黃土高原小粒大豆全粉理化與功能特性

王晗欣 杜雙奎 趙 艷 喬麗華

(西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，楊凌 712100)

大豆(Glycinemax)原產(chǎn)于我國，根據(jù)百粒重大小分為特小粒(10 g以下)、小粒(10～15 g)、中粒(15～20 g)、大粒(20～25 g)和特大粒(25 g以上);按大豆籽粒種皮顏色分為黃色、黑色、青色、黑色以及雙色豆［1］。小粒大豆是豆科植物大豆［Glycine max(L.)Merr.］的一種。

黃土高原地區(qū)是我國的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，長期氣候干旱，水土流失嚴重，土地貧瘠和土壤荒漠化嚴重。小粒大豆具有較強的抗逆性和適應性，是黃土高原地區(qū)主要的豆類資源。通常大豆富含蛋白質(zhì)(35%～45%)，其質(zhì)量分數(shù)高于其他雜豆(20%～30%)和谷物(8%～15%)［2］，還含有異黃酮［3］、谷胱甘肽、多糖及超氧化物歧化酶等抗氧化活性成分，不但可作為老百姓日常保健的膳食，而且是企業(yè)開發(fā)抗氧化保健食品、藥品、化妝品等重要植物資源。

大豆粉是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源，其8種必需氨基酸接近人體所需。大豆粉功能特性譬如起泡性、乳化性、凝膠性、吸水吸油能力、黏性等主要受蛋白質(zhì)的影響。研究表明黑豆蛋白粉加入面粉中可提高面粉凝膠性質(zhì)，面團具有較好的彈性和拉伸性［4］;將全脂大豆粉［5］和脫脂大豆粉［6］添加到面粉中，可提高面粉性質(zhì)，制作優(yōu)質(zhì)食品。大豆粉可作為良好的食品原料，主要依賴于其賦予食品的功能特性和感官品質(zhì)。黃土高原小粒大豆資源豐富，品質(zhì)較好，其中有色大豆種皮中富含單寧類和多酚類等抗氧化活性物質(zhì)［7］，將其磨成全粉，可作為天然抗氧化輔料添加到食品中以開發(fā)功能性食品。但目前對小粒大豆種子及大豆全粉理化特性和功能特性的研究鮮有報道。

本研究以晉豆23號為對照，對黃土高原12種小粒大豆豆粉理化特性和功能特性進行分析，探索功能特性與理化特性之間的關(guān)系，以期揭示黃土高原小粒大豆的資源和品質(zhì)優(yōu)勢，為小粒大豆粉的開發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小粒大豆收集于黃土高原地區(qū)，2013年種植于陜西神木縣農(nóng)技推廣中心試驗田，統(tǒng)一田間管理，成熟后收獲。小粒大豆品種有定邊白黑豆、橫山狗牙豆、府谷小黃豆、神木雞腰白、子洲小黑豆、鹽池黑豆、定邊小黑豆、靖邊王渠子黑豆、府谷小黑豆、神木連枷條、橫山老黑豆、偏關(guān)小黑豆，晉豆23號為對照。

小粒大豆豆粉制備:用高速粉碎機粉碎，過60目篩，收集篩下物，裝袋密封，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

FOSS2300凱氏定氮儀:瑞典福斯公司;CR－310色差計:日本美能達公司;FW 100型高速萬能粉碎機:天津泰斯特儀器有限公司;XHF－D高速分散器:寧波新芝生物科技股份有限公司;KDC－40低速離心機:科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 營養(yǎng)成分測定

水分:GB/T 5497—1985 105℃恒重法;碳水化合物:苯酚硫酸法;蛋白質(zhì):GB/T 5511—2008凱氏定氮法;脂肪:GB/T 5512—2008索氏提取法;灰分:GB/T 22510—2008。

1.3.2 理化性質(zhì)測定

1.3.2.1 色澤

用CR－310色差計測量。以標準白色板(Ls=97.15、as=0.43、bs=1.44)校準，用 CIE Lab 色度空間表示。色差ΔE按下式計算:

式中:L為亮度指數(shù);a為紅綠指數(shù);b為黃藍指數(shù)。

1.3.2.2 堆積密度

將樣品輕輕填入10 mL刻度量筒中，輕敲量筒下部，直至樣品在10 mL刻度處不再下降為止，稱其質(zhì)量。堆積密度用單位體積樣品質(zhì)量表示，g/mL。

1.3.2.3 吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)

在已稱重的離心管中加入2.5 g豆粉，并與25 mL蒸餾水混勻，攪拌1 min制成豆粉懸浮液。70℃下水浴30 min，冷卻至室溫后3 800 r/min下離心20 min，將上清液傾倒入恒重的蒸發(fā)皿中，于105℃下烘至恒重，測定溶出物質(zhì)量m2，離心管中沉淀質(zhì)量為m3，并計算WAI和WSI。

式中:WAI為吸水性指數(shù)/g/g;WSI為水溶性指數(shù)/%;m1為樣品質(zhì)量/g;m2為溶出物質(zhì)量/g;m3為離心管中沉淀質(zhì)量/g。

1.3.3 功能特性測定

1.3.3.1 吸水性和吸油性

在已稱重的離心管m1中加入3.0 g豆粉，用10 mL蒸餾水分散，搖勻，室溫下放置30 min，間隔5 min振蕩數(shù)下，3 800 r/min下離心30 min，倒出上清液，將有沉淀物的離心管在50℃下干燥25 min，稱質(zhì)量m2，并計算WAC。

式中:WAC為吸水能力;m1為離心管質(zhì)量/g;m2為離心管和沉淀物質(zhì)量/g。

參照Idrees等［20］方法，在已稱重的離心管m3中加入2.5 g豆粉，并與30 mL大豆油混勻，攪拌1 min，室溫放置30 min，3 800 r/min 下離心 30 min，用吸管移去上層液，再將離心管倒置25 min，吸除流出的油脂，再次稱質(zhì)量m4。

式中:OAC為吸油能力;m3為離心管質(zhì)量/g;m4為離心管和沉淀物總質(zhì)量/g。

1.3.3.2 乳化性和乳化穩(wěn)定性

稱取3 g豆粉，加50 mL蒸餾水，用高速分散器以10 000 r/min速度勻漿30 s，隨后加入5 mL大豆油，勻漿30 s，再加入5 mL大豆油，再勻漿90 s，測乳濁液體積V1。在2 500 r/min下離心5 min，測量乳化層體積V2。隨后85℃下加熱15 min，冷卻，再在2 500 r/min下離心5 min，記錄加熱后剩余乳化層體積V3。按公式計算乳化活力(EA)和乳化穩(wěn)定性(ES)。

式中:EA為乳化性/%;ES為乳化穩(wěn)定性/%;V1為乳濁液體積/mL;V2為離心后乳化層體積/mL;V3為加熱并離心后乳化層體積/mL。

1.3.3.3 起泡能力和泡沫穩(wěn)定性

取50 mL不同質(zhì)量濃度的豆粉懸浮液(2%、3%、5%、7%、10%(w/V))，高速分散器10 000 r/min攪打2 min，記錄攪打前后的體積，隨后將攪打起泡的樣品靜置20、40、60和120 min，記錄不同時間段的泡沫體積，并計算起泡性(FC)和泡沫穩(wěn)定性(FS)。

式中:FC為起泡能力/%;FS為起泡穩(wěn)定性/%;V1為攪打前的體積/mL;V2為攪打后的體積/mL;V3為放置一段時間后的泡沫體積/mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 小粒大豆基本營養(yǎng)分析

小粒大豆基本營養(yǎng)成分測定結(jié)果見表1。小粒黃大豆的粗蛋白含量、碳水化合物、脂肪含量高于小粒黑大豆，而灰分含量低于小粒黑大豆，但差異不顯著。由12種小粒大豆的籽粒營養(yǎng)成分分析，橫山老黑豆的蛋白質(zhì)量分數(shù)最高(43.74%)，定邊白黑豆的脂肪質(zhì)量分數(shù)最高為16.90%，府谷小黑豆的碳水化合物質(zhì)量分數(shù)最高為20.18%，定邊白黑豆的灰分最高(4.74%)。小粒大豆的粗蛋白含量均顯著高于蠶豆、豌豆、綠豆、小豆、豇豆、菜豆、飯豆、木豆、鷹嘴豆、紅蕓豆、小扁豆［8］。依據(jù) GB 1352—2009，小粒大豆屬于高蛋白大豆，尤其是橫山老黑豆和偏關(guān)小黑豆屬于二等高蛋白大豆。小粒大豆可作為大豆蛋白制品的原料。

劉萌娟等［9］研究發(fā)現(xiàn)陜西地區(qū)大豆的粗蛋白平均質(zhì)量分數(shù)為43.30%，粗脂肪平均質(zhì)量分數(shù)為16.76%。宋蓮軍等［10］對24個大豆品種分析，其蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)在38.81%～53.02%，脂肪質(zhì)量分數(shù)在15.07%～23.86%，灰分質(zhì)量分數(shù)在4.45%～5.48%。可以看出小粒大豆含有較高含量的粗蛋白，中等含量的粗脂肪。張金巍等［11］研究發(fā)現(xiàn)，南方和黃淮地區(qū)大豆品種平均蛋白質(zhì)含量高于北方地區(qū)，平均脂肪含量低于北方地區(qū)品種。小粒大豆的營養(yǎng)成分含量和自身的品種、遺傳特性以及黃土高原特有的氣候環(huán)境相關(guān)。

2.2 小粒大豆豆粉理化性質(zhì)

2.2.1 色值

大豆色值可以反映大豆的品質(zhì)，隨著貯存時間和貯存條件的變化，大豆的色澤會發(fā)生變化［12］。在豆腐原料品質(zhì)評價中，大豆色值作為衡量大豆貯存品質(zhì)的參考［13］。在貯存、運輸、加工中，注意大豆色值的變化，對于保持其良好的感官與加工品質(zhì)具有重要意義。

小粒大豆磨成粉，其色值如表2所示。由表2可知，小粒黃大豆粉和小粒黑大豆粉的色值差異顯著。小粒黃大豆粉的亮度指數(shù)(L)、紅綠指數(shù)(a)、黃藍指數(shù)(b)和色差 ΔE分別在84.62～86.17、－2.21～－1.95、19.20～20.81和21.18～23.05之間。小粒黃大豆粉a值和b值都較大，豆粉顏色偏黃。小粒黑大豆粉的亮度指數(shù)、紅綠指數(shù)、黃藍指數(shù)和色差分別在77.27～78.86、－3.36～ －2.23、11.80～15.57和21.71～24.17之間。不同豆粉所含的色素、豆粉顆粒形狀、分散程度等均對色值指數(shù)有影響［14－15］。

表1 小粒大豆基本營養(yǎng)組成/%

表2 小粒大豆豆粉的色值

2.2.2 堆積密度、吸水性指數(shù)與水溶性指數(shù)

由表3可以看出，12種小粒大豆豆粉的堆積密度差異顯著，在0.52～0.61 g/mL之間變化。府谷小黑豆的堆積密度最高(0.61 g/mL)，定邊白黑豆的堆積密度最低(0.52 g/mL)。堆積密度高，表明其分散性差，單位體積包裝成本低;相反，堆積密度低，表明其具有較好的分散性，可作為斷奶及補充食品的配方原料［16］。

吸水性指數(shù)(WAI)與豆粉中非淀粉多糖及可溶性蛋白質(zhì)的含量密切相關(guān)，并直接影響到豆粉的親水性和成膠能力，WAI越高表明其大分子親水性和成膠能力越好［17］。由表3可知，小粒大豆豆粉的吸水性指數(shù)在3.74～4.66 g/g之間，顯著高于對照(3.75 g/g)。水溶性指數(shù)(WSI)與豆粉中可溶性碳水化合物、蛋白質(zhì)等物質(zhì)含量和溶解性有關(guān)，可溶性物質(zhì)含量越高，溶解性越好，其水溶性指數(shù)越高。豆粉顆粒結(jié)構(gòu)、加熱的過程中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)－脂肪復合物對WSI有一定的影響［18］。小粒大豆豆粉的WSI在37.59%～50.20% 之間變化，定邊白黑豆粉的WSI最大，與晉豆23號豆粉無顯著差異;鹽池黑豆粉的WSI顯著低于晉豆23號(49.97%)。

表3 小粒大豆豆粉堆積密度、吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)

2.3 功能特性

2.3.1 吸水性和吸油性

由表4可看出，小粒大豆豆粉的吸水性在1.47～1.95 g/g之間變化，顯著高于對照(1.32 g/g)，其中子洲小黑豆、鹽池黑豆及偏關(guān)小黑豆的吸水性最低，神木連枷條的吸水性最高(1.95 g/g)。Padilla等［19］研究表明，與堅果粉相比，大豆粉具有最高的吸水性(112.43%)和最低的吸油性(29.59%)。豆粉吸水能力主要與大豆種皮中纖維素、親水性蛋白質(zhì)的含量密切相關(guān)。小粒大豆粉的吸油性顯著低于對照(0.96 g/g)，在0.78～0.95 g/g之間，鹽池黑豆的吸油性最低，橫山老黑豆的吸油性最高。豆粉吸油性與豆粉中脂肪含量、蛋白質(zhì)含量、蛋白質(zhì)類型以及蛋白質(zhì)分子表面非極性氨基酸側(cè)鏈比例密切相關(guān)。豆粉中的蛋白質(zhì)非極性氨基酸側(cè)鏈與脂肪鏈形成疏水性區(qū)域，阻礙水分子與蛋白質(zhì)接觸，從而降低豆粉的吸水性，增加豆粉的親脂性［20］。大豆粉的吸水性和吸油性有助于改善食品結(jié)構(gòu)，增強風味保留，提高適口性，減少水分和脂肪的流失［15］。

表4 小粒大豆豆粉功能特性

2.3.2 乳化性和乳化穩(wěn)定性

小粒大豆豆粉的乳化性在34%～46%之間變化，神木連枷條和定邊白黑豆的乳化性顯著低于其他豆粉，與對照晉豆23號的乳化性無顯著差異;橫山狗牙豆和府谷小黑豆的乳化性最高(46%)。除定邊白黑豆外，其余小粒大豆豆粉的乳化穩(wěn)定性均高于對照(86%)，在91%～97%之間變化。大豆中可溶/不可溶蛋白質(zhì)、油脂等組分均會影響豆粉的乳化特性，蛋白乳化性與蛋白質(zhì)量濃度、pH值、加熱溫度、離子強度等有關(guān)［21］。

2.3.3 起泡性和泡沫穩(wěn)定性

起泡性可以賦予食品以疏松的結(jié)構(gòu)和良好的口感［16］。影響豆粉起泡能力的因素主要有蛋白質(zhì)濃度、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、pH值、溫度、離子強度、攪打強度和蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)復合物在水－空氣界面的相互作用等［22］。不同豆粉的起泡性如圖1所示。由圖1可以看出，小粒大豆豆粉的質(zhì)量濃度對起泡性有顯著影響，當豆粉含量增加到某一點時起泡能力最高。晉豆23號、定邊白黑豆、府谷小黃豆質(zhì)量濃度為5 g/100 mL時的起泡性最大，定邊小黑豆起泡性最大時的豆粉質(zhì)量濃度為 10 g/100 mL，起泡性為33.33%;其余豆粉起泡性最大時的豆粉質(zhì)量濃度為7 g/100 mL，其中橫山狗牙豆的起泡性高達46.67%，鹽池黑豆的起泡性最低(28.33%)。由于豆粉含量的增加，蛋白質(zhì)含量也隨之增加，從而增加了豆粉中蛋白的親水基團和疏水的非極性集團，使得氣泡易于形成，但當豆粉含量一直增大時，蛋白質(zhì)濃度過大，溶液的黏度相對較大，不利于泡沫的形成。

圖2為7 g/100 mL豆粉在不同時間的起泡穩(wěn)定性，子洲小黑豆和定邊小黑豆隨放置時間的延長，泡沫穩(wěn)定性下降較快，橫山狗牙豆和府谷小黃豆泡沫破裂慢，具有較好的泡沫穩(wěn)定性;小粒大豆的泡沫穩(wěn)定性在60 min內(nèi)均大于70%。泡沫的穩(wěn)定性與溶液的黏度、密度以及表面張力有關(guān)系［23］。

圖1 小粒大豆豆粉質(zhì)量濃度對起泡性的影響

圖2 質(zhì)量濃度7 g/100 mL小粒大豆豆粉的泡沫穩(wěn)定性

3 結(jié)論

與大粒黃豆粉相比，小粒大豆粉的脂肪含量較低，蛋白質(zhì)含量無顯著差異。小粒大豆粉具有較高的吸水性指數(shù)和吸水能力，但水溶性指數(shù)和吸油能力較差;乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性和泡沫穩(wěn)定性差異顯著。不同小粒大豆粉的理化特性和功能特性有差異。府谷小黑豆粉堆積密度較高，定邊白黑豆粉堆積密度較低;府谷小黑豆粉和橫山老黑豆粉的吸水性指數(shù)較高，定邊白黑豆粉、府谷小黃豆粉和神木連枷條豆粉的水溶性指數(shù)較高;橫山狗牙豆粉和府谷小黃豆粉的乳化性較強，定邊白黑豆粉乳化穩(wěn)定性較差;府谷小黃豆粉和橫山老黑豆粉有好的泡沫穩(wěn)定性。小粒大豆可作為蛋白制品原料、斷奶及補充食品的配料，可作為輔料添加到面制食品中以改善面團、面糊特性，提高制品營養(yǎng)價值和品質(zhì)特性。

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