发酵技术在淀粉改性上的应用

廖卢艳，吴卫国*

（1.湖南农业大学东方科技学院，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学 食品科学技术学院，湖南 长沙 410128）

随着人们对健康、环保和食品安全的日益重视，开发绿色食品加工工艺已成为目前国内外的研究热点。发酵技术作为一种淀粉的生物改性技术，在生产食品工业上的改性淀粉具有很大的优越性。因为通过发酵处理改性的淀粉，不含化学试剂的残留，产品的理化性质得到明显的改善，产品的附加值也将大大提高，因此淀粉的发酵处理改性将会是淀粉非化学改性研究的一个重要领域。相关的技术研究还处于起步阶段，但正在逐步引起相关研究人员的注意。综述了发酵技术对淀粉的理化特性（颗粒形态、糊化特性、老化特性和分子结构）的影响、淀粉发酵改性的机理以及发酵改性淀粉应用等方面的研究进展，目的是为发酵改性淀粉的进一步研究和应用提供参考依据。

1 发酵技术对淀粉的理化特性的影响

1.1 颗粒特性

发酵后淀粉的颗粒发生很大的变化，淀粉颗粒不再完整，颗粒会变小，且颗粒的大小趋于一致。淀粉颗粒大小均匀时，有利于淀粉糊化的均匀性，形成的凝胶更加均匀致密[1]。王锋等[2]在研究自然发酵对大米淀粉颗粒的影响时发现经过自然发酵后大米淀粉颗粒的大小更加均匀。

1.2 糊化特性

淀粉的糊化特性对淀粉制品的品质起着重要的作用。发酵对淀粉的糊化特性有显著影响，发酵后淀粉的糊化温度、峰值黏度、最低黏度、最终黏度、崩溃值和回生值等指标的变化情况均因发酵原料和发酵条件的不同而各异。李里特等[3]对大米淀粉发酵后的糊化特性研究发现淀粉糊化特性的各指标参数均有所降低；而袁美兰等[4-5]对发酵米粉的研究表明，随着发酵时间的延长，大米淀粉的峰值黏度、最低黏度及最终黏度均上升。但是，在研究自然发酵对玉米淀粉糊化特性的影响中发现自然发酵使得玉米淀粉的峰值时间、糊化温度以及峰值黏度、热糊黏度、冷糊黏度、衰减值和回生值都明显下降。另外，熊柳等[6]利用自然发酵法对豌豆淀粉的理化性质影响研究发现，糊化温度升高，峰值黏度、谷值黏度、末值黏度都呈下降趋势，回生值和衰减值也降低；万晶晶等[7]采用乳酸菌对荞麦发酵研究发现，发酵后燕麦淀粉糊化过程中峰值黏度随着发酵时间的延长而降低。因此，应该拓宽发酵原料的选择，同时对发酵条件进行优化和调控，从而进一步揭示发酵对淀粉糊化特性的影响规律。

1.3 老化特性

淀粉老化是一个过程，在此过程中，加热的淀粉糊冷却到低于淀粉晶体的熔化温度，直链淀粉和支链淀粉再聚集而且与润胀的淀粉颗粒结合成一个有序的结构，从而引起主要含淀粉的体系黏度上升，凝胶固化和质构老化。淀粉的老化对淀粉的品质产生很大的影响[8-9]，在淀粉老化体系过程中直链淀粉和支链淀粉扮演了重要的角色。ITURRIAGA L B等[10]利用差示扫描量热法（differential scanning calorimetry，DSC）研究不同直链淀粉含量的大米糊化后随时间变化淀粉的老化情况发现直链淀粉含量高可以加快老化的速率。而VANDEPUTTE G E等[11]的研究认为直链淀粉分子排列在支链淀粉分子链之间阻碍了支链淀粉分子的有序排列从而延缓淀粉的老化。MTALANIS A M等[12]研究支链淀粉分子结构对淀粉老化的影响发现长B链结构在支链淀粉中的比例高低会对淀粉老化产生显著影响。王锋[13]研究发现，发酵米粉的老化速度变快是由于发酵使大米淀粉的中间分子及直链淀粉分子比例增加使直链淀粉易于聚合。鲁战会等[14]利用动态流变仪研究发酵对大米粉凝胶黏弹性的影响，发现发酵后的大米粉能快速形成凝胶，且老化速度慢。丁文平等[15]利用DSC研究了米饭长期回生特性，发现发酵后直链淀粉含量增加，有助于支链淀粉的成核结晶，发酵后样品的回生速率也变大。

1.4 淀粉的分子结构

发酵对淀粉分子结构的影响主要表现在发酵使淀粉的级分、比例、分子量分布和支链淀粉的精细结构发生变化。袁美兰等[16]发酵处理玉米淀粉使直链淀粉和支链淀粉的分子变小，聚合度下降，平均链长和平均外链长都增加。FRENCH D等[17-18]指出支链淀粉外链长增加，能够形成更稳定的双螺旋晶体构造[19]。同时，直链淀粉聚合度的降低有利于分子的运动性增强和直链淀粉的交联缠绕，有利于形成更强的凝胶[20]。鲁战会等[21]在研究发酵米粉的过程中发现自然发酵后淀粉大分子降解，中等及小分子质量淀粉比例增加，分子质量大小趋于均匀，从而使淀粉分子易于接近聚合而增强了淀粉凝胶性能。

总的来说，发酵对淀粉理化特性的影响主要还是与发酵条件（如菌种）、淀粉的种类有关，因此，这方面还有待进一步全面深入的研究。

2 淀粉发酵改性的机理

对发酵改性淀粉的机理研究少，一方面是发酵对淀粉改性的研究还只是停留在发酵后淀粉特性变化规律的研究上；另一方面由于发酵条件和淀粉种类不同，发酵产生的一些影响没有规律可寻，无法判断其起主要作用的因子。为此，对发酵改性淀粉的机理研究也只能是根据研究分析的结果提出可能的机理，目前主要是对发酵米粉的机理进行了研究[14，22]。自然发酵米粉之所以比未发酵米粉的拉伸性好，咀嚼时又有弹性，认为发酵米粉是微生物产酸、酶作用于大米淀粉颗粒对淀粉改性的结果。乳酸菌所产乳酸对大米淀粉凝胶性质的改变起着主要作用。一方面酸在淀粉无定形区的断链作用强烈，使其产生新的直链分子链，导致单个支链淀粉分子的分支化程度和结晶程度降低，米粉凝胶持水力增强，发酵同时也增加了直链分子相互聚合的几率，使得凝胶老化趋势增强。另一方面，乳酸还能促进冷却时糊化淀粉分子的老化，使直链淀粉分子快速的凝沉。微生物所产酶对淀粉的改性作用主要表现在降解了支链淀粉，增加了直链淀粉的含量和平均聚合度，而直链淀粉的含量和平均聚合度的增加有利于淀粉凝胶弹性的增强，米粉的品质也得以提升。

3 发酵改性淀粉技术的应用

以谷物淀粉为原料，采用自然发酵的方法来生产传统食品在我国有很长的历史，但对于发酵机理不清楚，一般都是通过经验来判断发酵的时间和效果。也正是基于传统，越来越多的人想通过发酵技术来对原料中的淀粉改性以得到某种特定食品。刘振扬等[23]利用乳酸菌和酵母菌混合发酵的方式改变玉米粒中淀粉的性质来生产玉米面。沈辉等[24-25]研究了自然发酵对木薯淀粉的改性，发现利用改性后的木薯淀粉制作的面包，具有好的筋力和韧性。张子飙[26]通过生物发酵制得的玉米面粉可以制作面条和饺子，使玉米淀粉具备小麦面粉的功效。CHRISTIAN M等[27]也研究了自然发酵对木薯淀粉的改性，发现改性后的木薯淀粉膨润能力增强，能形成质地良好的凝胶。张玉荣等[28]利用植物乳杆菌发酵大米得到发酵大米淀粉制作的粉条，不易断裂且有较好的延展性。韩立宏等[29]研究了自然发酵对荞麦面条质地的改善效果发现经发酵后的荞麦粉面条制品的凝胶结构更加致密，凝胶强度增强；袁美兰等[5]研究自然发酵后的玉米淀粉制作粉条的可行性发现发酵后的玉米淀粉的凝胶强度显著增加，同时使玉米粉条的拉伸性能得到显著改善。闵伟红等[30]对乳酸菌发酵米粉工艺进行了研究发现乳酸菌发酵米粉比未发酵米粉筋道、柔韧、滑爽。由此可见，发酵使淀粉的理化特性发生了显著的改变，进而可以使其制备的淀粉制品在质构、口感和风味等方面得到明显的改善，对淀粉的应用有了进一步的推动作用。因此，对发酵过程中的主要微生物对淀粉的发酵改性作用进行研究，对开发优质的发酵产品具有非常重要的意义。

4 展望

发酵处理得到的改性淀粉具有制备工艺简单、安全无污染的特点，但是由于淀粉来源及发酵调控等诸多因素的影响，目前还只是停留在试验研究阶段。如何根据淀粉的来源及特点寻求合适的发酵菌种及发酵条件进行进一步的研究揭示发酵改性的机理是未来研究的重点。纵观近几年国内外应用发酵技术对淀粉改性的研究，主要集中在以大米等谷物类淀粉为原料来研究发酵改性对淀粉性质及淀粉制品品质的影响等方面。这些研究加深了对发酵改性机理和影响因素作用原理的了解，但在如何将这些影响因子应用于产品实际生产，和一些影响因素比如直链淀粉、支链淀粉分子结构的作用机理方面仍需要进一步的试验与研究。

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