高粱自然发酵对淀粉分子结构及老化性质的影响

高粱因其高产性和高抗逆性及其在制糖、发酵食品、饲料及生物燃料等方面用途广泛。在目前发酵高粱的研究中主要集中在探讨高粱消化率的大小、淀粉的理化性质及发酵菌株的鉴定与筛选，而对于自然发酵后高粱淀粉的分子结构及老化性能涉及较少，淀粉是由直链淀粉和支链淀粉组成的高分子化合物，其中淀粉的凝胶特性、流变特性、热特性及颗粒形态不仅与淀粉分子结构有关，还受分子质量分布情况的影响，所以只有进一步研究发酵高粱淀粉的分子结构及其理化性质，才能扩大高粱的应用范围。

因山东临沂R高粱的直链淀粉含量较高，更易老化，来自黑龙江八一农垦大学食品学院的葛云飞、康子悦和曹龙奎*等人将山东临沂R高粱进行发酵0～15 d，探讨不同发酵时期高粱淀粉的分子结构、颗粒形态及高粱淀粉的老化性能指标，并与未发酵高粱淀粉作对比，通过发酵处理提高高粱的老化性能，使其适用于生产米粉、粉丝等产业化生产，提高其利用率，并为高粱淀粉的应用提供理论基础与数据支持。

一

自然发酵对高粱淀粉分子结构的影响

发酵对高粱淀粉分子质量的影响

由结果可知，随着发酵时间的延长高粱淀粉分子质量先降低后增加。 0～14 d自然发酵高粱淀粉的重均分子质量（mw）低于未发酵淀粉，其中低分子质量（＜1×107 Da）百分含量由未发酵的74.2%最高增加至83.1%，而高分子质量（mw＞4×107 Da）部分随发酵时间的延长波动变化。

发酵对高粱淀粉官能团的影响

利用红外光谱研究自然发酵过程中高粱淀粉分子官能团及化学键的变化，如图所示，在峰1和峰3处出现的较强吸收峰为C—H面内弯曲振动，峰2处为C—O伸缩振动吸收峰，峰4处为C＝O伸缩振动吸收峰，峰5处为C—H伸缩振动吸收峰，峰6处为O—H伸缩振动吸收峰。由图可知不同发酵时间的淀粉分子在结晶区和不定型区的敏感程度较小。

发酵对高粱支链淀粉链长分布的影响

发酵前后的支链淀粉链长分布显著变化，其中发酵使短支链淀粉即聚合度分布在DP 6～24的含量较未发酵的降低1.8%～3.89%，长支链淀粉即聚合度分布在DP不小于60的含量较未发酵长支链淀粉含量高0.9%～2.01%。

发酵对高粱淀粉结晶度的影响

由图可知，自然发酵前后高粱淀粉峰形没有改变，仅衍射强度发生一定变化，表现仍为典型的A型结晶结构，发酵高粱淀粉均在2θ为15°、17°、18°、23°处有特殊衍射峰（峰序号1～4），即发酵未改变高粱淀粉的晶型，只改变了淀粉的特征峰的衍射强度。通过不同发酵时间的处理，高粱淀粉的结晶度发生变化，较未发酵高粱淀粉结晶度增加1.94%、1.3%和1.96%。在自然发酵过程中优势菌代谢产生的有机酸或酶类物质作用于淀粉结构较松散的非结晶区，使无定型区即非结晶区遭到削弱或破坏，直链淀粉溶出，回生值增加，淀粉分子的结晶区比例相对增加，即发酵使淀粉的结晶度增加。

发酵对高粱淀粉颗粒表面形态的影响

由上图可知，，高粱淀粉颗粒多数为不规则球体，表面内凹，少数表面为类蜂窝状结构。通过不同时间的发酵处理与未发酵淀粉进行对比可知发酵后的淀粉颗粒表面有较明显的被腐蚀的空洞，颗粒形状不完整，颗粒表面的小颗粒淀粉比例增加。在发酵14 d时，淀粉颗粒形态较光滑，大小形状较均一。此时的高粱淀粉较适合生产米粉等老化特征较明显的产品。

二

自然发酵对高粱淀粉老化性质的影响

高粱在一定温度、加糖量的条件下进行自然发酵与未发酵高粱淀粉的老化特征值比较，与未发酵高粱淀粉相比，峰值黏度和衰减值先增加后降低，最终黏度及回生值升高，凝胶强度增加。

结 论

实验结果说明，发酵使长支链淀粉分子发生降解，生成短支链或直链淀粉，有利于淀粉分子聚集形成致密有序化结构进一步形成凝胶，因此发酵使淀粉的回生值增加，糊化温度热晗值降低。本研究不仅通过不同角度探讨发酵对淀粉分子的影响机理，还通过控制发酵条件生产老化高粱产品如粉丝等，进一步扩大高粱的应用范围，提高其应用价值。

本文《高粱自然发酵对淀粉分子结构及老化性质的影响》来源于《食品科学》2019年40卷18期35-40页，作者：顾春涛, 毕伟伟, 朱军莉 。 DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180923-254。

修改/编辑：袁月；责任编辑：张睿梅

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