發(fā)酵對糯米鲊海椒淀粉理化特性及營養(yǎng)特性的影響

王雅露，朱麗娟，劉肖，周才瓊

(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，暨重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400715)

鲊海椒是一種流行于西南地區(qū)的特色發(fā)酵辣椒制品，是由新鮮辣椒和米面等淀粉原料按重量比約1∶1 混合，加適量食鹽后自然厭氧發(fā)酵而成。鲊海椒是一種富含碳水化合物的風(fēng)味辣椒食品，淀粉是主要的碳水化合物。在鲊海椒發(fā)酵過程中，微生物利用糖類產(chǎn)酸[1]，微生物胞外酶導(dǎo)致大分子物質(zhì)降解[2]等可能引起淀粉營養(yǎng)及食品化學(xué)特性變化，這種變化既是鲊海椒滋味品質(zhì)的基礎(chǔ)，也會影響其營養(yǎng)特性和感官品質(zhì)。

不同來源的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、理化特性和營養(yǎng)特性有差異，這些性質(zhì)與淀粉的來源、顆粒尺寸、直鏈/支鏈淀粉含量及比例以及支鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度等相關(guān)[3-7]。支鏈淀粉具有高度分支化簇狀結(jié)構(gòu)，在發(fā)酵過程中易被分解發(fā)生斷鏈和脫支作用，此作用會降低支鏈淀粉的結(jié)晶性、老化和糊化特性，但有利于淀粉保持較多水分和較好的黏彈性，從而降低淀粉制品硬度[8-9]；支鏈淀粉具有A型晶體結(jié)構(gòu)，在加工過程中對比直鏈淀粉更易糊化，且因其特殊結(jié)構(gòu)，支鏈淀粉分子氫鍵比較弱，所以在凍融過程中，支鏈淀粉分子聚合體不易形成，水合能力速率降低，析水速率較慢，凍融穩(wěn)定性較好[10]；支鏈淀粉分子質(zhì)量大的淀粉凝膠的松弛時間較大，加工貯藏穩(wěn)定性好[11]。因支鏈淀粉優(yōu)良的加工特性，本研究選擇了不含直鏈淀粉的糯米作為鲊海椒發(fā)酵中的淀粉源，研究糯米淀粉在鲊海椒發(fā)酵中的理化特性和營養(yǎng)特性變化，以及這些變化對糯米鲊海椒食用品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

辣椒(二荊條)，重慶北碚天生農(nóng)貿(mào)市場；糯米、食鹽，重慶北碚區(qū)天生永輝超市。辣椒洗后瀝干，粉碎成約0.3 mm×0.3mm塊狀。糯米鍋炒至微黃，然后置于粉碎機(jī)粉碎過40目篩。

1.2 主要試劑和儀器設(shè)備

NaOH、乳酸、HCI、H2SO4、石油醚、葡萄糖、3，5-二硝基水楊酸、苯酚、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、醋酸鈉等，均為分析純；KBr(光譜純)，成都市科龍化工試劑廠。

糖化酶(BR生化試劑，210 U)，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；α-淀粉酶(BR生物試劑，23 700 U)，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；FA2004A型電子天平，上海精天電子儀器有限公司；722型可見分光光度計(jì)，上海菁華科技儀器有限公司；DI Dimension 3000原子力顯微鏡，美國Digital Inst rument公司；5810型臺式高速離心機(jī)，德國Eppendorf公司等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 糯米鲊海椒制備及淀粉提取

糯米鲊海椒制備辣椒∶糯米粉質(zhì)量比1∶1混合，添加5%食鹽混勻。裝罐、水密封，(15±5) ℃自然發(fā)酵，取不同發(fā)酵時間樣品作為淀粉提取研究原料。

鲊海椒直鏈和支鏈淀粉變化采用碘顯色比色法，參照GBT 15683—2008《大米 直鏈淀粉含量測定》；支鏈淀粉采用差值法測定，支鏈淀粉含量=總淀粉含量-直鏈淀粉含量。

淀粉提取參考文獻(xiàn)[12]，樣品使用0.2% NaOH溶液浸泡24 h、打漿，100目雙層紗布過濾，濾液沉淀(棄上清液)，然后用0.5%NaHSO3和0.5%乳酸充分?jǐn)噭蚝蠼?，?.2% NaOH溶液洗去色素，重復(fù)溶液至上清液無色，沉淀凍干，粉碎后過100目篩，待用。按此方法提取制備發(fā)酵0、20、40、60和90 d糯米鲊海椒淀粉(NC)，純度分別為89.67%、96.34%、91.36%、93.01%和93.45%。

1.3.2 發(fā)酵糯米淀粉化學(xué)特性分析

淀粉溶解度(SA)和膨脹度(SP)[13]稱取0.5 g樣品，放入100 mL已知質(zhì)量帶蓋離心管中，加入40 mL蒸餾水，振蕩后分別于50、60、70、80、90 ℃水浴30 min，每5 min振蕩1次，取出冷卻至室溫，3 800 r/min離心20 min。倒出上清液，于130 ℃干燥2 h后稱取溶出物質(zhì)量，同時稱取管中沉淀物質(zhì)量參考式(1)、(2)。

(1)

(2)

式中：m1為上清液中溶出物質(zhì)量，g；m2為管中沉淀物質(zhì)量，g。

淀粉的黏度[14]稱取5.0 g淀粉提取物于布拉班德載樣筒中，加入110 mL蒸餾水，再將載樣筒放入布拉班德黏度儀中，啟動黏度儀，打開冷卻水源。黏度儀參數(shù)：轉(zhuǎn)速250 r/min，測量范圍700 cmg，黏度單位BU(或mPa·s)；測定程序：以8 ℃/min速率從50 ℃升至95 ℃，95 ℃保溫3 min，再以12 ℃/min速率從95 ℃降至50 ℃，50 ℃保溫2 min。測量結(jié)束后，從圖譜中獲得樣品成糊溫度、不同溫度時的黏度值、峰值黏度及回升值等特征值。

淀粉的回生特性[15]分別精確稱取1.000 0 g淀粉(干基)，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的淀粉懸浮液后置沸水浴中糊化20 min，冷卻至室溫，然后將淀粉糊放入100 mL量筒中，在4 ℃分別靜置0、2、4、6、8、10 h后記錄上清液體積，以上清液體積表征淀粉老化程度。

淀粉透明度[16]取1.0 g干淀粉，加蒸餾水100 mL，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳。置于沸水浴中加熱攪拌15 min，并保持原有體積，冷卻至25 ℃。用1 cm的比色杯在620 nm下測定淀粉糊的透光率，以蒸餾水作為空白，設(shè)其透光率為100%。

淀粉的凍融特性[17]將質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的淀粉乳在沸水浴中加熱20 min，冷卻至室溫，然后置于-18 ℃冰箱中冷凍24 h，自然解凍，3 000 r/min離心20 min，棄上清液，稱取沉淀物質(zhì)量，計(jì)算析水率。

(3)

1.3.3 發(fā)酵糯米淀粉營養(yǎng)特性分析

淀粉的消化特性參考文獻(xiàn)[18]，稱取200 mg樣品置錐形瓶中，添加pH 6.9的醋酸鈉緩沖液15 mL，混勻，蒸煮20 min，冷卻至室溫，加入10 mL的α-淀粉酶(290 U)和糖化酶(15 U)，37 ℃恒溫振蕩(160 r/min)水浴培養(yǎng)20 min和2 h，然后沸水浴滅酶，取0.5 mL水解液，煮沸5 min滅酶，離心取上清液，采用DNS比色法在540 nm下測定葡萄糖含量，參考式(4)、式(5)和式(6)。

易消化淀粉RDS/%= (G20-FG)×0.9/TS×100

(4)

慢消化淀粉SDS/%=(G120-G20)×0.9/TS×100

(5)

抗性淀粉RS/%=[TS-(RDS+SDS)]/TS×100

(6)

式中：G20為淀粉酶水解20 min后的葡萄糖含量,mg； FG為酶水解處理前淀粉中葡萄糖含量,mg；G120為淀粉酶水解120 min后的葡萄糖含量,mg；TS為樣品中總淀粉含量,mg。

淀粉的水解指數(shù)和血糖指數(shù)測定：取100 mg樣品于燒瓶中，加入10 mL去離子水，均質(zhì)處理2 min。加入pH 6.9磷酸溶液鹽緩沖液15 mL，以0.5 mol/L NaOH或2 mol/L醋酸調(diào)pH至6.9，加入α-淀粉酶(300 U)水解淀粉。反應(yīng)液在恒溫水浴中振蕩(37 ℃，160 r/min)培養(yǎng)。在0～3 h時間里，每30 min將燒瓶取出，沸水浴中加熱5 min終止酶活性，加入醋酸鈉緩沖液10 mL，(0.4 mol/L，pH 4.75)，然后采用2 mol/L 醋酸調(diào)pH為4.75，加入淀粉葡糖苷酶(100U)，在60 ℃恒溫水浴振蕩培養(yǎng)45 min，離心后取上清液，用DNS法測定葡萄糖濃度。淀粉消化率以總淀粉在不同時間(30、60、90、120、150、180 min)水解的百分率來表示[19]，以新鮮白面包淀粉水解率作為標(biāo)準(zhǔn)參照[20]。并以GOI等建立的動力學(xué)反應(yīng)式來預(yù)測體外GI[21]。

水解指數(shù)(HI)/%=樣品水解曲線下面積/新鮮白面包水解曲線下面積×100

(6)

預(yù)測的GI：GI=39.71+0.549HI

(7)

1.3.4 發(fā)酵糯米淀粉原子力顯微鏡(AFM)觀察[22]

淀粉液的配制和糊化：稱取樣品5～15 mg，置于50 mL容量瓶中，分別配置一系列待測溶液，混合均勻，分別取出部分待測溶液于玻璃試管中，100 ℃沸水浴中加熱5～10 min成糊化淀粉。

待測樣品制備：用移液管吸取少量糊化的淀粉溶液，迅速滴在平放新鮮的云母片上，2 min后用洗耳球吹去表面溶液，室溫風(fēng)干，至于干燥器中備用。

原子力顯微掃描(atomic force microscopy， AFM)檢測在室溫、空氣濕度≤40%的環(huán)境中，采用AFM的輕敲模式，調(diào)整下針高度、增益、掃描像素等參數(shù)，使掃描圖像達(dá)到最佳狀態(tài)，確定掃描范圍，對樣品進(jìn)行掃描成像。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

每個樣品重復(fù)測定3次，結(jié)果以mean±SD表示，Origin 8.6作圖及SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素分析及Duncan多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵對糯米鲊海椒中直鏈淀粉和支鏈淀粉含量的影響

圖1所示，糯米鲊海椒中未檢出直鏈淀粉，其支鏈淀粉含量隨發(fā)酵時間延長顯著下降(P<0.05)，發(fā)酵90 d時僅為未發(fā)酵時的69.47%。這與支鏈淀粉結(jié)構(gòu)中具有分支呈束狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，這種結(jié)構(gòu)使支鏈淀粉不易老化，黏度和透明度較高[23]。發(fā)酵中支鏈淀粉含量下降可能會形成一些小分子低聚體，可能會影響糯米鲊海椒相關(guān)品質(zhì)。

圖1 發(fā)酵糯米鲊海椒支鏈淀粉含量變化Fig.1 Amylopectin content in fermented sticky Za-chili starch

2.2 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉的化學(xué)特性分析

2.2.1 淀粉的溶解度(SA)和膨脹度(SP)

淀粉的SA和SP變化情況見圖2、圖3。隨加熱溫度升高，SA和SP逐漸增大(P<0.05)。這是因?yàn)楫?dāng)溫度升至淀粉糊化溫度時，水分滲透到淀粉微晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)，使其中小分子質(zhì)量淀粉脫離大的淀粉結(jié)構(gòu)游離出來，分散在水溶液中，淀粉溶解度增大。

圖2 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉的溶解度(SA)Fig.2 The solubility degree of fermentation sticky Za-chili starch注：以平均數(shù)±SD作圖，不同大寫字母表示相同發(fā)酵時間不同加熱溫度下的溶解度在0.05水平上差異顯著；不同小寫字母表示相同加熱溫度不同發(fā)酵時間下的溶解度在0.05水平上差異顯著。

圖3 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉的膨脹度(SP)Fig.3 The expansive degree of fermentation sticky Za-chili starch注：以平均數(shù)±SD作圖，不同大寫字母表示相同發(fā)酵時間不同加熱溫度下的膨脹度在0.05水平上差異顯著；不同小寫字母表示相同加熱溫度不同發(fā)酵時間下的膨脹度在0.05水平上差異顯著。

隨發(fā)酵時間延長，SA和SP降低。不同加熱溫度下，SA均隨發(fā)酵時間延長快速下降(P<0.05)；在較高溫度下，發(fā)酵20～60 d時SA變化不大(P>0.05)。發(fā)酵90 d時，各加熱溫度處理均顯著低于其他發(fā)酵時間(P<0.05)處理組。發(fā)酵90 d及加熱溫度下90 ℃下，SA僅為發(fā)酵0 d時的18.7%。SP也隨發(fā)酵時間延長有所下降，較高加熱溫度時，發(fā)酵90 d樣品顯著低于其他發(fā)酵時間樣品(P<0.05)。表明長時間發(fā)酵可影響糯米鲊海椒淀粉的SA和SP，SA下降可能是發(fā)酵利用了水溶性小分子物質(zhì)，SP降低可能是發(fā)酵產(chǎn)酸等使淀粉顆粒間聚集融合，阻止了水分子進(jìn)入淀粉顆粒，限制了淀粉顆粒的溶脹，或是淀粉顆粒的交聯(lián)減少顆粒膨脹，使之穩(wěn)定以抗剪切[24]。SA和SP的下降，可導(dǎo)致烹飪口感不夠松軟。從本研究結(jié)果看，發(fā)酵20～60 d為宜。

2.2.2 糯米鲊海椒淀粉的糊化特性

不同發(fā)酵時段糯米鲊海椒淀粉布拉班得曲線圖見圖4，將各發(fā)酵時段糊化特征值總結(jié)于表1。峰值黏度和終值黏度呈先增后降趨勢，分別出現(xiàn)在發(fā)酵20 d和40 d時。黏度變化會影響口感，當(dāng)黏度過大時，會出現(xiàn)黏牙，不易咀嚼的狀況，而黏度較小，會出現(xiàn)砂礫感，因此適當(dāng)黏度對鲊海椒的食用品質(zhì)有重要作用。

a-發(fā)酵0 d; b-發(fā)酵20 d; c-發(fā)酵40 d; d-發(fā)酵60 d;e-發(fā)酵90 d圖4 不同發(fā)酵時段糯米鲊海椒淀粉布拉班得曲線圖Fig.4 Brabender graph in different fermentation time of sticky Za-chili starch

表1 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉糊化特性分析Table 1 Gelatinization characteristics of fermented sticky Za-chili starch

崩解值在發(fā)酵40 d后均為0，回生值呈現(xiàn)增加趨勢，發(fā)酵40 d后穩(wěn)定在32～38 (mPa·s)，表明發(fā)酵可提升糯米鲊海椒淀粉耐剪切性、凝膠性和老化特性。淀粉凝膠性可提高其耐咀嚼性和透明度，提高鲊海椒的口感飽滿度。糊化溫度在69.0～69.6 ℃波動，較易糊化，這與糯米淀粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。糊化性可影響鲊海椒的黏稠度和組織形態(tài)，但發(fā)酵幾乎不影響糯米鲊海椒淀粉的糊化性能。

以上分析顯示發(fā)酵20～40 d糯米鲊海椒淀粉有較好的增稠性，可使口感軟糯，但發(fā)酵40 d時回升值達(dá)峰值并保持在較高水平，表明長時間發(fā)酵的糯米鲊海椒不適合二次回鍋食用。

2.2.3 糯米鲊海椒淀粉的回生特性

結(jié)果見圖5，不同發(fā)酵時間糯米鲊海椒淀粉回生值均隨放置時間延長而增加(P<0.05)，隨發(fā)酵時間延長顯著增加(P<0.05)。放置時間在4 h以上時，發(fā)酵40 d和60 d差異不顯著；所有處理中，發(fā)酵90 d樣品回升特性均顯著高于其他發(fā)酵時間處理組，放置10 h時回生值最高為10.33%，是發(fā)酵60 d時的1.43倍，為未發(fā)酵樣品的1.91倍。影響支鏈淀粉沉降速度的主要是支鏈淀粉分支數(shù)量及鏈長，糯米淀粉回生值隨發(fā)酵時間延長逐漸增大可能是因?yàn)榘l(fā)酵將淀粉分解為合適的分子鏈長和大小，易發(fā)生回生。發(fā)酵這與封欣[25]報道具有越多長側(cè)鏈的支鏈淀粉越容易回生吻合。回升特性適當(dāng)增大會使淀粉凝膠性增強(qiáng)，硬度增大，口感提升，更有黏彈性，耐咀嚼性。但是過度老化也會使鲊海椒體系脫水，組織形態(tài)變差，不被消費(fèi)者接受。從本研究結(jié)果顯示發(fā)酵60 d內(nèi)比較合適。

圖5 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉回生特性分析Fig.5 Regeneration characteristics of fermented sticky Za-chili starch注：以平均數(shù)±SD作圖，不同大寫字母表示相同發(fā)酵時間不同放置時間下的回生值在0.05水平上差異顯著；不同小寫字母表示相同放置時間不同發(fā)酵時間下的回生值在0.05水平上差異顯著。

2.2.4發(fā)酵糯米淀粉的透明度和凍融特性

透明度反映淀粉與水互溶能力及膨脹程度，影響淀粉質(zhì)產(chǎn)品外觀及可接受性[23]。結(jié)果見圖6，透光率隨發(fā)酵進(jìn)行快速下降，40 d后保持穩(wěn)定(此時為發(fā)酵0 d時的69.23%)。析水率隨發(fā)酵下降，20 d后保持穩(wěn)定(此時為發(fā)酵0 d時的88.66%)。這種改變可影響淀粉制品外觀和可接受性[26]。發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉析水率略低，這可能與糯米淀粉為支鏈淀粉，凍融穩(wěn)定性較好有關(guān)。

圖6 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉的透光率和析水率Fig.6 The transmittance and water separation rate of fermented sticky Za-chili starch

2.3 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉的營養(yǎng)特性變化

2.3.1 糯米鲊海椒淀粉的消化特性

隨發(fā)酵時間延長，RDS和SDS逐漸增加(圖7)，分別為發(fā)酵0 d時的1.05～1.13倍和1.52～2.10倍，峰值均出現(xiàn)在發(fā)酵60 d；RS逐漸下降，為發(fā)酵0 d時的82.04%～92.53%，即發(fā)酵可提升糯米鲊海椒淀粉的消化特性，以發(fā)酵60 d略高于其他發(fā)酵時段。

圖7 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉的消化特性Fig.7 Digestive properties of fermented sticky Za-chili starch

2.3.2 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉的HI和GI

隨發(fā)酵時間延長，HI和GI略升(圖8)，波動變化在46.34～47.77和65.15～65.94，表明發(fā)酵對糯米淀粉的HI和GI影響較小，對鲊海椒的GI影響較小，與2.3.1研究結(jié)果吻合。

圖8 糯米鲊海椒淀粉的HI和GIFig.8 HI and GI of fermented sticky Za-chili starch

2.4 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉AFM掃描分析

AFM掃描形貌圖(圖9)顯示，隨發(fā)酵進(jìn)行，凸起逐漸增多。

a-0 d; b-40 d; c-60 d; d-90 d圖9 發(fā)酵糯米鲊海椒淀粉原子力顯微鏡掃描圖Fig.9 Atomic force microscope scan of fermented sticky Za-chili starch

這可能是發(fā)酵過程中微生物產(chǎn)酸或胞外酶作用于淀粉顆粒表面導(dǎo)致凹凸不平所致，表明發(fā)酵可增大淀粉顆粒表面積，使淀粉的化學(xué)特性和營養(yǎng)特性發(fā)生變化，與前述研究結(jié)果吻合。AFM掃描中發(fā)現(xiàn)發(fā)酵60 d 糯米鲊海椒淀粉產(chǎn)生了很多100 nm左右小分子(圖10)。這些納米小分子的出現(xiàn)，可能與糯米支鏈淀粉呈樹杈狀分支結(jié)構(gòu)有關(guān)[27]。除了在食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)上可能的改變以外，還可考慮以糯米淀粉為基礎(chǔ)，通過發(fā)酵技術(shù)控制發(fā)酵程度開發(fā)納米材料，有望成為重要的納米材料來源。

圖10 糯米鲊海椒淀粉納米顆粒(60 d)Fig.10 Nanoparticles glutinous of fermented sticky Za-chili starch(60 d)

3 結(jié)論

發(fā)酵可引起糯米淀粉相關(guān)化學(xué)特性改變，隨發(fā)酵時間延長，糯米鲊海椒淀粉含量下降，SA、SP、透光率和析水率下降，回升值逐漸增大，結(jié)合糊化特性分析顯示，糯米鲊海椒合適發(fā)酵時間在20～60 d，此時口感軟糯，耐咀嚼，有黏彈性；長時間發(fā)酵的糯米鲊海椒回升值快速增加，不適合二次回鍋食用；對糯米鲊海椒淀粉營養(yǎng)特性分析發(fā)現(xiàn)，其消化特性、HI和GI略增并呈波動變化，表明糯米鲊海椒淀粉營養(yǎng)特性受發(fā)酵作用影響較小。AFM掃描形貌圖顯示淀粉顆粒表面由光滑變得粗糙，隨發(fā)酵的進(jìn)行表面形貌突起增多，比表面積增大。發(fā)酵60 d糯米鲊海椒淀粉有較多的納米顆粒，這可能與糯米淀粉為支鏈淀粉有關(guān)，該發(fā)現(xiàn)可對采用支鏈淀粉高的淀粉制備納米材料提供指引方向。