發酵對淀粉理化性質影響的研究進展

摘 要：綜述了發酵對淀粉理化性質的影響，分析了發酵對淀粉的顆粒特性、分子結構、老化及糊化特性、凝膠特膨潤力、溶解度和熱特性的影響。最后發現發酵明顯可以顯著地改變淀粉的理化特性，但發酵的作用機理還需要不斷研究和發展。

關鍵詞：發酵；淀粉；理化特性；

文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-08-00-02

發酵是谷物食品加工的一種方式，用來提高和改善產品的風味和口感、改變質構、提高產品的微生物營養價值和安全性。人類食物的主要組成成分是淀粉，是食品工業的重要原料，在食品加工中作為主要的研究對象。淀粉的性質和結構的變化在很大程度上決定了最終產品的品質。影響淀粉用途的關鍵因素是淀粉性質及結構，淀粉性質和結構的研究對改善淀粉類食品的品質及結構有很重要的意義。雖然國內外有很多研究報道是關于自然發酵谷物食品，但這些報道大部分都集中在對發酵微生物的發酵特性和分離鑒定上，而對于發酵改善食品品質的機理方面的研究很少，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、輪紋、晶體結構和偏光十字等。發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。發酵時間過長會使淀粉顆粒表面出現褶皺，展現出被侵蝕的痕跡。王鋒用電鏡觀測到，淀粉顆粒基本完整，出現了少許孔洞，淀粉顆粒直徑范圍縮小，趨于均勻。

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

一、發酵對淀粉糊化特性的影響

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

發酵過程產酸（主要是乳酸和醋酸）作用明顯，Chang Yunghu等發現利用乳酸發酵液分離綠豆淀粉，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果是相似的。Kyoko O等也報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構等都將對淀粉的峰值黏度產生影響。分子間作用力較弱的淀粉顆粒，在水中加熱時，其膨脹的能力就強，表現為峰值黏度較高。

二、發酵對淀粉老化特性的影響

因分子間氫鍵的不斷締合而產生的硬化現象稱為淀粉老化。淀粉老化分為兩個階段，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短鏈的重結晶所引起的。而短期老化主要是由直鏈淀粉分子的膠凝有序和結晶所引起，一般在較短的時間（數小時或十幾小時）內完成。

淀粉老化與直鏈淀粉含量，淀粉的分子結構，淀粉溶液的水分、濃度、溫度，pH等因素和脂質有關。發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，淀粉的分子結構及物化性質，尤其是作為高聚物的一些物理性質（如結晶和玻璃轉化等性質）已在食品加工與貯藏以及保持產品質量和穩定性方面充當了重要角色，已經很好解釋了許多淀粉質食品的老化問題，如果運用合成高聚物的一些理論來解析發酵對淀粉特性的影響，將能幫助發現問題的本質。

三、發酵對淀粉熱特性的影響

淀粉熱力學特性是指淀粉糊化過程中的熱力學變化狀況，常采用差示掃描量熱法（DSC）來測定。閔偉紅對發酵大米淀粉的熱特性進行了研究，結果表明，發酵后樣品的結束溫度、峰值溫度和起始溫度均減小，糊化范圍和糊化焓均增大。其認為發酵所產酸和酶使淀粉的無定形區結構破壞，水分更易滲入淀粉顆粒內部，使淀粉分子的水合能力增強，使大米淀粉糊化較容易。Numfor F A等研究發現，發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，因為影響糊化焓的因素很多，如顆粒大小、淀粉顆粒比例及形態、結構和直鏈淀粉含量及支鏈淀粉含量等，發酵后淀粉糊化焓的變化是各因素綜合作用的結果。

四、發酵對淀粉溶解度、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，乳酸菌發酵使大米淀粉的溶解度和膨潤力均增強，膨潤力增強可能與發酵后支鏈淀粉結構改變有關。乳酸菌發酵可使淀粉的保水力、凝膠體積膨脹率及溶解度增加，且TPA結果表明乳酸菌發酵使米粉硬度下降，回復性和彈性增強。

但袁美蘭在研究中發現，發酵能提高凝膠的拉伸性能，使凝膠的凝聚性增強，發酵處理樣品的膨潤力顯著低于對照樣品，其認為這與兩種淀粉的支鏈淀粉結構改變有關，發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、發酵對淀粉分子結構的影響

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等研究了自然發酵對整粒大米理化特性的影響，結果表明，自然發酵對大米的直鏈淀粉含量沒有顯著的影響，認為微生物對淀粉的降解作用并不明顯。但Numfor F A等對發酵木薯粉和淀粉進行了研究，認為發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，使直鏈淀粉含量明顯升高。而袁美蘭對自然發酵玉米淀粉的研究表明，發酵過程中直鏈淀粉的變化并不呈現明顯的規律性，并認為直鏈淀粉含量的上升可能是由于灰分、蛋白質和脂肪等非淀粉成分的含量下降所致。以上研究表明，發酵對直鏈淀粉含量的影響可能與淀粉來源和發酵條件有關。此問題還有待進一步研究。

淀粉分子結構研究包括淀粉的比例和級分、分子量分布、支鏈淀粉的精細結構等，淀粉分子結構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現，發酵后聚合度（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現，發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。發酵產酸作用于淀粉顆粒的無定形區，引起支鏈淀粉長鏈斷裂，降低了單個支鏈淀粉分子的分支化程度，減弱了再結晶性，延緩了支鏈淀粉的老化傾向。

綜上所述，發酵使淀粉的理化特性發生了顯著的改變，進而可以使淀粉基食品在質構、口感和風味等方面得到明顯的改善，對淀粉的應用有進一步的推動作用，為谷物的開發利用拓展了新的出路。

作者簡介：康慧，女，1976年3月8日，畢業院校：承德石油高等專科學校 市場營銷專業，工作單位：承德避暑山莊企業集團有限責任公司，職務：行政部 部長。