不同預熟化處理對綠豆營養(yǎng)成分及蒸煮特性的影響

郭晨，田曉靜，杜月紅，汪洋，張歡，劉新柱，邢金鋒，王穩(wěn)航

（天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457）

全谷物、蔬菜、堅果、豆類等植物性食物中含有類黃酮、單寧、多酚等植物化學物質，同時也是膳食纖維的主要來源[1]。研究表明，經(jīng)常食用植物性食物可預防慢性疾病，對人體健康有多種好處[2]。作為人類飲食的重要組成部分，豆類在世界各地廣泛種植，是人類蛋白質、礦物質、維生素和生物活性化合物的極佳來源，在飲食和經(jīng)濟上的重要性已經(jīng)在全球范圍內得到認可[3-4]。

綠豆是人們經(jīng)常食用的豆類之一，含有常見的營養(yǎng)素和功能性低聚糖、黃酮類化合物等功能成分[5]，具有消暑、解毒、抗氧化等營養(yǎng)與保健價值[6-7]。市面上的綠豆內部結構致密，含水量較低，在食用前需要經(jīng)過較長時間的浸泡處理后才能與大米同熟。針對上述問題，研究人員采取多種方法對綠豆進行預熟化處理。劉曉松等[8]和倪萍等[9]先后將綠豆、紅豆等雜糧在不同溫度下浸泡并以1∶1.5質量比蒸煮，干燥后采用氨基酸評分法與大米進行了復配。喬筱童[10]采用響應面法優(yōu)化了低壓蒸煮的工藝并比較了不同干燥方式對綠豆含水量的影響。李曉蒙[11]通過恒溫浸泡和微波處理的方式對綠豆進行處理，得到的速熟綠豆可與大米同熟。張大寶[12]使用碳酸氫鈉溶液浸泡綠豆，采用蒸煮干燥法和壓差膨化法對速熟綠豆的加工工藝進行了研究并驗證了其可行性。張桂芳等[13]采用了浸泡、蒸制、速凍、解凍、干燥的方法對綠豆進行了預熟化處理并進行了參數(shù)的優(yōu)化。這些方法均能起到一定的預熟化作用。但是，以上研究由于存在原料品種、處理條件等方面的差異性，無法進行系統(tǒng)對比與分析，不足以為綠豆的預熟化工業(yè)化處理提供全方面的技術參考。

為此，本試驗采用常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波3種方式對綠豆進行處理，旨在研究不同的處理方式和處理時間對綠豆的糊化度、色度及營養(yǎng)成分等方面的影響，為綠豆的加工與速熟綠豆產品的開發(fā)與應用提供理論和實踐基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠豆（大明綠豆）：寧夏山逗子雜糧綠色食品科技開發(fā)有限公司；十月稻田五常大米（五優(yōu)稻4號）：五常市彩橋米業(yè)有限公司。

糖化酶（100 000 U/g）、淀粉酶（4 000 U/g）：上海源葉生物科技有限公司；硫代硫酸鈉、淀粉指示液、亞鐵氰化鉀：天津渤化化學試劑有限公司；鹽酸、硫酸、無水碳酸鈉、酒石酸鉀鈉：天津市風船化學試劑科技有限公司；氫氧化鈉：天津市津東天正精細化學試劑廠；碘化鉀：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；碘：天津市化學試劑供銷公司；無水乙醇：天津市江天化工技術有限公司；硼酸：天津市津科精細化工研究所；甲基紅、溴甲酚綠、亞甲基藍：美侖生物技術有限公司；乙酸鎂：天津市大茂化學試劑廠，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器設備

DSX-280KB24手提式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；G80F23CN3L-C2（B6）微波爐：格蘭仕微波爐電器有限公司；SX2-4-10A馬弗爐：鄭州鑫涵儀器設備有限公司；Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀：丹麥FOSS有限公司；CM-7001d色差計：日本Minolta公司；SU1510掃描電子顯微鏡：日本Hitachi公司；TA.XT.Plus質構儀：英國Stable Micro System公司；Alpha 2-4 LD plus快速冷凍干燥機：德國chirst公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 浸泡及吸水率、膨脹率的測定

選擇顆粒飽滿、大小一致、種皮完整、有光澤的綠豆，用水沖洗3次，洗去表面灰塵。在40℃條件下分別浸泡 30、60、90、120、150 min，取出瀝干水分，參考張麗平等[14]的方法進行吸水率和膨脹率的測定，計算公式如下。

式中：m0為浸泡前綠豆的質量，g；m1為浸泡后綠豆的質量，g；V0為浸泡前綠豆的體積，mL；V1為浸泡后綠豆的體積，mL。

1.3.2 預熟化處理

選擇浸泡時間為120 min的綠豆，以處理條件和處理時間為變量對其進行預熟化處理。將浸泡過的綠豆放在平皿中，厚度1.3cm，分別采用常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波3種方式對綠豆進行處理。常壓蒸汽：將平皿置于盛有沸水的蒸鍋中進行汽蒸，加熱功率為1 200 W，處理時間分別為 0、10、20、30、40 min；高壓蒸汽：將平皿置于高壓蒸汽滅菌鍋中進行汽蒸，處理溫度設為121 ℃，處理時間分別為 1、5、10、15、20 min；微波：將平皿置于微波爐中進行處理，微波功率800 W，處理時間為 3、4、5、6、7 min，每隔 1 min 翻動一次，使其均勻加熱，防止焦糊。在60℃電熱鼓風干燥箱中干燥至水分含量降至（10±0.5）g/100 g，裝袋備用。

1.3.3 糊化度

將預熟化處理后的綠豆粉碎，過40目篩，采用酶水解法測定其糊化度[9]。準確稱取1.00 g樣品2份，分別置于編號為1、2的100 mL錐形瓶中，同時0號錐形瓶不加樣品作為空白。將1號錐形瓶作為完全糊化的樣品組，置于電陶爐上，保持微沸狀態(tài)20 min后取下并冷卻至室溫。在各瓶中加入2 mL糖化酶溶液，于60℃恒溫水浴鍋中反應1 h，加入2 mL 1 mol/L鹽酸將酶滅活。將酶解液轉移至100mL容量瓶中，定容，過濾。取濾液進行滴定，滴定流程如下：依次向150 mL碘量瓶中加入10 mL濾液、5 mL 0.1 mol/L碘液、18 mL 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液，蓋上玻璃塞于暗處反應15 min，隨后加入2 mL 10% 硫酸，用0.1 mol/L硫代硫酸鈉溶液滴定至碘量瓶內的溶液顏色變淺，加入1 mL淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至無色，30 s內不變色，記錄消耗硫代硫酸鈉溶液的體積。糊化度的計算公式如下。

式中：V0為滴定樣品空白時所消耗的標準硫代硫酸鈉的體積，mL；V1為滴定完全糊化樣品時所消耗的標準硫代硫酸鈉的體積，mL；V2為滴定樣品時所消耗的標準硫代硫酸鈉的體積，mL。

1.3.4 感官評價

參考GB/T 15682—2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》及相關文獻[15]，制定綠豆的感官評價標準，如表1所示。

表1 感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria

隨機挑選10名不同年齡層次的食品專業(yè)技術人員（男女各5人）對1.3.2中得到的預熟化綠豆（每份20 g）進行感官評價。

1.3.5 色度

用色差計測定預熟化綠豆和原料綠豆的亮度L*值、紅度a*值和黃度b*值，對比不同預熟化方式對綠豆色度的影響[16]。

1.3.6 營養(yǎng)成分

水分含量測定參考GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》直接干燥法；蛋白質含量參考GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》凱氏定氮法測定；淀粉含量參考GB 5009.9—2016《食品安全國家標準食品中淀粉的測定》酶水解法測定；灰分含量參考GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》測定。

1.3.7 微觀結構

輕輕去除綠豆的種皮并將兩片子葉分開，將子葉橫向掰斷，-80℃預凍24 h，隨后真空冷凍干燥24 h。用導電膠帶將樣品固定在載物臺上，經(jīng)噴金處理后用掃描電子顯微鏡對綠豆子葉橫斷面進行觀察[17]。

1.3.8 同煮

將原料綠豆、預熟化綠豆與大米進行同煮。同煮條件：將20 g樣品置于燒杯中，按1∶1.6的料液比加水32 g。電陶爐以1 200 W的功率加熱，待鍋中水沸騰之后放入燒杯并開始計時。20 min后停止加熱并燜制10 min，取出后利用質構儀進行分析。選擇P36R探頭作為測試探頭，分析程序設置為壓縮程度70% ，兩次循環(huán)壓縮，測前和測后速度為5 mm/s，壓縮速度為1 mm/s。取3粒大米或綠豆排列在載物臺上進行測試[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每組試驗至少重復3次，所得數(shù)據(jù)以平均值±標準差的形式呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析是通過IBM SPSS Statistics 26軟件進行的，圖表的繪制是通過Origin 8.0軟件完成的。當P＜0.05時，結果具有顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 吸水率、膨脹率分析

浸泡可以軟化綠豆的質地，縮短蒸煮所需時間，不同浸泡時間對綠豆外觀的影響如圖1所示。

圖1 不同浸泡時間對綠豆外觀的影響Fig.1 Appearance of mung bean soaked for different time

由圖1可知，浸泡30 min時，種皮少量吸水，綠豆的外觀無明顯變化（圖1b）。隨著浸泡時間的延長，種皮先是起皺（圖1c），后來褶皺逐漸消失（圖1f）。在浸泡過程中，水分通過毛細現(xiàn)象從種皮進入到子葉內部，碳水化合物等物質的吸水，綠豆體積也會隨之增加[19]。

浸泡過程中往往伴隨著質量增加、體積增大的現(xiàn)象，綠豆在不同浸泡時間的吸水率、膨脹率如圖2所示。

圖2 不同浸泡時間對綠豆吸水率、膨脹率的影響Fig.2 Water absorption rate and expansion rate of mung bean soaked for different time

綠豆的吸水率和膨脹率均隨浸泡時間的延長呈上升趨勢。浸泡30min后，綠豆的吸水率為4.15% ，膨脹率為12.22% ；浸泡150 min后，綠豆的吸水率為55.27% ，膨脹率為72.31% 。本試驗中設置的浸泡時間較短，綠豆處于快速吸水階段，質量和體積的變化速率快，并未出現(xiàn)較為平緩的趨勢。延長浸泡時間有利于綠豆熟化，但浸泡時間過長會導致綠豆中的營養(yǎng)物質流失到浸泡液中，對綠豆的顆粒完整性也會產生一定程度的破壞，故本試驗選擇的浸泡時間上限為150 min。通過對比不同浸泡時間下綠豆的預熟化效果，最終選擇的浸泡時間為120 min。

2.2 糊化度分析

糊化度表示糊化淀粉含量占總淀粉量的百分比，是衡量谷物熟化的重要指標[20]。不同處理方式對綠豆糊化度的影響如圖3所示。

圖3 不同處理方式對綠豆糊化度的影響Fig.3 Gelatinization degree of mung bean treated by different methods

由圖3可知，不同處理方式下綠豆糊化度均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。淀粉糊化需要經(jīng)歷吸水膨脹、雙螺旋展開、結晶結構改變、雙折射消失、溶解度和黏度增加等一系列過程[21-22]。處理時間較短時，綠豆內部條件有利于淀粉糊化，糊化度隨處理時間的延長而升高；當處理時間過長時，體系內部水分散失，不利于淀粉糊化，糊化度因此降低[23]。40℃浸泡120 min時，綠豆的初始糊化度僅為28.85% ；經(jīng)過常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波處理后，淀粉部分糊化，糊化度分別最高可達67.25% 、79.66% 和51.76% 。不同時間的高壓蒸汽處理均能使綠豆的糊化度達到60% 以上，而不同時間微波處理的綠豆糊化度為40% ～50% ，這可能是由于微波使綠豆的表面和內部同時升溫，加快了水分的散失，不利于淀粉糊化。

2.3 感官評價分析

經(jīng)不同預熟化處理后綠豆的外觀如圖4所示，得到的感官評分如表2所示。

圖4 不同處理方式對綠豆外觀的影響Fig.4 Appearance of mung bean treated by different methods

表2 不同處理方式對綠豆感官評分的影響Table 2 Sensory score of mung bean treated by different methods

處理時間的延長會使綠豆的種皮顏色逐漸加深，其原粒的完整結構逐漸被破壞。對比3種預熟化方式，對綠豆的色澤影響最大的是高壓蒸汽處理，其次為常壓蒸汽處理，微波處理對綠豆的色澤影響最小。常壓和高壓蒸汽處理的時間過長，綠豆會出現(xiàn)開花現(xiàn)象，感官評分較差。微波會使綠豆的種皮出現(xiàn)裂紋，但幾乎不存在開花現(xiàn)象。這種感官差異出現(xiàn)的原因與處理時間有關，其中高壓蒸汽處理要經(jīng)歷升溫到121℃的過程，大約需要30 min，在此過程中，綠豆種皮的顏色逐漸加深。微波處理的時間相對較短，但當處理時間超過8 min時，綠豆會出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象。將上述綠豆進行復煮，豆香味較濃郁，但處理時間較短的組別，綠豆的質地較硬，適口性較差；處理時間過長，綠豆復煮后過于軟爛。經(jīng)過糊化度和感官的綜合評價，選出的較優(yōu)的處理條件：常壓蒸汽處理20 min（圖4 C-3）、高壓蒸汽處理 5 min（圖4 G-2）、微波處理 5 min（圖4 W-3）。

2.4 色度分析

本試驗測定了原料綠豆和預熟化綠豆的色度值，其中L*值代表亮度，a*值代表紅度，b*值代表黃度，結果如表3所示。

表3 不同處理方式對綠豆色度的影響Table 3 Chromatic values of mung bean treated by different methods

大多數(shù)酚類化合物集中在豆科植物的種皮中[24]，這些化合物具有生物活性，是食品顏色的重要決定因素。經(jīng)過預熟化處理的綠豆，相比于原料的色差變化越小，產品在市場上的接受度越好。綠豆經(jīng)過處理后L*值降低，a*值和b*值升高，這一結果表明加工使綠豆變暗，紅度和黃度增加。綠豆種皮顏色的變化除了與美拉德反應有關[16]外，還可能是由種皮色素向內部遷移導致[25]。與原料相比，常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波處理得到的綠豆L*值均有顯著性差異，其中高壓處理對綠豆的L*值影響最大（從46.26±0.83降低到29.11±1.48，常壓蒸汽處理次之，微波處理對綠豆的L*值影響最小。3種處理方式得到的綠豆之間a*值之間無顯著性差異。

2.5 營養(yǎng)成分分析

常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波處理前后綠豆的營養(yǎng)成分變化如圖5所示。

圖5 不同處理方式對綠豆營養(yǎng)成分的影響Fig.5 Nutrient content of mung bean treated by different methods

由圖5可知，經(jīng)過預熟化處理后的綠豆含水量在10 g/100 g左右，符合儲存要求。原料綠豆的蛋白質含量為（26.0±0.10）g/100 g，經(jīng)預熟化處理的綠豆蛋白質含量在24.5 g/100 g～25.1 g/100 g，低于原料綠豆，這可能是由于浸泡和預熟化處理過程中可溶性蛋白質溶出造成[26]。與微波處理相比，常壓蒸汽和高壓蒸汽處理時蛋白質的流失更加嚴重。綠豆中淀粉含量較高，可達40 g/100 g以上。綠豆中的淀粉與不溶性蛋白質、纖維緊密結合，而預熟化處理在一定程度上破壞了這種作用，淀粉得到充分釋放，所以處理后淀粉含量增加[27]。經(jīng)過常壓蒸汽和高壓蒸汽處理后的綠豆，其淀粉含量分別為（46.6±1.72）g/100 g和（47.4±1.25）g/100 g，高于經(jīng)過微波處理的綠豆。灰分指的是綠豆經(jīng)灼燒后的無機物質，主要包括礦物質和金屬氧化物。原料綠豆的灰分含量為（3.8±0.06）g/100 g，經(jīng)過處理后，其灰分含量降低到3.5 g/100 g～3.7 g/100 g，其含量的降低可能是因為處理過程中某些礦物質溶解至水中。

2.6 微觀結構分析

使用掃描電子顯微鏡觀察了綠豆經(jīng)過不同處理之后橫斷面的子葉細胞形態(tài)及分布，如圖6所示。

圖6 不同處理方式對綠豆微觀結構的影響Fig.6 Microstructure of mung bean treated by different methods

未經(jīng)處理的綠豆子葉細胞（圖6a）呈橢球形，淀粉顆粒（箭頭標出部分）被細胞內容物中的蛋白質緊緊包圍。子葉細胞的細胞壁把相鄰的子葉細胞分隔開，它的存在為細胞內部的淀粉和蛋白質提供了一層天然的物理屏障[17]。綠豆子葉細胞經(jīng)預熟化處理后仍能保持其形態(tài)的完整性（圖6 b～d），且相鄰細胞間的界限更加分明（虛線圈出），細胞壁變得粗糙，表面能觀察到一絲雜質（實線圈出），這些物質可能是預熟化過程中從子葉細胞中滲出的非淀粉多糖等成分以及相鄰細胞的部分細胞壁[28]。此外，經(jīng)過預熟化處理的綠豆，子葉細胞間隙也有所增加，有利于水分進入子葉內部，進而縮短蒸煮時間。

2.7 質構分析

對原料綠豆、預熟化綠豆和大米同煮，隨后進行全質構分析，樣品的代表性質構圖譜如圖7所示。其煮后的糊化度和硬度如表3所示。

圖7 綠豆及大米同煮后的代表性質構圖譜Fig.7 Typical texture profiles of mung bean and rice

全質構可以模擬人的咀嚼過程。圖7中第一次壓縮時力的最大值即為硬度[29]。大米在煮后的硬度值為（837.4±37.0）g，而未經(jīng)處理的綠豆在煮后的硬度值達（7 833.0±391.6）g，同時參考表3中二者糊化度的差異，可以認為原料綠豆不能與大米同煮同熟。經(jīng)過處理之后的綠豆再與大米同煮時，其硬度值顯著降低，糊化度顯著升高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要有兩點：一方面，綠豆經(jīng)過處理后部分淀粉已經(jīng)糊化，待糊化的淀粉的總量減少，更易熟化；另一方面，經(jīng)過處理的綠豆內部子葉細胞的排列變得松散，細胞間隙增大，對水的阻礙作用減小，有利于同煮時水分進入子葉內部，加快淀粉糊化速度。相較于常壓蒸汽和高壓蒸汽處理處理，微波處理過的綠豆在同煮后具有更高的糊化度和更低的硬度，處理效果較好。

表4 同煮原料糊化度和硬度參數(shù)Table 4 Gelatinization degree and hardness parameters of cooking materials

3 結論

經(jīng)過糊化度和感官的綜合評價，常壓蒸汽處理的較優(yōu)時間為20 min、高壓蒸汽處理和微波處理的較優(yōu)時間為5 min，此時綠豆的糊化度分別為67.25% 、70.96% 和51.76% 。常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波處理可提高綠豆煮后的糊化度，降低復煮后的硬度，使綠豆與大米同煮時能夠同熟。這些處理使綠豆的色度值發(fā)生了顯著性變化，L*值降低，a*值和b*值升高。經(jīng)過處理后，綠豆中的灰分含量和蛋白質含量降低，淀粉含量升高，子葉細胞之間排列的略有疏松。對常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波3種處理方式進行對比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓蒸汽處理的綠豆能達到較高的糊化度，但是種皮顏色的變化也更加明顯；常壓蒸汽和微波處理對綠豆色度的影響稍??；微波作為一種較新型的食品加工方式，能在較短的時間內完成對綠豆的預熟化處理。