乳酸菌发酵在荞麦粉品质改良中的应用

王佩佩， 刘庆艾， 杨俊慧， 孟庆军， 杨艳， 马耀宏

(山东省生物传感器重点实验室，山东省科学院生物研究所，山东 济南 250014)



【生物传感器】

乳酸菌发酵在荞麦粉品质改良中的应用

王佩佩， 刘庆艾， 杨俊慧， 孟庆军， 杨艳， 马耀宏*

(山东省生物传感器重点实验室，山东省科学院生物研究所，山东 济南 250014)

摘要：采用乳酸菌发酵法对荞麦粉进行改性研究。结果表明，经乳酸菌发酵后，荞麦粉的谷蛋白溶胀指数最高增加了83.8%，保水力和溶解度分别增加了1.7倍和1.4倍；发酵后荞麦粉中可溶性葡萄糖和还原糖质量分数分别增加了46.0 %、35.9 %，淀粉和总糖质量分数有一定程度降低。乳酸菌发酵改善了荞麦粉的延展性、透明度和吸水力等加工性能，使其咀嚼性、弹性等食用品质明显提升。

关键词：荞麦粉；乳酸菌；发酵；品质改良

荞麦又名乌麦、花麦和三角麦，起源于中国，在世界各地都有种植，是我国重要的小杂粮之一，其营养价值居粮食作物之首，素有“五谷之王”的美称[1]。荞麦具有降低血压、血脂和胆固醇等作用，对于糖尿病、心脑血管疾病有较好的预防和治疗效果[2]。荞麦粉虽然具有诸多优点，但由于面筋蛋白缺乏、淀粉热糊稳定性差以及纤维素含量较高等原因，限制了荞麦面条等凝胶类食品的工业化[3]，食用也受到很大限制。

乳酸菌在食品行业的应用极为广泛，常用来改善产品的口感和质构，增强其风味和营养价值[4-5]。乳酸菌在发酵谷物食品过程中，大分子的碳水化合物和蛋白质等物质被分解成小分子化合物，这样经发酵的谷物制品营养价值和消化率都得到了很大提高，同时改善了产品的风味，延长了保质期[6]。李蒙蒙等[7]研究不同酵母(果酒酵母、葡萄酒酵母、异常汉逊酵母)发酵对荞麦营养成分及抗氧化性的影响，结果表明，发酵荞麦相对未发酵荞麦具有更好的营养保健功能。随着人们生活水平的提高，荞麦及其制品日益受到消费者的青睐[8]。本文采用乳酸菌对荞麦粉进行发酵，探索荞麦粉改性的新途径，为荞麦制品的应用开发提供理论基础。

1材料与方法

1.1材料与仪器

荞麦粉：济南金诺安康生物科技有限公司生产；乳酸菌：昆山佰生优生物科技有限公司生产的益生菌型家用酸奶发酵剂，内含保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)、嗜热链球菌 (Streptococcusthermophilus)、嗜酸乳杆菌 (Lactobacillusacidophilus)、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)、干酪乳杆菌干酪亚种(Lactobacilluscaseisubsp.casei)；其他化学试剂均为分析纯。

YP201N电子天平(上海菁海仪器有限公司)，YXQ-LX-50SⅡ立式压力蒸汽灭菌器(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)，303A-2电热恒温培养箱(南通宏大实验仪器有限公司)，SW-CJ-2D 型双人单面净化工作台(苏州净化设备有限公司)，DHG系列电热恒温鼓风干燥箱(上海新苗医疗器械制造有限公司)，西厨多功能粉碎机(铂欧五金厂)，XW-80A旋涡混合器(上海精科实业有限公司)，HH-S恒温水浴锅(江苏国胜实验仪器厂)，离心机(Eppendorf-5804台式冷冻离心机)，SBA-40型生物传感仪(山东省科学院生物研究所)，SGD-IV型全自动还原糖测定仪(山东省科学院生物研究所)。

1.2实验方法

1.2.1乳酸菌发酵荞麦粉的制备

准确称取100.0 g荞麦粉于500.0 mL三角瓶中，加入 200.0 mL的蒸馏水，搅拌均匀后封口，121 ℃灭菌20 min，放在超净工作台上冷却至室温。加入160 mg乳酸菌粉(接种量1.6 mg/g)，在37 ℃的恒温培养箱中培养72 h后，放在40 ℃恒温鼓风干燥箱中烘干，然后粉碎。

1.2.2指标检测

1.2.2.1可溶性还原糖和葡萄糖质量分数测定

准确称取荞麦粉1.0 g放入100 mL离心管中，每个样品做2个平行，先以少量的蒸馏水调成糊状，然后加30 mL蒸馏水，混匀，置于50 ℃恒温水浴锅中保温20 min，并持续振荡使还原糖充分浸出，4 000 r/min离心10 min，收集上清液于100.0 mL的容量瓶中。再用20.0 mL蒸馏水洗残渣2次，4 000 r/min离心10 min，将两次的上清液全部收集在相应的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，混匀，作为还原糖和葡萄糖待测液。然后用SGD-IV型全自动还原糖测定仪测定还原糖质量分数，用SBA-40D型生物传感仪测定葡萄糖质量分数。

1.2.2.2总糖质量分数测定

准确称取荞麦粉0.5 g放入250 mL磨口三角瓶中，每个样品做2个平行，加入6 mol/L HCl 10.0 mL，蒸馏水15.0 mL，放在沸水浴中水解30 min，水解完毕后，取出三角瓶用冷水冷却，然后加入1滴酚酞指示剂，以6 mol/L NaOH溶液中和至溶液呈微红色，然后转移至100 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，过滤取滤液，用SGD-IV型全自动还原糖测定仪测定的还原糖的质量分数即为总糖质量分数。

1.2.2.3淀粉质量分数测定

准确称取荞麦粉0.5 g，每个样品做2个平行，分别置于10.0 mL的离心管中，用80 %乙醇分数次洗涤过滤，除去可溶性糖，再用100.0 mL蒸馏水将残渣移入250.0 mL磨口三角瓶中。吸取6 mol/L HCl 10.0 mL于上述三角瓶中，置于沸水浴中水解2 h，用I2-KI试纸检验水解是否完全。水解完毕后，取出三角瓶用冷水冷却，然后加入1滴酚酞指示剂，以6 mol/L NaOH溶液中和至溶液呈微红色，然后转移至100 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，过滤取滤液，然后用SGD-IV型全自动还原糖测定仪测定还原糖质量分数，再乘以换算系数0.9，即为淀粉质量分数。

1.2.2.4谷蛋白溶胀指数(SIG)测定

准确称取荞麦粉35.0 mg，每个样品做2个平行，分别放入4.0 mL的已称重的离心管中，加入蒸馏水0.6 mL，室温下在旋涡混合器上震荡水化20 min，再加入SDS-乳酸(12%)溶液0.6 mL，然后分别混合0、5、20 min，3 000 r/min离心5 min，弃上清称重。SIG值表示离心管中残余物的质量与面粉质量的比值。用SIG0、SIG5、SIG20表示0、5、20 min时的谷蛋白溶胀指数[9]。

SIG=沉淀质量/样品质量。

1.2.2.5保水力测定

准确称取荞麦粉0.2 g，每个样品做2个平行，分别置于10.0 mL已称重的离心管中，加入5.0 mL蒸馏水室温下在旋涡混合器上震荡20 min，2 000 r/min离心20 min，弃上清称重。每克样品所吸附的水量即为保水力[10]。

保水力(g/g)=沉淀质量/样品质量。

1.2.2.6溶解度与膨胀率测定

准确称取荞麦粉0.5 g，每个样品做2个平行，置于10.0 mL的带刻度的离心管中，加入5.0 mL蒸馏水，在25 ℃下平衡5 min，加热到92.5 ℃保持30 min，然后放在冰水中保持1 min，在25 ℃下再平衡5 min,3 000 r/min离心10 min，把上清液小心倒在事先干燥称重的铝盒中，然后放在恒温(105 ℃)鼓风干燥箱中干燥2 h，对干燥好的铝盒进行称重，并测量凝胶体积[11]。

溶解度(%)=上清液干重/样品质量×100 %，

膨胀率(mL/g)=凝胶体积/样品质量。

2结果与讨论

2.1乳酸菌发酵对荞麦粉SIG的影响

表1　对照品与发酵样品的SIG值

SIG反映了不溶性谷蛋白的含量，能够评价面粉的焙烤热性。从表1可以看出，经乳酸菌发酵后，荞麦粉的SIG0、SIG5、SIG20分别提高了58.3 %、83.8 %、57.1 %，显著改善了荞麦粉的加工品质。

2.2乳酸菌发酵对荞麦粉保水力、溶解度和膨胀率的影响

表2　对照品与发酵样品的保水力、溶解度和膨胀率

保水力表示荞麦淀粉的吸水膨胀能力，由表2可以看出，经乳酸菌发酵后的荞麦粉保水力和溶解度得到显著提高，分别增加了1.7倍和1.4倍，而膨胀率稍有下降。乳酸菌发酵过程中分泌水解酶，破坏了淀粉与蛋白质、淀粉与脂肪酸之间的交联，使得淀粉得到纯化，一些营养成分被降解析出，从而使得保水力和溶解度得到提高；发酵过程中产生的淀粉酶会使支链淀粉和直链淀粉的比例发生变化，从而改变了淀粉的内部结构，因而膨胀率下降。

2.3乳酸菌发酵对荞麦粉糖分质量分数的影响

表3　对照品与发酵样品中的糖分质量分数(g/g干基)

从表3可以看出，与原荞麦粉相比，经乳酸菌发酵后的荞麦粉，淀粉和总糖质量分数都有一定程度的下降，分别降低了12.2 %和6.9 %，可溶性葡萄糖和还原糖质量分数分别增加了46.0 %和35.9 %。这是因为乳酸菌发酵过程中会产生乳酸和一些水解酶，能够把淀粉水解，再进一步地把多糖水解成小分子的葡萄糖以及其他可溶性的还原糖，从而使得荞麦粉中的糖分更易被人体消化、吸收和利用。

3结论

通过乳酸菌发酵法对荞麦粉品质进行改良，使得荞麦粉中可溶性葡萄糖和还原糖的质量分数得到提高，淀粉质量分数得到降低，提高了人体对荞麦粉中糖分的吸收和利用；另外，与原荞麦粉相比，乳酸菌发酵后的荞麦粉SIG、保水力和溶解度都有显著提高，明显改善了荞麦粉的加工品质。本研究结果为荞麦粉改良的进一步研究奠定了基础。

参考文献:

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[4]MBUGUA S K．The nutritional and fermentation characteristics of uji produced from drymilled flour (unga baridi) and whole wet milled maize[J]．Chemie Mikrobiologie Technologie der Lebensmitte，1987，10(5/6): 154-161．

[5]MENSAH P，TOMKINS A M，DRASAR B S，et al．Antimicrobial effect of fermented Ghanaian maize dough[J]．Journal of Applied Bacteriology，1991，70(3): 203-210．

[6]张吉文．发酵法应用于荞麦改性的研究[D]．长春：吉林农业大学，2011．

[7]李蒙蒙，吴 薇，籍保平．不同酵母固态发酵对荞麦抗氧化成分及抗氧化作用的影响[J]．食品科技，2012，37(10) : 126-130．

[8]张思佳，张薇，苏晓琴，等．乳杆菌发酵对荞麦面包抗氧化剂烘焙特性影响[J]．食品工业科技，2015，36(19) : 49-53．

[9]WANG C，KOVACS M I P．Swelling index of glutenin test: II． Application in prediction of dough properties and end-use quality[J]．Cereal Chemistry，2002，79(2) : 190-196．

[10]徐忠，张海华．乳酸菌对玉米粉品质的影响研究[J]．食品科学，2007，28(9):346-349．

[11]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·基础研究，2004，25(10):73-76．

Application of lactic acid bacteria fermentation in quality improvement of buckwheat flour

WANG Pei-pei， LIU Qing-ai，YANG Jun-hui，MENG Qing-jun，YANG Yan，MA Yao-hong*

(Shandong Provincial Key Laboratory of Biosensors, Biology Institute,Shandong Academy of Sciences, Jinan 250014, China)

Abstract∶We changed the properties of buckwheat flour with lactic acid bacteria fermentation method. Results indicate that glutenin swelling index of fermented buckwheat flour increases by up to 83.8 %, and that its moisture-holding capacity and solubility respectively increase by 1.7- and 1.4-folds. Moreover, the contents of soluble glucose and reducing sugar in fermented buckwheat flour respectively increase by 46.0 % and 35.9 %, but the contents of starch and total sugar decrease to some extent. These varieties improve the ductility, transparency and absorbent of buckwheat flour. These significantly enhance its edible qualities of chewiness and elasticity.

Key words∶buckwheat; lactic acid bacteria; fermentation; quality improvement

中图分类号：TS211.4

文献标识码：A

文章编号：1002-4026(2016)02-0064-04

作者简介：王佩佩(1990-)，女，硕士研究生，研究方向为粗粮改造。*通讯作者。Email：mayaohong@126.com

基金项目：山东省自主创新及成果转化专项基金(2014ZZCX02602)

收稿日期：2015-11-27

DOI:10.3976/j.issn.1002-4026.2016.02.012