发酵对荞麦成分的影响

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本文作者：路锶田北赵丹姚世聪作者单位：中国农业大学食品科学与营养工程学院

荞麦多产于中国北方内蒙古和龙贵地区，年产量约1200000t，居世界前列。其适应性广，抗逆性强，生长发育快，当年可多次播种多次收获。通过微生物包括乳酸菌、酵母菌、各种安全的霉菌的作用，使一些食品原有的功能活性得到增强或者产生新的功能。从国内外学者对各种发酵食品的功能特性研究成果中可知，如日本的纳豆具有显著的降血脂功能[1]，同时产生了较强的溶栓能力[2]；印尼的天培通过发酵使豆渣的蛋白含量升高，不溶性纤维含量降低[3]，还有中国的黄酒等均具有较强的抗氧化活性[4]。

γ-氨基丁酸(GBGA)是一种天然存在的功能性氨基酸，广泛分布于动植物体内，是目前研究较为深入的一种重要的抑制性神经递质[5]，参与多种代谢活动，可从根本上镇静神经，从而起到抗焦虑的效果，具有很高的生理活性。另有研究表明，它具有降低血压、改善脑功能、增强长期记忆及提高肝、肾机能[6]，促进酒精代谢作用和消臭效果以及高效减肥等活性等多种生理功能[7]。人们日常从天然食物中摄取GABA，尚不能满足人体生理需要。对植物性食品原料采用一定的技术处理后，可使Glu转化成GABA，用这种原料可制造富含GABA的功能性食品[8]。由于GABA具有较好的生理功效和广阔的应用前景，近年来人们对GABA的富集研究越来越深入，目前，日本科学家已经利用米胚芽等原料开发制造的富含GBGA的功能食品配料，已经广泛地应用于饮料、果酱、糕点、饼干、调味料等制品中[8]，通过研究也了解了多种富含GABA的食品，如米糠、发芽糙米、桑叶、豆芽、南瓜等[9-10]。在我国，利用大豆为原料制作酱油、豆豉、腐乳、豆酱等传统发酵豆制品的历史已逾两千多年，这些制品中也含有较为丰富的GBGA[8]，另有报道在人参[11]、中药黄芪[12]、国宾茶[13]、桑茶[14]等食品中也可检测到GABA。

目前，在我国部分地区荞麦作为主食食用，而食品加工中常用的真菌发酵对荞麦及其功能影响的研究相对较少。本文通过使用食品生产中认为安全的真菌对荞麦进行发酵，研究此过程中对荞麦γ-氨基丁酸等营养成分的影响与变化，从而为发酵荞麦，生产相关发酵产品打下基础。

1材料与方法

1.1原料与试剂

谷来丰牌荞麦；曲霉、米根霉3.1175、米根霉3.2751：中国科学院微生物研究所；γ-氨基丁酸、甘氨酸、葡萄糖：Sigma公司；其他试剂均为分析试剂。

1.2仪器与设备

MLS-3020灭菌釜；LRH-250生化培养箱；荧光酶标仪：SpetraMaxM2e；AY220岛津托盘电子分析天平；SL-电子天平：上海民桥精密科学仪器有限公司；TDL-5-A型离心机；超声波药品处理机：济宁金百特电子有限责任公司；pHS-25型pH计：上海雷磁仪器厂；CS101-AB电热鼓风干燥箱：重庆实验设备厂。

1.3试验方法

1.3.1发酵荞麦的制备

称取荞麦1kg，清洗后，加水至浸没荞麦，浸泡2h后将水滤去，然后将小麦表面的水于60℃烘箱中烘干，用粉碎机粉碎，使粒度小于30目。分装于玻璃罐中，每罐20g，透气膜封口后在115℃下采用高压灭菌锅蒸煮荞麦120min，冷却至室温后，将米曲霉、米根霉3.1175、米根霉3.2751接入荞麦麦中(接种量106孢子/g)，在27℃、湿度90%培养箱中培养；分别于0、24、48、60、72h取样，对发酵小麦进行成分的分析。

1.3.2pH及可滴定酸含量测定

(1)样品制备：20g发酵荞麦用100mL蒸馏水超声提取30min，3000r/min离心15min；沉淀再用100mL水以相同条件提取，合并2次上清液，定容到一定体积取上清用于可滴定酸测定。

(2)测定pH：吸取一定量的样液，使用pH计直接测定样液pH值。

(3)测定酸度：用移液管吸取50mL样液，加入酚酞指示剂5滴，用氢氧化钠标准溶液滴定，至出现微红色30s内不退色为终点，记下所消耗的体积。

(4)结果计算试样的可滴定酸度以每100g中氢离子毫摩尔数表示，按下式计算：（略）。

1.3.3还原糖测定

(1)样品制备：20g发酵小荞麦用100mL蒸馏水超声提取30min，3000r/min离心15min；沉淀再用100mL水以相同条件提取，合并2次上清液，定容到一定体积取上清用于还原糖含量的测定。

(2)样品测定：采用DNS法测定还原糖含量，取1.0mL待测样品，加水1mL，再加入1.5mL反应试剂。沸水浴加热5min后，流水迅速冷却，加水10mL。冷却后540nm下，测定各管吸光值。根据测得的光密度，从标准曲线上查得还原糖的含量，结果表示为g/100g干物质。

1.3.4氨基酸态氮测定

采用水合茚三酮方法测定：20g发酵荞麦加入100mL蒸馏水，室温下超声提取30min，3000r/min，离心15min；沉淀再用100mL水以相同条件提取，合并2次上清。然后定容到一定体积用来测定氨基酸态氮。表示为FANmg/100g干物质。

1.3.5γ-氨基丁酸测定

(1)样品制备：20g发酵荞麦加入50mL正己烷，在室温下超声脱脂30min；减压抽滤后，固体加200mL水，室温下超声提取2h，3000r/min离心15min，取上清液用于γ-氨基丁酸的测定。

(2)样品测定：取600μL待测样品溶液，依次加入硼酸缓冲液400μL，6%重蒸酚1000μL，混匀，再加入5%NaClO溶液400μL，充分混匀，沸水水浴10min，冰水冷却20min，加入60%乙醇4.0mL，充分混匀，于645nm波长处测定吸光值，从标准曲线上查得γ-氨基丁酸的含量，结果表示为mg/g干物质。

2结果与讨论

2.1发酵对荞麦可滴定酸含量和pH的影响

微生物在发酵过程中，可以将淀粉等大分子物质转化为有机酸，如苹果酸、阿魏酸、乳酸等。食品中，有机酸是重要的呈味物质，一些有机酸还有抑菌等多种生理功效，从而改善口感，延长食品的保质期。如图1所示，米曲霉与米根霉3.2751在整个发酵过程中，可滴定酸含量升高较多，米曲霉在发酵48h时，其可滴定酸含量达到9.84mmol/100g，米根霉3.2751在发酵60h时，其可滴定酸含量达到11.5mmol/100g，说明在发酵过程中，这2株真菌可将淀粉等大分子物质转化成有机酸，从而提高了发酵荞麦中的可滴定酸含量，并且测得pH值有所下降。但是米根霉3.1175在发酵过程中，可滴定酸含量虽然有上升，但是和未发酵荞麦中可滴定酸含量没有显著性差异，这可能是因为米曲霉3.1175本身不具有产酸的特性，或作用较慢造成，pH值变化也不是很明显。

2.2发酵对荞麦氨基酸态氮含量的影响

通过3株真菌的发酵，荞麦中氨基态氮含量逐渐上升，随着发酵时间增加，荞麦蛋白不断被水解，释放出大量的游离氨基酸。在发酵过程中，米曲霉与米根霉3.2751发酵的荞麦中氨基态氮含量均显著升高，而米根霉3.1175发酵的荞麦在各个时间点上氨基态氮的含量不如前2株菌所发酵的含量高，可能是因为米根霉3.1175产蛋白酶的活性或和产酶量不如另两株真菌，发酵至72h时，米曲霉与米根霉3.2751发酵的荞麦氨基态氮含量分别增加了606.5%与278.0%，有显著的升高。

2.3发酵对荞麦还原糖含量的影响

荞麦淀粉是荞麦中主要组成物质，其含量一般在60%~70%。在3株真菌的发酵过程中，荞麦中还原糖含量均有上升，但米根霉3.1175发酵的荞麦测得还原糖含量与未发酵荞麦还原糖含量基本相同，在发酵至60h时，米曲霉中还原糖含量达到最大值，随后开始下降。而米根霉3.1175与米根霉3.2751仍呈上升趋势，米曲霉与米根霉3.2751发酵的荞麦中还原糖含量显著高于米根霉3.2751发酵的荞麦中还原糖含量。

2.4发酵对荞麦γ-氨基丁酸含量的影响

γ-氨基丁酸有较高的生理活性与功能，开发GABA产品及其功能性食品、保健品是当前食品及医药领域的研究热点之一[15]，但其化学合成成本较高，早在20世纪60年代，已开发出固定化大肠杆菌细胞生产GABA的方法，并达到较高的转化率，然而用这种方法制备的GABA用于食品工业或保健品、保健药剂的添加存在很大的安全隐患和卫生问题[16]。随着基因技术的发展，采用具有食品安全性的微生物，如某些酵母菌、乳酸菌和霉菌等发酵富含谷氨酸的原料可制得γ-氨基丁酸，采用生物合成法相对来说是一种既安全、又低成本的方法。在荞麦发酵过程中，米根霉3.2751对γ-氨基丁酸含量没有显著影响，发酵后含量与发酵前基本持平，而米根霉3.1175发酵的荞麦γ-氨基丁酸含量有所下降，在米曲霉发酵的过程中，荞麦的γ-氨基丁酸显著升高，在48h时达到最大值，之后基本维持不变。说明采用米曲霉发酵对荞麦中γ-氨基丁酸含量有较大的影响，可用于开发富含γ-氨基丁酸的功能性食品。

3结论

通过对3株真菌发酵荞麦并研究其营养成分变化及影响发现，米曲霉与米根霉3.2751均能显著提高荞麦中氨基酸、还原糖的含量，米曲霉发酵的荞麦所含γ-氨基丁酸的含量升高较大，而米根霉3.1175对于这些指标没有显著性影响。结果可表明利用米曲霉及米根霉3.2751开发营养更丰富的功能产品。发酵过程中相关酶活性变化需要进一步研究，以便阐明发酵造成相关变化原因。