河南工业大学杂粮加工理论与技术团队：协同发酵条件下的麦麸纤维-小麦淀粉体系热特性研究
Food Chemistry (IF = 7.514)
近日，食品领域顶级期刊Food Chemistry (IF = 7.514) 在线发表了河南工业大学粮油食品学院杂粮加工理论与技术团队的研究论文 "Effect of synergistic fermentation of Lactobacillus plantarum and Saccharomyces cerevisiae on thermal properties of wheat bran dietary fiber-wheat starch system"。
(DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.131417)
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研究背景
乳糜泻是一种对麸质敏感的肠道疾病，乳糜泻患者经常食用无麸质产品以避免不适。小麦淀粉是最主要的无麸质食品基质之一。然而，由于缺乏麸质，高淀粉制成的无麸质产品有许多缺点：如不易成型、口感差、缺乏营养、餐后血糖水平高等。使用发酵技术和添加天然多糖（如膳食纤维）有助于改善高淀粉食品基质并提高营养质量。2、麦麸是小麦加工过程中产生的大宗副产物，是良好的天然膳食纤维来源。3、随着人们健康饮食意识的提高和饮食结构的调整，高膳食纤维产品和益生菌发酵食品产品越来越受欢迎。4、以麦麸膳食纤维（wheat bran dietary fiber, WBDF）为代表的不溶性天然膳食纤维添加到面制品中易引起面制品品质的劣化；已有的报道大多数关注了面筋蛋白的变化，而对淀粉方面的报道较少，特别是热特性。5、这项研究选用单独培养的植物乳杆菌和酿酒酵母协同发酵，模拟了Ⅱ型酸面团发酵过程，旨在探究发酵过程中麦麸膳食纤维-小麦淀粉系统的热特性变化情况。
研究过程
研究人员采用分别培养至对数期的植物乳杆菌（ATCC8014）和酿酒酵母（ATCC9763）构建发酵环境，用于发酵含有0%、3%、6%、9%、12%的麦麸膳食纤维-小麦淀粉体系。
方法及结果
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方法/仪器 |
结果 |
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SEM & CLSM |
SEM显示，随着WBDF含量的不断提高，发酵小麦淀粉颗粒的表面，尤其是较大的A-淀粉颗粒，显示出更多的斑点和裂缝，甚至能观察到一些淀粉碎片。这和之前的研究保持一致。从CLSM图像中观察到WBDF的侵蚀程度也是加深的，但相关机理需要进一步研究。 |
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DSC |
WBDF的加入提高了样品的Tonset并且降低了ΔH（P < 0.05），但热效应峰数据没有显著性差异（P > 0.05）。在这个过量水系统中，WBDF 侧链上的阳离子与淀粉颗粒表面带负电荷的羟基之间的离子相互作用有效地减少了水与淀粉之间的相互作用，从而减少了淀粉的膨胀。因此，提高了开始糊化所需的温度。此外，一些低分子量的 WBDF 组分的存在可能增加淀粉分子之间和多糖-淀粉分子之间的相互作用，进一步提高淀粉的塑化能力。 |
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TGA |
WBDF导致样品的裂解温度升高∼10°C。这可能是因为WBDF和溶解在淀粉颗粒中的淀粉分子链之间形成了广泛的氢键结构，增加了样品的热稳定性。添加WBDF增加了质量损失，并与WBDF水平呈正相关（表1）。 |
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RVA |
观察到峰值粘度、谷值粘度、最终粘度和回生值均显著降低（P < 0.05），并与 WBDF 含量呈负相关。文章中对每一项RVA结果都做出了详细的分析。 |
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动态流变学测试 |
随着WBDF水平的升高，G′和G″值先升高后降低。值得注意的是，6%的WBDF水平为淀粉凝胶提供了最大的G′值和G″值，且具有最小的tan δ。表明在发酵淀粉基中添加6%的WBDF或可为食品提供最好的粘弹性。 |
图1 样品的SEM和CLSM成像
图2 样品的DSC图谱
图3 样品的TG和DTG图谱
图4 样品的RVA图谱
表1 样品的热特性分析数据
研究结论
WBDF可能通过与无定形区的浸出淀粉链形成氢键，并通过竞争性水合作用限制淀粉的可用水来改变淀粉的热行为。样品的粘度特性（峰值、低谷和最终粘度）和回生值降低，并且它们与WBDF水平呈负相关。此外，动态流变学测试表明，添加WBDF显著提高了发酵淀粉凝胶的弹性，同时略微提高了机械强度，其中添加6%的WBDF效果最显著。乳酸杆菌和酿酒酵母协同发酵对WBDF的影响需进一步研究。
参考文献
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131417
专 家 简 介
马森，博士，副教授（硕导），现为河南工业大学粮油食品学院杂粮加工理论与技术团队负责人，研究方向为谷物膳食纤维资源与利用、杂粮加工技术及理论研究、杂粮加工副产物综合利用以及杂粮产品开发等。河南省高等学校青年骨干教师，河南省优秀硕士论文指导教师，河南省挑战杯优秀指导教师，河南省“中国好粮油”计划专家，Grain & Oil Science and Technology杂志编委，International Journal of Food Science & Technology杂志客座编辑, Food Hydrocolloids、International Journal of Biological Macromolecules、Food & Function等多种国际期刊兼职审稿人。先后主持或参与多项国家自然科学基金项目、河南省高校青年骨干教师项目、河南省科技攻关项目等。在国内外重要学术期刊发表论文100多篇，其中SCI论文37篇；授权专利9项；参编学术著作3部，其中英文著作2部。
黄继红，中原学者，教授，博士生导师，国务院特殊津贴专家。先后主持国家“十五”、国家“863”、国家绿色制造2025、省杰出青年科学基金等20多项。培育的谷氨酸高产菌株FM00-187，国内产品市场占有率98%；开发了小麦源免疫球蛋白和白蛋白，填补了国内空白。先后设计4万吨氨基酸、生物活性肽、植物源功能蛋白20多条生产线。获省部级特等一项，科技进步一等奖4项，二等奖5项；发表论文75篇，专利100多项，专著6部；获国家星火计划先进个人20多项荣誉。
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