自然發酵對大黃米加工特性及黏豆包熟面團品質的影響

邊 鑫，陳鏡如，楊 楊，范 婧，王 冰，邢童林，俞德慧，武 娜，邢文靜，孫司卉，葛紅東，張 娜*

（1.哈爾濱商業大學 食品工程學院 黑龍江省谷物食品與綜合加工重點實驗室 黑龍江省普通高校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150076；2.哈爾濱天一生態農副產品有限公司，黑龍江 哈爾濱 150037）

大黃米（Panicum miliaceum）是我國北方的一種重要的糧食經濟作物，其通過黍子脫殼加工制得[1]。大黃米含有豐富的營養成分，其中，八種必需氨基酸的含量顯著高于常見主糧[2]。同時黃米富含維生素、礦物質、膳食纖維等，營養價值較高[3-4]。大黃米中含有60%以上的淀粉，且支鏈淀粉含量偏高，具有一定的糯性[5]。因此，北方人一直將大黃米用于主食加工[6-7]。

黏豆包是一種東北傳統的發酵食品，大黃米是黏豆包的主要生產原料之一[8]。泡米是黏豆包制作過程中一道重要的工序，其本質是一個自然發酵的過程[9]。在此過程中，環境中的微生物會進入浸泡液中作用于大黃米，導致其理化特性、加工特性發生變化進而影響黏豆包品質[10-11]。韓雨茜等[12-13]通過測定經自然發酵后不同原料制作的黏豆包流變學特性發現，不同原料制作的黏豆包微生物組成并不相同，且在不同微生物的發酵作用下，對黏豆包的流變學特性、質構特性會產生較大影響且與微生物的變化具有相關性。進一步的研究發現，以大黃米為主要原料制作的黏豆包質構及理化性質如硬度、膠黏性、咀嚼性均較江米制作的黏豆包更高，黏豆包酸度也更適宜食用。馬佳歌等[14]通過人工接種乳酸菌的方式生產黏豆包，研究了自然發酵黏豆包與人工發酵黏豆包的差異，發現人工接種方式的發酵時間更短，黏豆包品質較自然發酵有所提升。

在先前的研究中，團隊針對自然發酵大黃米粉和大黃米淀粉的理化性質進行了探討[15]，但對于自然發酵過程中對大黃米粉的加工特性和黏豆包品質的影響尚未進行研究。因此，本實驗以大黃米為研究對象，研究自然發酵對大黃米粉的糊化特性、大黃米生面團動態流變學特性以及黏豆包熟面團品質的影響，旨在解析自然發酵過程中大黃米加工特性的變化及其對黏豆包熟面團品質影響，從而為改良黏豆包傳統加工工藝、提升產品品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大黃米：哈爾濱天一生態農副產品有限公司。

1.2 儀器與設備

ZF-100型電石磨：溫州市膠體磨廠；101-0AB電熱鼓風干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；800Y型高速多功能粉碎機：永康市鉑歐五金制品有限公司；TCW3.17.3.509型快速黏度分析儀（rapid visco analyzer，RVA）：波通瑞華科學儀器（北京）有限公司；MCR102電磁流變儀：奧地利安通帕公司；TA.new plus質構儀：美國ISENSO公司。

1.3 方法

1.3.1 大黃米粉制備

將大黃米與水按料液比1∶2（g∶mL）加入不銹鋼容器中室溫下浸泡，分別取浸泡0、1 d、2 d、3 d、4 d（黏豆包制作時主要通過原料浸泡這一步驟完成發酵過程，發酵4 d后，黏豆包發酵液的pH值基本不再變化，RVA黏度測定結果變化也不再明顯，且發酵超過4 d時，發酵液異味明顯，有強烈的發酵臭味）的大黃米投洗3～5次，瀝干水分后，移入電石磨中磨制成濕粉，然后將樣品在45 ℃烘箱中烘干24 h，經粉碎機粉碎后用80目標準篩進行篩分，得到干燥大黃米粉。

1.3.2 黏豆包熟面團的制作

取1.3.1節制備的大黃米粉20 g，加入12 mL水，將其揉制成黏豆包狀的小面球，即大黃米面團，放入蒸鍋加熱蒸制10～15 min，得到黏豆包熟面團。

1.3.3 大黃米粉的糊化特性測定

淀粉糊化后的性質是將淀粉混合于水中并加熱達到一定溫度后，則淀粉粒溶脹、崩潰，形成粘稠均勻的透明糊溶液。糊化后的淀粉，在黏度、強度、韌性等方面更加適口，同時由于糊化淀粉更容易被淀粉酶水解，因此糊化淀粉更有利于人體的消化吸收。大黃米粉中的主要成分就是淀粉，所以測定大黃米粉的糊化特性有利于判斷發酵的程度，粉的加工性能及成品的品質。RVA黏度測定結果反映了原料在加熱過程中的黏度變化，RVA共有五個黏度參數，綜合評定粉的黏度特性，其中五個參數是表征糊化過程中黏度的變化，而且糊化特性可以用來模擬黏豆包面團熟制過程，因此，糊化特性在一定程度上能反映黏豆包的黏度情況。

參照KONG X R等[16]的方法，利用快速黏度儀進行黏度測定。具體操作如下：稱取3.00 g 1.3.1中制備的大黃米粉（水分含量14%）置于快速黏度儀（RVA）樣品池中，加入25.00 mL蒸餾水，攪拌搖勻，懸掛至檢測臺上，進行程序升溫。在960 r/min的轉速下，50 ℃平衡10 s后，轉速下降并穩定至160 r/min，在此溫度下繼續平衡1 min，以4 ℃/s的速度升溫至95 ℃保持2.5 min，經冷卻水經過儀器內部進行降溫至50 ℃。全程共13 min，經儀器配套軟件進行分析后得到糊化特性結果，每組實驗重復3次。

1.3.4 大黃米粉生面團動態流變學參數的測定

在面食類食品加工中，面團的加工品質起決定性作用，通過對面團流變性的研究，可以將面團分類確定為黏彈性體，即一類介于固體和液體食品間的具有彈性特性又有黏性特性的黏彈性體。其彈性模量值與黏性模量值的高低決定了其面團種類，流變學參數反映了大黃米生面團的加工性能，儲能模量大于損耗模量時，面團形成以彈性為主的固態凝膠結構，這對黏豆包的加工是有利的，tanδ值反映了黏豆包生面團的黏彈性比值，比值越大，彈性越好，黏豆包的食用品質越佳。

流變學參數是反映面團黏性和彈性比例的重要衡量指標，采用流變儀對發酵不同時間大黃米生面團不同頻率下的動態流變學參數進行測定。將1.3.2中未經蒸制的大黃米生面團切割成3 cm×3 cm×3 cm的小塊靜置20 min后用保鮮膜包裹搟制成厚度為2 mm左右的片狀待測。選用PP50平板做為測試轉子，在頻掃溫度：25 ℃；夾縫距離：1 mm；應力值：1%；線性黏彈區：0.5%；角頻率范圍：0～126 rad/s條件下測定樣品的儲能模量值（G'）與損耗模量值（G"），以及通過G"與G'比值計算損耗角正切值[17]。

1.3.5 黏豆包熟面團的質構測定

參照YE F Y等[18]的方法，將1.3.2制作的黏豆包熟面團切割成3 cm×3 cm×3 cm正方體面團，冷卻10 min后采用質構儀測定黏豆包熟面團的硬度、黏性、彈性、咀嚼性和膠著性。將P50探頭在質構儀上安裝，在儀器上進行參數設定后，對樣品進行測定，測試結果取3次數據的平均值。質構儀參數設置見表1。

表1 黏豆包熟面團質構分析參數設置Table 1 Parameter setting for texture analysis of Niandoubao cooked dough

1.3.6 黏豆包的感官評定

參照張桂英等[19]方法，將1.3.2制作的200 g黏豆包生面團以每個20 g均分成10個小面團，將面團鋪平添加紅豆餡料，包裹成型，高溫蒸煮10～15 min后冷卻10 min進行感官評價。邀請20歲左右經培訓后的食品研究人員男女各5人形成評價小組，小組人員要求味覺靈敏，熟悉黏豆包感官品質并清晰所設各指標的含義，本實驗采取百分制法分別對黏豆包的黏度、彈性、硬度、外觀、風味進行打分并計算最終得分，取平均值。黏豆包感官評價標準見表2。

表2 黏豆包熟面團感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standards of Niandoubao cooked dough

1.3.7 統計分析

采用Excel 2016、SPSS 20.0軟件對數據統計分析，用Origin 8.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同自然發酵時間對大黃米粉的糊化特性的影響

大黃米粉隨不同自然發酵時間糊化參數的變化情況見表3。

表3 不同自然發酵時間大黃米粉的糊化特性Table 3 Gelatinization characteristics of glutinous millet power with different spontaneous fermentation time

由表3可知，隨著自然發酵時間在0～4 d內的延長，大黃米粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、回升值呈先下降再上升的趨勢，而崩解值呈上升的趨勢。其中，自然發酵1 d的大黃米粉各糊化黏度值顯著低于其他幾組（P＜0.05），這可能由于自然發酵初期，在微生物的作用下大量產酸和少量蛋白酶，導致大黃米粉的蛋白發生變性和部分酶解，使蛋白結構伸展，更多的被蛋白包裹淀粉顆粒釋放出來[20-21]。與此同時，淀粉在酸和部分淀粉酶作用發生水解，淀粉中支鏈淀粉部分脫支，直鏈淀粉含量增加，使淀粉結構無序化程度增加，因而導致體系黏度的下降[22-23]。隨著自然發酵時間的進一步延長，淀粉結構無序化趨于穩定，吸水膨脹能力增強，淀粉顆粒體積增大。自然發酵2 d以后，大黃米粉各黏度值均顯著上升（P＜0.05），且發酵4 d的大黃米粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值和回升值較未發酵大黃米粉的分別提高了1 515 mPa·s、589 mPa·s、772 mPa·s、926 mPa·s、183 mPa·s，峰值時間有所增加，但是變化不顯著（P＞0.05），而糊化溫度有所降低，當發酵時間為3 d時，變化趨勢顯著（P＜0.05），說明自然發酵在一定程度上能改善大黃米粉的糊化特性。

從大黃米粉的糊化結果來說，自然發酵4 d時的黏度值較高，較高的黏度值可以使黏豆包的食用品質更好，黏性增加，更符合黏豆包的食用要求。而糊化溫度降低而糊化時間延長，這說明發酵改變了淀粉糊化時水分滲透到淀粉顆粒內部的能力和水分擴散至內部的速度，水分子進入淀粉顆粒所需能量減少，所以糊化溫度降低，發酵可能使被大分子物質包裹淀粉顆粒等外露，淀粉分子更多的被釋放，且直鏈淀粉含量升高，使淀粉被糊化完全時間延長，導致達到峰值時間增加。綜上，發酵4 d時的大黃米粉加工性能更好。

2.2 不同自然發酵時間對大黃米生面團的動態流變學特性的影響

不同自然發酵時間的大黃米粉生面團隨頻率掃描儲能模量（G'）、損耗模量（G"）和損失正切值（tanδ）變化情況見圖1。

圖1 不同自然發酵時間大黃米生面團隨頻率掃描損耗模量（a）、儲能模量（b）及損失正切值（c）的變化Fig.1 Changes of loss modulus (a),energy storage modulus (b) and lost tangent value (c) of glutinous millet dough at different spontaneous fermentation time with frequency scanning

由圖1a和1b可知，隨著自然發酵時間的延長，大黃米生面團的儲能模量和損耗模量均呈先增加再減小的趨勢。發酵2 d的大黃米生面團的儲能模量和損耗模量值最高；自然發酵1 d和4 d的儲能模量和損耗模量略低于未發酵大黃米生面團；相同發酵時間和掃描頻率下，儲能模量大于損耗模量，因此，面團形成以彈性為主的固態凝膠結構。由圖1c可知，所有大黃米生面團正切損失tanδ值均＜1，說明面團形成的凝膠結構相對較弱，隨著自然發酵時間的延長，正切損失tanδ值先降低后升高，說明自然發酵有利于凝膠結構的形成，賦予大黃米生面團較好的彈性[24]。這可能由于自然發酵過程中，酸性體系和部分微生物分泌的淀粉酶，對大黃米淀粉產生降解作用，支鏈淀粉部分脫支，支鏈化程度下降，直鏈淀粉含量雖然顯著升高，但平均聚合度降低，使淀粉形成的凝膠結構易于形成且更加致密[25-26]。此外，微生物在發酵過程中的一些代謝產物如胞外多糖等也可能在一定程度上參與了凝膠結構的形成與穩定[27]。綜上，自然發酵2 d的大黃米生面團流變學特性最佳。

2.3 不同自然發酵時間對大黃米黏豆包熟面團的質構的影響

以不同自然發酵時間大黃米為原料制成黏豆包生面團，經過蒸制獲得黏豆包熟面團，不同自然發酵時間大黃米制作黏豆包熟面團的質構參數測定結果見表4。

由表4可知，自然發酵4 d時，與未發酵黏豆包熟面團相比，黏豆包熟面團的硬度、咀嚼性、膠著性均顯著減?。≒＜0.05），黏性、彈性顯著增加（P＜0.05）；自然發酵1 d時，黏豆包熟面團的咀嚼性數值高于未發酵，其他發酵天數黏豆包熟面團的硬度、膠著性和咀嚼性均低于未發酵黏豆包熟面團，黏性和彈性高于未發酵黏豆包熟面團，這與面團的流變趨勢相近。這可能是因為支鏈淀粉與凝膠結構的形成密切相關，其含量越高，所形成的凝膠結構越為穩定[28]。黃米淀粉中含有較高含量的支鏈淀粉，在蒸制成熟的過程中，會加大形成凝膠的程度，形成致密的凝膠結構[29-30]。最終導致黏豆包熟面團的水分損失減少，降低黏豆包硬度，咀嚼性等質構特性。發酵4 d的粘豆包熟面團的硬度和膠著性較未發酵大黃米粉分別降低了628.73 gf、556.53 gf，黏性和彈性顯著增加33.62 gf和0.05，表明發酵有利于促進黏豆包凝的膠網絡體系的形成。

表4 不同自然發酵時間大黃米制作黏豆包熟面團的質構特性Table 4 Texture characteristics of Niandoubao cooked dough made by glutinous millet with different spontaneous fermentation time

2.4 不同自然發酵時間對大黃米黏豆包熟面團感官品質的影響

經發酵不同時間制作的黏豆包感官評分結果見表5。由表5可知，經自然發酵4 d黏豆包的感官評分最高，為92分。其余項目評分也均較高，表明自然發酵能改善黏豆包熟面團的食用感官品質。

表5 不同自然發酵時間對黏豆包熟面團感官品質的影響Table 5 Effect of different spontaneous fermentation time on sensory quality of Niandoubao cooked dough

3 結論

自然發酵大黃米粉的糊化特性較未發酵大黃米粉有了顯著的改善，隨著自然發酵時間在0～4 d內的延長，大黃米面團的黏彈性得到顯著提升，有利于面團凝膠結構的進一步形成和穩定。與未發酵相比，大黃米經自然發酵4 d后，制得黏豆包熟面團的硬度、咀嚼性和膠著性均顯著降低（P＜0.05），黏性和彈性顯著提高（P＜0.05），使得黏豆包熟面團的食用感官品質顯著改善，樣品感官評分最高為92分。結果表明，發酵能改善大黃米粉加工性能，本研究為改良黏豆包傳統加工工藝、提升產品品質提供理論依據。