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自然发酵优势菌对小米淀粉物化性质的影响
寇 芳1，康丽君 1，夏天天 1，宁冬雪 1，沈 萌 1，王维浩 1,2，曹龙奎 1,2*
（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江省 大庆市 163319
2.黑龙江八一农垦大学食品学院 国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江省 大庆市 163319）
摘 要:小米自然发酵过程难控制，研究自然发酵液分离并鉴定出的优势菌（乳酸菌、酵母菌）对发酵小米
淀粉物化性质的影响，可更好的剖析小米自然发酵的机理，为掌握并控制自然发酵提供理论及数据支持。
采用浓度为 0.2 g/100mL 的 NaOH 提取发酵后小米淀粉，并测定自然发酵、乳酸菌和酵母菌发酵小米淀粉
溶解度、膨润度、透明度、热特性、黏度特性。结果表明，随发酵时间的延长，三种发酵方式所得小米淀
粉的溶解度、膨润度和透明度均降低，且乳酸菌和酵母菌发酵小米淀粉的透明度较自然发酵下降 1.4%和
1.0%；乳酸菌和酵母菌发酵 96 h 时糊化温度较自然发酵下降 1.84℃和 1.07℃，峰值温度较自然发酵下降
1.04℃和 1℃；终止温度降低 3.69℃和 2.85℃；热焓值较自然发酵相比上升 1.00 J·g-1和 0.78 J·g-1；而乳酸
菌和酵母菌的衰减值、回生值较自然发酵分别下降 978 mPa·s 和 400 mPa·s 及 743 mPa·s 和 471 mPa·s，峰
值黏度较自然发酵相比上升 185 mPa·s 和 103 mPa·s。自然发酵的优势菌（乳酸菌、酵母菌）使小米淀粉发
生改性，且发酵后的物化性质较自然发酵发生显著变化。
关键词 小米淀粉;发酵;乳酸菌;酵母菌;物化性质
The effect of natural fermentation dominant bacteria on the physical and chemical
properties of millet
KOU-Fang1，KANG Lijun1，XIA Tiantian1，NING Dongxue1，SHEN Meng1，WANG Weihao1，CAO Longkui1,2*
(1. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Heilongjiang Province Daqing 163319, China;
2. Heilongjiang Farm Produce Processing Development Center, Heilongjiang Province Daqing 163319, China)
Abstract：The natural fermentation of millet was difficult to control, studied the effect of physicochemical
properties of fermented millet starch by dominant bacteria (lactic acid bacteria, yeast) which separation and
identification from natural fermentation liquid, to analysis of millet natural fermentation mechanism, in order to
master and control natural fermentation to provide the oretical and data support. By the 0.2 g/100 ml NaOH
extracted after fermentation of millet starch, and mensurate natural fermentation, lactic acid bacteria and yeast
fermentation of millet starch solubility, swelling power, transparency, thermal properties and crystalline structure.
The results were as follows: With fermentation time, the solubility, swelling power and transparency of the millet
starch obtained from the three fermentation methods were decreased, and the transparency of the lactic acid
bacteria and yeast fermentation millet starch decreased by 1.4% and 1% compared with the natural fermentation;
At the end of the fermentation of lactic acid bacteria and yeast and compared with natural fermentation the
gelatinization temperature were decreased 1.84 and 1.07 , and compared to natural fermentation, the ℃ ℃ enthalpy
were rising 1.00 J•g-1 and 0.78 J•g-1; Lactic acid bacteria and yeast attenuation values, the setback compared to
natural fermentation were decreased 978 mPa·s and 400mPa·s and 743 mPa·s and 471mPa·s, peak viscosity
compared with the natural fermentation increased by 185 mPa·s and 103 mPa·s.The dominant bacteria (lactic acid
bacteria, yeast) of natural fermentation had made the millet starch modification, and compared with natural
fermentation the physical and chemical properties had changed significantly.
Key words：millet starch， fermentation， lactic acid bacteria， yeast， physical and chemical properties
中图分类号：TS231 文献标志码：A
                                                              
项目基金：杂粮专用粉制备及方便面技术集成应用与示范；国家星火计划项目（编号：2013GA670001）
作者简介：寇芳（1993-）女，硕士研究生，研究方向:杂粮发酵。E-mail:18249556388@163.com
通信作者：曹龙奎（1965-）男，教授，博士,研究方向：农产品加工。E-mail：caolongkui2013@163.com 
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网络出版时间：2016-09-12 16:22:26
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20160912.1622.068.html
  
 
小米是世界干旱和半干旱地区的主要粮食作物，我国小米的年产量为 450 万吨左右。小米中的主
要成分是淀粉，其占小米总重的 56%~61%[1]，因此小米淀粉的物化性质决定了小米的品质。发酵是很
多国家生产谷物食品较为传统的技术，其可以改善产品的质构，增加风味和营养价值，降低 pH，抑
制原料本身及环境中的杂菌生长，提高产品的微生物安全[2]。室温下传统的自然发酵生产周期一般为
4-6 天[3]，但传统的发酵过程易染杂菌，且发酵过程中微生物的种类、数量和发酵条件很难控制[4]，导
致产品的物化性质发生改变。在自然发酵众不可控的因素中，微生物的种类即优势菌的调控是对发酵
小米物化性质影响较大的因素。但国内外学者对发酵小米的研究主要集中在发酵特定产品的微生物特
性、菌种的分离鉴定、发酵产品的研发[5-7]及发酵小米制品[8-14]等，而对自然发酵过程中优势菌对小米
淀粉物化性质影响的研究鲜有报道。若能掌握自然发酵过程中优势菌对小米淀粉物化性质的影响，将
会对小米的自然发酵机理、生产及控制自然发酵小米提供良好的理论及数据支持。故本文以黄金苗小
米为研究对象，利用自然发酵富集的优势菌（乳酸菌、酵母菌）为菌种发酵 96 h，研究自然发酵过程
中两种优势菌群对小米淀粉溶解度、膨胀度、热特性及黏度特性的影响。

1 材料与方法
1.1 试剂与材料
黄金苗小米，内蒙古赤峰小米；氢氧化钠（分析纯)，天津市大茂化学试剂厂；蒸馏水，实验室
自制；菌种，实验室通过从自然发酵液中筛选并鉴定所得。
1.2 仪器与设备
AR2140 型分析天平 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；DK-S24 型恒温水浴锅 上海森信实验
仪器有限公司；S220 型 pH 计 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；TGL16B 型台式离心机 上海安
亭科学仪器厂制造；DGG-9053A 型电热鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；MJ-10A 型磨粉机
上海市浦恒信息科技有限公司；DSC1 型差示扫描量热仪 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；国产高
压不锈钢坩埚 上海瑾恒仪器有限公司；压样机 美国 Perkin-Elmer 公司；T6 型紫外可见分光光度
计 北京普析通用仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 预处理
1.3.1.1 菌种制备
按照小米与水为 1:1.2 g/mL 的比例加入蒸馏水，30℃下自然发酵 96 h 后，从发酵液中筛选出优势
微生物菌群，通过分离纯化和生理生化鉴定确定其为乳酸菌和酵母菌，并将优势菌扩大培养。具体方
法为：乳酸菌纯化并鉴定后，接种至 MRS 液体培养基在 37℃下增殖培养 24~48 h，直到乳酸菌菌悬
液浓度达到 5×108 cfu/mL。酵母菌纯化鉴定后，接种到 YEPD 液体培养基上 28℃下增殖培养 24~48 h，
直到酵母菌菌悬液浓度达到 5×108 cfu/mL。
1.3.1.2 乳酸菌发酵小米
每种发酵分别取 4 份小米，每份 150 g，用灭菌蒸馏水清洗三遍后置于 500 mL 烧杯中，加入无菌
蒸馏水（小米与无菌水的比例为 1:1.2 g/mL）。吸取扩大培养后的微生物菌悬液（乳酸菌）5 mL 接种
到小米中，用保鲜膜密封，分别在最适温度（乳酸菌 37℃）下培养 96 h 进行发酵。
1.3.1.3 酵母菌发酵小米
每种发酵分别取 4 份小米，每份 150 g，用灭菌蒸馏水清洗三遍后置于 500 mL 烧杯中，加入无菌
蒸馏水（小米与无菌水的比例为 1:1.2 g/mL）。吸取扩大培养后的微生物菌悬液（酵母菌）5 mL 接种
到小米中，用保鲜膜密封，分别在最适温度（酵母菌 28℃）下培养 96 h 进行发酵。
1.3.1.4 自然发酵小米
自然发酵：取小米 150 g，按小米与水的比例为 1:1.2 g/mL 加入蒸馏水，30℃下自然发酵 96 h。
1.3.1.5 发酵小米淀粉的制备
将发酵后并干磨法过筛的小米粉置于料液比为 1:3 g/mL，0.2 g/100 mL 的 NaOH 溶液中[12]，提取
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3 h，3000 r/min 离心 10 min，弃去上清液，除去沉淀区中上层黄褐色的物质，水洗，连续离心 4 次，
直至淀粉浆呈白色。用 1 mol/LHCl 调浆至 pH 7.0 中性，离心，30℃干燥，过 80 目筛，即得发酵小米
淀粉。
1.3.2 小米淀粉性质的测定
1.3.2.1 不同发酵处理对小米淀粉溶解度和膨润度的测定
准确称取 0.5 g 样品于 50 mL 试管中，配成质量分数为 2%的淀粉乳，分别在 70℃和 90℃下混匀
并加热 30 min，快速冷却，然后在 4000 r/min 的转速下离心 15 min，将上清液置于恒重的表面皿中，
在 105℃下烘至恒重，并称沉淀物的质量。溶解度为糊化后烘干至恒重的干物质质量与样品干基质量
百分比，膨胀度为沉淀物质量同样品干基质量百分比。
1.3.2.2 不同发酵处理对小米淀粉透明度的测定
确称取样品 1.000 g，配制成浓度为 1 g/100 mL 的淀粉乳，置于沸水浴中糊化 30 min 后，冷却至
室温，在 620 nm 波长处测定其透明度。以蒸馏水为空白对照。
1.3.2.5 不同发酵处理对小米淀粉热特性的测定
准确称样品 3.0 mg 于坩埚中，加入 7 uL 蒸馏水，用压片器反复压 3-4 次至坩埚边缘密封完好。
室温下均衡 12 h，在 N2流量为 150 mL/min、压力 0.1 MPa、速度升温 5℃/min[15]的条件下测定不同样
品的 DSC 曲线。
1.3.2.6 不同发酵处理对小米淀粉黏度特性的测定
利用 RVA 测试小米淀粉糊黏度。称样品 3.500 g(干基)于样品盒中；加水 25 mL；35℃保温 3 min；
以 6℃/min 的速率加热到 95℃；保温 5 min；以 6℃/min 的速率降温到 50℃[15]。用仪器配套的软件分
析得到曲线。
1.3.3 数据统计分析
采用 Excel，Spss 软件对数据统计分析，用 Origin 软件进行绘图处理。

2 结果与分析
2.1 不同发酵处理对小米淀粉的溶解度和膨润度的影响
不同发酵处理对小米淀粉溶解度和膨润度的影响如图 1 所示。90℃时三种发酵处理的小米淀粉溶
解度和膨润度明显高于 70℃，并随发酵时间的延长，溶解度和膨润度逐渐降低。且乳酸菌、酵母菌
随发酵时间的延长，其溶解度和膨润度要低于自然发酵。这是由于乳酸菌、酵母菌发酵产生大量的酸
和酶，降低了小米淀粉分子内部支链淀粉与直链淀粉的比例、及其与蛋白质和脂类化合物的络合能力
[3,16]，抑制了淀粉颗粒与水的结合，降低了发酵后小米淀粉的溶解度和膨润度。
                                （a）                                    （b） 
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                                （c）                                    （d） 
图 1 不同发酵处理对小米淀粉溶解度和膨润度的影响
Fig 1 Effect of different fermentation treatment on solubility and swelling power of millet starch
2.2 不同发酵处理对小米淀粉透明度的影响
不同发酵处理对小米淀粉透明度的影响如图 2 所示。三种发酵处理所得小米淀粉的透明度都随发
酵时间的延长而降低。在相同发酵时间下，乳酸菌、酵母菌发酵后小米淀粉的透明度低于自然发酵。
发酵 96 h 时，乳酸菌、酵母菌发酵后小米淀粉的透明度比自然发酵低 1.4%和 1.0%。淀粉的透明度与
淀粉颗粒的结构和糊化后淀粉分子重新缔合的程度有关[17]。发酵可使淀粉分子结构变得紧密，分子发
生重排，一些淀粉没有完全糊化，影响淀粉颗粒的透明度[18-19]，因此淀粉的透明度也会发生改变。由
于发酵使小米中支链淀粉的长链发生断链与脱支，而直链淀粉的比例相对增加，也会导致淀粉的透明
度降低。
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
12
24 48 72 96
透
明
度
（
%）
发酵时间（h）
自然发酵
酵母菌发酵
乳酸菌发酵
 
图 2 不同发酵处理对小米淀粉透明度影响
Fig 2 Effect of different fermentation treatment on the transparency of millet starch 
2.5 不同发酵处理对小米淀粉热特性的影响
不同发酵处理小米淀粉热特性随发酵时间的变化如表 1 所示。自然发酵小米淀粉的糊化温度和峰
值温度随着发酵时间的延长先减小后增加，热焓值随时间的延长而增加。乳酸菌发酵的糊化温度在发
酵 48 h 前随发酵时间的延长而增加，72 h 降低，之后又增加；峰值温度、热焓值随发酵时间的延长
而增加。酵母菌在发酵前 72 h 其糊化温度先增加后降低，峰值温度先降低，后稍有升高，再降低，
在 96 h 达到最低，热焓值在发酵 48 h 最低，之后增加。
发酵 96 h(发酵终止)时，乳酸菌、酵母菌的糊化温度较自然发酵相比下降 1.84℃和 1.07℃。糊化
温度的降低是由于发酵过程中微生物代谢所产生的酸和酶[20-21]，使小米淀粉颗粒无定形区的结构遭到
破坏，淀粉颗粒结合水的能力增强，更易糊化。另外，发酵也降低了小米淀粉蛋白质和脂肪的百分含
量（乳酸菌和酵母菌发酵后蛋白质和脂肪的百分含量比自然发酵分别下降 0.04%和 0.012%），使其与
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淀粉的络合能力减弱[22]，故淀粉的糊化温度降低；峰值温度较自然发酵下降 1.04℃和 1℃；终止温度
降低 3.69℃和 2.85℃；热焓值分别上升 1.00 J·g-1和 0.78 J·g-1，热焓值的增大是由于乳酸菌、酵母菌
发酵过程中优势菌的数量比自然发酵多，故其发酵所产的酸和酶的量较自然发酵相比大，发酵过程所
产的酸和酶使淀粉颗粒无定形区的比例减小，而结晶区的比例相对增大，故相同发酵时间，乳酸菌和
酵母菌发酵的热焓值要比自然发酵的热焓值大。
表 1 不同发酵处理小米淀粉的热特征参数
Table 1 Thermal characteristic parameters of millet starch with different fermentation process
发酵时间/(h) 发酵类型
糊化温度
（℃）
峰值温度
（℃）
终止温度
（℃）
热焓值
（J.g-1）
糊化范围
（℃）
24
自然发酵 64.95 71.56 77.52 7.93 12.57
乳酸菌 64.91 71.55 79.34 13.29 14.43
酵母菌 64.22 74.63 80.67 13.77 16.45
48
自然发酵 64.82 70.91 77.03 10.10 12.21
乳酸菌 65.44 71.57 76.51 11.05 11.07
酵母菌 65.18 74.46 76.40 10.92 11.22
72
自然发酵 65.05 72.14 78.63 10.99 13.58
乳酸菌 65.27 71.83 78.65 13.93 13.38
酵母菌 65.70 74.52 78.04 11.49 12.34
96
自然发酵 66.70 72.89 81.06 14.53 14.36
乳酸菌 65.86 71.85 77.37 15.53 11.51
酵母菌 65.57 72.46 78.21 15.31 12.64
2.3 不同发酵处理对小米淀粉黏度特性的影响
对比自然发酵、酵母菌、乳酸菌发酵，不同发酵时间对小米淀粉黏度特性的影响如表 2 所示。发
酵时间对自然发酵、乳酸菌发酵回生值的影响差异显著，对酵母菌发酵的回生值影响不显著。自然发
酵的回生值随发酵时间的延长而增大，酵母菌的回生值在发酵的前 72 h 先减小之后增大，而乳酸菌
的回生值则一直减小。结合图 3 和表 3 可知，同自然发酵相比，乳酸菌、酵母菌发酵第 96 h（发酵终
止）时，淀粉黏度变化有很大差别，分别体现在:淀粉糊化的峰值黏度较自然发酵相比分别上升 185
mPa·s 和 103 mPa·s。其原因是由于乳酸菌和酵母菌发酵过程中蛋白质明显减少，使淀粉颗粒在糊
化的过程中更易吸水膨胀，体积变大，故峰值黏度增加。Lim[23]等研究发现，发酵使大米淀粉中蛋白
质的含量减少，引起大米淀粉峰值黏度的增加。最终黏度是冷糊在低剪切作用下稳定性的评估。较自
然发酵相比，乳酸菌发酵、酵母菌发酵的最终黏度变大，故二者发酵所得淀粉的耐剪切稳定性良好；
乳酸菌、酵母菌发酵小米淀粉的衰减值较自然发酵下降 978 mPa·s 和 400 mPa·s。由于支链淀粉的
长链部分与淀粉糊化的衰减值呈负相关，短链部分与淀粉糊化的衰减值呈正相关[24-25]，优势菌发酵后
小米淀粉衰减值的降低说明发酵后的小米淀粉在加热过程中维持颗粒结构完整性的能力增强；回生值
反映了糊化后淀粉的稳定性和老化趋势，乳酸菌、酵母菌发酵的回生值与自然发酵相比分别下降 743
mPa·s 和 471 mPa·s，说明乳酸菌、酵母菌发酵改变了小米淀粉的化学成分及分子结构而影响其回
生特性，使淀粉的短期老化能力下降。
表 2 不同发酵 RVA 谱特征值
Table 2 RVA spectrum characteristic value of different fermentation
发酵时间（h） 24 48 72 96
糊化温度（℃）
Z 76.00 75.30 75.85 77.55
J 75.85 75.85 75.30 74.70
R 75.15 75.05 75.03 76.65
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峰值黏度（mPa·s）
Z 6961 6804 6631 6513
J 6589 6412 6317 6616
R 6813 6639 6483 6698
谷值黏度（mPa·s）
Z 2467 2404 2418 1930
J 2303 2297 2266 2433
R 2436 2627 2707 3093
衰减值（mPa·s）
Z 4494 4400 4213 4583
J 4286 4115 4051 4183
R 4377 4012 3776 3605
最终黏度（mPa·s）
Z 4488 4559 4718 4251
J 4328 4295 4067 4383
R 4555 4625 4510 4771
回生值（mPa·s）
Z 2021a 2155b 2300c 2421d
J 2025 1998 1801 1950
R 2119a 1998b 1803c 1678d
注：（1）表中 Z 代表自然发酵，R 代表乳酸菌发酵，J 代表酵母菌发酵；（2）表中标有不同字母的回生值表示该发酵类型随发
酵时间的延长其回生值差异显著（P<0.05）
 
图 3 黏度特性的测定
Fig 3 The determination of viscosity characteristics 
表 3 不同发酵 96 h 的黏度特性（mPa·s）
Table 3 Different fermentation viscosity properties of the 96 h
发酵类型 起始温度（℃）
峰值黏度
（mPa·s）
谷值黏度
（mPa·s）
最终黏度
（mPa·s）
衰减值
（mPa·s）
回生值
（mPa·s）
Z4 77.55 6513 1930 4251 4583 2421
R4 76.65 6698 3093 4771 3605 1678
J4 74.7 6616 2433 4383 4183 1950

3 结 论
研究自然发酵的优势菌（乳酸菌、酵母菌）对小米淀粉物化性质的影响发现，优势菌发酵使小米
淀粉的糊化温度降低，有利于淀粉的糊化；而回生值和衰减值的降低使小米淀粉短期抗老化及耐剪切
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的性能提高，且优势菌发酵小米淀粉回生值的显著降低有利于生产抗老化淀粉基食品。该研究为小米
自然发酵机理奠定了理论基础，且对控制并改善自然发酵对小米淀粉品质提供良好的数据支持。

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