全 文 ： 
生物发酵处理对小米淀粉分子结构及糊化特性的影响
寇 芳1，康丽君 1，宁冬雪 1，夏天天 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 研究自然发酵及其优势菌（乳酸菌、酵母菌）对小米淀粉分子结构及糊化特性的影响，为剖析不同
菌属在小米自然发酵中的改性机理及发酵对小米淀粉性质的影响奠定理论基础。采用 0.2 g/100 mL 的 NaOH
提取发酵后的小米淀粉，研究自然发酵及优势菌发酵后对小米淀粉颗粒特性、结晶度、官能团、分子量、
糊化及老化特性的影响。结果如下：乳酸菌，酵母菌发酵后，淀粉颗粒表面有明显的侵蚀迹象，而自然发
酵淀粉颗粒表面侵蚀迹象较轻；乳酸菌发酵后小米淀粉的结晶度较自然发酵增加 1.49%而酵母菌减少
0.33%；发酵并未改变小米淀粉官能团区的峰位，但特征峰强度减弱，乳酸菌，酵母菌发酵后小米淀粉指纹
区图谱消失；未发酵小米淀粉重均分子量为 1.5×104-5.9×105 g/mol-1，自然发酵分子量在 2.1×104-5.4×105
g/mol-1间，乳酸菌为 1.6×104-5.3×105 g/mol-1，酵母菌为 1.6×104-4.7×105 g/mol-1，乳酸菌，酵母菌发酵后支
链淀粉长链及直链淀粉比例减少而中间及短支链淀粉的比例相对增加；乳酸菌，酵母菌发酵 96 h 糊化温度
较自然发酵下降 1.84℃和 1.07℃，热焓值较上升 1.00 J·g-1和 0.78 J·g-1；二者的回生值较自然发酵分别下降
743 mPa·s，471 mPa·s。自然发酵的优势菌（乳酸菌，酵母菌）使小米淀粉的分子结构、糊化及老化特性发
生明显变化，并在小米自然发酵过程中起主导作用。
关键词 自然发酵;乳酸菌发酵;酵母菌发酵;淀粉;分子结构;糊化;老化
中图分类号：TS231 文献标示码 A
Effects of biological fermentation on molecular structure and pasting properties of millet starch
KOU-Fang 1，KANG Lijun1，NING Dongxue1，XIA Tiantian1，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 Studied on natural fermentation and bacteria (Lactobacillus, yeast) of millet starch molecular structure,
which lays the theoretical foundation for the analysis of millet natural fermentation and the effect of different kinds
of bacteria. Picking up the starch from fermented millet by 0.2 g/100 mL NaOH , researched the particle
characteristics, millet starch crystallinity, effects of functional groups and molecular weight of natural fermentation
and dominant bacteria. Results were as follows: The starch granules of lactic acid bacteria, yeast had obvious signs
of surface erosion, and the surface erosion signs of natural fermentation was lighter;compared with natural
fermentation,the millet starch crystal of lactic acid bacteria increased by 1.49% and yeast reduced by 0.33%;
fermentation did not change functional area of the peaks of millet starch , but the intensity of characteristic peak
were lower ,and the fingerprint region of millet starch of lactic acid bacteria, yeast fermentation were
disappeared;the average weight molecular of not fermented millet starch was between 1.5×104-5.9×105 g/mol-1,
natural fermentation was between 2.1×104-5.4×105 g/mol-1,and lactic acid bacteria was between 1.6×104-5.3×105
g/mol-1,the average weight molecular of yeast was between 1.6×104-4.7×105 g/mol-1,after fermentation, the
proportion of chain length and straight starch decreased, the proportion of short starch increased. at the
fermentation of 96 h the gelatinization temperature of the lactic acid bacteria and yeast were decreased 1.84℃ and
1.07℃ compared with natural fermentation, and the enthalpy were rising 1.00 J•g-1 and 0.78 J•g-1;Setback of
Lactobacillus and yeast decreased 743 mPa·s and 471 mPa·s.The dominant bacteria(lactic acid bacteria,yeast) in
natural fermentation played a major role in changing the molecular structure pasting and aging characteristics of
millet starch.
                                                              
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：2016-09-13 14:04:02
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20160913.1404.126.html
 
Key words natural fermentation;lactic acid bacteria fermentation;yeast fermentation;starch;molecular
structure;gelatinization;ageing
小米是世界干旱和半干旱地区的主要粮食作物，也是我国妇女产后滋补的主要能量来源，我国小
米的种植面积约为 140 万公顷，年产量 450 万吨左右，其中内蒙古及河北的产量最大[1]。小米中含有
63-70%的碳水化合物，2.8-8.0%的脂肪[2]，8.5%-15.1%的粗蛋白，10-80 mg/g 的钙及 180-270 mg/g 的
镁等，而小米淀粉约占小米的 50-60%，其分子结构不仅影响淀粉的糊化、老化、流变及凝胶特性，
同时还决定了小米的加工、食用品质。研究表明小米淀粉不易被胰腺淀粉酶分解，且植酸抑制或阻碍
蛋白酶和淀粉酶活性，使二者的消化率较低[3,4]，而发酵不仅可以提高蛋白质和淀粉的消化率还会改善
产品的质构，增加风味和营养价值[5]，改善产品的适口性及成团性，所以在非洲及亚洲等国家，很多
传统谷物食品都是利用小米自然发酵制做而成[6,7]。传统自然发酵中的主要菌种为乳酸菌、酵母菌。由
于酵母菌具有产淀粉酶的能力，其在发酵过程中分泌淀粉酶使淀粉部分水解为还原糖。而乳酸菌在生
长的过程中产生有机酸及抑菌剂限制了有害菌的生长，并赋予产品特殊风味，此外，部分乳酸菌的益
生功能不仅使得产品具有较高的营养价值，还改善了肠道微生物均衡，提高机体免疫作用[8]。但小米
自然发酵受环境微生物的影响大，易染杂菌，且不同菌属的环境微生物在发酵过程中的代谢产物对小
米淀粉的影响不同，故发酵过程及产品品质很难控制。若能分离自然发酵的优势菌，并研究优势菌对
小米淀粉分子结构及性质的影响，将对分析小米自然发酵、开发小米发酵途径提供良好的理论参考。
国内外学者对发酵小米的研究为将小米与其它原料混合发酵，生产发酵饮料、发酵谷物制品，并
研究发酵后蛋白质和脂肪的变化及发酵对小米活性物质的影响，并评估发酵菌种的微生物特性[9-16]。
如 Brou Kouakou 等[17]研究发酵小米饮料发现，小米在发酵 1-2 天还原糖的含量显著增加，而蛋白含
量降低，发酵酶活在第二天达到最高之后降低。L.T.S.Ouattara[4]从传统的 Ben-saalga 中筛选的 A6.1 植
物乳杆菌[18]及 A6 植物乳杆菌（LMG 18053）发酵小米花生混合粥，利用 A6 植物乳杆菌产生的淀粉酶
来代替发芽对淀粉的水解作用，结果表明 A6 植物乳杆菌比 6.1 植物乳杆菌的水解及酸化作用更显著，
且添加 6.1 乳酸菌的小米花生预煮浆发酵后有大量的麦芽三糖和四糖被累积，而 A6 植物乳杆菌却没
有麦芽糖的累积。国内外关于小米自然发酵及优势菌对淀粉影响的研究鲜有报道。所以本文以黄金苗
小米为研究对象，利用自然发酵筛选的优势菌（乳酸菌、酵母菌）为菌种发酵 96 h，分析自然发酵及
其优势菌对小米淀粉分子结构及糊化、老化特性的影响，旨在为研究自然发酵对淀粉的改性机理及不
同菌属对小米淀粉性质的影响提供理论基础及数据支持，为生产自然发酵小米开拓新途径。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
黄金苗小米，购置于内蒙古赤峰小米；葡聚糖标准品（Dextran T-20000（MW2000000），DextranT-150
（MW133800），DextranT-4099（MW3.6800），DextranT-10（MW9700），Dextran T-5（MW2700）），均购
置于 sigma 公司；氢氧化钠(分析纯)，购置于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；扫描电子显微镜 荷兰 FEI 公司；X-射线粉末衍射仪 德国 Bruker
公司；Nicolet 6700 傅里叶变换红外光谱仪 美国 Thermo Fisher 公司；Waters1525 高效液相色谱仪（配
2410 示差折光检测器和 Empower 工作站） 美国 Waters 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；RVA4500 型快速黏度分析仪 瑞典波通仪器公司；RVA 专用铝盒 瑞典波通仪器公司；T6 型紫
外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司。
。
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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
菌，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
取 4 份小米，每份 150 g，用灭菌蒸馏水清洗一遍后置于 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，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
取 4 份小米，每份 150 g，用灭菌蒸馏水清洗一遍后置于 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 80 目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，
提取 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 发酵对小米淀粉分子结构及糊化特性的影响
1.3.2.1 发酵对小米淀粉颗粒结构的影响
用导电胶将分散均匀的小米淀粉样品固定，利用离子溅射镀膜仪喷金，用扫描电镜进行观察并拍
摄有代表性的照片。
1.3.2.2 发酵对小米淀粉结晶度的影响
X-射线衍射仪分析条件:特征射线 CuKa，功率 1600 W，管流 40 mV，管压 4.0×104 V，扫描速度
为每分钟 4 °，扫描范围 2θ=3-60 °，步长 0.02 °，DS-SS-RS 设置分别为 1 mm-1 mm-0.1 mm[19]。
1.3.2.3 发酵对小米淀粉基团的影响
取小米淀粉 0.5-2 mg，再加入 100-200 mg 经过磨细干燥的 KBr 粉末，混合研磨均匀后，放入傅
立叶变换红外光谱仪光束中进行全波段的扫描，扫描范围为 4000-400 cm-1，分辨率为 4 cm-1，最后得
到小米淀粉的红外光谱图[20]。
1.3.2.4 发酵对小米淀粉分子量的影响
称取样品适量于容量瓶中，用流动相溶解，定容。色谱条件：色谱柱：Ultrahydrogel™Linear 300
mm×7.8 mmid×2（×2 的意思是两根柱子串联），流动相：0.1 N 硝酸钠，流速：0.8 mL/min，柱温：
30℃，进样量：20 uL（有时可调整至 30 uL）。
1.3.2.5 发酵对小米淀粉糊化特性的测定
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 的条件下测定不同样
品的糊化特性曲线。
1.3.2.6 发酵对小米淀粉老化特性的测定
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℃，
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保温 5 min，以 6 ℃/min 的速率降温到 50℃。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 发酵对小米淀粉颗粒结构的影响
不同发酵处理小米淀粉颗粒形态的影响如图 1 所示。小米淀粉颗粒大部分呈多角形，少数为球形
[21,22]。由图 1 可以看出，未发酵的小米淀粉颗粒表面较为光滑，无孔洞。自然发酵小米淀粉表面侵蚀
迹象较轻，而乳酸菌、酵母菌发酵后小米淀粉表面有明显的孔洞，说明发酵可使淀粉表面被侵蚀。这
是由于发酵过程中微生物产酸产酶，使淀粉颗粒无定形区遭到破坏[23,24]，淀粉的颗粒特性发生改变，
其不再保持完整的颗粒表面。

（小米淀粉）

（自然发酵）

（酵母菌发酵）

（乳酸菌发酵）
图 1 不同发酵处理小米淀粉颗粒形态的影响(发酵 96 h)
Fig 1 Effects of different fermentation processes on the morphology of millet starch granules (96 h)
2.2 发酵对小米淀粉结晶度的影响
不同发酵处理对小米淀粉结晶度的影响如图 2 所示。X-衍射图谱中，结晶区的图谱具有明显的衍
射尖峰，该区域是晶粒线度大、晶形完整有序，而无定形区（即非晶区）是一些短程有序、长程无序
的区域，其图谱有明显的弥散衍射特征[25]。由表 1 可知，发酵后小米淀粉的晶型依然为 A 型。说明
发酵未使小米淀粉的晶型发生改变。同未发酵小米淀粉相比，三种发酵处理所得小米淀粉的结晶度分
别增加 1.23%、3.05%和 1.56%，而乳酸菌发酵小米淀粉的结晶度较自然发酵上升 1.49%，酵母菌较自
然发酵下降 0.33%。结晶度的增加是由于淀粉颗粒结晶区的长支链淀粉被酸水解，生成大量中间级及
短支链淀粉，且结构较松的无定形区易遭到一定程度的损坏[26]故相对结晶度有所增加。此外，酵母菌
在发酵过程中，所产的酶（主要为淀粉酶）将结晶区的淀粉颗粒水解成小分子物质被微生物利用，故
发酵后结晶度较自然发酵降低。发酵产酸产酶使淀粉颗粒的结晶度发生改变。
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图 2 小米淀粉的 X-衍射图谱
Fig 2 X-diffraction pattern of millet starch
表 1 小米淀粉 X-衍射 2θ 角和峰宽
Table 1 Millet starch of X- diffraction angle and peak width
峰序号 小米淀粉 自然发酵小米淀粉
乳酸菌发酵小米淀
粉
酵母菌发酵小米淀
粉
衍射角 2θ（°）
1 15.056±0.009 15.060±0.003 15.103±0.007 15.053±0.025
2 17.842±0.001 17.185±0.001 17.145±0.001 17.155±0.010
3 18.008±0.003 18.081±0.024 18.083±0.027 18.032±0.002
4 23.025±0.001 23.024±0.002 23.024±0.002 23.081±0.011
晶面距离（d）
1 5.838±0.001 5.845±0.002 5.838±0.002 5.847±0.001
2 5.143±0.006 5.138±0.005 5.148±0.002 5.162± 0.001
3 4.954±0.004 4.935±0.001 4.973±0.003 4.971±0.001
4 3.864±0.001 3.867 ±0.001 3.851±0.018 3.862±0.002
结晶度（%） 37.49 39.05 40.54 38.72

2.3 发酵对小米淀粉基团的影响
中红外光谱分为官能团区和指纹区，其频率范围为 4000 cm-1-1300 cm-1及 1300 cm-1-400 cm-1[27]。
利用 FTIR 研究发酵前后小米淀粉分子链上基团结构及化学键的变化，分析发酵对小米淀粉分子结构
的影响，结果如图 3 所示。小米淀粉在 2931 cm-1，2062 cm-1处有特征吸收峰，其对应着 C-H 的伸缩
振动峰，1648 cm-1处为 C=O 振动吸收峰，且发酵后，小米淀粉官能团区的特征吸收峰位未发生变化，
但峰强减弱。指纹区在 1242 cm-1，929 cm-1、861 cm-1、765 cm-1处出现吸收峰，分别对应 C-O、C-C
伸缩振动峰和 C-H 面外弯曲振动吸收峰。酵母菌、乳酸菌发酵小米淀粉样品在 578 cm-1和 530 cm-1
处的吸收峰减弱，在 611.97 cm-1 处吸收峰消失。其原因为乳酸菌发酵、酵母菌发酵过程产酸、淀粉酶，
使小米淀粉颗粒遭到一定程度的损坏，且小米淀粉颗粒有孔道，酸、酶作用于小米淀粉颗粒的孔道进
入淀粉内部，使淀粉部分水解，化学键发生改变，指纹区的图谱部分消失。淀粉红外光谱指纹区可以
用来分析淀粉分子短程有序的结构，指纹区图谱部分消失，说明发酵使淀粉短程有序的结构遭到一定
程度破坏。
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注：1，2，3，4 代表未发酵小米淀粉，自然发酵，酵母菌发酵，乳酸菌发酵
图 3 小米淀粉的 FTIR 图谱
Fig 3 FTIR map of millet starch
2.4 发酵对小米淀粉分子量的影响
淀粉是由分子量不同的高分子化合物组成的同系混合物，其凝胶特性、老化特性、糊化特性等不
仅与平均分子量有密切的关联，还受分子量分布的影响[28]。淀粉的分子量分布是表征聚合物分子链长
短的重要参数，常用 Mw/Mn（多分散指数）表示。Mw/Mn越接近于 1，说明样品的组分越单一，越大
则说明样品的组分越复杂，分子分布越宽[29]。对于多分散、宽分布的聚合物其 Mw/Mn=1.5-3.0-30，下
表为不同处理小米淀粉分子量及其分布。未发酵小米淀粉的重均分子量为 1.5×104-5.9×105 g/mol-1，由
图 4 及表 2 可看出，乳酸菌发酵后重均分子量在 1.6×104-5.3×105 g/mol-1间，酵母菌为 1.6×104-4.7×105
g/mol-1，自然发酵为 2.1×104-5.4×105 g/mol-1。发酵后小米淀粉分子量分为两个区，分别为 1 区（主要
为支链淀粉）和 II 区（主要为直链淀粉及少部分支链淀粉），I 区未发酵小米淀粉重均分子量>自然发
酵>乳酸菌>酵母菌，乳酸菌发酵数均分子量>酵母菌>自然发酵>未发酵小米淀粉，而多分散指数为未
发酵小米淀粉>自然发酵>酵母菌>乳酸菌。发酵后重均分子量及多分散指数较未发酵小米淀粉降低，
数均分子量增加表明发酵后支链淀粉部分水解，发生断链或脱支；II 区未发酵小米淀粉重均分子量>
自然发酵小米淀粉>乳酸菌>酵母菌，自然发酵数均分子量>乳酸菌≈酵母菌>未发酵小米淀粉，而多分
散指数为未发酵小米淀粉>自然发酵>乳酸菌>酵母菌。II 区重均分子量及多分散指数较未发酵小米淀
粉降低，数均分子量增加，说明发酵使直链淀粉部分水解。
乳酸菌，酵母菌发酵后淀粉 I 区、II 区的重均分子量相对自然发酵减少，多分散指数变窄，表明
发酵后长支链淀粉及部分直链淀粉的比例降低，中间及短支链淀粉的比例增加，起到纯化淀粉的作用，
且直链淀粉的降低表明其短期抗老化性能的提高。乳酸菌发酵产生大量乳酸，使支链淀粉发生水解，
中间及短支链淀粉的比例增加，鲁战会[30]等认为乳酸可使淀粉颗粒发生支链淀粉长链断链，中间淀粉
分子比例增加，与本研究结果一致。而酵母菌发酵产生大量淀粉酶，使支链、直链淀粉分子水解为小
分子物质，故乳酸菌发酵后故 I 区、II 区淀粉重均分子量相对酵母菌大。乳酸菌，酵母菌发酵后长支
链淀粉及直链淀粉减少，中间及短支链淀粉比例增加。
Wavenumbers(cm-1)
Absorbance
4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
2
3
1
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注：图中 1,2,3,4 分别为未发酵小米淀粉，自然发酵，乳酸菌，酵母菌
图 4 小米淀粉分子量
Fig 4 molecular weight of millet starch
表 2 发酵小米淀粉分子量
Table 2 molecular weight of fermented millet starch
发酵处理 区 Mw（g/mol-1） Mn（g/mol-1） Mw/Mn
自然发酵
I 540716 292482 1.85
II 21723 9472 2.30
乳酸菌发酵
I 529721 291135 1.82
II 16435 9752 1.69
酵母菌发酵
I 474063 247698 1.92
II 16242 9661 1.68
小米淀粉
I 594863 230464 2.58
II 25325 7622 3.32
2.5 发酵对小米淀粉糊化特性的影响
不同发酵处理对小米淀粉糊化特性曲线的影响如图 5 所示及表 3 所示，自然发酵小米淀粉的 T0、
Tp随着发酵时间的延长先减小后增加，而热焓值随时间的延长而增加；乳酸菌发酵的 T0在 48 h 前随
发酵时间的延长而增加，72 h 降低，之后又增加，Tp、△ H 随发酵时间的延长而增加。酵母菌在发酵
前 72 h 其 T0先增加后降低，Tp先降低后稍有升高，再降低，在 96 h 达到最低，△ H 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 T0较自然发酵相比下降 1.84℃和 1.07℃。T0的降
低是由于发酵过程中微生物代谢所产生的酸、酶作用于淀粉颗粒的无定形区[30,31]，使淀粉无定形区的
结构遭到了破坏，淀粉颗粒结合水的能力增强，使淀粉更易糊化。另外，发酵也降低了小米淀粉蛋白
和脂肪的含量（乳酸菌、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 0.01
2%），使其与淀粉的络合能力减弱[32]，故淀粉的糊化温度降低。热焓值分别上升 1.00 J·g-1和 0.78 J·g
-1，根据发酵后淀粉的分子量变化可知，相同发酵时间，乳酸菌发酵的热焓值较大是由于其发酵产生
大量的有机酸使较长支链淀粉水解为大量的中间级及较短链的支链淀粉，使结晶区的比例相对增大的
缘故。而酵母菌发酵产生的淀粉酶使结晶区的部分支链淀粉水解为小分子物质，重均、数均分子量降
低，故其发酵后热焓值较自然发酵降低。
保留时间（min） 
I II
9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3
0
2
4
MV
? ? ? ? ( m i n )
3
2
1
4
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7
 (乳酸菌) (酵母菌) (自然发酵)
图 5 不同发酵处理对小米淀粉糊化特性的影响
Fig 5 Effect of different fermentation treatment on pasting properties curve of millet starch
注：图 5 中 1 为发酵 24h；2 为发酵 48h；3 为发酵 72h；4 为发酵 96h
表 3 不同发酵处理小米淀粉糊化特征参数
Table 3 Thermal characteristic parameters of millet starch with different fermentation process
发酵时间/(h) 发酵类型
糊化温度
T0( )℃
峰值温度
Tp（℃）
终止温度
Tc（℃）
热焓值
△ H（J.g-1）
糊化范围
Tc－T0（℃）
0 小米淀粉 65.12 71.61 76.9 7.54 13.01
24
自然发酵 64.95 71.56 77.52 12.93 12.57
乳酸菌 64.91 71.55 79.34 13.29 14.43
酵母菌 64.22 71.63 80.67 13.07 16.45
48
自然发酵 64.82 70.91 77.03 11.10 12.21
乳酸菌 65.44 71.57 76.51 11.05 11.07
酵母菌 65.18 71.56 76.40 10.92 11.22
72
自然发酵 65.05 72.14 78.63 12.99 13.58
乳酸菌 65.27 71.83 78.65 13.93 13.38
酵母菌 65.70 71.82 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 发酵对小米淀粉老化特性的影响
三种发酵所得小米淀粉的老化特性如图 6 和表 4、5 所示。发酵时间对乳酸菌、自然发酵的回生
值影响显著。乳酸菌发酵小米淀粉糊化的峰值黏度较自然发酵增加 185 mPa·s，酵母菌降低 97 mPa·s。
其原因为乳酸菌发酵使长支链淀粉的比例相对减少，而中间及短链的支链淀粉相对增加，且发酵使蛋
白质、脂肪明显减少，淀粉颗粒在糊化的过程中更易吸水膨胀至更大的体积，故峰值黏度增加。而酵
母菌发酵产生的淀粉酶，使支链淀粉及直链淀粉水解，峰值黏度降低。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、酵母菌发酵的衰减值较自然发酵下降 978 mPa·s，下降 600 mPa·s。乳
酸菌、酵母菌发酵后小米支链淀粉的长链发生较强的断链与脱支，而中间级及短链的比例相对增加，
这可能是淀粉衰减值降低的重要原因，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
值与自然发酵的相比分别下降 743 mPa·s 和 471 mPa·s。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 4 不同发酵 RVA 谱特征值
Table 4 RVA spectrum characteristic value of different fermentation
发酵时间(h) 24 48 72 96
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8
 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
峰值黏度(mPa·s)
Z 6961 6804 6631 6513
J 6589 6412 6317 6416
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 3983
R 4377 4012 3776 3605
最终黏度(mPa·s)
Z 4488 4559 4718 4351
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、R、J 分别代表自然发酵、乳酸菌发酵、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）
表 5 不同发酵 96 h 的老化特性（mPa·s）
Table 5 Different fermentation aging characteristics of 96 h
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 4351 4583 2421
R4 76.65 6698 3093 4771 3605 1678
J4 74.7 6416 2433 4383 3983 1950

 
图 6 老化特性的测定
Fig 6 The determination of aging characteristics 
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9
 
3 结论
同自然发酵相比，优势菌（乳酸菌、酵母菌）发酵后，小米淀粉的分子结构发生明显变化。乳酸
菌、酵母菌发酵后小米淀粉指纹区的化学键发生变化，图谱部分消失，导致重均分子量发生改变，此
外小米淀粉分子结构的变化使其回生值、糊化温度降低，热焓值和峰值黏度升高，适用于焙烤类等混
合粉的添加。此研究阐明了自然发酵中乳酸菌、酵母菌对小米淀粉的改性作用，为分析小米自然发酵
的改性机理奠定了基础及数据支持，之后将研究自然发酵及优势菌对小米淀粉性质及加工品质的影
响。

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