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武漢輕工大學(xué)何毅副教授等：不同菌種發(fā)酵木薯粉品質(zhì)和糊化特性比較分析

木薯（Manihot esculenta Crantz）是世界三大薯類作物之一，是一種無(wú)麩質(zhì)的淀粉原料，塊根中淀粉含量為10%～30%，蛋白質(zhì)含量約為1%～2%，脂肪含量約為0.3%～4.3%，木薯存在營(yíng)養(yǎng)組成較單一，加工利用方式單一等問(wèn)題。在非洲等熱帶地區(qū)國(guó)家，當(dāng)?shù)鼐用窭脗鹘y(tǒng)自然發(fā)酵方法制成木薯產(chǎn)品，微生物發(fā)酵后賦予產(chǎn)品獨(dú)特的香氣，不僅解決了木薯高度易腐爛的問(wèn)題，而且顯著降低了木薯中抗?fàn)I養(yǎng)因子（氰化物）含量。

武漢輕工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院譚婉碧，何毅*等以華南9號(hào)木薯（SC9）為研究對(duì)象，研究自然發(fā)酵和許旺酵母（Schwanniomyces occidentalisKl?cker）、釀酒酵母、乳酸克魯維酵母（Kluyveromyceslactis）、馬克斯克魯維酵母（K l u y v e r o m y c e smarxianus）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）發(fā)酵5 種菌種對(duì)木薯粉的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、安全品質(zhì)、風(fēng)味有機(jī)酸、熱特性及結(jié)構(gòu)特性的影響，旨在獲得提高木薯粉營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)，降低氰化物含量、提升木薯粉加工性能的發(fā)酵菌種，為木薯粉食品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用拓展新思路和提供技術(shù)支持。

結(jié)果與分析

1 發(fā)酵方式對(duì)木薯粉營(yíng)養(yǎng)成分的影響

由表2可知，發(fā)酵后木薯粉的水分含量顯著降低（P＜0.05），經(jīng)馬克斯克魯維酵母發(fā)酵的木薯粉水分含量下降幅度較大，降低了17.3%。發(fā)酵后木薯粉脂肪含量顯著提升（P＜0.05），其中馬克斯克魯維酵母發(fā)酵的木薯粉脂肪含量上升幅度較明顯，上升了77.5%。發(fā)酵后木薯粉的真蛋白含量有一定差異，其中釀酒酵母發(fā)酵后的木薯粉真蛋白含量顯著提升（P＜0.05），提升了120.2%，而枯草芽孢桿菌發(fā)酵后真蛋白含量顯著下降（P＜0.05），降低了58.9%。發(fā)酵前后木薯粉灰分含量、粗纖維含量均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。發(fā)酵后木薯粉的pH值表現(xiàn)不同，其中枯草芽孢桿菌發(fā)酵后木薯粉pH值顯著降低（P＜0.05），降低了8.5%，而乳酸克魯維酵母發(fā)酵與自然發(fā)酵后木薯粉pH值顯著提升（P＜0.05），提升了10.7%。發(fā)酵后木薯粉的直鏈淀粉含量有一定差異，其中馬克斯克魯維酵母發(fā)酵的木薯粉直鏈淀粉含量顯著下降（P＜0.05），降低了19.0%，而乳酸克魯維酵母發(fā)酵的木薯粉直鏈淀粉含量顯著提升（P＜0.05），提升了9.5%。

2 有機(jī)酸組成與變化

如圖2所示，9 種有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)品的分離效果較好。圖3為枯草芽孢桿菌發(fā)酵木薯粉后有機(jī)酸的高效液相色譜圖。以各標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)酸質(zhì)量濃度（x）對(duì)峰面積（y）進(jìn)行線性回歸，如表3所示，各有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)均不小于0.999 7，表明二者線性關(guān)系良好。

由表4可知，枯草芽孢桿菌發(fā)酵木薯粉中總有機(jī)酸含量顯著提升（P＜0.05），提升了93.6%，其中乙酸含量與琥珀酸含量分別占總有機(jī)酸含量的45.6%和52.3%。釀酒酵母發(fā)酵木薯粉產(chǎn)生了檸檬酸，含量為1.574 mg/g，占總有機(jī)酸含量的30.2%，蘋(píng)果酸在發(fā)酵過(guò)程被降解，降解率為89.2%。許旺酵母發(fā)酵木薯粉后蘋(píng)果酸被完全降解，但產(chǎn)生了奎寧酸、富馬酸以及大量的乙酸，乙酸占總有機(jī)酸的93.8%。馬克斯克魯維酵母發(fā)酵木薯粉后草酸被完全降解，蘋(píng)果酸也大量降解，降解率為84.1%，但產(chǎn)生乙酸、檸檬酸和富馬酸，總有機(jī)酸含量顯著降低（P＜0.05），降低了37.4%。乳酸克魯維酵母發(fā)酵木薯粉后草酸和蘋(píng)果酸被完全降解，但產(chǎn)生了少量的酒石酸，占總有機(jī)酸含量的2.1%。自然發(fā)酵木薯粉后蘋(píng)果酸被完全降解，同時(shí)只產(chǎn)生了乙酸，占總有機(jī)酸含量的93.3%。

3 不同發(fā)酵菌劑氰化物殘留情況

氫氰酸含量是木薯粉食用安全品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。發(fā)酵木薯粉能有效降低氰化物含量，使其都低于歐盟規(guī)定食品中氫氰酸的最大殘留限量（10 mg/kg）。由圖4可知，多數(shù)菌發(fā)酵后氫氰酸含量均降低，其中許旺酵母發(fā)酵對(duì)氫氰酸的降解效果最為顯著，殘留量與降解率分別為0.09 mg/kg、91.82%；馬克斯克魯維酵母降解效果次之，為63.64%。釀酒酵母發(fā)酵后，氫氰酸的含量與對(duì)照組對(duì)比差異不顯著（P＞0.05），可能與不同菌種產(chǎn)酶的種類與能力有關(guān)。

4 發(fā)酵菌劑對(duì)木薯粗多糖含量的影響

粗多糖是木薯粉中重要的功能活性成分之一，但不同菌種產(chǎn)多糖能力不同。由圖5可知，多數(shù)益生菌發(fā)酵后木薯粉粗多糖的含量顯著增加（P＜0.05），但不同菌種的粗多糖得率存在一定差異：經(jīng)枯草芽孢桿菌發(fā)酵和自然發(fā)酵，粗多糖得率顯著高于對(duì)照組（0.59%），粗多糖得率分別為1.59%和1.12%，其中枯草芽孢桿菌發(fā)酵后粗多糖含量最高。

5 發(fā)酵菌劑對(duì)木薯粉顆粒結(jié)構(gòu)特性的影響

木薯粉中主要成分是木薯淀粉（含量約70%），其結(jié)構(gòu)的變化與加工特性密切相關(guān)。由表5可知，發(fā)酵后粒徑顯著降低（P＜0.05）。發(fā)酵木薯粉D10范圍為6.97～8.18 μm；D50范圍為17.80～20.52 μm；D90范圍為70.53～86.63 μm；其中，釀酒酵母發(fā)酵后，淀粉的D90最小，相對(duì)于對(duì)照組粒徑顯著降低（P＜0.05），說(shuō)明木薯粉發(fā)酵后淀粉顆粒變小。結(jié)合掃描電子顯微鏡（圖6）觀察發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵木薯淀粉顆粒更為分散，彼此間黏連度不高，且表面粗糙有侵蝕跡象，顆粒不完整，其中釀酒酵母發(fā)酵后，淀粉顆粒相對(duì)較小；而未發(fā)酵木薯粉中淀粉顆粒彼此包裹成團(tuán)，顆粒更完整。

6 發(fā)酵菌劑對(duì)木薯粉黏度特性的影響

黏度是木薯粉加工重要特性之一。由圖7和表6可知，發(fā)酵前后木薯粉的糊化曲線基本一致，但峰值黏度出現(xiàn)的時(shí)間略有差異，且發(fā)酵后除自然發(fā)酵組外其余發(fā)酵組峰值黏度、最終黏度在發(fā)酵后均顯著提高（P＜0.05），其中馬克斯克魯維酵母組的峰值黏度最高，為5 543 mPa·s，枯草芽孢桿菌組的谷值黏度與最終黏度均最高，分別為3 439 mPa·s和4 770 mPa·s。衰減值主要反映淀粉糊的熱穩(wěn)定性，衰減值越小，則淀粉糊穩(wěn)定性越好，枯草芽孢桿菌組和許旺酵母組的衰減值均顯著下降（P＜0.05），其中枯草芽孢桿菌組的衰減值最低，為1 958.5 mPa·s。此外，自然發(fā)酵組的峰值黏度顯著降低。

討論與結(jié)論

木薯粉富含淀粉，是非洲、南美洲和部分東南亞國(guó)家和地區(qū)的重要口糧，但由于蛋白質(zhì)和脂肪含量較低，其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有待改善。許多研究表明，益生菌通過(guò)發(fā)酵工藝可有效提高薯類作物蛋白質(zhì)含量和降低淀粉顆粒大小，從而改善其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工特性。本研究表明，利用釀酒酵母、馬克斯克魯維酵母和乳酸克魯維酵母發(fā)酵木薯粉，其真蛋白含量顯著提高（P＜0.05），分別提高了120.2%、24.1%和45.4%（表2），可能是微生物發(fā)酵過(guò)程分泌出淀粉酶和纖維素酶等胞外酶，也可能是微生物以單細(xì)胞形式繁殖，從而提高蛋白質(zhì)含量。此外，發(fā)酵工藝也影響脂肪含量，并通過(guò)與直鏈淀粉形成復(fù)合物，減少直鏈淀粉溢出，抑制淀粉膨脹顆粒破裂，使淀粉顆粒更加穩(wěn)定，從而影響淀粉的糊化。

有機(jī)酸是木薯粉風(fēng)味的重要組成部分，微生物的代謝也會(huì)引起木薯粉的有機(jī)酸組成和含量變化。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)酸含量高低與發(fā)酵菌種有關(guān)，且決定pH值的變化，其中乙酸含量的增加是影響pH值變化最主要的有機(jī)酸。本研究發(fā)現(xiàn)，木薯粉有機(jī)酸種類隨著不同發(fā)酵菌種生長(zhǎng)與代謝發(fā)生一定改變，而發(fā)酵木薯粉中乙酸是主要的有機(jī)酸，其中許旺酵母發(fā)酵木薯粉乙酸含量提升最顯著（表4），乙酸來(lái)源主要由于酵母菌在細(xì)胞質(zhì)中通過(guò)丙酮酸脫氫酶支路產(chǎn)生乙酸；而枯草芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)生較多的琥珀酸，可能是由于谷氨酸的降解代謝產(chǎn)生或者是因?yàn)镃O2直接滲透到枯草芽孢桿菌細(xì)胞膜中，用作磷酸烯醇丙酮酸羧化為草酰乙酸的底物，草酰乙酸隨后轉(zhuǎn)化為琥珀酸，有利于提高木薯粉品質(zhì)。

據(jù)報(bào)道，發(fā)酵可以有效降低氰化物含量。本研究表明，部分菌種發(fā)酵后，木薯粉氰化物顯著降低（圖4），微生物發(fā)酵過(guò)程分泌氰化物水合酶，與甲酰胺水合酶作用，將生氰糖苷降解為CO2、氨和甲酸，為其生長(zhǎng)繁殖提供碳源和氮源。研究表明，多糖有一定的抗氧化、抗炎、抗腫瘤等活性。本研究表明，利用枯草芽孢桿菌發(fā)酵木薯粉，粗多糖含量顯著增加（P＜0.05）（圖5），可能是發(fā)酵時(shí)分泌的纖維素或半纖維素水解酶，分解木薯粉中纖維，產(chǎn)生粗多糖。

許多研究表明，發(fā)酵過(guò)程中胞外酶能水解淀粉顆粒無(wú)定形區(qū)域和部分結(jié)晶區(qū)域，使淀粉聚合度降低、鏈長(zhǎng)變短，有利于淀粉酶水解淀粉顆粒。本研究表明，發(fā)酵后木薯粉中淀粉顆粒度大小顯著降低（P＜0.05）（表5），發(fā)酵后淀粉峰值黏度、回生值顯著升高（P＜0.05）（表6），其中枯草芽孢桿菌、馬克斯克魯維酵母的回生值較高，表明枯草芽孢桿菌、馬克斯克魯維酵母發(fā)酵木薯粉適用于開(kāi)發(fā)彈性好的產(chǎn)品。

綜上，不同發(fā)酵菌劑影響發(fā)酵木薯粉的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì)，可有效改善木薯粉加工特性及結(jié)構(gòu)特性。其中，利用枯草芽孢桿菌發(fā)酵后顯著提高脂肪和粗多糖等營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，也有利于提高糊化黏度等特性，可用于高品質(zhì)發(fā)酵木薯粉生產(chǎn)。

本文《不同菌種發(fā)酵木薯粉品質(zhì)和糊化特性比較分析》來(lái)源于《食品科學(xué)》2023年44卷第10期56-63頁(yè)，作者：譚婉碧，王琴飛，張金泉，余厚美，張振文，何毅。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220929-322。