發(fā)酵對淀粉理化性質(zhì)影響的研究進(jìn)展

摘 要：綜述了發(fā)酵對淀粉理化性質(zhì)的影響，分析了發(fā)酵對淀粉的顆粒特性、分子結(jié)構(gòu)、老化及糊化特性、凝膠特膨潤力、溶解度和熱特性的影響。最后發(fā)現(xiàn)發(fā)酵明顯可以顯著地改變淀粉的理化特性，但發(fā)酵的作用機(jī)理還需要不斷研究和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵；淀粉；理化特性；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-08-00-02

發(fā)酵是谷物食品加工的一種方式，用來提高和改善產(chǎn)品的風(fēng)味和口感、改變質(zhì)構(gòu)、提高產(chǎn)品的微生物營養(yǎng)價(jià)值和安全性。人類食物的主要組成成分是淀粉，是食品工業(yè)的重要原料，在食品加工中作為主要的研究對象。淀粉的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化在很大程度上決定了最終產(chǎn)品的品質(zhì)。影響淀粉用途的關(guān)鍵因素是淀粉性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，淀粉性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的研究對改善淀粉類食品的品質(zhì)及結(jié)構(gòu)有很重要的意義。雖然國內(nèi)外有很多研究報(bào)道是關(guān)于自然發(fā)酵谷物食品，但這些報(bào)道大部分都集中在對發(fā)酵微生物的發(fā)酵特性和分離鑒定上，而對于發(fā)酵改善食品品質(zhì)的機(jī)理方面的研究很少，因此在這方面還需要加大力度研究。

指淀粉顆粒的大小、形態(tài)、輪紋、晶體結(jié)構(gòu)和偏光十字等。發(fā)酵對大米淀粉顆粒特性有一定的影響，使淀粉顆粒變小，大小更加均勻。發(fā)酵時(shí)間過長會使淀粉顆粒表面出現(xiàn)褶皺，展現(xiàn)出被侵蝕的痕跡。王鋒用電鏡觀測到，淀粉顆?；就暾?，出現(xiàn)了少許孔洞，淀粉顆粒直徑范圍縮小，趨于均勻。

發(fā)酵也能改變淀粉的結(jié)晶度，但不改變其晶型。Lu Zhanhui等通過研究對淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響，自然發(fā)酵對大米淀粉結(jié)構(gòu)的影響后發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵主要改變淀粉顆粒的無定形區(qū)。其研究發(fā)現(xiàn)，自然發(fā)酵過程中微生物所產(chǎn)酶和酸主要使大米淀粉無定形區(qū)受到一定程度的削弱或破壞，使發(fā)酵后產(chǎn)品結(jié)晶度有所增加，這與袁美蘭關(guān)于自然發(fā)酵玉米淀粉的研究結(jié)果一致。但閔偉紅研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌發(fā)酵使大米淀粉非結(jié)晶區(qū)增加。Yang Yuan等也發(fā)現(xiàn)乳酸菌發(fā)酵后大米淀粉的非結(jié)晶區(qū)比例增加。筆者認(rèn)為其中的區(qū)別是由發(fā)酵條件的不同引起的，總體來說，發(fā)酵不能改變淀粉的結(jié)晶類型，沒有使淀粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變。

一、發(fā)酵對淀粉糊化特性的影響

制品品質(zhì)及其淀粉糊化特性對淀粉的應(yīng)用起著非常主要的作用。發(fā)酵對大米淀粉的糊化特性有顯著的影響，發(fā)酵前后回生值、糊黏度和衰減值等都發(fā)生顯著改變。袁美蘭在研究自然發(fā)酵對玉米淀粉糊化特性的影響中發(fā)現(xiàn)，通過自然發(fā)酵，玉米淀粉的糊化溫度、峰值時(shí)間以及熱糊黏度、峰值黏度、回生值、衰減值和冷糊黏度都顯著下降。Suphatta P等認(rèn)為糊黏度明顯下降是由于發(fā)酵后淀粉在熱水中有更大的可溶性或發(fā)酵過程中更短淀粉鏈產(chǎn)生引起的。Han Xianzhong等報(bào)道，支鏈淀粉的長鏈部分與其糊化時(shí)的衰減值呈負(fù)相關(guān)，而短鏈部分與其糊化時(shí)的衰減值呈正相關(guān)，所以，發(fā)酵后衰減值的變化可能與支鏈淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。

發(fā)酵過程產(chǎn)酸（主要是乳酸和醋酸）作用明顯，Chang Yunghu等發(fā)現(xiàn)利用乳酸發(fā)酵液分離綠豆淀粉，可使其峰值黏度、衰減值和回生值下降，這與Haros M等利用乳酸處理玉米淀粉的研究結(jié)果是相似的。Kyoko O等也報(bào)道醋酸的存在使大米淀粉的黏度下降，衰減值增大，回生值減小。峰值黏度反映的是淀粉顆粒的膨脹性能，因此影響淀粉膨脹性能的因素如支鏈淀粉的分子結(jié)構(gòu)等都將對淀粉的峰值黏度產(chǎn)生影響。分子間作用力較弱的淀粉顆粒，在水中加熱時(shí)，其膨脹的能力就強(qiáng)，表現(xiàn)為峰值黏度較高。

二、發(fā)酵對淀粉老化特性的影響

因分子間氫鍵的不斷締合而產(chǎn)生的硬化現(xiàn)象稱為淀粉老化。淀粉老化分為兩個(gè)階段，長期老化和短期老化。長期老化則比較緩慢，主要是由支鏈淀粉外側(cè)短鏈的重結(jié)晶所引起的。而短期老化主要是由直鏈淀粉分子的膠凝有序和結(jié)晶所引起，一般在較短的時(shí)間（數(shù)小時(shí)或十幾小時(shí)）內(nèi)完成。

淀粉老化與直鏈淀粉含量，淀粉的分子結(jié)構(gòu)，淀粉溶液的水分、濃度、溫度，pH等因素和脂質(zhì)有關(guān)。發(fā)酵使淀粉的中間分子及直鏈淀粉分子比例增加，直鏈淀粉易于聚合，故發(fā)酵樣品老化速度變快，老化后的再糊化變慢。目前，淀粉的分子結(jié)構(gòu)及物化性質(zhì)，尤其是作為高聚物的一些物理性質(zhì)（如結(jié)晶和玻璃轉(zhuǎn)化等性質(zhì)）已在食品加工與貯藏以及保持產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性方面充當(dāng)了重要角色，已經(jīng)很好解釋了許多淀粉質(zhì)食品的老化問題，如果運(yùn)用合成高聚物的一些理論來解析發(fā)酵對淀粉特性的影響，將能幫助發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。

三、發(fā)酵對淀粉熱特性的影響

淀粉熱力學(xué)特性是指淀粉糊化過程中的熱力學(xué)變化狀況，常采用差示掃描量熱法（DSC）來測定。閔偉紅對發(fā)酵大米淀粉的熱特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，發(fā)酵后樣品的結(jié)束溫度、峰值溫度和起始溫度均減小，糊化范圍和糊化焓均增大。其認(rèn)為發(fā)酵所產(chǎn)酸和酶使淀粉的無定形區(qū)結(jié)構(gòu)破壞，水分更易滲入淀粉顆粒內(nèi)部，使淀粉分子的水合能力增強(qiáng)，使大米淀粉糊化較容易。Numfor F A等研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后木薯淀粉的糊化起始溫度基本不變，而糊化焓增大。

但是糊化焓變化的具體原因在研究中未有明確的解釋，因?yàn)橛绊懞实囊蛩睾芏啵珙w粒大小、淀粉顆粒比例及形態(tài)、結(jié)構(gòu)和直鏈淀粉含量及支鏈淀粉含量等，發(fā)酵后淀粉糊化焓的變化是各因素綜合作用的結(jié)果。

四、發(fā)酵對淀粉溶解度、膨潤力和凝膠特性的影響

淀粉的溶解度、膨潤力以及凝膠特性反映水淀與粉之間相互作用的大小，這對淀粉的加工特性有較大影響。閔偉紅等研究表明，乳酸菌發(fā)酵使大米淀粉的溶解度和膨潤力均增強(qiáng)，膨潤力增強(qiáng)可能與發(fā)酵后支鏈淀粉結(jié)構(gòu)改變有關(guān)。乳酸菌發(fā)酵可使淀粉的保水力、凝膠體積膨脹率及溶解度增加，且TPA結(jié)果表明乳酸菌發(fā)酵使米粉硬度下降，回復(fù)性和彈性增強(qiáng)。

但袁美蘭在研究中發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵能提高凝膠的拉伸性能，使凝膠的凝聚性增強(qiáng)，發(fā)酵處理樣品的膨潤力顯著低于對照樣品，其認(rèn)為這與兩種淀粉的支鏈淀粉結(jié)構(gòu)改變有關(guān)，發(fā)酵處理使淀粉的短鏈水解，長鏈的相對比例上升，從而抑制膨脹。

五、發(fā)酵對淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響

淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例對淀粉的特性有很大的影響。Lu Zhanhui等研究了自然發(fā)酵對整粒大米理化特性的影響，結(jié)果表明，自然發(fā)酵對大米的直鏈淀粉含量沒有顯著的影響，認(rèn)為微生物對淀粉的降解作用并不明顯。但Numfor F A等對發(fā)酵木薯粉和淀粉進(jìn)行了研究，認(rèn)為發(fā)酵過程的酸或酶水解支鏈淀粉使其形成類似直鏈淀粉的物質(zhì)，使直鏈淀粉含量明顯升高。而袁美蘭對自然發(fā)酵玉米淀粉的研究表明，發(fā)酵過程中直鏈淀粉的變化并不呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性，并認(rèn)為直鏈淀粉含量的上升可能是由于灰分、蛋白質(zhì)和脂肪等非淀粉成分的含量下降所致。以上研究表明，發(fā)酵對直鏈淀粉含量的影響可能與淀粉來源和發(fā)酵條件有關(guān)。此問題還有待進(jìn)一步研究。

淀粉分子結(jié)構(gòu)研究包括淀粉的比例和級分、分子量分布、支鏈淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)等，淀粉分子結(jié)構(gòu)的改變對淀粉特性影響較大。Lu Zhanhui等利用高效陰離子交換色譜研究支鏈淀粉的鏈長分布發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后聚合度（DP）小于15的短鏈比例明顯降低，然而DP為15-35的中鏈比例明顯增加。用凝膠過濾色譜測定淀粉分子量分布發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后淀粉大分子降解，中等及小分子量淀粉比例增加，分子量大小趨于均勻。發(fā)酵產(chǎn)酸作用于淀粉顆粒的無定形區(qū)，引起支鏈淀粉長鏈斷裂，降低了單個(gè)支鏈淀粉分子的分支化程度，減弱了再結(jié)晶性，延緩了支鏈淀粉的老化傾向。

綜上所述，發(fā)酵使淀粉的理化特性發(fā)生了顯著的改變，進(jìn)而可以使淀粉基食品在質(zhì)構(gòu)、口感和風(fēng)味等方面得到明顯的改善，對淀粉的應(yīng)用有進(jìn)一步的推動作用，為谷物的開發(fā)利用拓展了新的出路。

作者簡介：康慧，女，1976年3月8日，畢業(yè)院校：承德石油高等?？茖W(xué)校 市場營銷專業(yè)，工作單位：承德避暑山莊企業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，職務(wù)：行政部 部長。