小麦是世界上人类和动物饮食中广泛使用的重要谷物。淀粉是小麦粉中的主要成分，以颗粒的形式存在小麦籽粒的胚乳中。小麦淀粉由A型和B型两种不同形式的颗粒组成，C型淀粉为A型淀粉和B型淀粉的混合物。小麦淀粉的结构和理化性质拓宽了其在食品加工中的应用，并为食品提供了理想的理化性质。
在发酵面食中，酸面团起着很重要的作用。乳酸菌和酵母菌作为主要微生物存在于酸面团中。在发酵过程中，乳酸菌和酵母两者互相依赖，酵母菌发酵能够为乳酸菌提供一些营养物质，而酵母菌增殖所需要的代谢能源则是乳酸菌通过代谢产生。酸面团发酵不仅可以延长食品的货架期，而且能够改善食品的感官特性，增强食品的风味和营养功能。
山西农业大学食品科学与工程学院的李彦慧，张子仪和马玲*等人旨在以小麦粉为原料，加入酿酒酵母和乳酸片球菌进行面团发酵，研究两种菌协同发酵对小麦淀粉结构及理化性质的影响，以期为面团改善发酵制品品质以及发酵对淀粉改性的机理提供理论参考和支持。
1 酸面团发酵过程中小麦淀粉的直链淀粉和支链淀粉含量分析
表1为两种酸面团在不同发酵阶段小麦淀粉的直链和支链淀粉含量。小麦淀粉中主要是由直链淀粉和支链淀粉两种不同的类型构成的，其中支链淀粉含量要高于直链淀粉含量。从表1可得，两种酸面团在不同发酵阶段的支链淀粉含量均高于直链淀粉含量。Y7和Y7R5的直链淀粉含量随着发酵次数的增加而不断增加。Park等研究证明植物乳植杆菌发酵米粉的直链淀粉含量随发酵时间的延长而逐渐增加，42 h后，两种米粉的直链淀粉分别从13.93%和12.62%增加到17.29%和15.34%。Y7和Y7R5的支链淀粉含量随着发酵次数的增加而减少，但在最后1 次发酵后，支链淀粉含量又有所增加。Y7R5与Y7的直链淀粉含量在各个发酵阶段均无显著差异（
P＞0.05），但Y7R5的支链淀粉含量显著高于Y7的支链淀粉含量（
P＜0.05），可能是因为协同发酵可以产生更多的酸和酶，从而分解为支链淀粉。有研究表明，小麦淀粉在发酵过程中支链淀粉含量的减少可能是因为酸和酶共同作用降解支链淀粉，形成类似直链淀粉的物质，从而使直链淀粉含量增加，支链淀粉含量减少。
2 酸面团发酵过程中小麦淀粉的颗粒形貌观察
从图1可得，两种酸面团在发酵前小麦淀粉颗粒表面均相对光滑完整，但是随着发酵次数的增加，淀粉颗粒的表面变得越来越不均匀，并且形成坑和显著的颗粒破碎。这些结果表明，发酵能够导致小麦淀粉颗粒的表面侵蚀，并且发酵次数越多，发酵时间越长，小麦淀粉颗粒表面侵蚀越严重。除此之外，在每个发酵阶段，Y7R5淀粉颗粒比Y7淀粉颗粒表面侵蚀严重，可能是因为协同发酵产生更多的有机酸，从而降解淀粉分子，侵蚀淀粉表面。因此，Y7R5酸面团发酵更彻底。Xie Xiaoqing等研究发现与植物乳植杆菌和酿酒酵母协同发酵相比，纯菌株发酵的青稞淀粉颗粒裂纹更小，在协同发酵的青稞淀粉颗粒表面观察到更明显的斑点和裂纹，与本实验研究结果一致。
3 酸面团发酵过程中小麦淀粉的粒径分析
表2为不同发酵阶段小麦淀粉的粒径分布，淀粉颗粒粒度分布是指粉状样品中不同大小的颗粒在总颗粒中所占的比例。根据淀粉尺寸的大小可以将淀粉颗粒为3 种类型：A型（＞15.5 μm）、B型（5.5～15.5 μm）和C型（＜5.5 μm）颗粒，
D（4,3） 表示淀粉颗粒的体积平均粒径，而
D（3,2） 代表淀粉颗粒的面积平均粒径，
D10 、
D50 、
D90 分别表示淀粉累计粒度分布达到10%、50%、90%时所对应的粒径。从表2可得，两种菌种在不同发酵阶段的
D（4,3） 均大于15 μm，所以面团发酵过程中提取的淀粉均为A型淀粉。两种淀粉的粒径均随着发酵次数的增加先增大后减小，这可能是因为淀粉分子吸水膨胀，但随着发酵时间的延长，淀粉分子会不断降解，从而导致颗粒减小，这与陈金凤等的研究结果一致。Y7R5每个发酵阶段的淀粉粒径均小于Y7淀粉粒径，这可能与发酵过程中淀粉分子的表面损伤、降解以及破碎有关，并且协同发酵使小麦淀粉的粒径（
D（4,3） ）减小1.19 μm。通过观察扫描电子显微镜图发现，Y7R5的淀粉颗粒破碎严重。因此，乳酸片球菌和酵母菌协同发酵相较于酿酒酵母发酵能够减小淀粉粒径。
4 酸面团发酵过程中小麦淀粉的溶解度和膨胀势分析
淀粉的溶解度表示淀粉在膨胀过程的溶解程度，淀粉的膨胀势表示淀粉在加热作用下吸收水分而发生的膨胀作用。从图2可得，与未发酵相比，Y7R5最终发酵阶段的溶解度和膨胀势均显著增加（
P＜0.05），Y7发酵的酸面团最终发酵阶段的溶解度显著增加（
P＜0.05），膨胀势也有所提高。淀粉溶解度上升可能是直链淀粉含量增加导致，在加热过程中，直链淀粉间的氢键断裂导致直链淀粉溶胀，溶解度增加。Y7R5菌种发酵的溶解度高于Y7酸面团中淀粉溶解度，可能是因为乳酸菌产酸导致淀粉分子解聚。Elkhalifa等认为微生物淀粉酶和发酵过程产生的酸性pH值导致淀粉分子解聚，从而提高了淀粉的溶解度。膨胀度受支链淀粉含量影响，支链淀粉含量越高且分支越多，淀粉糊的体积膨胀也就越大。闵伟红等研究也表明，乳酸菌发酵使大米淀粉的溶解度和膨胀势均增加，而膨胀势的增加则与支链淀粉含量有关。
5 酸面团发酵过程中小麦淀粉的透明度分析
淀粉糊的透明度是其最重要的外在特征之一，它与淀粉食品的加工和外观有着密切的关系，同时也会影响产品的可接受度。透光率一般用来表示淀粉透明度。透明度的高低取决于糊化后淀粉颗粒的膨胀程度以及支链淀粉的含量，支链淀粉含量较高时，光的透光率增强，则透明度也就越高。由图3可知，两种菌种发酵的淀粉糊透光率都是先降低再升高；Y7R5发酵0、6 h和24 h时透明度高于Y7，但发酵42 h后，两者透明度相差不大；与未发酵相比，发酵结束后的两种淀粉的透明度均有所降低，可能是由发酵过程不断地添加小麦粉所导致。周显青等研究发现植物植乳杆菌发酵大米淀粉中透明度随着发酵时间的延长先降低后增加，与本实验研究结果一致。
6 酸面团发酵过程小麦淀粉的傅里叶变换红外光谱分析
傅里叶变换红外光谱能够用来测定短程分子有序度以及淀粉形成过程中产生的链构象、双螺旋结构以及氢键组合的变化。由图4可知，两种酸面团在各个发酵阶段的位置和大小都相似，并且具有相同的特征峰，没有发现有新的衍射峰，说明发酵过程中并没有产生新的官能团。3 382 cm －1 处的吸收峰表示O—H或N—H的对称和不对称伸缩振动，2 930 cm －1 附近的吸收峰代表亚甲基的C—H不对称伸缩振动，1 650 cm －1 附近的吸收峰表示C＝O伸缩振动和N—H的弯曲振动，1 080 cm －1 处的吸收峰表示C—O伸缩振动、C—C和O—H的弯曲振动及糖苷键C—O—C不对称伸缩振动叠加。蛋白质的特征吸收峰包括酰胺I带（1 700～1 600 cm －1 ）、酰胺II带（1 600～1 500 cm －1 ）和酰胺III带（1 340～1 200 cm －1 ）。在1 047 cm －1 和995 cm －1 处的吸收峰表示淀粉的晶态结构，而1 022 cm －1 处的吸收峰则与非晶态结构相关。因此，995/1 022和1 047/1 022的强度比可以分别用来表征双螺旋度（double helix，DD）和双螺旋有序度（double helix order，DO）。由表3可知，Y7R5的DO值在每个发酵阶段均高于Y7，而Y7R5的DD值只有在第2次发酵阶段高于Y7，其余发酵阶段的DD值与Y7无显著差异（ P ＜0.05）。这可能是淀粉分子有序排列使结晶度增加和发酵过程中产生的短链的强分子间相互作用导致的。
7 酸面团发酵过程中小麦淀粉的X射线衍射分析
X射线衍射一般用于测定淀粉的长程有序晶体结构，淀粉主要分为A、B和C 3 种类型。A型淀粉主要与谷物淀粉有关，其X射线衍射图谱在15°、17°、18°和23°附近有明显的衍射峰。B型淀粉主要存在于块茎的淀粉中，其最强衍射峰出现在17°处，在20°、22°和24°处也有一些小峰。C型淀粉则是A型和B型淀粉的混合物，主要存在豆类淀粉中。从图5可知，两种淀粉在不同发酵阶段在衍射角13°、15°、17°以及23°处出现明显的衍射峰，是典型的A型淀粉。在每个发酵阶段都表现出相似的晶体性质，说明发酵并没有改变淀粉颗粒的晶体结构，与Tu Yuan等的研究结果高度一致。由表4可知，Y7R5所有发酵阶段的相对结晶度均高于Y7，可能是因为有机酸或乳酸菌在发酵过程中，淀粉颗粒的无定形区被水解。同时，协同发酵结束后的结晶度比单独发酵的结晶度高2.15%。此外，乳酸片球菌和酿酒酵母协同发酵比酿酒酵母发酵更有利于小麦淀粉结构的有序性。与Xu Meijuan等报道的自然发酵和乳酸菌发酵使山药淀粉结晶度先增加后减少结果一致。
8 酸面团发酵过程中小麦淀粉的糊化特性
淀粉颗粒在水中被加热时会吸水膨胀导致淀粉颗粒破裂，结构发生不可逆的变化，最终形成黏稠状胶体溶液的过程，即为淀粉的糊化。糊化的本质是淀粉中晶态与非晶态淀粉分子之间的氢键断裂，微晶束分离，同时淀粉颗粒原有的微晶结构也被破坏，最终形成间隙较大的立体网状结构。
从表5可知，Y7R5多次发酵后各种糊化特性均显著提高（
P＜0.05），Y7的糊化温度和回生值也显著提高（
P＜0.05），峰值黏度有所降低。其中，Y7峰值黏度随着发酵次数的增加先降低后升高，有研究表明长链越长（短链越少）或支链淀粉含量越高，淀粉吸收和保留的水分就越多，峰值黏度就越高。本实验支链淀粉含量也是先降低再增加。Y7R5淀粉糊的峰值黏度增加的原因是淀粉分子是以葡萄糖聚合物的形式存在的，淀粉分子的空间位阻较大，发酵过程中产生的酸和酶会分解面粉中的脂质和蛋白质，最终使得淀粉分子充分暴露后吸水膨胀，从而导致峰值黏度增加。
回生值是最终黏度和最低黏度两者的差值，它反映的是淀粉的老化程度，回生值越小，淀粉的老化程度越低。最后一次发酵阶段两种菌种发酵的酸面团的淀粉回生值较未发酵阶段相比均显著增加（
P＜0.05），说明发酵次数的增加不利于延缓淀粉老化。从表5可知，未发酵和前两次发酵阶段Y7R5的回生值都高于Y7的回生值，而最后一次发酵阶段Y7R5的回生值低于Y7的回生值，说明乳酸菌协同酵母菌发酵比酵母菌单独发酵更利于延缓淀粉老化。Li Xia等研究表明乳酸菌和酵母菌共同发酵能够阻碍淀粉的短期老化，促进淀粉颗粒凝胶网络结构的发展。
9 酸面团发酵过程中小麦淀粉的凝胶质构分析
凝胶特性是指淀粉经过糊化冷却至常温而形成的一种呈现固体凝胶的质构特性，如淀粉凝胶的硬度、弹性等。由表6可知，与未发酵相比，两种菌种发酵的面团的淀粉凝胶弹性在最终发酵阶段均有所增加，这可能是因为一部分淀粉被发酵产生的淀粉酶降解为氨基酸和糖类等物质，增加了面团的吸水和持气能力。发酵结束后，Y7R5表现出更高的内聚性和咀嚼性，而弹性和胶黏性与Y7无明显差异；Y7凝胶硬度在最终发酵阶段有所增加，而Y7R5凝胶硬度则有所减少，说明乳酸菌和酵母菌混合发酵能够降低淀粉的凝胶硬度。Majzoobi等研究发现在小麦淀粉中添加乳酸和乙酸能够显著降低凝胶硬度，说明pH值显著影响凝胶硬度。本实验中Y7R5凝胶硬度低于Y7凝胶硬度的原因可能是乳酸菌在发酵过程中代谢产生有机酸，使得pH值降低，氢离子浓度增加，与淀粉中羟基上的氧结合，使得淀粉分子间氢键的结合能力降低，最终导致凝胶硬度下降。
10 酸面团发酵过程小麦淀粉的热特性分析
表7为不同发酵阶段小麦淀粉的热特性参数，其中
T0 为初始温度，
Tp 为峰值温度，
Tc 为终止温度，Δ
H为糊化焓值。Δ
H表示在糊化过程中破坏结晶和非晶区域中的双螺旋所需要的能量。Y7和Y7R5的
T0 在不同发酵阶段没有明显差异，Δ
H都是先降低再升高，然后再降低，并且每个发酵阶段Y7R5的Δ
H均高于Y7的Δ
H，说明Y7R5比Y7有更大的热稳定性，且糊化所需的能量更大。此外，Y7R5最终发酵结束后的热稳定性比Y7高3.70 J/g。一般来说，直链淀粉含量高的食品需要更多的能量来破坏结晶区的分子氢键，而支链淀粉一般分布在非结晶区，晶体较小，容易融化。由于Y7R5的支链淀粉含量较高，所以Y7R5在发酵过程中更容易受到较高程度的裂解，从而导致其Δ
H比Y7的Δ
H高。有研究表明糊化焓值与结晶度之间存在正相关关系，因此，糊化焓值的变化与结晶度密切相关。
结 论
本研究通过测定不同发酵阶段小麦淀粉的结构和理化性质，分析酿酒酵母发酵以及乳酸片球菌和酿酒酵母协同发酵对淀粉的影响。结果表明，与Y7发酵相比，Y7R5发酵增加了淀粉含量、溶解度、膨胀势以及透明度；扫描电子显微镜显示，Y7R5淀粉颗粒比Y7淀粉颗粒表面侵蚀严重，Y7R5发酵更彻底；粒径分析表明Y7R5发酵能够减小淀粉粒径；傅里叶变换红外光谱分析表明，发酵并不产生新的官能团；发酵没有改变淀粉颗粒的晶体结构，但Y7R5发酵比Y7发酵有利于小麦淀粉结构的有序性；凝胶质构分析表明Y7R5发酵能够降低淀粉的凝胶硬度；Y7R5发酵降低了回生值、衰减值、糊化温度和
Tc ，增加了Δ
H值。综上所述，乳酸片球菌和酿酒酵母的协同发酵比酿酒酵母发酵更有效，协同发酵能够改善小麦淀粉的特性。因此，本研究为协同发酵提供了理论依据，对小麦相关食品的发酵有一定的指导意义。
本文《协同发酵对小麦淀粉结构和理化性质的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第15期112-119页，作者：李彦慧，张子仪，张杉杉，简筱晴，马玲*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250115-111。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。
实习编辑：普怡然 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。
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