(zhì)進行分解，使包裹淀粉的蛋白質(zhì)溶出，釋放出淀粉。在剪切力的作用下更易形成有規(guī)則的排列，抗剪切的能力減弱。Zhang等[28]研究發(fā)現(xiàn)燕麥粉的黏度與燕麥中的β-葡聚糖含量呈正相關(guān)。這是因為隨著β-葡聚糖含量的增加，燕麥粉結(jié)合水的能力隨之增加。而之前的研究表明，在發(fā)酵過程中，β-葡聚糖的含量呈下降趨勢，所以β-葡聚糖的含量對淀粉黏度也有一定的影響。最后乳酸菌發(fā)酵以及淀粉酶水解使淀粉部分糖化，釋放結(jié)合水；綜合以上因素，峰值黏度下降。

破損值與峰值黏度一樣隨著發(fā)酵時間的延長呈現(xiàn)降低趨勢，破損值反映了淀粉顆粒結(jié)構(gòu)在加熱過程中的穩(wěn)定性，破損值越大，表明淀粉顆粒越不穩(wěn)定，在加熱和攪拌過程中容易破裂。破損值的降低可能是因為發(fā)酵過程中，支鏈淀粉的水解，使得直鏈淀粉的相對含量上升，因此，L.p在發(fā)酵24h，直鏈淀粉含量下降，從而導(dǎo)致破損值的上升。這與袁美蘭等[29]的研究結(jié)果不同，他們認為發(fā)酵的前3d，由于蛋白質(zhì)的分解，使得蛋白質(zhì)對淀粉顆粒的保護和穩(wěn)定作用降低，淀粉顆粒更容易膨脹和破裂，破損值上升，在隨后的發(fā)酵過程中，發(fā)酵對蛋白質(zhì)的分解作用已趨于穩(wěn)定，淀粉的水解導(dǎo)致破損值下降。

2.4 乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉熱力學(xué)特性的影響

表2 乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉熱力學(xué)特性的影響Table 2 Effect of LAB fermentation on the thermodynamic properties of oat starch

表2為DSC曲線計算得出的糊化溫度與吸熱焓值，燕麥淀粉經(jīng)過發(fā)酵處理后的熱特性變化十分明顯，糊化開始溫度低于未經(jīng)過發(fā)酵的空白，即經(jīng)過處理后的大米粉更容易糊化，這與RVA結(jié)果一致。發(fā)酵后燕麥淀粉在糊化過程中吸熱焓明顯高于空白，其直接原因是發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量的乳酸，酸的水解作用首先發(fā)生在結(jié)合力較弱的無定型區(qū)，使無定型區(qū)的淀粉分子鏈水解而溶出，造成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的相對比例增加，溶出的直鏈淀粉與脂類結(jié)合成復(fù)雜的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這樣就增加了糊化過程中所需要的熱量，糊化焓上升。經(jīng)L.p發(fā)酵的燕麥淀粉，其糊化焓值隨著發(fā)酵時間的增加而逐漸增加，經(jīng)L.s發(fā)酵的燕麥淀粉，其糊化焓值在發(fā)酵的過程中變化不顯著，且L.s發(fā)酵的樣品其吸熱焓值均高于L.p發(fā)酵的樣品，這可能與不同菌種在發(fā)酵過程中對淀粉的水解程度不同有關(guān)。

2.5 乳酸菌發(fā)酵對燕麥淀粉的直鏈淀粉含量的影響

圖4 燕麥淀粉的直鏈淀粉含量隨發(fā)酵時間的變化Fig.4 Change in amylose content of oat starch during fermentation

由圖4可知，L.s發(fā)酵中，燕麥淀粉的直鏈淀粉含量隨著發(fā)酵時間的增加而增加，而L.p發(fā)酵的燕麥淀粉，在發(fā)酵的前12h，其直鏈淀粉的含量線性增加，12h以后，直鏈淀粉的含量有所下降。這是因為發(fā)酵的初始階段產(chǎn)生的酸和酶可以水解淀粉分子，支鏈淀粉斷鏈、脫支，使得直鏈淀粉的含量相對增加。但是隨著發(fā)酵時間的延長，直鏈淀粉的含量開始輕微的下降，因為酸和酶的進一步作用，使得直鏈淀粉的分子質(zhì)量變小，糖化水解。L.p發(fā)酵的燕麥淀粉其直鏈淀粉含量高于L.s發(fā)酵的燕麥淀粉，這可能與L.p發(fā)酵產(chǎn)酸率高于L.s發(fā)酵有關(guān)。閔偉紅[30]和Numfor[31]等在研究發(fā)酵對玉米淀粉和木薯淀粉的影響時，也得到相似的結(jié)果。Lu等[32]也發(fā)現(xiàn)大米淀粉在發(fā)酵過程中直鏈淀粉的含量增加，并且推斷可能有新的直鏈淀粉生成。

3 結(jié) 論

本實驗研究了乳酸菌發(fā)酵對于燕麥淀粉的改性作用：其中淀粉糊化的峰值黏度、終值黏度和破損值隨著發(fā)酵時間的延長而逐漸降低，糊化的起始溫度提前，糊化焓上升；且經(jīng)L.s發(fā)酵的樣品，其吸熱焓值高于L.p發(fā)酵樣品；經(jīng)乳酸菌發(fā)酵的燕麥淀粉，其直鏈淀粉含量呈上升趨勢。本研究為乳酸菌對燕麥淀粉的改性作用以及燕麥發(fā)酵食品的深加工提供了基礎(chǔ)理論信息，例如粉絲的生產(chǎn)要求糊化溫度低，峰值黏度低，直鏈淀粉含量高于20%以及凝膠強度高的淀粉較好，而乳酸菌的發(fā)酵對燕麥淀粉的改性起著促進的作用，所以本結(jié)果對于開發(fā)無面筋燕麥面條的進一步研究提供參考。

[1]王鳳, 黃衛(wèi)寧, 劉若詩, 等. 采用Mixolab和Rheometer研究含外源蛋白燕麥面團的熱機械學(xué)和動態(tài)流變學(xué)特性[J]. 食品科學(xué), 2009, 30 (13): 147-151.

[2]FDA. Food labeling: Health claims; Oat and coronary heart disease[J]. Federal Register, 1996, 61(3): 296-337.

[3]COLLEONI-SIRGHIE M, JANNINK J L, WHITE P J. Pasting and thermal properties of flours from oat lines with high and typical amounts of β-glucan[J]. Cereal Chemistry, 2003, 81(6): 686-692.

[4]HUANG Weining, LI Lingling, WANG Feng, et al. Effects of transglutaminase on the rheological and mixolab thermomechanical characteristics of oat dough[J]. Food Chemistry, 2010, 121(4): 934-939.

[5]MBUGUA S K. The nutritional and fermentation characteristics of uji produced from drymilled flour (unyabaridi) and whole wet milled maize [J]. Chemie Mikrobiologie Technologie derLebensmitte, 1988, 10: 154-161.

[6]MENSAH P, TOMKINS A M, DRASAR B S, et al. Antimicrobial effect of fermented Ghanaian maize dough[J]. Journal of Applied Bacteriology, 1991, 70(3): 203-210.

[7]KEDI G, VAZQUEZ J A, PANDIELLA S S. Fermentability of whole oat flour, PeriTec flour and bran by Lactobacillus plantarum[J]. Journal of Food Engineering, 2008, 89(2): 246-249.

[8]MARTENSSON O, OSTE R, HOLST O. Texture promoting capacity and EPS formation by lactic acid bacteria in three oat-based non-dairy media[J]. European Food Research and Technology, 2008, 214: 232-236.

[9]MARTENSSON O, OSTE R, HOLST O. Lactic acid bacteria in an oatbased non-dairy milk substitute: fermentation characteristics and exopolysaccharide formation[J]. Lebensm Wiss u Technol, 2000, 33(8): 525-530.

[10]ROCCIARDI A, PARENTE E, CLEMENTI F. A simple method for the screening of lactic acid bacteria for the production of exopolysaccharides in liquid media[J]. Biotechnology Techniques, 1997, 11(5): 271-277.

[11]張坤, 黃衛(wèi)寧, 堵國成, 等. 舊金山乳桿菌與自然發(fā)酵燕麥酸面團發(fā)酵劑中β-葡聚糖含量及其分子量的分布[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(21): 320-323.

[12]AGBOOLA S O, AKINGBALA J O, OGUNTIMEHIN G B. Physicochemical and functional properties of low DS cassava starch acetates and citrates[J]. Starch/Starke, 1991, 43: 62-66.

[13]American Association of Cereal Chemists International. AACC approved methods 02-52.01 Hydrogen-ion activity (pH): Electrometric method [S]. St. Paul, MN: The Association, 2000.

[14]LIM W J, LIANG Y T, SEIB P A, et al. Isolation of oat starch from oat flour[J]. Cereal Chemistry, 1992, 69(3): 233-236.

[15]洪燕, 顧正彪, 李兆豐. 蠟質(zhì)玉米淀粉的性質(zhì)及其在食品加工中的應(yīng)用[J]. 中國糧油學(xué)報, 2005, 20(3): 30-34.

[16]ZHOU M X, ROBARDS K, GLENNIE-HOLMES M, et al. Effects of enzyme treatment and processing on pasting and thermal properties of oats[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2000, 80: 1486-1494.

[17]劉剛, 劉英, 陳季旺, 等. 燕麥淀粉理化性質(zhì)的研究[J]. 中國糧油學(xué)報, 2008, 23(3): 86-89.

[18]閔偉紅, 李里特, 王朝輝. 乳酸菌發(fā)酵對大米淀粉物理化學(xué)性質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2004, 25(10): 73-76.

[19]RICHARD F, WILLIAN R, ACQUISTUCCI R. Physiochemical and rheological characterization of sorghum starch[J]. Journal of Food Science, 1992, 57: 1024-1028.

[20]YUAN Meilan, LU Zhanhui, CHENG Yongqiang, et al. Effect of spontaneous fermentation on the physical properties of corn starch and rheological characteristics of corn starch noodle[J]. Journal of Food Engineering, 2008, 85(1): 12-17.

[21]TESTER R F, MORRISON W R. Swelling and gelatinization of cereal starches. I. Effects of amylopectin,amylose and lipids[J]. Cereal Chemistry, 1990, 67: 551-557.

[22]VANDEPUTTE G E, VERMEYLEN R, GEEROMS J, et al. Rice starches. Ⅱ. Structural aspects provide insight into swelling and pasting properties[J]. Journal of Cereal Science, 2003, 38(1): 53-59.

[23]ZHOU M X, ROBARDS K, GLENNIE-HOLMES M, et al. Structure and pasting properties of oat starch[J]. Cereal Chemisty, 1998, 75(3): 273-281.

[24]YANG Yong, TAO Wenyi. Effects of lactic acid fermentation on FT-IR and pasting properties of rice flour[J]. Food Research International, 2008, 41(9): 937-940.

[25]魯站會, 李里特, 閡偉紅, 等. 自然發(fā)酵工藝對米粉流變學(xué)性質(zhì)的影響[J]. 中國食品學(xué)報, 2002, 2(2): 9-12.

[26]OLANIPEKUN B F, OTUNOLA E T, ADELAKUN O E, et al. Effect of fermentation with Rhizopus oligosporus on some physico-chemical properties of starch extracts from soybean flour[J]. Food Chem Toxicol, 2009, 47(7): 401-405.

[27]熊柳, 孫慶杰. 發(fā)酵與發(fā)芽處理對綠豆淀粉黏度性質(zhì)的影響[J]. 糧食加工, 2009, 34(3): 47-49.

[28]ZHANG D, DOEHLERT D C, MOORE W R. Factors affecting viscosity of slurries of oat groat flours[J]. Cereal Chemistry, 1997, 74(6): 722-726.

[29]袁美蘭, 魯站會, 程永強, 等. 自然發(fā)酵對米粉RVA黏度性質(zhì)及米粉拉伸性質(zhì)的影響[J]. 中國糧油學(xué)報, 2008, 23(1): 6-9.

[30]閔偉紅, 劉艷, 林小秋, 等. 生物發(fā)酵對玉米淀粉中直鏈淀粉含量影響的研究[J]. 中國糧油報, 2007, 22(5): 39-43.

[31]NUMFOR F A, WALTER W W, Jr, SCHWARTZ S J. Physicochemical changes in cassava starch and flour associated with fermentation: Effect on textural properties[J]. Starch, 1995, 47: 86-91.

[32]LU Zhanhui, YUAN Meilan, SASAKI T, et al. Rheological properties of fermented rice flour gel[J]. Cereal Chemistry, 2007, 84(6): 620-625.

Effect of Lactic Acid Bacterial Fermentation on the Physico-chemical and Thermodynamic Properties of Oat Starch

WAN Jing-jing1，HUANG Li-qun1，ZHANG Qing1，HUANG Wei-ning1,*，RAYAS-DUARTE Patricia2
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China；2. Food and Agricultural Products Research Center, Oklahoma State University, Stillwater, OK 74078-6055, USA)

Oat flour was fermented solely with two species of lactic acid bacteria, Lactobacillus plantarum (L.p) and Lactobacillus sanfrancisco (L.s) in order to analyze the changes in physio-chemical and thermaldynamic properties of oat starch during lactic acid bacterial (LAB) fermentation. Fermentation with each of the two stains resulted in a decrease in pH, and L.p -fermented oat flour exhibited a faster pH drop and lager amount of acid production when compared to L.s-fermented one, but similar pH values were observed in the late period of fermentation. For both L.p- and L.s-fermented oat flours, solubility and swelling power increased with increasing temperature. For oat flour fermented by one strain, the two parameters at different temperatures both had different change trends as fermentation time increased. L.p-fermented oat flour had lower swelling power but higher solubility than its L.s-fermented counterpart. The results obtained from rapid viscosity analyzer (RVA) and differential scanning calorimetry (DSC) showed that the peak viscosity of fermented oat starch decreased as fermentation time increased, and after fermentation, oat starch had lower onset gelatinization temperature, required longer time for gelatinization, presented higher gelatinization enthalpy, and L.s-fermented oat starch had higher gelatinization enthalpy than L.p-fermented one. Oat starch presented an increasing trend in amylose content during fermentation, and L.p-fermented oat starch had higher amylose content at 6 and 12 hours of fermentation when compared to L.s-fermented one, but the amylose content of the former was slightly lower than that of the latter at 24 hours.

lactic acid bacteria；fermentation；oat starch；gelatinization；amylose content

TS201.3

A

1002-6630(2010)19-0100-06

2010-06-23

加拿大農(nóng)業(yè)部國際交流與合作項目(CCSIC-Food-00107)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(nycytz-14)

萬晶晶(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為烘焙科學(xué)、功能配料和食品添加劑。E-mail：mathilna@163.com

*通信作者：黃衛(wèi)寧(1963—)，男，教授，博士，研究方向為食品烘焙與發(fā)酵技術(shù)、谷物食品化學(xué)。E-mail：wnhuang@jiangnan.edu.cn