发酵对糯米鲊海椒淀粉理化特性及营养特性的影响

王雅露，朱丽娟，刘肖，周才琼

(西南大学 食品科学学院，暨重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆，400715)

鲊海椒是一种流行于西南地区的特色发酵辣椒制品，是由新鲜辣椒和米面等淀粉原料按重量比约1∶1 混合，加适量食盐后自然厌氧发酵而成。鲊海椒是一种富含碳水化合物的风味辣椒食品，淀粉是主要的碳水化合物。在鲊海椒发酵过程中，微生物利用糖类产酸[1]，微生物胞外酶导致大分子物质降解[2]等可能引起淀粉营养及食品化学特性变化，这种变化既是鲊海椒滋味品质的基础，也会影响其营养特性和感官品质。

不同来源的淀粉颗粒结构、理化特性和营养特性有差异，这些性质与淀粉的来源、颗粒尺寸、直链/支链淀粉含量及比例以及支链淀粉分子结构和结晶度等相关[3-7]。支链淀粉具有高度分支化簇状结构，在发酵过程中易被分解发生断链和脱支作用，此作用会降低支链淀粉的结晶性、老化和糊化特性，但有利于淀粉保持较多水分和较好的黏弹性，从而降低淀粉制品硬度[8-9]；支链淀粉具有A型晶体结构，在加工过程中对比直链淀粉更易糊化，且因其特殊结构，支链淀粉分子氢键比较弱，所以在冻融过程中，支链淀粉分子聚合体不易形成，水合能力速率降低，析水速率较慢，冻融稳定性较好[10]；支链淀粉分子质量大的淀粉凝胶的松弛时间较大，加工贮藏稳定性好[11]。因支链淀粉优良的加工特性，本研究选择了不含直链淀粉的糯米作为鲊海椒发酵中的淀粉源，研究糯米淀粉在鲊海椒发酵中的理化特性和营养特性变化，以及这些变化对糯米鲊海椒食用品质的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

辣椒(二荆条)，重庆北碚天生农贸市场；糯米、食盐，重庆北碚区天生永辉超市。辣椒洗后沥干，粉碎成约0.3 mm×0.3mm块状。糯米锅炒至微黄，然后置于粉碎机粉碎过40目筛。

1.2 主要试剂和仪器设备

NaOH、乳酸、HCI、H2SO4、石油醚、葡萄糖、3，5-二硝基水杨酸、苯酚、亚铁氰化钾、乙酸锌、醋酸钠等，均为分析纯；KBr(光谱纯)，成都市科龙化工试剂厂。

糖化酶(BR生化试剂，210 U)，北京奥博星生物技术有限责任公司；α-淀粉酶(BR生物试剂，23 700 U)，北京奥博星生物技术有限责任公司。

DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器有限公司；FA2004A型电子天平，上海精天电子仪器有限公司；722型可见分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司；DI Dimension 3000原子力显微镜，美国Digital Inst rument公司；5810型台式高速离心机，德国Eppendorf公司等。

1.3 实验方法

1.3.1 糯米鲊海椒制备及淀粉提取

糯米鲊海椒制备辣椒∶糯米粉质量比1∶1混合，添加5%食盐混匀。装罐、水密封，(15±5) ℃自然发酵，取不同发酵时间样品作为淀粉提取研究原料。

鲊海椒直链和支链淀粉变化采用碘显色比色法，参照GBT 15683—2008《大米 直链淀粉含量测定》；支链淀粉采用差值法测定，支链淀粉含量=总淀粉含量-直链淀粉含量。

淀粉提取参考文献[12]，样品使用0.2% NaOH溶液浸泡24 h、打浆，100目双层纱布过滤，滤液沉淀(弃上清液)，然后用0.5%NaHSO3和0.5%乳酸充分搅匀后浸泡，用0.2% NaOH溶液洗去色素，重复溶液至上清液无色，沉淀冻干，粉碎后过100目筛，待用。按此方法提取制备发酵0、20、40、60和90 d糯米鲊海椒淀粉(NC)，纯度分别为89.67%、96.34%、91.36%、93.01%和93.45%。

1.3.2 发酵糯米淀粉化学特性分析

淀粉溶解度(SA)和膨胀度(SP)[13]称取0.5 g样品，放入100 mL已知质量带盖离心管中，加入40 mL蒸馏水，振荡后分别于50、60、70、80、90 ℃水浴30 min，每5 min振荡1次，取出冷却至室温，3 800 r/min离心20 min。倒出上清液，于130 ℃干燥2 h后称取溶出物质量，同时称取管中沉淀物质量参考式(1)、(2)。

(1)

(2)

式中：m1为上清液中溶出物质量，g；m2为管中沉淀物质量，g。

淀粉的黏度[14]称取5.0 g淀粉提取物于布拉班德载样筒中，加入110 mL蒸馏水，再将载样筒放入布拉班德黏度仪中，启动黏度仪，打开冷却水源。黏度仪参数：转速250 r/min，测量范围700 cmg，黏度单位BU(或mPa·s)；测定程序：以8 ℃/min速率从50 ℃升至95 ℃，95 ℃保温3 min，再以12 ℃/min速率从95 ℃降至50 ℃，50 ℃保温2 min。测量结束后，从图谱中获得样品成糊温度、不同温度时的黏度值、峰值黏度及回升值等特征值。

淀粉的回生特性[15]分别精确称取1.000 0 g淀粉(干基)，配成质量分数为1.0%的淀粉悬浮液后置沸水浴中糊化20 min，冷却至室温，然后将淀粉糊放入100 mL量筒中，在4 ℃分别静置0、2、4、6、8、10 h后记录上清液体积，以上清液体积表征淀粉老化程度。

淀粉透明度[16]取1.0 g干淀粉，加蒸馏水100 mL，配制质量分数为1%的淀粉乳。置于沸水浴中加热搅拌15 min，并保持原有体积，冷却至25 ℃。用1 cm的比色杯在620 nm下测定淀粉糊的透光率，以蒸馏水作为空白，设其透光率为100%。

淀粉的冻融特性[17]将质量分数3%的淀粉乳在沸水浴中加热20 min，冷却至室温，然后置于-18 ℃冰箱中冷冻24 h，自然解冻，3 000 r/min离心20 min，弃上清液，称取沉淀物质量，计算析水率。

(3)

1.3.3 发酵糯米淀粉营养特性分析

淀粉的消化特性参考文献[18]，称取200 mg样品置锥形瓶中，添加pH 6.9的醋酸钠缓冲液15 mL，混匀，蒸煮20 min，冷却至室温，加入10 mL的α-淀粉酶(290 U)和糖化酶(15 U)，37 ℃恒温振荡(160 r/min)水浴培养20 min和2 h，然后沸水浴灭酶，取0.5 mL水解液，煮沸5 min灭酶，离心取上清液，采用DNS比色法在540 nm下测定葡萄糖含量，参考式(4)、式(5)和式(6)。

易消化淀粉RDS/%= (G20-FG)×0.9/TS×100

(4)

慢消化淀粉SDS/%=(G120-G20)×0.9/TS×100

(5)

抗性淀粉RS/%=[TS-(RDS+SDS)]/TS×100

(6)

式中：G20为淀粉酶水解20 min后的葡萄糖含量,mg； FG为酶水解处理前淀粉中葡萄糖含量,mg；G120为淀粉酶水解120 min后的葡萄糖含量,mg；TS为样品中总淀粉含量,mg。

淀粉的水解指数和血糖指数测定：取100 mg样品于烧瓶中，加入10 mL去离子水，均质处理2 min。加入pH 6.9磷酸溶液盐缓冲液15 mL，以0.5 mol/L NaOH或2 mol/L醋酸调pH至6.9，加入α-淀粉酶(300 U)水解淀粉。反应液在恒温水浴中振荡(37 ℃，160 r/min)培养。在0～3 h时间里，每30 min将烧瓶取出，沸水浴中加热5 min终止酶活性，加入醋酸钠缓冲液10 mL，(0.4 mol/L，pH 4.75)，然后采用2 mol/L 醋酸调pH为4.75，加入淀粉葡糖苷酶(100U)，在60 ℃恒温水浴振荡培养45 min，离心后取上清液，用DNS法测定葡萄糖浓度。淀粉消化率以总淀粉在不同时间(30、60、90、120、150、180 min)水解的百分率来表示[19]，以新鲜白面包淀粉水解率作为标准参照[20]。并以GOI等建立的动力学反应式来预测体外GI[21]。

水解指数(HI)/%=样品水解曲线下面积/新鲜白面包水解曲线下面积×100

(6)

预测的GI：GI=39.71+0.549HI

(7)

1.3.4 发酵糯米淀粉原子力显微镜(AFM)观察[22]

淀粉液的配制和糊化：称取样品5～15 mg，置于50 mL容量瓶中，分别配置一系列待测溶液，混合均匀，分别取出部分待测溶液于玻璃试管中，100 ℃沸水浴中加热5～10 min成糊化淀粉。

待测样品制备：用移液管吸取少量糊化的淀粉溶液，迅速滴在平放新鲜的云母片上，2 min后用洗耳球吹去表面溶液，室温风干，至于干燥器中备用。

原子力显微扫描(atomic force microscopy， AFM)检测在室温、空气湿度≤40%的环境中，采用AFM的轻敲模式，调整下针高度、增益、扫描像素等参数，使扫描图像达到最佳状态，确定扫描范围，对样品进行扫描成像。

1.3.5 数据分析

每个样品重复测定3次，结果以mean±SD表示，Origin 8.6作图及SPSS 17.0对数据进行单因素分析及Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 发酵对糯米鲊海椒中直链淀粉和支链淀粉含量的影响

图1所示，糯米鲊海椒中未检出直链淀粉，其支链淀粉含量随发酵时间延长显著下降(P<0.05)，发酵90 d时仅为未发酵时的69.47%。这与支链淀粉结构中具有分支呈束状结构有关，这种结构使支链淀粉不易老化，黏度和透明度较高[23]。发酵中支链淀粉含量下降可能会形成一些小分子低聚体，可能会影响糯米鲊海椒相关品质。

图1 发酵糯米鲊海椒支链淀粉含量变化Fig.1 Amylopectin content in fermented sticky Za-chili starch

2.2 发酵糯米鲊海椒淀粉的化学特性分析

2.2.1 淀粉的溶解度(SA)和膨胀度(SP)

淀粉的SA和SP变化情况见图2、图3。随加热温度升高，SA和SP逐渐增大(P<0.05)。这是因为当温度升至淀粉糊化温度时，水分渗透到淀粉微晶区和结晶区，使其中小分子质量淀粉脱离大的淀粉结构游离出来，分散在水溶液中，淀粉溶解度增大。

图2 发酵糯米鲊海椒淀粉的溶解度(SA)Fig.2 The solubility degree of fermentation sticky Za-chili starch注：以平均数±SD作图，不同大写字母表示相同发酵时间不同加热温度下的溶解度在0.05水平上差异显著；不同小写字母表示相同加热温度不同发酵时间下的溶解度在0.05水平上差异显著。

图3 发酵糯米鲊海椒淀粉的膨胀度(SP)Fig.3 The expansive degree of fermentation sticky Za-chili starch注：以平均数±SD作图，不同大写字母表示相同发酵时间不同加热温度下的膨胀度在0.05水平上差异显著；不同小写字母表示相同加热温度不同发酵时间下的膨胀度在0.05水平上差异显著。

随发酵时间延长，SA和SP降低。不同加热温度下，SA均随发酵时间延长快速下降(P<0.05)；在较高温度下，发酵20～60 d时SA变化不大(P>0.05)。发酵90 d时，各加热温度处理均显著低于其他发酵时间(P<0.05)处理组。发酵90 d及加热温度下90 ℃下，SA仅为发酵0 d时的18.7%。SP也随发酵时间延长有所下降，较高加热温度时，发酵90 d样品显著低于其他发酵时间样品(P<0.05)。表明长时间发酵可影响糯米鲊海椒淀粉的SA和SP，SA下降可能是发酵利用了水溶性小分子物质，SP降低可能是发酵产酸等使淀粉颗粒间聚集融合，阻止了水分子进入淀粉颗粒，限制了淀粉颗粒的溶胀，或是淀粉颗粒的交联减少颗粒膨胀，使之稳定以抗剪切[24]。SA和SP的下降，可导致烹饪口感不够松软。从本研究结果看，发酵20～60 d为宜。

2.2.2 糯米鲊海椒淀粉的糊化特性

不同发酵时段糯米鲊海椒淀粉布拉班得曲线图见图4，将各发酵时段糊化特征值总结于表1。峰值黏度和终值黏度呈先增后降趋势，分别出现在发酵20 d和40 d时。黏度变化会影响口感，当黏度过大时，会出现黏牙，不易咀嚼的状况，而黏度较小，会出现砂砾感，因此适当黏度对鲊海椒的食用品质有重要作用。

a-发酵0 d; b-发酵20 d; c-发酵40 d; d-发酵60 d;e-发酵90 d图4 不同发酵时段糯米鲊海椒淀粉布拉班得曲线图Fig.4 Brabender graph in different fermentation time of sticky Za-chili starch

表1 发酵糯米鲊海椒淀粉糊化特性分析Table 1 Gelatinization characteristics of fermented sticky Za-chili starch

崩解值在发酵40 d后均为0，回生值呈现增加趋势，发酵40 d后稳定在32～38 (mPa·s)，表明发酵可提升糯米鲊海椒淀粉耐剪切性、凝胶性和老化特性。淀粉凝胶性可提高其耐咀嚼性和透明度，提高鲊海椒的口感饱满度。糊化温度在69.0～69.6 ℃波动，较易糊化，这与糯米淀粉内部结构有关。糊化性可影响鲊海椒的黏稠度和组织形态，但发酵几乎不影响糯米鲊海椒淀粉的糊化性能。

以上分析显示发酵20～40 d糯米鲊海椒淀粉有较好的增稠性，可使口感软糯，但发酵40 d时回升值达峰值并保持在较高水平，表明长时间发酵的糯米鲊海椒不适合二次回锅食用。

2.2.3 糯米鲊海椒淀粉的回生特性

结果见图5，不同发酵时间糯米鲊海椒淀粉回生值均随放置时间延长而增加(P<0.05)，随发酵时间延长显著增加(P<0.05)。放置时间在4 h以上时，发酵40 d和60 d差异不显著；所有处理中，发酵90 d样品回升特性均显著高于其他发酵时间处理组，放置10 h时回生值最高为10.33%，是发酵60 d时的1.43倍，为未发酵样品的1.91倍。影响支链淀粉沉降速度的主要是支链淀粉分支数量及链长，糯米淀粉回生值随发酵时间延长逐渐增大可能是因为发酵将淀粉分解为合适的分子链长和大小，易发生回生。发酵这与封欣[25]报道具有越多长侧链的支链淀粉越容易回生吻合。回升特性适当增大会使淀粉凝胶性增强，硬度增大，口感提升，更有黏弹性，耐咀嚼性。但是过度老化也会使鲊海椒体系脱水，组织形态变差，不被消费者接受。从本研究结果显示发酵60 d内比较合适。

图5 发酵糯米鲊海椒淀粉回生特性分析Fig.5 Regeneration characteristics of fermented sticky Za-chili starch注：以平均数±SD作图，不同大写字母表示相同发酵时间不同放置时间下的回生值在0.05水平上差异显著；不同小写字母表示相同放置时间不同发酵时间下的回生值在0.05水平上差异显著。

2.2.4发酵糯米淀粉的透明度和冻融特性

透明度反映淀粉与水互溶能力及膨胀程度，影响淀粉质产品外观及可接受性[23]。结果见图6，透光率随发酵进行快速下降，40 d后保持稳定(此时为发酵0 d时的69.23%)。析水率随发酵下降，20 d后保持稳定(此时为发酵0 d时的88.66%)。这种改变可影响淀粉制品外观和可接受性[26]。发酵糯米鲊海椒淀粉析水率略低，这可能与糯米淀粉为支链淀粉，冻融稳定性较好有关。

图6 发酵糯米鲊海椒淀粉的透光率和析水率Fig.6 The transmittance and water separation rate of fermented sticky Za-chili starch

2.3 发酵糯米鲊海椒淀粉的营养特性变化

2.3.1 糯米鲊海椒淀粉的消化特性

随发酵时间延长，RDS和SDS逐渐增加(图7)，分别为发酵0 d时的1.05～1.13倍和1.52～2.10倍，峰值均出现在发酵60 d；RS逐渐下降，为发酵0 d时的82.04%～92.53%，即发酵可提升糯米鲊海椒淀粉的消化特性，以发酵60 d略高于其他发酵时段。

图7 发酵糯米鲊海椒淀粉的消化特性Fig.7 Digestive properties of fermented sticky Za-chili starch

2.3.2 发酵糯米鲊海椒淀粉的HI和GI

随发酵时间延长，HI和GI略升(图8)，波动变化在46.34～47.77和65.15～65.94，表明发酵对糯米淀粉的HI和GI影响较小，对鲊海椒的GI影响较小，与2.3.1研究结果吻合。

图8 糯米鲊海椒淀粉的HI和GIFig.8 HI and GI of fermented sticky Za-chili starch

2.4 发酵糯米鲊海椒淀粉AFM扫描分析

AFM扫描形貌图(图9)显示，随发酵进行，凸起逐渐增多。

a-0 d; b-40 d; c-60 d; d-90 d图9 发酵糯米鲊海椒淀粉原子力显微镜扫描图Fig.9 Atomic force microscope scan of fermented sticky Za-chili starch

这可能是发酵过程中微生物产酸或胞外酶作用于淀粉颗粒表面导致凹凸不平所致，表明发酵可增大淀粉颗粒表面积，使淀粉的化学特性和营养特性发生变化，与前述研究结果吻合。AFM扫描中发现发酵60 d 糯米鲊海椒淀粉产生了很多100 nm左右小分子(图10)。这些纳米小分子的出现，可能与糯米支链淀粉呈树杈状分支结构有关[27]。除了在食品化学与营养学上可能的改变以外，还可考虑以糯米淀粉为基础，通过发酵技术控制发酵程度开发纳米材料，有望成为重要的纳米材料来源。

图10 糯米鲊海椒淀粉纳米颗粒(60 d)Fig.10 Nanoparticles glutinous of fermented sticky Za-chili starch(60 d)

3 结论

发酵可引起糯米淀粉相关化学特性改变，随发酵时间延长，糯米鲊海椒淀粉含量下降，SA、SP、透光率和析水率下降，回升值逐渐增大，结合糊化特性分析显示，糯米鲊海椒合适发酵时间在20～60 d，此时口感软糯，耐咀嚼，有黏弹性；长时间发酵的糯米鲊海椒回升值快速增加，不适合二次回锅食用；对糯米鲊海椒淀粉营养特性分析发现，其消化特性、HI和GI略增并呈波动变化，表明糯米鲊海椒淀粉营养特性受发酵作用影响较小。AFM扫描形貌图显示淀粉颗粒表面由光滑变得粗糙，随发酵的进行表面形貌突起增多，比表面积增大。发酵60 d糯米鲊海椒淀粉有较多的纳米颗粒，这可能与糯米淀粉为支链淀粉有关，该发现可对采用支链淀粉高的淀粉制备纳米材料提供指引方向。