自然發酵對糯米糊化性質的影響

趙云霞，熊 柳，孫慶杰*

(青島農業大學食品科學與工程學院，山東 青島 266109)

自然發酵對糯米糊化性質的影響

趙云霞，熊 柳，孫慶杰*

(青島農業大學食品科學與工程學院，山東 青島 266109)

研究自然發酵不同時間對4個品種糯米安徽秈糯、泰國粳糯、魚臺粳糯和魚臺秈糯)糊化性質的影響。結果表明：隨著發酵時間的延長，4種糯米浸泡液固形物含量增加，發酵96h后，固形物含量由0.0067～0.0102g/mL增加至0.0247～0.0352g/mL；pH值由6～7降至3～4；自然發酵使4種糯米的黏度均顯著的增加，在發酵96h后，的峰值黏度分別由231.46、123.04、205.00、222.88RVU升高至290.00、201.54、224.71、283.50RVU，自然發酵具有提高糯米黏度的作用。

糯米；自然發酵；黏度

自然發酵是很多國家加工谷物的一種常見的傳統工藝。它常用來提高產品口感，增強風味，改善質構，提高制品的微生物安全性和營養價值[1-2]。李麗等[3]研究了自然發酵對黃米化學成分的影響，發現自然發酵能夠顯著地降低黃米中的蛋白、脂肪和灰分的含量，純化了淀粉，改變了黃米的物化性質，提高了其營養價值。李新華等[4]發現自然發酵改善了玉米粉的保水力、膨脹度、透光性和糊化性質。魯戰會等[5]研究了自然發酵工藝對米粉流變學性質的影響，發現自然發酵顯著地改變了大米粉各成分的含量，同時影響到流變與感官性質的改變。王鋒等[6]研究了自然發酵對大米淀粉顆粒特性的影響，結果發現自然發酵使大米淀粉顆粒更加均勻，不會引起淀粉顆粒的崩潰及可溶性物質的過度流失，自然發酵主要作用于淀粉的無定形區，自然發酵后淀粉顆粒的糊化溫度有所降低，糊化焓上升。Yuan Meilan等[7]通過自然發酵對玉米淀粉物理性質以及玉米淀粉面條流變學性質的影響的研究，發現自然發酵降低了玉米淀粉的溶解度和溶脹度，增加了其峰值黏度和衰減值，降低了最終黏度和回生值，增強了其凝膠的強度，并提高了玉米淀粉面條的質量。Greenhill等[8]研究了巴布亞新幾內亞傳統西米淀粉的自然發酵，認為自然發酵能夠延長西米淀粉的耐儲性和安全性。Afoakwa等[9]研究了自然發酵和高淀粉酶面粉對由豌豆粉強化的堿液處理玉米的營養價值，功能性和黏彈性的影響，發現自然發酵和高淀粉酶結合可以提高這種玉米的營養價值和功能性，以用來生產可作為斷奶食品的液態粥。

糯米是我國主要的糧食作物之一，除直接食用外，還是制作中國傳統食品的重要原料，在江、浙、滬、黔、贛及兩廣等南方地區頗受消費者喜愛[10]。但是這些中國傳統食品如湯圓、粽子、年糕等都要求糯米具有一定的黏度，而關于自然發酵對糯米的黏度的研究卻鮮有報道。本實驗研究自然發酵對糯米黏度性質的影響，以期為糯米制品的開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

安徽秈糯和泰國粳糯 河南黃國糧業有限公司；魚臺粳糯和魚臺秈糯 山東美晶米業有限公司。

其余試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

4D快速黏度分析儀(RVA) 澳大利亞新港公司；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司；MA45型紅外水分測定儀、電熱恒溫水浴鍋龍口市電爐制造廠；BS 224S 型電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司；CyberScan510型pH計 新加坡優特儀器；LXJ-IIB型臺式離心機 上海安亭科學儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

準確稱取200g糯米樣品于1000mL燒杯中，加水至600mL，混勻。將燒杯置于35℃水浴鍋中，發酵時間為48、72、96h。對照為室溫條件下發酵4h。發酵完成后，用水沖洗至pH值為中性，瀝干，過100目篩后磨漿機濕磨，以3000r/min離心15min。離心后置于50℃烘箱烘干備用。

1.3.2 固形物含量的測定[11]

用烘干法測定固形物含量：將平皿置于105℃烘箱中烘至恒質量。發酵完成后，混勻。用50mL移液管準確移取50mL浸泡液，在105℃條件下烘干約8h，取出置于干燥器內冷卻0.5h后稱質量。再復烘0.5～lh，取出后冷卻稱質量。重復以上操作直至恒質量。固形物含量以下公式計算。每個樣品重復3次，取平均值。對照樣品浸泡4h后，混勻。取液及烘干方法同上。

1.3.3 浸泡液pH值的測定

當發酵樣品(包括對照)到達設定的時間后，用pH計測量浸泡液的pH值。

1.3.4 黏度和糊化性質的測定[12]

黏度由快速黏度分析儀(RVA)測定。開啟RVA及連用的計算機，稱取一定量的米粉于鋁盒中，加入25mL蒸餾水，并用旋轉槳攪拌均勻后開始測定。以960r/min攪拌10s，形成均勻懸濁液后，保持160r/min轉速至實驗結束。升溫程序為初始溫度為50℃保持1min，然后以12℃/min提高到95℃，在95℃保持2.5min，再以12℃/min降至50℃并保2min，整個測定過程13min。記錄樣品的的糊化溫度、峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、回生值、衰減值。

2 結果與分析

2.1 發酵時間對浸泡液中固形物含量的影響

圖1 發酵時間對糯米浸泡液中固形物含量的影響Fig.1 Effect of spontaneous fermentation on total solid content in fermented solution of waxy rice

由圖1可知，浸泡液中固形物含量隨著發酵時間的延長逐漸增加。發酵48h時固形物增加較為顯著，72～96h增加較為平緩。發酵96h后，泰國粳糯、安徽秈糯、魚臺粳糯和魚臺秈糯浸泡液中固形物含量分別由0.0102、0.0067、0.0097、0.0100g/mL增加至0.0352、0.0308、0.0247、0.0296g/mL。其原因一方面是發酵使得大米中的水溶性物質溶出，另一方面可能是發酵能使物質降解，導致米粒內部物質溶出。其中的不溶性物質也可能因發酵過程中微生物的分解作用而變為可溶，這些物質可能包括蛋白質和脂肪等。這與王鋒[11]的研究結果一致。

2.2 發酵時間對浸泡液pH值的影響

圖2 發酵時間對糯米浸泡液pH值的影響Fig.2 Effect of spontaneous fermentation on pH value of fermented solution of waxy rice

由圖2可知，隨著發酵時間的延長浸泡液的pH值也隨之下降。發酵48h后糯米的pH值由原來的6～7降至3～4，72～96h時基本保持不變。pH值不斷下降，標志微生物生長繁殖過程中發生了有機酸的積累[13]。發酵是利用大米自身所攜帶的微生物，在48h之前，微生物快速生長并繁殖，其代謝所產生的酸使得發酵液的pH直線下降。48h后，在特定的生存空間及營養條件下微生物的生長代謝達到了一定程度而使得浸泡液的pH值不再下降。

2.3 發酵時間對糯米糊化性質的影響

圖3 發酵時間對安徽秈糯糊化性質影響的RVA圖Fig.3 Effect of spontaneous fermentation on pasting properties of Anhui waxy indica rice

表1 發酵時間對糯米糊化性質的影響Table 1 Effect of spontaneous fermentation on pasting properties of waxy rice

由圖3可知，自然發酵后安徽秈糯米的黏度曲線整體上移，其他3種糯米的黏度曲線與安徽秈糯黏度曲線的走向一致。

由表1可知，隨著發酵時間的延長，4種樣品糊化溫度沒有顯著變化，而峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、衰減值和回生值均不同程度的上升。在發酵96h后，安徽秈糯、泰國粳糯、魚臺粳糯和魚臺秈糯的峰值黏度分別由231.46、123.04、205.00、222.88RVU升高至290.00、201.54、224.71、283.50RVU。這與袁美蘭等[18]的研究結果一致。而Lu Zhanhui[14]、Chang Yungho[15]、Camargo[16]等分別通過對秈米粉、綠豆淀粉和木薯淀粉進行研究卻得出不同的結果，原因可能是所用原料的不同。秈米粉、綠豆淀粉以及木薯淀粉均含有一定量的直鏈淀粉和支鏈淀粉，而糯米基本不含直鏈淀粉，其糊化特性與直鏈淀粉含量高的淀粉有明顯差異。隨著發酵時間的延長，糯米浸泡液中的固形物含量逐漸增多，這可能是由于發酵過程中大米中的蛋白質和脂肪等物質溶出所致。米粉中的蛋白質和脂肪抑制了其中淀粉顆粒的溶脹，因此米粉的黏度低于米淀粉的黏度。而峰值黏度的上升原因可能是發酵是一個純化淀粉的過程，大米的自然發酵使得其中的蛋白質和脂肪含量下降，從而使與之結合的淀粉釋放出來而改變大米的性質，這與彭荷花[17]的研究結果一致。大米中的蛋白質包裹在淀粉顆粒的外面，阻止淀粉在加熱過程的吸水膨脹，自然發酵過程中的微生物以及微生物活動所產生的各種有機酸和酶對蛋白質進行分解，使得被蛋白質包裹的淀粉顆粒得以釋放出來，因此淀粉顆粒更容易吸水膨脹至更大的體積，使得淀粉的體積分率上升，峰值黏度上升[18]。另外，蛋白質中的二硫鍵會限制淀粉的溶脹[19]，而且二硫鍵含量會使米谷蛋白的分子質量增加，蛋白的水合能力降低，增加蛋白質肽鏈的交聯度，使蛋白質強度增大，在淀粉粒周圍形成結實的網狀結構，抑制淀粉粒的膨潤[20]。而自然發酵的過程中大米粉谷蛋白中的二硫鍵斷裂成巰基[17]，從而使二硫鍵含量降低，去除了二硫鍵的交聯作用，這可能也是糯米自然發酵峰值黏度升高的一個原因。在發酵的過程中脂肪的含量減少[17]，其原因主要是因為微生物的生長繁殖會利用一部分脂肪，微生物大量繁殖后，由于其脂肪酶可以將粗脂肪降解成為游離脂肪，與大米中的淀粉脫離進入到發酵液中，糯米中的脂肪含量減小從而增加了淀粉與水的結合使得峰值黏度上升。此外，大米發酵可能使得支鏈淀粉的側鏈被水解，生成短A鏈。聚合度為6～12的短A鏈會降低淀粉顆粒內晶體結構的完美程度，從而促進膨脹[21]，導致峰值黏度增加。

發酵后，安徽秈糯、泰國粳糯、魚臺粳糯和魚臺秈糯的衰減值分別由162.54、49.79、113.42、154.25RVU增加至197.88、105.04、130.13、209.42RVU。衰減值反映了米粉在加熱過程中的熱糊穩定性，衰減值越大，表明淀粉顆粒越不穩定，在加熱和攪拌過程中容易破裂。

發酵過程中浸泡液pH值升高，這說明糯米發酵過程中產生了酸。而發酵過程中微生物及其所產生的酶和酸等對蛋白質的分解作用，使得蛋白質對淀粉顆粒的保護和穩定作用降低，淀粉顆粒更容易膨脹和破裂，其顆粒內部分子間結合力減弱，這使得顆粒更容易在剪切作用下發生破裂和瓦解，因而隨著發酵時間的延長，其衰減值升高。另外，大米發酵可能使得支鏈淀粉的側鏈被水解，生成短A鏈，而支鏈淀粉分子中短鏈的比例越高，淀粉顆粒的膨脹能力越大，高度膨脹的淀粉顆粒由于其體積大，更容易因攪拌而發生破裂，從而使得淀粉的衰減值增大。

3 結 論

自然發酵后，安徽秈糯、泰國粳糯、魚臺粳糯和魚臺秈糯4種糯米浸泡液的固形物含量顯著增加；pH值由6～7降至3～4；在發酵96h后，4種糯米的黏度均顯著增加，峰值黏度分別由231.46、123.04、205.00、222.88RVU升高至290.00、201.54、224.71、283.50RVU。衰減值也有所增加。可見自然發酵能夠使糯米米粉的性質尤其是黏度得到一定程度的改善。

[1]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.

[2]PLAHAR W A, NTI C A, ANNAN N T. Effect of soy-fortification method on the fermentation characteristics and nutritional quality of fermented maize meal[J]. Plant Foods for Human Nutrition, 1997, 51(4): 365-380.

[3]李麗, 曹龍奎. 自然發酵對黃米化學成分的影響研究[J]. 糧油加工, 2010(4): 47-50.

[4]李新華, 曹凝, 翟婭萍. 自然發酵對玉米粉品質的影響[J]. 食品科技, 2009, 34(8): 106-108.

[5]魯戰會, 李里特, 閔偉紅, 等. 自然發酵工藝對米粉流變學性質的影響[J]. 中國食品學報, 2002, 2(2): 8-12.

[6]王鋒, 魯戰會, 薛文通, 等. 自然發酵對大米淀粉顆粒特性的影響[J].中國糧油學報, 2003, 18(6): 25-27.

[7]YUAN Meilan, LU Zhanhui, CHENG Yongqiang, et al. Effect of spontaneous fermentation on the physical properties of corn starch and rheological characteristics of corn starch noodle[J]. Journal of Food Engineering, 2008, 85(1): 12-17.

[8]GREENHILL A R, SHIPTONW A, BLANEY B J, et al. Spontaneous fermentation of traditional sago starch in Papua New Guinea[J]. Food Microbiology, 2009, 26(2): 136-141.

[9]AFOAKWA E O, AIDOO P R, ADJJONU R. Effect of spontaneous fermentation and amylase-rich flour on the nutritive value, functional and viscoelastic properties of cowpea-fortified nixtamalized maize[J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 2010, 61(3): 256-271.

[10]姚艾東. 冷凍糯米團糕品質的研究[J]. 食品與發酵工業, 2001, 27(9): 66-69.

[11]王鋒. 自然發酵對大米理化性質的影響及其米粉凝膠機理的研究[D].咸陽: 西北農林科技大學, 2003.

[12]陳海華. 木聚糖酶對面粉糊化特性和面包品質的影響[J]. 糧油食品科技, 2010, 18(1): 10-12.

[13]魯戰會. 生物發酵米粉的淀粉改性及凝膠機理研究[D]. 北京: 中國農業大學, 2002.

[14]LU Zhanhui, LI Lite, MIN Weihong, 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.

[15]CHANG Yungho, LIN Chinalong, CHEN Jiachi. Characteristics of mung bean starch isolated by using lactic acid fermentation solution as the steeping liquor[J]. Food Chemistry, 2006, 99(4): 794-802.

[16]CAMARGO C, COLONNA P, BULEEON A, et al. Functional properties of sour cassava (Manihot utilissima) starch: Polvilho Azedo[J]. Journal of Science of Food and Agriculture, 1988, 45(3): 273-289.

[17]彭荷花. 發酵米粉的微生物鑒定和品質改善機理研究[D]. 北京: 中國農業大學, 2006.

[18]袁美蘭, 魯戰會, 程永強, 等. 自然發酵對米粉RVA黏度性質及米粉拉伸性質的影響[J]. 中國糧油學報, 2008, 23(1): 6-9.

[19]VILLAREAL C P, JULIANO B O. Waxy gene factor and residual protein of rice starch granules[J]. Starch-Stake, 1986, 38(4): 118-119.

[20]趙學偉, 卞科, 王金水, 等. 蛋白質與淀粉的相互作用對陳化大米質構特性的影響[J]. 鄭州糧食學院學報, 1998, 19(3): 23-29.

[21]JANE J, CHEN Y Y, LEE L F, et al. Effects of amylopectin branch chain length and amylose content on the gelatinization and pasting properties of starch[J]. Cereal Chemistry, 1999, 76(5): 629-637.

Effect of Spontaneous Fermentation on Pasting Properties of Waxy Rice

ZHAO Yun-xia，XIONG Liu，SUN Qing-jie*
(College of Food Science and Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

The influence of spontaneous fermentation for different hours on pasting properties of four kinds of waxy rice was investigated. The results showed that the total solid content increased from 0.0067-0.0102 g/mL to 0.0247-0.0352 g/mL with fermentation time up to 96 h, whereas pH decreased from 6.0-7.0 to 3.0-4.0. Spontaneous fermentation significantly increased the viscosity of waxy rice (P＜0.05). After 96 h of fermentation, the peak viscosity of Anhui waxy indica rice, Thailand waxy japonica rice, Yutai waxy japonica rice and Yutai waxy indica rice increased from 231.46, 123.04, 205.00 RVU and 222.88 RVU to 290.00, 201.54, 224.71 RVU and 283.50 RVU respectively. In summary, spontaneous fermentation increases the viscosity of waxy rice.

waxy rice；spontaneous fermentation；viscosity

TS210.4

A

1002-6630(2012)11-0237-04

2011-06-14

青島市科技支撐計劃項目(09-1-1-84-nsh)

趙云霞(1987—)，女，碩士研究生，研究方向為谷物科學。E-mail：zhaoyunxia0116@163.com

*通信作者：孫慶杰(1970—)，男，教授，博士，研究方向為糧食、油脂與蛋白質工程。E-mail：phdsun@163.com