發(fā)酵技術(shù)在淀粉改性上的應用

廖盧艷，吳衛(wèi)國*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學 食品科學技術(shù)學院，湖南 長沙 410128）

隨著人們對健康、環(huán)保和食品安全的日益重視，開發(fā)綠色食品加工工藝已成為目前國內(nèi)外的研究熱點。發(fā)酵技術(shù)作為一種淀粉的生物改性技術(shù)，在生產(chǎn)食品工業(yè)上的改性淀粉具有很大的優(yōu)越性。因為通過發(fā)酵處理改性的淀粉，不含化學試劑的殘留，產(chǎn)品的理化性質(zhì)得到明顯的改善，產(chǎn)品的附加值也將大大提高，因此淀粉的發(fā)酵處理改性將會是淀粉非化學改性研究的一個重要領域。相關的技術(shù)研究還處于起步階段，但正在逐步引起相關研究人員的注意。綜述了發(fā)酵技術(shù)對淀粉的理化特性（顆粒形態(tài)、糊化特性、老化特性和分子結(jié)構(gòu)）的影響、淀粉發(fā)酵改性的機理以及發(fā)酵改性淀粉應用等方面的研究進展，目的是為發(fā)酵改性淀粉的進一步研究和應用提供參考依據(jù)。

1 發(fā)酵技術(shù)對淀粉的理化特性的影響

1.1 顆粒特性

發(fā)酵后淀粉的顆粒發(fā)生很大的變化，淀粉顆粒不再完整，顆粒會變小，且顆粒的大小趨于一致。淀粉顆粒大小均勻時，有利于淀粉糊化的均勻性，形成的凝膠更加均勻致密[1]。王鋒等[2]在研究自然發(fā)酵對大米淀粉顆粒的影響時發(fā)現(xiàn)經(jīng)過自然發(fā)酵后大米淀粉顆粒的大小更加均勻。

1.2 糊化特性

淀粉的糊化特性對淀粉制品的品質(zhì)起著重要的作用。發(fā)酵對淀粉的糊化特性有顯著影響，發(fā)酵后淀粉的糊化溫度、峰值黏度、最低黏度、最終黏度、崩潰值和回生值等指標的變化情況均因發(fā)酵原料和發(fā)酵條件的不同而各異。李里特等[3]對大米淀粉發(fā)酵后的糊化特性研究發(fā)現(xiàn)淀粉糊化特性的各指標參數(shù)均有所降低；而袁美蘭等[4-5]對發(fā)酵米粉的研究表明，隨著發(fā)酵時間的延長，大米淀粉的峰值黏度、最低黏度及最終黏度均上升。但是，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)自然發(fā)酵使得玉米淀粉的峰值時間、糊化溫度以及峰值黏度、熱糊黏度、冷糊黏度、衰減值和回生值都明顯下降。另外，熊柳等[6]利用自然發(fā)酵法對豌豆淀粉的理化性質(zhì)影響研究發(fā)現(xiàn)，糊化溫度升高，峰值黏度、谷值黏度、末值黏度都呈下降趨勢，回生值和衰減值也降低；萬晶晶等[7]采用乳酸菌對蕎麥發(fā)酵研究發(fā)現(xiàn)，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。因此，應該拓寬發(fā)酵原料的選擇，同時對發(fā)酵條件進行優(yōu)化和調(diào)控，從而進一步揭示發(fā)酵對淀粉糊化特性的影響規(guī)律。

1.3 老化特性

淀粉老化是一個過程，在此過程中，加熱的淀粉糊冷卻到低于淀粉晶體的熔化溫度，直鏈淀粉和支鏈淀粉再聚集而且與潤脹的淀粉顆粒結(jié)合成一個有序的結(jié)構(gòu)，從而引起主要含淀粉的體系黏度上升，凝膠固化和質(zhì)構(gòu)老化。淀粉的老化對淀粉的品質(zhì)產(chǎn)生很大的影響[8-9]，在淀粉老化體系過程中直鏈淀粉和支鏈淀粉扮演了重要的角色。ITURRIAGA L B等[10]利用差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）研究不同直鏈淀粉含量的大米糊化后隨時間變化淀粉的老化情況發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉含量高可以加快老化的速率。而VANDEPUTTE G E等[11]的研究認為直鏈淀粉分子排列在支鏈淀粉分子鏈之間阻礙了支鏈淀粉分子的有序排列從而延緩淀粉的老化。MTALANIS A M等[12]研究支鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)對淀粉老化的影響發(fā)現(xiàn)長B鏈結(jié)構(gòu)在支鏈淀粉中的比例高低會對淀粉老化產(chǎn)生顯著影響。王鋒[13]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵米粉的老化速度變快是由于發(fā)酵使大米淀粉的中間分子及直鏈淀粉分子比例增加使直鏈淀粉易于聚合。魯戰(zhàn)會等[14]利用動態(tài)流變儀研究發(fā)酵對大米粉凝膠黏彈性的影響，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后的大米粉能快速形成凝膠，且老化速度慢。丁文平等[15]利用DSC研究了米飯長期回生特性，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后直鏈淀粉含量增加，有助于支鏈淀粉的成核結(jié)晶，發(fā)酵后樣品的回生速率也變大。

1.4 淀粉的分子結(jié)構(gòu)

發(fā)酵對淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在發(fā)酵使淀粉的級分、比例、分子量分布和支鏈淀粉的精細結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。袁美蘭等[16]發(fā)酵處理玉米淀粉使直鏈淀粉和支鏈淀粉的分子變小，聚合度下降，平均鏈長和平均外鏈長都增加。FRENCH D等[17-18]指出支鏈淀粉外鏈長增加，能夠形成更穩(wěn)定的雙螺旋晶體構(gòu)造[19]。同時，直鏈淀粉聚合度的降低有利于分子的運動性增強和直鏈淀粉的交聯(lián)纏繞，有利于形成更強的凝膠[20]。魯戰(zhàn)會等[21]在研究發(fā)酵米粉的過程中發(fā)現(xiàn)自然發(fā)酵后淀粉大分子降解，中等及小分子質(zhì)量淀粉比例增加，分子質(zhì)量大小趨于均勻，從而使淀粉分子易于接近聚合而增強了淀粉凝膠性能。

總的來說，發(fā)酵對淀粉理化特性的影響主要還是與發(fā)酵條件（如菌種）、淀粉的種類有關，因此，這方面還有待進一步全面深入的研究。

2 淀粉發(fā)酵改性的機理

對發(fā)酵改性淀粉的機理研究少，一方面是發(fā)酵對淀粉改性的研究還只是停留在發(fā)酵后淀粉特性變化規(guī)律的研究上；另一方面由于發(fā)酵條件和淀粉種類不同，發(fā)酵產(chǎn)生的一些影響沒有規(guī)律可尋，無法判斷其起主要作用的因子。為此，對發(fā)酵改性淀粉的機理研究也只能是根據(jù)研究分析的結(jié)果提出可能的機理，目前主要是對發(fā)酵米粉的機理進行了研究[14，22]。自然發(fā)酵米粉之所以比未發(fā)酵米粉的拉伸性好，咀嚼時又有彈性，認為發(fā)酵米粉是微生物產(chǎn)酸、酶作用于大米淀粉顆粒對淀粉改性的結(jié)果。乳酸菌所產(chǎn)乳酸對大米淀粉凝膠性質(zhì)的改變起著主要作用。一方面酸在淀粉無定形區(qū)的斷鏈作用強烈，使其產(chǎn)生新的直鏈分子鏈，導致單個支鏈淀粉分子的分支化程度和結(jié)晶程度降低，米粉凝膠持水力增強，發(fā)酵同時也增加了直鏈分子相互聚合的幾率，使得凝膠老化趨勢增強。另一方面，乳酸還能促進冷卻時糊化淀粉分子的老化，使直鏈淀粉分子快速的凝沉。微生物所產(chǎn)酶對淀粉的改性作用主要表現(xiàn)在降解了支鏈淀粉，增加了直鏈淀粉的含量和平均聚合度，而直鏈淀粉的含量和平均聚合度的增加有利于淀粉凝膠彈性的增強，米粉的品質(zhì)也得以提升。

3 發(fā)酵改性淀粉技術(shù)的應用

以谷物淀粉為原料，采用自然發(fā)酵的方法來生產(chǎn)傳統(tǒng)食品在我國有很長的歷史，但對于發(fā)酵機理不清楚，一般都是通過經(jīng)驗來判斷發(fā)酵的時間和效果。也正是基于傳統(tǒng)，越來越多的人想通過發(fā)酵技術(shù)來對原料中的淀粉改性以得到某種特定食品。劉振揚等[23]利用乳酸菌和酵母菌混合發(fā)酵的方式改變玉米粒中淀粉的性質(zhì)來生產(chǎn)玉米面。沈輝等[24-25]研究了自然發(fā)酵對木薯淀粉的改性，發(fā)現(xiàn)利用改性后的木薯淀粉制作的面包，具有好的筋力和韌性。張子飆[26]通過生物發(fā)酵制得的玉米面粉可以制作面條和餃子，使玉米淀粉具備小麥面粉的功效。CHRISTIAN M等[27]也研究了自然發(fā)酵對木薯淀粉的改性，發(fā)現(xiàn)改性后的木薯淀粉膨潤能力增強，能形成質(zhì)地良好的凝膠。張玉榮等[28]利用植物乳桿菌發(fā)酵大米得到發(fā)酵大米淀粉制作的粉條，不易斷裂且有較好的延展性。韓立宏等[29]研究了自然發(fā)酵對蕎麥面條質(zhì)地的改善效果發(fā)現(xiàn)經(jīng)發(fā)酵后的蕎麥粉面條制品的凝膠結(jié)構(gòu)更加致密，凝膠強度增強；袁美蘭等[5]研究自然發(fā)酵后的玉米淀粉制作粉條的可行性發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后的玉米淀粉的凝膠強度顯著增加，同時使玉米粉條的拉伸性能得到顯著改善。閔偉紅等[30]對乳酸菌發(fā)酵米粉工藝進行了研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌發(fā)酵米粉比未發(fā)酵米粉筋道、柔韌、滑爽。由此可見，發(fā)酵使淀粉的理化特性發(fā)生了顯著的改變，進而可以使其制備的淀粉制品在質(zhì)構(gòu)、口感和風味等方面得到明顯的改善，對淀粉的應用有了進一步的推動作用。因此，對發(fā)酵過程中的主要微生物對淀粉的發(fā)酵改性作用進行研究，對開發(fā)優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)品具有非常重要的意義。

4 展望

發(fā)酵處理得到的改性淀粉具有制備工藝簡單、安全無污染的特點，但是由于淀粉來源及發(fā)酵調(diào)控等諸多因素的影響，目前還只是停留在試驗研究階段。如何根據(jù)淀粉的來源及特點尋求合適的發(fā)酵菌種及發(fā)酵條件進行進一步的研究揭示發(fā)酵改性的機理是未來研究的重點。縱觀近幾年國內(nèi)外應用發(fā)酵技術(shù)對淀粉改性的研究，主要集中在以大米等谷物類淀粉為原料來研究發(fā)酵改性對淀粉性質(zhì)及淀粉制品品質(zhì)的影響等方面。這些研究加深了對發(fā)酵改性機理和影響因素作用原理的了解，但在如何將這些影響因子應用于產(chǎn)品實際生產(chǎn)，和一些影響因素比如直鏈淀粉、支鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)的作用機理方面仍需要進一步的試驗與研究。

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