一种发酵改善高粱品质的方法

技术领域

本发明涉及食品加工技术领域，特别是涉及一种发酵改善高粱品质的方法。

背景技术

高粱(Sorghum bicolor(L)Moench)是禾本科高粱属一年生草本植物。由于其产量高，且具有较强的适应性和抗逆性，是世界上种植面积仅次于小麦、玉米、水稻和大麦的第五大谷类作物。

自2017年以来，已经有3800万名儿童和6.72亿成年人过度肥胖，并且心血脑疾病、糖尿病和肥胖症等慢性疾病随着体重的不断增加，发病率不断升高。过度肥胖增加的主要原因是粮食系统无法均衡营养。经研究表明，杂粮、水果、蔬菜、坚果和鱼类等高质量食品，不仅可以均衡营养，还可以降低Ⅱ型糖尿病、肥胖症和心血脑疾病等慢性疾病的发病率。

相比于精米，高粱营养更为丰富，它含有人体所需的多种营养成分，其中主要包括淀粉、蛋白质、纤维素和矿物质等，此外它还含有多种功能活性成分，例如多酚、花青素和植物固醇等，对人类身体健康十分有益。然而，高粱中富含的纤维素皮层紧紧包裹整个高粱颗粒，水分难以进入到高粱内部，因此高粱中淀粉难以吸水糊化，从而使得高粱不仅难煮熟，而且口感比较差，无法被大众广泛接受。因此，有必要开发一种改善高粱品质的方法，从而缩短高粱熟化时间，改善高粱的适口性。

发明内容

本发明的目的是提供一种发酵改善高粱品质的方法，以解决上述现有技术存在的问题，该方法可以提高高粱的品质，解决高粱不易熟化、适口性差的问题，有利于促进高粱的主食化，从而产生良好的社会和经济效益。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种发酵改善高粱品质的方法，包括将高粱进行灭菌处理后，接种植物乳杆菌，进行发酵处理的步骤。

进一步地，所述灭菌处理采用高压蒸汽灭菌方式。

进一步地，所述发酵处理的温度为30℃，时间为36h。

进一步地，所述植物乳杆菌以菌悬液形式接种至灭菌后的高粱中。

进一步地，所述菌悬液与所述灭菌后的高粱的体积质量比为100mL：25g。

进一步地，所述改善高粱品质包括加快高粱的熟化和/或提高高粱的适口性。

进一步地，所述方法还包括对经过发酵处理后的高粱进行干燥处理的步骤。

本发明还提供一种根据上述的方法制备得到的发酵高粱。

本发明公开了以下技术效果：

本发明采用植物乳杆菌对高粱进行发酵处理，可以使高粱中的膳食纤维被分解，使高粱的内部淀粉可以充分吸收水分，从而加快高粱的熟化；此外植物乳杆菌发酵还可以改善高粱籽粒中的风味，使高粱中有害物质得到分解，并生成各种香味物质，从而提高高粱的适口性。

本发明的方法可以提高高粱的品质，解决高粱不易熟化、适口性差的问题，有利于促进高粱的主食化，从而产生良好的社会和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为对照组(A)和实验组(B)的高粱膳食纤维电镜图；

图2为对照组和实验组高粱膳食纤维的傅里叶红外光谱图；

图3为对照组(A)和实验组(B)的高粱淀粉电镜图；

图4为对照组和实验组高粱淀粉的傅里叶红外光谱图；

图5为对照组(A)和实验组(B)的高粱蛋白质电镜图

图6为发酵对高粱挥发性风味影响的最小二乘法辨别分析(PLS-DA)结果；

图7为发酵对高粱挥发性风味影响的相关性热图分析结果；

图8为发酵对高粱挥发性风味影响的VIP值图谱。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

1.实验材料

1.1菌株

植物乳杆菌：购自上海保藏生物技术中心，菌种型号为ATCC14917。

1.2仪器

BL-220H型电子天平(日本岛津精密仪器有限公司)；

MD100-2电子分析天平(上海斯米达医疗器械有限公司)；

SHJ-恒温磁力搅拌水浴锅(常州金坛良友仪器有限公司)；

H1850R高速离心机(长沙高新技术产业开发区湘仪离心机仪器有限公司)；

TENSORⅡ型红外光谱仪(德国Bruker公司)；

SCIENT2-18N冷冻干燥机(宁波新芝生物科技股份有限公司)；

MLS-830L高压蒸汽灭菌锅(普和希健康医疗器械有限公司)；

ZXSP-B0270生化培养箱(上海智城分析仪器制造有限公司)；

Opticlean-1300超洁净工作台(力康精密科技有限公司)；

S-4800N扫描电子显微镜(上海珂淮仪器有限公司)；

7697A-8890-7000D顶空气相色谱质谱联用仪(Agilent公司)。

2.方法

2.1发酵

实验组：

(1)乳酸菌培养：将活化好的植物乳杆菌接入到MRS液体培养基中，在37℃条件下培养48h，得到发酵液，之后离心得到菌体，再用无菌水重悬，得到浓度为3×10

(2)原料高粱灭菌处理：将25g清洗好的高粱，加入锥形瓶内，盖好塞，戴上封口膜，用皮套系紧，放入高压蒸汽灭菌锅内，121℃灭菌15min。

(3)灭菌完成后取出，放入超净台降温，之后接种入100mL步骤(1)得到的菌悬液摇匀，盖上瓶塞和封口膜，在30℃下发酵36h，之后取出，干燥至含水量为13％。

对照组：

(1)原料高粱灭菌处理：将25g清洗好的高粱，加入锥形瓶内，盖好塞，戴上封口膜，用皮套系紧，放入高压蒸汽灭菌锅内，121℃灭菌15min。

(2)灭菌完成后取出，放入超净台降温，之后接入100mL无菌水，盖上瓶塞和封口膜，在30℃下维持36h，之后取出，干燥至含水量为13％。

实验组和对照组的实验完成后，经过以下的提取处理，分别得到膳食纤维样品、淀粉样品和蛋白质样品：

高粱膳食纤维样品提取：

参照《GB 5009.88-2014食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》进行。

高粱蛋白质样品提取：

参照李浩丽等的方法加以修改提取碱溶蛋白质，取脱脂后的高粱粉于烧杯中，加入去离子水(溶剂：高粱粉10:1)，pH调节到8.0放入恒温加热磁力搅拌锅中，40℃搅拌3h后冷却，在4000r/min离心20min，取上清液调节pH为5.0，静置1.5h，再次离心取沉淀，继续将沉淀水洗并离心3次，弃去上清液，冷冻干燥后即得蛋白质样品。

高粱淀粉样品提取：

参照迟治平等的方法，取高粱籽粒放入0.2％W/V的氢氧化钠溶液浸泡24h(W/V为1:5，pH8.0),浸泡后清洗至退色，将清洗后的高梁和50mL蒸馏水用组织捣碎机高速打磨5min后过80目筛过滤，并4000min/r离心20min后倒出上清液，用95％的以乙醇将沉淀溶解过80目筛，将淀粉乳4000min/r离心20min后倒出上清液，用95％的以乙醇将沉淀溶解过80目筛，将过完筛的淀粉乳放入40℃烘箱烘24h，即得到淀粉样品。

2.2发酵对高粱膳食纤维电镜结构的影响

将高粱膳食纤维样品(0.20mm)固定于观察台上，离子溅射镀金后放入扫描电子显微镜中，在5.0kV加速电压条件下，对样品2000倍的表面微观结构进行观察、分析。

2.3发酵对高粱膳食纤维二级结构的影响

准确称量4.0mg的高粱膳食纤维样品，与200mg KBr充分混合研磨均匀后，将其压制成透明薄片，样品经分辨率4cm

2.4发酵对高粱淀粉电镜结构的影响

将高粱淀粉样品(0.20mm)固定于观察台上，离子溅射镀金后放入扫描电子显微镜中，在5.0kV加速电压条件下，对样品2000倍的表面微观结构进行观察、分析。

2.5发酵对高粱淀粉二级结构的影响

准确称量4.0mg的高粱淀粉样品，与200mg KBr充分混合研磨均匀后，将其压制成透明薄片，样品经分辨率4cm

2.6发酵对高粱蛋白质电镜结构的影响

将高粱蛋白质样品(0.20mm)固定于观察台上，离子溅射镀金后放入扫描电子显微镜中，在5.0kV加速电压条件下，对样品2000倍的表面微观结构进行观察、分析。

2.7发酵对高粱挥发性风味的影响

采用Agilent公司的7697A-8890-7000D顶空气相色谱质谱联用仪对样本进行HS-GC-MS代谢组学分析(上海美吉生物医药科技有限公司)。

顶空条件：加热箱温度130℃，定量环温度150℃，传输线温度170℃，样品瓶平衡时间20min，进样持续时间0.5min，GC循环时间35min，样品瓶体积20mL，定量环最终压力：10Psi。

色谱条件：样本用分流模式注入GC-MS系统进行分析，进样量1μL，分流比10:1。样品经VF-WAXms毛细管柱(25m×0.25mm×0.2μm，Agilent CP9204)分离后进入质谱检测。进样口温度180℃，载气为高纯氦气，载气流速2mL/min，隔垫吹扫流速3mL/min。升温程序：初始温度40℃，平衡2min，然后以5℃/min的速度升至100℃，再以15℃/min的速度升至230℃，并维持5min，后运行230℃维持2min。

质谱条件：电子轰击离子源(EI)，传输线温度为310℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，电子能量70eV。扫描方式为全扫描模式(SCAN)，质量扫描范围：30-1000m/z，扫描频率为3.2scan/s。

3.结果

3.1发酵后对高粱膳食纤维电镜结构的影响

图1中A是对照组的高粱纤维表面，是一个光滑并且比较完整的结构，图1中B是实验组高粱膳食纤维发酵后的电镜图，结构比较松散，并且遍布孔洞裂缝，可能是因为随着发酵的进行乳酸菌对壁多糖进行降解并且产生纤维素酶对膳食纤维进行酶解破坏墙结构，使原有的表面光滑的结构降解成疏松且多孔的结构。

3.2发酵后对高粱膳食纤维二级结构的影响

实验组的高粱膳食纤维与对照组高粱膳食纤维的傅里叶红外光谱分布很相似，但是在相应的波数下吸收强度稍有差异。如图2所示，在3000cm

3.3发酵后对高粱淀粉电镜结构的影响

图3中A是对照组高粱淀粉，形状为规则的多边形，颗粒表面孔洞比较少，也有不规则形状或立方体形状。图3中B是实验组的淀粉样品，形状呈不规则的多边形，颗粒表面的孔洞和裂缝相对较多，原因是随着发酵的进行，乳酸菌产生某种淀粉酶或酸作用于淀粉颗粒表面，使淀粉颗粒光滑的表面被侵蚀或降解，从而产生孔洞和裂缝。

3.4发酵后对高粱淀粉二级结构的影响

利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析了淀粉在400～4000cm

3.5发酵后对高粱蛋白质电镜结构的影响

图5中A对照组的高粱蛋白质比较完整，均匀，结构比较紧凑，蛋白质分子比较大，图5中B的实验组高粱蛋白质，分子比较小，裂缝和大孔结构比较多，原因是随着发酵的进行乳酸菌通过代谢产生蛋白酶对蛋白质进行水解，把蛋白大分子分解成小分子蛋白，所以使原有的比较完整且结构紧凑的蛋白质转变成为了裂缝较多且结构比较分散的蛋白质。

3.6发酵后对高粱挥发性风味的影响

本发明通过植物乳杆菌发酵高粱改变高粱籽粒的中挥发性化合物特征，从而改善感官品质。通过HS-GC-MS代谢组学进一步研究发酵后高粱籽粒挥发性化合物变化。与代谢组学数据库和文献相匹配后，共鉴定出204种代谢物，其中包括酮类(22)类、酸类(20)、醇类(19)、酚类(4)、醛类(11)、酯类(3)、烷类(51)、其他类化合物(74)。其中差异代谢物有59种酮类(4)类、酸类(7)、醇类(8)、酚类(1)、酯类(2)、烷类(14)和其他类化合物(24)。聚类分析显示两种主要样品的聚类，对照组高粱与实验组高粱形成了单独的组。进一步筛选出50种挥发性代谢物，植物乳杆菌发酵后，减少了20种风味物质，同时增加了25种风味物质。

如图6所示，采用最小二乘法辨别分析(PLS-DA)对发酵条件下高粱籽粒的挥发行程特征进行分析(该模型具有更好分析发酵前后差异的能力R2＝(0,0.9849),Q2＝(0,0.7125),PLS-DA)，结果显示，实验组高粱与对照组高粱之间存在明显的分离，这表明发酵显著改变了高粱的挥发性化合物。根据PLS-DA，一般采用VIP来确定重要差异代谢物，因此，本发明选用VIP值大于1.0的化合物作为差异性挥发化合物。

热图分析：

如图7所示，通过相关性热图分析和筛选出重要差异性化合物，并且分析出发酵导致的风味物质变化，未经发酵处理的高粱中携带的挥发性风味物质(如2，4，7，9-四甲基癸-5-炔-4，7-二醇、苯甲酸、乙苯、1-苯基甲氧基氮丙啶-2-羧酸、1，3-二甲苯、1，2，4-三甲基苯、1-丁醇、丙二腈和苯甲醇)，不仅具有不愉快的气味，而且有些还是有毒有害成分。通过植物乳杆菌发酵后，高粱中的不愉快气味和有毒有害成分逐渐消失，并产生一些具有生物活性的缬氨酸衍生物(S)-2-氨基-2,3-二甲基丁酸，其具有玫瑰的香味环戊醇，伴有强烈的油脂气味，并具有带有柑橘和玫瑰气味2，4，6-三甲基辛烷、呈强烈的山楂似香气及水果和花香的对甲基苯乙酮、具有面包香气的1-苯基-1-戊酮、具有玫瑰花香的苯戊酮、具有葡萄酒味的2-丁醇)、具有呈甜而暖的香辛料和草药似香气的4-乙基-2-甲氧基苯酚。植物乳杆菌发酵后，这些物质可以让高粱籽粒中充满各种香味物质，而且还可以富集原本具有的生物活性。再结合VIP值图谱(图8)进行分析，发现其中葡萄酒味的2-丁醇和具有生物活性的(S)-2-氨基-2,3-二甲基丁酸和具有面包香味的1-苯基-1-戊酮，对整个发酵高粱香气的贡献值最大。

综上所述，本发明采用植物乳杆菌对高粱进行发酵处理，提高了高粱的品质，解决了高粱不易熟化、适口性差的问题，本发明有利于促进高粱的主食化，从而产生良好的社会和经济效益。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。