玉米淀粉在碱煮时间与固态发酵中的形态结构及理化特性演变研究

本研究针对不同碱煮时间(30/90 min)对玉米淀粉在固态发酵(SSF)中结构功能的影响机制展开探索，发现90 min处理显著提升淀粉糊化度(50.94%)、还原糖产量(增加5.9倍)及乳酸生成，同时降低相对结晶度(0.876)和最大粘度(下降4.8倍)，揭示了碱煮时间通过改变淀粉纳米晶体正交结构影响微生物酶解效率的规律，为发酵玉米食品工艺优化提供理论依据。

　　

玉米作为全球主要粮食作物，其加工方式直接影响食品品质与营养价值。传统碱煮工艺(nixtamalization)是墨西哥等拉美国家制作玉米饼(tortilla)的核心技术，该过程通过热碱处理使玉米淀粉发生糊化(gelatinization)，但不同处理时间对后续发酵食品的影响机制尚未明确。随着健康饮食理念兴起，如何通过工艺调控提升发酵玉米食品的营养价值成为研究热点。墨西哥克雷塔罗自治大学的研究团队在《Innovative Food Science》发表论文，系统揭示了碱煮时间(30/90分钟)通过改变淀粉纳米晶体结构影响固态发酵(SSF)效率的分子机制。

研究采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)和流变分析等关键技术，对墨西哥克雷塔罗地区2023年采收的黄玉米进行实验。通过控制碱煮时间(1% Ca(OH)₂，1:3料水比)制备样品，在240小时SSF过程中监测淀粉形态结构变化。

生物材料特性
原始玉米含78.7%碳水化合物，其中淀粉纳米晶体呈现正交晶系(orthorhombic)结构，这为后续结构演变研究奠定基础。

SSF过程中的理化变化
90分钟碱煮样品在SSF中表现出更剧烈的生化反应：还原糖含量达30分钟样品的5.9倍，pH值降至4.5以下，最大粘度下降4.8倍。DSC检测显示其糊化度显著提升至50.94%，证实长时间碱煮使淀粉更易被乳酸菌酶解。

结构表征
XRD显示SSF后30/90分钟样品的相对结晶度分别降至0.9354和0.876，红外光谱证实淀粉官能团变化。正交晶系纳米晶体结构的破坏程度与碱煮时间呈正相关，这解释了粘度下降与发酵效率提升的结构基础。

该研究首次阐明碱煮时间通过改变淀粉纳米晶体有序性影响SSF效率的分子机制。90分钟处理使淀粉糊化度提升、结晶区破坏，暴露出更多酶作用位点，促进乳酸菌将淀粉转化为还原糖和乳酸。这一发现为优化发酵玉米食品工艺提供了关键参数：适当延长碱煮时间可增强微生物代谢活性，但需平衡质构特性损失。研究结果对传统玉米食品工业化生产具有指导意义，也为开发新型发酵谷物产品奠定了理论基础。