图1 不同发酵处理小米淀粉颗粒形态的影响（发酵96 h）
Fig.1 Effects of different fermentation processes on the morphology of millet starch granules (96 h)
寇 芳1，康丽君1，宁冬雪1，夏甜天1，沈 蒙1，王维浩1,2，曹龙奎1,2,*
（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.国家杂粮工程技术 研究中心，黑龙江 大庆1 63319）
摘 要：采用0.2 g/100 mL NaOH溶液提取发酵后的小米淀粉，研究自然发酵及优势菌（乳酸菌、酵母菌）发酵后对小米淀粉颗粒特性、结晶度、官能团、分子质量、糊化及老化特性的影响。结果如下：乳酸菌、酵母菌发酵后，淀粉颗粒表面有明显的侵蚀迹象，而自然发酵淀粉颗粒表面侵蚀迹象较轻；乳酸菌发酵后小米淀粉的结晶度较自然发酵增加1.49%而酵母菌发酵减少0.33%；发酵并未改变小米淀粉官能团区的峰位，但特征峰强度减弱，乳酸菌、酵母菌发酵后小米淀粉指纹区图谱消 失；未发酵小米淀粉重均分子质量为1.5×104～ 5.9×1 05g/mol，自然发酵分子质量在2.1×104～5.4×105g/mol，乳酸菌发酵分子质量为1.6×104～5.3×105g/mo l，酵母菌发酵分子质量为1.6×104～4.7×105g/mol，乳酸菌、酵母菌发酵后支链淀粉长链及直链淀粉比例减少而中间及短支链淀粉的比例相对增加；乳酸菌、酵母菌发酵96 h糊化温度较自然发酵下降0.84 ℃和1.13 ℃，热焓值上升1.00 J/g和0.78 J/g；二者的回生值较自然发酵分别下降743、471 mPa·s。自然发酵的优势菌（乳酸菌、酵母菌）使小米淀粉的分子结构、糊化及老化特性发生明显变化，并在小米自然发酵过程中起主导作用。
关键词：自然发酵；乳酸菌发酵；酵母菌发酵；淀粉；分子结构；糊化；老化
小米是世界干旱和半干旱地区的主要粮食作物，也是我国妇女产后滋补的主要能量来源，我国小米的种植面积约为140万 公顷，年产量450万 t左右，其中内蒙古及河北的产量最大[1]。小米中含有63%～70%碳水化合物、2.8%～8.0%脂肪[2]、8.5%～15.1%粗蛋白质、10～80 mg/g钙及180～270 m g/g镁等，而小米淀粉约占小米的50%～60%，其分子结构不仅影响淀粉的糊化、老化、流变及凝胶特性，同时还决定了小米的加工、食用品质。研究表明小米淀粉不易被胰腺淀粉酶分解，且植酸抑制或阻碍蛋白酶和淀粉酶活性，使二者的消化率较低[3-4]，而发酵不仅可以提高蛋白质和淀粉的消化率，还会改善产品的质构，增加风味和营养价值[5]，改善产品的适口性及成团性，所以在非洲及亚洲等国家，很多传统谷物食品都是利用小米自然发酵制做而成[6-7]。传统自然发酵中的主要菌种为乳酸菌、酵母菌。由于酵母菌具有产淀粉酶的能力，其在发酵过程中分泌淀粉酶使淀粉部分水解为还原糖。而乳酸菌在生长的过程中产生有机酸及抑菌剂限制了有害菌的生长，并赋予产品特殊风味，此外，部分乳酸菌的益生功能不仅使得产品具有较高的营养价值，还改善了肠道微生物均衡，提高机体免疫作用[8]。但小米自然发酵受环境微生物的影响大，易染杂菌，且不同菌属的环境微生物在发酵过程中的代谢产物对小米淀粉影响不同，故发酵过程及产品品质很难控制。若能分离自然发酵的优势菌，并研究优势菌对小米淀粉分子结构及性质的影响，将对分析小米自然发酵、开发小米发酵途径提供良好的理论参考。
国内外学者对发酵小米的研究为将小米与其他原料混合发酵，生产发酵饮料、发酵谷物制品，并研究发酵后蛋白质和脂肪的变化及发酵对小米活性物质的影响，并评估发酵菌种的微生物特性[9-16]。如Kouakou等[17]研究发酵小米饮料发现，小米在发酵1～2 d还原糖的含量显著增加，而蛋白含量降低，发酵酶活在第2天达到最高之后降低。Songré-Ouattara等[18]从传统的ben-saalga中筛选的植物乳杆菌A6.1及A6发酵小米花生混合粥，利用植物乳杆菌A6产生的淀粉酶来代替发芽对淀粉的水解作用，结果表明植物乳杆菌A6比A6.1的水解及酸化作用更显著，且添加植物乳杆菌A6.1的小米花生预煮浆发酵后有大量的麦芽三糖和四糖被累积，而植物乳杆菌A6却没有麦芽糖的累积。国内外关于小米自然发酵及优势菌对淀粉影响的研究鲜有报道。所以本研究以黄金苗小米为研究对象，利用自然发酵筛选的优势菌（乳酸菌、酵母菌）为菌种发酵96 h，分析自然发酵及其优势菌对小米淀粉分子结构及糊化、老化特性的影响，旨在为研究自然发酵对淀粉的改性机理及不同菌属对小米淀粉性质的影响提供理论基础及数据支持，为生产自然发酵小米开拓新途径。
1.1 材料与试剂
植物乳杆菌、戊糖片球菌和屎肠球菌、酿酒酵母为从自然发酵液中筛选并鉴定所得。
黄金苗小米，购于内蒙古赤峰。
酵母浸出粉胨葡萄糖（yeast extract peptone dextrose，YEPD）培养基、MRS液体培养基 青岛海博生物技术有限公司；葡聚糖标准品 美国Sigma公司；氢氧化钠（分析纯） 天津市大茂化学试剂厂。
1.2 仪器与设备
AR2140型分析天平、DSC1型差示扫描量热仪、S220型pH计 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；DK-S24型恒温水浴锅、DGG-9053A型电热鼓风干燥箱上海森信实验仪器有限公司；TGL16B型台式离心机上海安亭科学仪器厂；M J-1 0 A型磨粉机上海市浦恒信息科技有限公司；扫描电子显微镜 荷兰FEI公司；X射线粉末衍射仪 德国Bruker公司；Nicolet 6700傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infraredspectroscopy，FTIR）仪 美国Thermo Fisher公司；1525高效液相色谱仪（配2410示差折光检测器和Empower工作站） 美国Waters公司；高压不锈钢坩埚 上海瑾恒仪器有限公司；压样机 美国Perkin-Elmer公司；RVA4500型快速黏度分析仪、RVA专用铝盒 瑞典波通仪器公司；T6型紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 预处理
1.3.1.1 菌种制备
按照小米-无菌水为1∶1.2（g/mL）的比例加入蒸馏水，30 ℃自然发酵96 h后，从发酵液中筛选出优势菌，通过分离纯化和生理生化鉴定确定其为乳酸菌和酵母菌，并将优势菌扩大培养。具体方法为：乳酸菌纯化并鉴定后，接种至MRS液体培养基在37 ℃增殖培养24～48 h，直到乳酸菌菌悬液浓度达到5×108CFU/mL；酵母菌纯化鉴定后，接种到YEPD液体培养基上28 ℃增殖培养24～48 h，直到酵母菌菌悬液浓度达到5×108CFU/mL。
1.3.1.2 乳酸菌发酵小米
取4 份小米，每份150 g，用灭菌蒸馏水清洗一遍后置于500 mL烧杯中，按小米-无菌水的比例为1∶1.2（g/mL）加入无菌蒸馏水。吸取扩大培养后的微生物菌悬液（乳酸菌）5 mL接种到小米中，用保鲜膜密封，在最适温度37 ℃培养96 h进行发酵。
1.3.1.3 酵母菌发酵小米
取4 份小米，每份150 g，用灭菌蒸馏水清洗一遍后置于500 mL烧杯中，按小米-无菌水的比例为1∶1.2（g/mL）加入无菌蒸馏水。吸取扩大培养后的微生物菌悬液（酵母菌）5 mL接种到小米中，用保鲜膜密封，分别在最适温度28 ℃培养96 h进行发酵。
1.3.1.4 自然发酵小米
取小米150 g，按小米-无菌水的比例为1∶1.2（g/mL）加入蒸馏水，30 ℃自然发酵96 h。
1.3.1.5 发酵小米淀粉的制备
将发酵后并干磨法过80 目筛的小米粉按料液比1∶3（g/mL）置于0.2 g/100 mL的NaOH溶液中，提取3 h，3 000 r/min离心10 min，弃去上清液，除去沉淀中上层黄褐色物质，水洗，连续离心4 次，直至淀粉浆呈白色。用1 mol/L HCl调浆至pH 7.0，离心，30 ℃条件下干燥，过80 目筛，即得发酵小米淀粉。
1.3.2 发酵对小米淀粉分子结构及糊化特性的影响
1.3.2.1 发酵对小米淀粉颗粒结构的影响
用导电胶将分散均匀的小米淀粉样品固定，利用离子溅射镀膜仪喷金，用扫描电子显微镜进行观察并拍摄有代表性的照片。
1.3.2.2 发酵对小米淀粉结晶度的影响
X射线衍射仪分析条件：特征射线CuKa、功率1 600 W、管流40 mV、管压4.0×104V、扫描速率为4 °/min、2θ扫描范围3～60°、步长0.02°、狭缝宽度DS、SS、RS分别为1、1、0.1 mm[19]。
1.3.2.3 发酵对小米淀粉基团的影响
取小米淀粉0.5～2.0 mg，再加入100～200 mg经过磨细干燥的KBr粉末，混合研磨均匀后，放入FTIR光束中进行全波段的扫描，扫描范围为4 000～400 cm－1，分辨率为4 cm－1，最后得到小米淀粉的FTIR图[20]。
1.3.2.4 发酵对小米淀粉分子质量的影响
称取样品适量于容量瓶中，用流动相溶解，定容。凝胶渗透色谱（gel permeation chromatography，GPC）条件：色谱柱：Ultrahydrogel™ Linear（300 mm×7.8 mm），两柱串联，流动相：0.1 mol/L硝酸钠，流速：0.8 mL/min，柱温：30 ℃，进样量：20 μL。
1.3.2.5 发酵对小米淀粉糊化特性的测定
准确称样品3.0 mg于坩埚中，加入7 μL蒸馏水，用压片器反复压3～4 次至坩埚边缘密封完好。室温均衡12 h，在N2流量为150 mL/min、压力0.1 MPa、升温速率5 ℃/min的条件下测定不同样品的糊化特性曲线。
1.3.2.6 发酵对小米淀粉老化特性的测定
称样品3.500 g（干质量）于样品盒中，加水25 mL，35 ℃保温3 min，以6 ℃/min的速率加热到95℃，保温5 min，以6 ℃/min的速率降温到50 ℃。用仪器配套的软件分析得到曲线。
1.4 数据统计分析
采用Excel、SPSS软件对数据统计分析，用Origin软件进行绘图处理。
2.1 发酵对小米淀粉颗粒结构的影响
图1 不同发酵处理小米淀粉颗粒形态的影响（发酵96 h）
Fig.1 Effects of different fermentation processes on the morphology of millet starch granules (96 h)
小米淀粉颗粒大部分呈多角形，少数为球形[21-22]。由图1可知，未发酵的小米淀粉颗粒表面较为光滑，无孔洞。自然发酵小米淀粉表面侵蚀迹象较轻，而乳酸菌、酵母菌发酵后小米淀粉表面有明显的孔洞，说明发酵可使淀粉表面被侵蚀。这是由于发酵过程中微生物产酸产酶，使淀粉颗粒无定形区遭到破坏[23-24]，淀粉的颗粒特性发生改变，不再保持完整的颗粒表面。
2.2 发酵对小米淀粉结晶度的影响
图2 小米淀粉的X衍射图谱
Fig.2 X-diffraction patterns of millet starch
由图2可知，X衍射图谱中，结晶区的图谱具有明显的衍射尖峰，该区域是晶粒线度大、晶形完整有序，而无定形区（即非晶区）是一些短程有序、长程无序的区域，其图谱有明 显的弥散衍射特征[25]。
表1 小米淀粉X衍射2 角和峰宽
Table1 X-diffraction angle and peak width of millet starch
由表1可知，发酵后小米淀粉的晶型依然为A型。说明发酵未使小米淀粉的晶型发生改变。同未发酵小米淀粉相比，3 种发酵处理所得小米淀粉的结晶度分别增加1.23%、3.05%和1.56%，而乳酸菌发酵小米淀粉的结晶度较自然发酵上升1.49%，酵母菌较自然发酵下降0.33%。结晶度的增加是由于淀粉颗粒结晶区的长支链淀粉被酸水解，生成大量中间级及短支链淀粉，且结构较松的无定形区易遭到一定程度的损坏[26]，故相对结晶度有所增加。此外，酵母菌在发酵过程中，所产的酶（主要为淀粉酶）将结晶区的淀粉颗粒水解成小分子物质被微生物利用，故发酵后结晶度较自然发酵降低。发酵产酸产酶使淀粉颗粒的结晶度发生改变。
2.3 发酵对小米淀粉基团的影响
中红外光谱分为官能团区和指纹区，其频率范围为4 000～1 300 cm－1及1 300～400 cm－1[27]。利用FTIR研究发酵前后小米淀粉分子链上基团结构及化学键的变化，分析发酵对小米淀粉分子结构的影响，结果如图3所示。小米淀粉在2 931、2 062 cm－1处有特征吸收峰，其对应着C—H的伸缩振动峰，1 648 cm－1处为C=O振动吸收峰，且发酵后，小米淀粉官能团区的特征吸收峰位未发生变化，但峰强减弱。指纹区在1242、929、861、765 cm－1处出现吸收峰，分别对应C—O、C—C伸缩振动峰和C—H面外弯曲振动吸收峰。酵母菌、乳酸菌发酵小米淀粉样品在578 cm－1和530 cm－1处的吸收峰减弱，在611.97 cm－1处吸收峰消失。其原因为乳酸菌发酵、酵母菌发酵过程产酸、淀粉酶，使小米淀粉颗粒遭到一定程度的损坏，且小米淀粉颗粒有孔道，酸、酶作用于小米淀粉颗粒的孔道进入淀粉内部，使淀粉部分水解，化学键发生改变，指纹区的图谱部分消失。淀粉红外光谱指纹区可以用来分析淀粉分子短程有序的结构，指纹区图谱部分消失，说明发酵使淀粉短程有序的结构遭到一定程度破坏。
图3 小米淀粉的FTIR图谱
Fig.3 FTIR spectra of millet starch
2.4 发酵对小米淀粉分子质量的影响
淀粉是由分子质量不同的高分子化合物组成的同系混合物，其凝胶特性、老化特性、糊化特性等不仅与平均分子质量有密切的关联，还受分子质量分布的影响[28]。淀粉的分子质量分布是表征聚合物分子链长短的重要参数，常用多分散指数（Mw/Mn）表示。Mw/Mn越接近于1，说明样品的组分越单一，越大则说明样品的组分越复杂，分子分布越宽[29]。对于多分散、宽分布的聚合物其Mw/Mn为1.5～30，表2为不同处理小米淀粉分子质量及其分布。未发酵小米淀粉的Mw为1.5×104～5.9×105g/mol，由图4及表2可看出，乳酸菌发酵后Mw在1.6×104～5.3×105g/mol，酵母菌为1.6×104～4.7×105g/mol，自然发酵为2.1×104～5.4×105g/mol。发酵后小米淀粉分子质量分为2 个区，分别为Ⅰ区（主要为支链淀粉）和Ⅱ区（主要为直链淀粉及少部分支链淀粉），Ⅰ区Mw未发酵小米淀粉＞自然发酵＞乳酸菌发酵＞酵母菌发酵，Mn乳酸菌发酵＞酵母菌发酵＞自然发酵＞未发酵小米淀粉，而Mw/Mn为未发酵小米淀粉＞自然发酵＞酵母菌发酵＞乳酸菌发酵。发酵后Mw及Mw/Mn较未发酵小米淀粉降低，Mn增加表明发酵后支链淀粉部分水解，发生断链或脱支；Ⅱ区Mw未发酵小米淀粉＞自然发酵＞乳酸菌发酵＞酵母菌发酵，Mn自然发酵＞乳酸菌发酵≈酵母菌发酵＞未发酵小米淀粉，而Mw/Mn为未发酵小米淀粉＞自然发酵＞乳酸菌发酵＞酵母菌发酵。Ⅱ区Mw及Mw/Mn较未发酵小米淀粉降低，Mn增加，说明发酵使直链淀粉部分水解。
图4 小米淀粉的GPC谱图
Fig.4 GPC chromatogram of millet starch
表2 发酵小米淀粉分子质量
Table2 Molecular mass of fermented millet starch
乳酸菌，酵母菌发酵后淀粉Ⅰ区、Ⅱ区的Mw相对自然发酵减少，Mw/Mn变窄，表明发酵后长支链淀粉及部分直链淀粉的比例降低，中间及短支链淀粉的比例增加，起到纯化淀粉的作用，且直链淀粉的降低表明其短期抗老化性能的提高。乳酸菌发酵产生大量乳酸，使支链淀粉发生水解，中间及短支链淀粉的比例增加，鲁战会等[30]认为乳酸可使淀粉颗粒发生支链淀粉长链断链，中间淀粉分子比例增加，与本研究结果一致。而酵母菌发酵产生大量淀粉酶，使支链、直链淀粉分子水解为小分子物质，故乳酸菌发酵后故Ⅰ区、Ⅱ区淀粉Mw相对酵母菌大。乳酸菌，酵母菌发酵后长支链淀粉及直链淀粉减少，中间及短支链淀粉比例增加。
2.5 发酵对小米淀粉糊化特性的影响
图5 不同发酵处理对小米淀粉糊化特性的影响
Fig.5 Effect of different fermentation treatments on pasting properties of millet starch
表3 不同发酵处理小米淀粉糊化特征参数
Table3 Thermal characteristic parameters of millet starch during different fermentation processes
不同发酵处理对小米淀粉糊化特性曲线的影响如图5及表3所示，自然发酵小米淀粉的糊化温度（T0）、峰值温度（Tp）、热焓值（ΔH）随着发酵时间的延长先减小后增加；乳酸菌发酵的T0在48 h前随发酵时间的延长而增加，72 h降低，之后又增加，Tp随发酵时间的延长而增加。酵母菌发酵T0先增加后降低，Tp先降低后稍有升高，ΔH在发酵48 h最低，之后增加。
发酵96 h（发酵终止）时，乳酸菌、酵母菌的T0较自然发酵相比下降0.84 ℃和1.13 ℃。T0的降低是由于发酵过程中微生物代谢所产生的酸、酶作用于淀粉颗粒的无定形区[30-31]，使淀粉无定形区的结构遭到了破坏，淀粉颗粒结合水的能力增强，使淀粉更易糊化。另外，发酵也降低了小米淀粉蛋白和脂肪的含量（乳酸菌、酵母菌发酵后蛋白质和脂肪的百分含量比自然发酵分别下降0.04%和0.012%），使其与淀粉的络合能力减弱[32]，故淀粉的T0降低。ΔH分别上升1.00、0.78 J/g，根据发酵后淀粉的分子质量变化可知，相同发酵时间，乳酸菌发酵的ΔH较大是由于其发酵产生大量的有机酸使较长支链淀粉水解为大量的中间级及较短链的支链淀粉，使结晶区的比例相对增大的缘故。而酵母菌发酵产生的淀粉酶使结晶区的部分支链淀粉水解为小分子物质，Mw、Mn降低，故其发酵后ΔH较自然发酵降低。
2.6 发酵对小米淀粉老化特性的影响
表4 不同发酵方式的RVA谱特征值
Table4 RVA characteristic values of millet starch during different fermentation processes
注：回生值不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
3 种发酵所得小米淀粉的老化特性如图6和表4所示。发酵时间对乳酸菌、自然发酵的回生值影响显著。乳酸菌发酵小米淀粉糊化的峰值黏度较自然发酵增加185 mPa·s，酵母菌降低97 mPa·s。其原因为乳酸菌发酵使长支链淀粉的比例相对减少，而中间及短链的支链淀粉相对增加，且发酵使蛋白质、脂肪明显减少，淀粉颗粒在糊化的过程中更易吸水膨胀至更大的体积，故峰值黏度增加。而酵母菌发酵产生的淀粉酶，使支链淀粉及直链淀粉水解，峰值黏度降低。最终黏度是冷糊在低剪切作用下稳定性的评估，较自然发酵相比，乳酸菌发酵、酵母菌发酵的最终黏度变大，故二者发酵所得淀粉的耐剪切稳定性良好。乳酸菌、酵母菌发酵的衰减值较自然发酵分别下降978、600 mPa·s。乳酸菌、酵母菌发酵后小米支链淀粉的长链发生较强的断链与脱支，而中间级及短链的比例相对增加，这可能是淀粉衰减值降低的重要原因，衰减值的降低，说明发酵后的小米淀粉在加热过程中维持颗粒结构完整性的能力增强。回生值反映了糊化后淀粉的稳定性和老化趋势，乳酸菌、酵母菌发酵的回生值与自然发酵的相比分别下降743、471 mPa·s。乳酸菌、酵母菌发酵改变了小米淀粉的化学成分及分子结构而影响其回生特性，使淀粉的短期老化能力下降。
图6 老化特性的测定
Fig.6 Determination of retrogradation characteristics
同自然发酵相比，优势菌（乳酸菌、酵母菌）发酵后，小米淀粉的分子结构发生明显变化。乳酸菌、酵母菌发酵后小米淀粉指纹区的化学键发生变化，图谱部分消失，导致Mw发生改变，此外小米淀粉分子结构的变化使其回生值、T0降低，ΔH升高，适用于焙烤类等混合粉的添加。此研究阐明了自然发酵中乳酸菌、酵母菌对小米淀粉的改性作用，为分析小米自然发酵的改性机理提供了数据支持，之后将研究自然发酵及优势菌对小米淀粉性质及加工品质的影响。
参考文献：
[1] 张超, 张晖, 李翼新. 小米的营养以及应用研究进展[J]. 中国粮油学报, 2007, 22(1)： 51-55. DOI：10.3321/j.issn：1003-0174.2007.01.014.
[2] 薛月圆, 李鹏, 林勤保. 小米的化学成分及物理性质的研究进展[J].中国粮油学报, 2008, 23(3)： 199-203.
[3] SERRAINO M R, THOMPSON L U, SOVOIE L, et al. Effect of phytic acid on the in vitro rate of digestibility of rapeseed protein and amino acids[J]. Journal of Food Science, 1985, 50(6)： 1689-1692. DOI：10.1111/j.1365-2621.1985.tb10566.x.
[4] YOON J H, THOMPSON L U, JENKINS D J. The effect of phytic acid on in vitro rate of starch digestibility and blood glucose response[J]. The American Journal of Clinical Nutrition, 1983, 38(6)： 835-842.
[5] 袁美兰, 鲁战会, 程永强, 等. 自然发酵对米粉RVA黏度性质及米粉拉伸性质的影响[J]. 中国粮油学报, 2008, 23(1)： 6-9.
[6] ILANGO S, ANTONY U. Assessment of the microbiological quality of koozh, a fermented millet beverage[J]. African Journal of Microbiology Research, 2014, 8(15)： 308-312. DOI：10.5897/ AJMR2013.6482.
[7] LEI V, FRIIS H, MICHAELSEN K F, et al. Spontaneously fermented millet product as a natural probiotic treatment for diarrhoea in young children： an intervention study in Northern Ghana[J]. International Journal of Food Microbiology, 2006, 110(3)： 246-253. DOI：10.1016/ j.ijfoodmicro.2006.04.022.
[8] SONGRÉ-OUATTARA L T, MOUQUET-RIVIER C, ICARDVERNIÈRE C, et al. Potential of amylolytic lactic acid bacteria to replace the use of malt for partial starch hydrolysis to produce African fermented pearl millet gruel fortif i ed with groundnut[J]. International Journal of Food Microbiology, 2009, 130(3)： 258-264. DOI：10.1016/ j.ijfoodmicro.2009.02.002.
[9] OJOKOH A O, FAYEMI O E, OCLOO F C K, et al. Effect of fermentation on proximate composition, physicochemical and microbial characteristics of pearl millet (Pennisetum glaucum (L.) R. Br.) and Acha (Digitaria exilis (Kippist) Stapf) flour blends[J]. Journal of Agricultural Biotechnology and Sustainable Development, 2015, 7(1)：1-8. DOI：10.5897/JABSD2014.0236.
[10] OH Y J, JUNG D S. Evaluation of probiotic properties of Lactobacillus and Pediococcus strains isolated from Omegisool, a traditionally fermented millet alcoholic beverage in Korea[J]. LWT-Food Science and Technology, 2015, 63： 437-444. DOI：10.1016/j.lwt.2015.03.005.
[11] OLUWAJOBA S O, AKINYSOYE F A, OYETAYO O V. Comparative sensory and evluation of spontaneously fermenting kunu-zaki made from germinated and ungerminated composite cereal grains[J]. Food Science and Nutrition, 2013, 1(4)： 337-349. DOI：10.1002/fsn3.45.
[12] ZAKARI U M, HASSAN A, ABBO E S. Physico-chemical and sensory properties of “Agigi” from pearl millet (Pennisetum glaucum) and bambara groundunt (Vigna subterranean) fl our blends[J]. African Journal of Food Science, 2010, 4(10)： 662-667.
[13] 张秀媛, 何扩, 石后, 等. 响应面法优化小米红曲制备工艺及其抗肿瘤活性研究[J]. 中国粮油学报, 2015, 30(3)： 19-22; 34.
[14] ISSOUFOU A. 发酵小米多肽的抗氧化与抗菌活性的研究[D].无锡： 江南大学, 2014： 8-13.
[15] FAROOQ U. 小米膳食纤维作为主要碳源对益生菌生长和发酵过程中短链脂肪酸产量的影响研究[D]. 无锡： 江南大学, 2013： 11-15.
[16] 李喜仙, 刘玺. 小米液态发酵生产红曲色素技术研究[J]. 食品科学, 2003, 24(1)： 83-86. DOI：10.3321/j.issn：1002-6630.2003.01.020.
[17] KOUAKOU B, ALEXIS K K S, ADJÉHI D, et al. Biochemical changes occurring during germination and fermentation of millet and effect of technological processes on starch hydrolysis by the crude enzymatic extract of millet[J]. Journal of Applied Sciences Research, 2008, 4(11)：1502-1510.
[18] SONGRÉ-OUATTARA L T, MOUQUET-RIVIER C, ICARDVERNIÈRE C, et al. Enzyme activities of lactic acid bacteria from a pearl millet fermented gruel (ben-saalga) of functional interest in nutrition[J]. International Journal of Food Microbiology, 2008, 128(2)：395-400. DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2008.09.004.
[19] 黄峻榕. X射线衍射在测定淀粉颗粒结构中的应用[J]. 陕西科技大学学报, 2003, 21(4)： 90-93. DOI：10.3969/j.issn.1000-5811.2003.04.024.
[20] 陶华堂. 发酵大米理化特性变化与米粉品质形成机理[D]. 郑州： 河南工业大学, 2013： 33-35.
[20] 李玥, 钟芳, 麻建国, 等. 大米淀粉糊化过程的光谱分析[J]. 高分子学报, 2008(7)： 720-725. DOI：10.3321/j.issn：1000-3304.2008.07.016.
[22] 杨斌, 张喜文, 张国权, 等. 山西不同品种谷子淀粉的理化特性研究[J].现代食品科技, 2013, 29(12)： 2901-2908.
[23] PHOTHISETA S, CHAROENREIN S. Morphology and physicochemical changes in rice fl our during rice paper production[J]. Food Research International, 2007, 40(2)： 266-272. DOI：10.1016/ j.foodres.2006.06.002.
[24] MASCHERONI E, CHALIER P, GONTARD N, et a1. Designing of a wheat gluten/monorillonite based system as carvacrol carrier：rheological and structural properties[J]. Food Hydrocolloids, 2010, 24(4)： 406-413. DOI：10.1016/j.foodhyd.2009.11.007.
[25] 梁勇, 张本山, 杨连生, 等. 非晶颗粒态木薯淀粉化学反应活性研究[J]. 郑州粮食学院学报, 2004, 25(1)： 9-13. DOI：10.3969/ j.issn.1673-2383.2004.01.003.
[26] LU Z H, LI L T, MIN W H, et al. The effects of natural fermentation on the physical properties of rice flour and the rheological characteristics of rice noodles[J]. International Journal of Food Science and Technology, 2005, 40(9)： 985-992. DOI：10.1111/j.1365-2621.2005.01032.x.
[27] 蒲华寅. 等离子体作用对淀粉结构及性质影响的研究[D]. 广州： 华南理工大学, 2013： 87-94.
[28] 许永亮, 程科, 赵思明, 等. 大米淀粉的分子量分布及其与粘性的相关性研究[J]. 中国农业科学, 2007(3)： 566-572. DOI：10.3321/ j.issn：0578-1752.2007.03.019.
[29] 张攀峰, 陈玲, 李晓玺, 等. 不同直链/支链比的玉米淀粉分子质量及其构象[J]. 食品科学, 2010, 31(19)： 157-160.
[30] 鲁战会. 生物发酵米粉的淀粉改性及凝胶机理研究[D]. 北京： 中国农业大学, 2002： 27-30.
[31] HAGENIMANA A, PU P P, DING X L. Study on thermal and rheological properties of native rice starches and their corresponding mixtures[J]. Food Research International, 2005, 38(3)： 257-266. DOI：10.1016/j.foodres.2004.05.009.
[32] 闵伟红, 李里特, 王朝辉. 乳酸菌发酵对大米淀粉物理化学性质的影响[J]. 食品科学, 2004, 25(10)： 73-76. DOI：10.3321/ j.issn：1002-6630.2004.10.013.
Effects of Fermentation on Mo lecular Structure and Pasting Properties of Millet Starch
KOU Fang1, KANG Lijun1, NIN G Dongxue1, XIA Tiantian1, SHEN Meng1, WAN G Weihao1,2, CAO Longkui1,2,*
(1. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2. National Cereals Engineering Technology Research Center, Daqing 163319, China)
Abstract：This study was conducted to examine the effects of natural fermentation and pure culture fermentation (with the predominant strains of lactic acid bacteria and yeast isolated from naturally fermented millet) of millet on molecular structure and pasting properties of millet starch, aiming to provide a theoretical foundation for the analysis of the effect and mechanism of pure culture fermentation on the modi fi cation of millet starch. Starches were extracted from millet fermented by different starter cultures, and they were examined for differences in granular characteristics, crystallinity, functional groups, molecular mass, and pasting and r etrogradation properties. Results were obtained as f ollows： 1) The starch granules showed marked surface erosion after fermentation with each isolate, but were only slightly affected by natural fermentation. 2) Lactic acid bacterial fermentation yielded a 1.49% increase and a 0.33% decrease in starch crystallinity as compared to natural fermentation and yeast fermentation, respectively. 3) Fermentation did not change the peak positions in the function group region of millet starch, but decreased the characteristic peak intensity; the fi ngerprint region disappeared after pure culture fermentation. 4). The weight average molecular mass of unfermented millet starch was between 1.5 × 104
5.9 × 105g/mol, that of the naturally fermented one between 2.1 × 104
5.4 × 105g/mol, and that of the lactic acid bacteria fermented one between 1.6 × 1045.3 × 105g/mol, and that of the yeast fermented one between 1.6 × 104
4.7 × 105g/mol. 5) After fermentation, the proportions of long-chain amylopectin and amylose decreased, whereas the proportion of shortand middle-chain amylopectin increased. Moreover, after fermentation by the lactic acid bacteria and yeast for 96 h, the gelatinization temperature decreased 0.84 and 1.13 ℃, the enthalpy increased by 1.00 and 0.78 J/g, the setback decreased by 743 and 471 mPa·s as compared with natural fermentation, respectively. It was concluded that the dominant bacteria lacticacid bact eria and yeast in natural fermentation played a major role in changing the molecular structure, and pasti ng and retrogradation characteristics of millet starch.
Key words：natural fermentation; lactic acid bacteria fermentation; yeast fermentation; starch; molecular structure; gelatinization; retrogradation
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201712006
中图分类号：TS231
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2017）12-0036-07
引文格式：寇芳, 康丽君, 宁冬雪, 等. 生物发酵处理对小米淀粉分子结构及糊化特性的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(12)： 36-42.
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201 712006. http：//www.spkx.net.cn
KOU Fang, KANG Lijun, NING Dongxue, et al. Effects of fermentati on on molecular structur e and pasting properties of millet starch[J]. Food Science, 2017, 38(12)： 36-42. (in Chinese with English abstract) DOI：10.7506/spkx1002-6630-201712006. http：// www.spkx.ne t.cn
收稿日期：2016-06-19
基金项目：黑龙江八一农垦大学研究生创新科研项目（YJSCX2017-Y54）；黑龙江省重大科技攻关项目（GA15B301）
作者简介：寇芳（1993—），女，硕士研究生，研究方向为杂粮发酵。E-mail：18249556388@163.com
*通信作者：曹龙奎（1965—），男，教授，博士，研究方向为农产品加工。E-mail：caolongkui2013@163.com