邵淋淋，曾詩(shī)雨，李秀娟，潘思軼

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，湖北 武漢，430070)

酒釀作為我國(guó)特有的傳統(tǒng)酒種，凝聚了中華飲食數(shù)千年的精華，有著鮮明的民族文化特色與地域性風(fēng)味特色。酒釀大多由蒸熟的糯米拌上酒曲發(fā)酵而成，其營(yíng)養(yǎng)豐富、酒度低、酸甜可口，深受廣大群眾的喜愛(ài)，并具有保健效果[1]。麥仁酒釀(麥酒)是河南、安徽一帶等小麥產(chǎn)區(qū)的民間特產(chǎn)，湖北十堰也很常見(jiàn)，食用方法與米酒無(wú)異。目前，關(guān)于米酒的研究較多，而麥酒卻未有研究報(bào)道。由于技術(shù)落后、文化滯后、宣傳推廣不夠等原因，許多特色風(fēng)味食品面臨失傳，麥酒及麥酒文化也在悄悄退出歷史的舞臺(tái)。采用現(xiàn)代高新技術(shù)對(duì)特色風(fēng)味食品加工業(yè)進(jìn)行改造、提升和工業(yè)化，將是傳統(tǒng)食品發(fā)展的必然趨勢(shì)。

在廣泛調(diào)研麥仁酒釀及類似產(chǎn)品民間制作及食用方法的基礎(chǔ)上，對(duì)麥仁酒釀(部分脫皮小麥發(fā)酵)和全麥酒釀(未脫皮小麥發(fā)酵)的加工工藝、營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味特性、小麥品種與酒釀品質(zhì)的相關(guān)性等進(jìn)行研究[2-4]。全麥酒釀是以整粒小麥為原料，經(jīng)浸泡、煮制、拌曲發(fā)酵而成的一種全麥產(chǎn)品，其顏色淡黃有光澤，氣味香甜怡人，滋味清甜，口感彈糯，營(yíng)養(yǎng)豐富，含有大量還原糖、游離氨基酸、蛋白質(zhì)、戊聚糖、礦物質(zhì)、阿魏酸和膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]，具有廣闊的市場(chǎng)前景。全麥酒釀既可作為食品直接食用，又可作為其他食品的原料或輔料進(jìn)一步加工。

全麥主要由淀粉組成，其含量占干物質(zhì)的60%～70%。合適的淀粉消化率以及良好的加工性能是改善淀粉營(yíng)養(yǎng)功能的關(guān)鍵[5]。淀粉的理化特性通常包括淀粉的顆粒特性、糊化特性、熱特性、老化特性和流變特性等，這些性質(zhì)與全麥深加工產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)系最為密切。同時(shí)，淀粉的顆粒形態(tài)、直鏈與支鏈淀粉的比例、加工處理方式等，又影響淀粉的消化速率[6]。依據(jù)淀粉在人體內(nèi)的消化特點(diǎn)，ENGLYST等[7]將淀粉劃分為快消化淀粉(rapidly digestible starch, RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch, SDS)和抗性淀粉(resistant starch, RS)，以3種淀粉含量衡量食物中淀粉的體外消化性[8]。攝入含有SDS和RS的淀粉類食品對(duì)降低患心血管及其他慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)具有潛在的有益作用[9]。研究全麥酒釀制作過(guò)程中小麥淀粉的變化，對(duì)提高全麥?zhǔn)称芳庸ぬ匦院凸δ芴匦跃哂兄匾饔?，但該方面的?bào)道甚少。

本文探討了煮制與發(fā)酵處理對(duì)全麥中淀粉的微觀結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)以及淀粉體外消化特性的影響，對(duì)全麥的開(kāi)發(fā)、利用及全麥的精深加工具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

小麥，產(chǎn)自湖北武漢新洲；甜酒曲，安琪酵母股份有限公司。

1.2 主要試劑與儀器

胰液素(EC 3.4.23.1)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；淀粉轉(zhuǎn)葡糖苷酶(EC 3.2.1.3)，上海源葉生物科技股份有限公司；葡萄糖試劑盒(GOPOD)，上海名典生物工程股份有限公司；818型pH計(jì)，美國(guó)奧利龍的公司；JYZ-C0021料理機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司；DHG-9123A恒溫烘箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；755B紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；JSM-6390/LV掃描電鏡，日本電子光學(xué)儀器有限公司；D8-Advance X-射線衍射儀，德國(guó)布魯克有限公司；204F示差量熱掃描儀(DSC)，德國(guó)耐馳公司；RVA-4快速黏度測(cè)定儀，澳大利亞紐波特科學(xué)儀器有限公司。HCl、KH2PO4、Na2HPO4、NaOH，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，均為分析純。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 全麥酒釀的制作

將小麥淘洗干凈，在25 ℃恒溫浸泡18 h，沸水煮30 min，攤涼后拌曲，拌曲量為小麥干重的0.5%，30 ℃發(fā)酵48 h。

1.3.2 淀粉樣品的提取

淀粉的提取參考LIU等[10]的方法稍加修改。將樣品浸泡于蒸餾水中(樣品質(zhì)量濃度為0.33 g/mL)，轉(zhuǎn)移至料理機(jī)粉碎10 min，懸浮液過(guò)100目篩，濾液以3 500 r/min的速度離心5 min，沉淀在40 ℃下恒溫干燥。風(fēng)干的沉淀中加入0.3% NaOH(樣品在溶液中的質(zhì)量濃度為0.125 g/mL)，攪拌15 min，室溫下放置過(guò)夜。倒掉上清液，用蒸餾水反復(fù)洗滌沉淀物，直至上清液呈無(wú)色透明狀態(tài)。再次浸泡沉淀后將懸浮液過(guò)200目篩，濾液于40 ℃下恒溫干燥12 h即可得到淀粉樣品。

1.3.3 掃描電鏡

將淀粉樣品放入真空冷凍干燥機(jī)，冷凍干燥24 h。將冷凍干燥后的淀粉樣品固定在金屬樣品平臺(tái)上，吹去多余的粉末，在真空下噴涂鉑金，然后用掃描電子顯微鏡(SEM)以10 kV電子束觀察拍攝淀粉的表面狀態(tài)。

1.3.4 X-射線衍射

采用X-射線衍射儀進(jìn)行物相分析，測(cè)試條件：管壓40 kV，管流40 mA，掃描速度2.0 °/min，掃描范圍5～30° (2θ)。相對(duì)結(jié)晶度的計(jì)算方法參考NARA等[11]，計(jì)算軟件使用MDI-Jade 6.0 software。

1.3.5 表觀直鏈淀粉含量

表觀直鏈淀粉含量參考WILLIAMS等[12]建立的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.6 熱力學(xué)特性研究

采用DSC進(jìn)行淀粉樣品的熱力學(xué)特性測(cè)試。稱取2.5 mg干燥淀粉樣品，按m(樣品)∶m(水)=1∶4的比例加入去離子水并混合均勻，壓蓋密封后在室溫下平衡24 h，以空皿為參比，掃描溫度20～80 ℃，掃描速率5 ℃/min。

1.3.7 溶解度與溶脹度

準(zhǔn)確稱取4份樣品，淀粉懸浮液的濃度均為1%，分別放入65、75、85、95 ℃水浴30 min。冷卻至室溫，以4 000 r/min的速度離心30 min。取上清液在105 ℃下烘干，稱重，即為水溶性淀粉的質(zhì)量，計(jì)算溶解度。下層為溶脹淀粉部分，由溶脹淀粉質(zhì)量計(jì)算溶脹度，計(jì)算公式(1)、(2)為：

(1)

溶脹度B=D/W(1-S)

(2)

式中：C，水溶性淀粉干重；W，淀粉樣品干重；D，溶脹淀粉濕重。

1.3.8 糊化性質(zhì)

采用RVA快速黏度分析儀測(cè)定淀粉糊化特性[13]。在鋁杯中加入3.0 g(干重)淀粉樣品和25 mL去離子水，攪拌使淀粉分散后置于快速黏度分析儀中進(jìn)行測(cè)試。測(cè)定程序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)方法：50 ℃保持1 min，在1～3.75 min以12 ℃/min速度升溫至95 ℃，保持2.5 min，在4.75～8.5 min以12 ℃/min降溫至50 ℃，保持2 min。起始轉(zhuǎn)速為960 r/min，保持10 s，之后保持160 r/min的速度。測(cè)定指標(biāo)包括峰值黏度、最小黏度、最終黏度、衰減值、回生值和成糊溫度。

1.3.9 淀粉的體外消化性

淀粉體外消化性的測(cè)定參照ENGLYST等[7]建立的方法，稍作修改。

酶液配制：由α-淀粉酶液(54 mL)、淀粉轉(zhuǎn)葡糖苷酶液(4 mL)和蒸餾水(4 mL)混合制得。α-淀粉酶液：準(zhǔn)確稱取3.0 g胰液素溶解至80 mL蒸餾水，在35 ℃下以150 r/min恒溫水浴振蕩20 min，以1 500 r/min離心15 min，取上清液備用。淀粉轉(zhuǎn)葡糖苷酶液：準(zhǔn)確稱取2.25 g轉(zhuǎn)葡糖苷酶溶解至50 mL蒸餾水，然后用α-淀粉酶液同樣的方法配制。

準(zhǔn)確稱取200 mg樣品于錐形瓶中，加入15 mL pH 5.2的磷酸緩沖溶液和7顆玻璃珠，將樣品放入37 ℃水浴5 min。加入5 mL混合酶液，于37 ℃水浴中以150 r/min的速度加熱振蕩。分別在0、20和120 min時(shí)取出0.5 mL水解液放入4 mL 80%的乙醇中進(jìn)行滅酶處理，然后5 000 r/min離心10 min以去除雜質(zhì)。水解液中葡萄糖含量采用葡萄糖試劑盒測(cè)定，然后計(jì)算RDS、SDS和RS的含量。

1.3.10 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 17.0分析軟件進(jìn)行整理與分析，統(tǒng)計(jì)分析方法為Duncan檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 關(guān)鍵加工工藝對(duì)淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 淀粉顆粒的微觀形態(tài)

如圖1所示，天然的淀粉顆粒主要分為2類：大型的圓盤狀顆粒(A型)和小型的球形顆粒(B型)。大型顆粒表面光滑，少許顆粒表面有凹槽或缺口，這種結(jié)構(gòu)能夠減少底物與酶接觸的機(jī)會(huì)[14-15]。經(jīng)煮制后淀粉表面變得粗糙且沒(méi)有規(guī)則，顆粒緊密堆積形成較大的顆粒。表面結(jié)構(gòu)上的變化表明，淀粉的完全凝膠化使其完全失去了顆粒的原有形態(tài)。發(fā)酵過(guò)程也是淀粉老化的過(guò)程，伴隨著老化的發(fā)生，發(fā)酵后淀粉顆粒的形態(tài)部分修復(fù)，呈不規(guī)則、球形或多邊形的形態(tài)，并在表面產(chǎn)生了明顯的裂紋。裂紋的產(chǎn)生可能是由于淀粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在水分子和微生物的作用下斷裂所導(dǎo)致。這些結(jié)果表明，煮制和發(fā)酵處理，對(duì)全麥淀粉顆粒破壞明顯，有利于酶與淀粉顆粒接觸，促進(jìn)淀粉的利用。

圖1 NS、CS和FS樣品的掃描電鏡圖

Fig.1 SEM photographs of the NS, CS and FS samples

2.1.2 淀粉晶體結(jié)構(gòu)和相對(duì)結(jié)晶度的變化

如圖2所示，天然淀粉表現(xiàn)出典型的A-型圖譜(主峰為 2θ=15.12°、17.17°、18.05°和23.01°)，煮制和發(fā)酵處理并沒(méi)有改變晶體類型。NS、CS、FS的相對(duì)結(jié)晶度分別為33.68%、13.02%和26.19%。淀粉顆粒的結(jié)晶度經(jīng)煮制后明顯降低，可能是由于熱水處理破壞了淀粉的結(jié)晶區(qū)，導(dǎo)致RDS增加和RS損失[16]。有研究認(rèn)為，在煮制過(guò)程中，淀粉顆粒吸水，淀粉分子之間的氫鍵被水與淀粉之間的氫鍵所取代，導(dǎo)致新形成的晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)結(jié)晶度較低，容易被破壞。煮制淀粉經(jīng)發(fā)酵后，淀粉相對(duì)結(jié)晶度增加，可能是由于老化作用發(fā)生，淀粉顆粒中形成了半晶狀片層結(jié)構(gòu)與無(wú)定形區(qū)相互交疊的微晶束，使得發(fā)酵后淀粉的相對(duì)結(jié)晶度增加[17]。研究表明，淀粉的酶解速度與淀粉的相對(duì)結(jié)晶度相關(guān)，淀粉結(jié)晶度越高，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，酶越難分解，越難被消化[18]。因此與煮制淀粉相比，發(fā)酵淀粉不易被淀粉水解酶分解。

圖2 NS、CS和FS的X-衍射譜圖

Fig.2 X-ray diffraction patterns of the NS, CS and FS samples

2.2 關(guān)鍵加工工藝對(duì)淀粉理化性質(zhì)的影響

2.2.1 表觀直鏈淀粉含量

經(jīng)測(cè)定，天然淀粉、煮制淀粉和發(fā)酵淀粉的表觀直鏈淀粉含量分別為(49.83±1.26)%、(45.17±0.76)%、(46.33±1.26)%。煮制后的直鏈淀粉含量降低了4.66%，這是由于在煮制過(guò)程中直鏈淀粉從淀粉顆粒中析出造成的[19]。發(fā)酵淀粉中表觀直鏈淀粉含量由于發(fā)酵過(guò)程中支鏈淀粉分支結(jié)構(gòu)被酶水解成短直鏈造成輕微增加的現(xiàn)象。有研究表明，直鏈淀粉含量與淀粉中的RDS呈負(fù)相關(guān)性，但與RS呈正相關(guān)關(guān)系[20-21]。由此看出，煮制淀粉比發(fā)酵淀粉容易被分解。

2.2.2 淀粉熱力學(xué)性質(zhì)

采用DSC研究了3種淀粉樣品的熱力學(xué)特性，表1和圖3分別為樣品的熱流變化參數(shù)及曲線。經(jīng)煮制和發(fā)酵后淀粉樣品的To、Tp、Tc值均呈上升趨勢(shì)。在凝膠化過(guò)程中，淀粉結(jié)晶區(qū)的雙螺旋結(jié)構(gòu)被溶解，無(wú)定形區(qū)溶脹后對(duì)結(jié)晶區(qū)產(chǎn)生壓力，聚合物鏈從淀粉晶體表面分離下來(lái)，導(dǎo)致了To、Tp、Tc的增加。煮制工藝會(huì)誘導(dǎo)淀粉顆粒的無(wú)定形區(qū)在發(fā)酵過(guò)程中更快速地被根霉和酵母所分泌的酶降解，致使To、Tp、Tc值變得更高。

糊化焓指雙螺旋結(jié)構(gòu)分離所需能量,與雙螺旋短程結(jié)構(gòu)有序性密切相關(guān)[22]。研究發(fā)現(xiàn)，煮制淀粉和發(fā)酵淀粉的焓值顯著降低。煮制淀粉的吸熱峰幾乎完全消失，這主要是由于煮制淀粉中原始的雙螺旋鏈被瓦解[23]，而伴隨凝沉的發(fā)酵過(guò)程形成了更加規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，使發(fā)酵淀粉在74.30 ℃有較大的吸熱峰。研究顯示，具有較高焓值的淀粉樣品中含有較高含量的RS[24]。

表1 NS、CS和FS樣品的熱力學(xué)性質(zhì)

注：To-起始溫度；Tp-峰值溫度；Tc-終止溫度；Tc～To為凝膠化溫度范圍；ΔH-凝膠化焓值。小寫(xiě)字母不同表示顯著性差異(n=3，P<0.05)。

圖3 NS、CS和FS樣品的熱力學(xué)性質(zhì)

Fig.3 Thermal properties of the NS, CS and FS samples

2.2.3 淀粉的溶解度與溶脹度

溶脹度和溶解度主要反映淀粉顆粒內(nèi)部的結(jié)晶區(qū)與無(wú)定形區(qū)相互作用的程度[25]。淀粉的溶脹度主要與支鏈淀粉分子的性質(zhì)有關(guān)，與此同時(shí)，直鏈淀粉對(duì)淀粉的溶脹起抑制作用。由圖4、圖5可以看出，溶脹度和溶解度均隨溫度的升高而升高。與天然淀粉相比，煮制后淀粉的溶脹度增加，而發(fā)酵后淀粉的溶脹度減少。研究發(fā)現(xiàn)，淀粉的溶脹度值與其直鏈淀粉含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[26]，具有最低直鏈淀粉含量的煮制淀粉在3種淀粉中顯示出最高的溶脹度。

圖4 NS、CS和FS樣品的溶脹度

Fig.4 Swelling power of the NS, CS and FS samples

圖5 NS、CS和FS樣品的溶解度

Fig.5 Solubility of the NS, CS and FS samples

煮制淀粉溶脹度的增加和溶解度的減少歸因于結(jié)晶度的降低、水合作用的增強(qiáng)、直鏈淀粉與支鏈淀粉相互作用的降低以及分子內(nèi)氫鍵的減少[27]。而發(fā)酵淀粉溶脹度的降低和溶解度的增加可能是由于淀粉結(jié)晶區(qū)重排而形成更加有序的側(cè)鏈相互結(jié)合成簇的支鏈結(jié)構(gòu)。淀粉顆粒的溶脹可以促進(jìn)消化性酶進(jìn)入淀粉內(nèi)部從而破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)致使RDS含量增加[28]。煮制淀粉經(jīng)發(fā)酵后溶脹度降低是由于相對(duì)完美晶體結(jié)構(gòu)的形成，可限制淀粉顆粒的溶脹[29]且減少與消化性酶的接觸。

2.2.4 淀粉的糊化性質(zhì)

表2給出了樣品黏度性質(zhì)的結(jié)果。煮制和發(fā)酵過(guò)程對(duì)全麥淀粉的糊化性質(zhì)有顯著影響，其糊化溫度、峰值黏度、衰減值和最終黏度均下降。較低的糊化溫度表明直鏈淀粉-直鏈淀粉和直鏈淀粉-支鏈淀粉鏈之間的相互作用增強(qiáng)，淀粉樣品只需在較低的加熱條件下就可以使其結(jié)構(gòu)瓦解形成糊狀物[30]。在3種淀粉樣品中，天然淀粉顆粒具有較高的峰值黏度，這表明天然淀粉顆粒中溶解的直鏈淀粉含量最高。支鏈淀粉中的長(zhǎng)鏈所占比例較高會(huì)降低淀粉顆粒的衰減值[31]，因此，具有最低衰減值的煮制淀粉可能是由于其在3種淀粉中含有的長(zhǎng)鏈支鏈淀粉最多?；厣当硎局辨湹矸叟c直鏈淀粉間的聚合度和在直鏈淀粉中能被浸出的碎片顆粒[32]，直鏈淀粉含量與回生值呈極顯著的正相關(guān)[33]，3種淀粉中，煮制淀粉由于直鏈淀粉含量最低具而有最低的回生值。

BLAZEK等[34]提出最終黏度隨著直鏈淀粉含量的增加而增加。因此，煮制淀粉的最終黏度最低。糊化性質(zhì)的所有指標(biāo)均顯示出天然淀粉的存在形式最為穩(wěn)定，而煮制的淀粉經(jīng)發(fā)酵后其穩(wěn)定性增強(qiáng)。

表2 NS、CS和FS樣品的糊化性質(zhì)

注：不同小寫(xiě)字母表示顯著性差異(n=3，P<0.05)。下同。

2.3 關(guān)鍵加工工藝對(duì)淀粉體外消化特性的影響

小麥經(jīng)煮制、發(fā)酵后體外消化性測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。煮制后的淀粉中RDS和SDS含量分別增加到30.71%、16.06%，RS含量下降較明顯，這是因?yàn)楦叨鹊哪z化增加了淀粉顆粒對(duì)淀粉水解酶和葡萄糖苷酶的敏感性[35]。同時(shí)，淀粉顆粒的溶脹促進(jìn)了消化性酶進(jìn)入淀粉分子內(nèi)部，因而增加了RDS和SDS的含量。圖1中淀粉的掃描電鏡圖、圖2中相對(duì)結(jié)晶度的降低、表觀直鏈淀粉含量以及表1中的凝膠化焓值變化證實(shí)了這一結(jié)果。

表3 NS、CS和FS樣品的體外消化性質(zhì)

煮制淀粉在發(fā)酵處理后，部分淀粉易被酶水解成單糖，形成發(fā)酵產(chǎn)物，導(dǎo)致剩余淀粉RS的含量相對(duì)增加。與天然淀粉相比，發(fā)酵淀粉顯示出更加規(guī)則和統(tǒng)一的微觀形態(tài)，更高的直鏈淀粉含量，更高的相對(duì)結(jié)晶度和較高的凝膠化焓值，這些都有效降低了淀粉與酶接觸的機(jī)會(huì)，從而導(dǎo)致了RS的增加。糊化溫度、峰值黏度和最終黏度都與RDS的含量呈負(fù)相關(guān)性，而與RS的含量呈正相關(guān)性，與CHUNG等[36]的研究結(jié)果一致。在伴隨老化作用的發(fā)酵過(guò)程中，由于RDS和SDS淀粉分子的重排形成更加規(guī)整的晶體，因而限制了部分水解酶對(duì)淀粉鏈的水解作用。

3 結(jié)論

全麥酒釀的關(guān)鍵加工工藝(煮制和發(fā)酵處理)通過(guò)影響淀粉的微觀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)改變了淀粉的消化率。結(jié)果表明，煮制淀粉在全麥的發(fā)酵過(guò)程中迅速老化，使得淀粉的形態(tài)呈現(xiàn)出不規(guī)則的橢圓形、球形或多邊形的形態(tài)，且淀粉表面出現(xiàn)了裂縫，但是晶體結(jié)構(gòu)仍維持A-型不變，而發(fā)酵淀粉的相對(duì)結(jié)晶度高于煮制淀粉。與天然淀粉相比，煮制淀粉和發(fā)酵淀粉的轉(zhuǎn)型溫度、凝膠化焓值均顯著降低，而凝膠化溫度顯著提高。煮制淀粉和發(fā)酵淀粉峰值黏度、回生值和最終黏度均降低。3種淀粉中，煮制淀粉RDS含量最高，RS含量最低，最容易被消化。煮制淀粉經(jīng)發(fā)酵后，RDS含量降低，RS含量增高，因此其消化性降低。因此，全麥酒釀通過(guò)發(fā)酵不僅可以賦予全麥獨(dú)特的風(fēng)味和口感，還能增加抗性淀粉的含量，降低淀粉的消化性，有利于身體健康。