速熟黑豆理化性質的研究

李曉蒙,于　雷,王偉旭,李帥斐,王彩嬌,楊　末

(吉林農業大學食品科學與工程學院,吉林長春 130118)

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速熟黑豆理化性質的研究

李曉蒙,于雷*,王偉旭,李帥斐,王彩嬌,楊末

(吉林農業大學食品科學與工程學院,吉林長春 130118)

為研究速熟黑豆的理化性質,考察其與原料黑豆之間的差異,分析了黑豆的營養成分、氨基酸組成及體外消化性,同時利用掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜掃描及差示掃描量熱分析方法研究了黑豆的理化性質。結果表明,速熟黑豆與原料黑豆相比,淀粉含量增加9.13%,粗蛋白、粗脂肪含量稍有減少,氨基酸總量略有減少,蛋白溶解性變差,而消化性明顯提高;速熟黑豆粉微顆粒間聚集成塊狀,尺寸變大;與原料黑豆相比成分變化不大,但速熟黑豆蛋白分子聚集,其蛋白溶解性變差;熱分析過程中,速熟黑豆的蛋白沒有吸熱峰出現,表明速熟黑豆蛋白熱變性完全。

速熟,黑豆,理化性質,體外消化性

黑豆(GlyeineSojaSieb.etZucc)是大豆豆科類的黑色種子,子葉肥厚,呈黃綠色或者淡黃色,因其種皮呈黑色而得名[1]。黑豆營養豐富,必需氨基酸占氨基酸總量的 40%以上,同時具有一定的藥用價值,有活血、利水、祛風、清熱解毒、滋養健血、補虛烏發的功能,是一種重要的藥食兩用食材[2]。《本草綱目》中記載:“黑豆入腎功多,故能治水、消脹、下氣、制風熱而活血解毒”。

迄今為止,許多研究是以黑豆為原料,將其功能成分提取出來,發現長期食用黑豆功能成分能夠抗肥胖、降血脂,提高學習能力和記憶力[3-4],還能夠預防動脈粥樣硬化、胃腸潰瘍、腸炎、預防和治療心血管病、高血壓病以及癌癥等疾病。目前生產和研制的黑豆食品主要有黑豆粉、豆豉、黑豆醋、黑豆醬油、黑豆奶等,但是,由于黑豆種皮厚,外層有臘質,蛋白質含量高,難于熟化,適口性不佳,因此全籽粒黑豆在食品中的應用很少[5]。

生黑豆經過適當加熱處理后,部分抗營養因子消除,增加濃香味,去除豆腥味[6-7],同時還能改善產品外觀和適口性[8],利用率顯著提高,因此,采取適當、合理的熱加工方式是提高黑豆附加值的一個很好的途徑。A Vargas-Torres等人[9]發現蒸煮時間在很大程度上影響黑豆的消化性質。本文對采用高壓蒸煮結合微波膨化技術得到的速熟黑豆進行理化性質研究,該速熟黑豆保持了黑豆籽粒的完整性,為全籽粒黑豆在食品中的應用以及工業化生產中提供理論和技術依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

黑豆、大米洮南市遠望雜糧雜豆專業合作社。

正己烷、HCl、NaOH、乙醇、三氯乙酸、考馬斯亮藍G-250、磷酸、溴化鉀等試劑均為分析純。

P6016胃蛋白酶sigma-aldrich(上海)貿易有限公司。

FD-1A-50冷凍干燥機上海精密儀器儀表有限公司;K1100全自動凱氏定氮儀鄭州海能儀器有限公司;RHP-600型高速多功能粉碎機浙江榮浩工貿有限公司;TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責任公司;XL-30掃描電子顯微鏡FEI 公司;IRPrestige-21傅里葉紅外光譜儀、DSC-60A差示掃描量熱分析儀日本島津公司;EM-L530TB型微波爐合肥榮事達三洋電器股份有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1樣品處理精確稱取100 g除雜的黑豆,放入500 mL燒杯中,用量筒量取250 mL蒸餾水,倒入黑豆,用玻璃棒攪拌,使黑豆與蒸餾水充分接觸。將燒杯放入40 ℃水浴鍋中,浸泡1.5 h。將浸泡后的黑豆倒在金屬網上,濾干浸泡的蒸餾水。將濾干的黑豆平鋪在盤中,放入高壓鍋中,121 ℃蒸煮20 min后取出。在烘箱中90 ℃烘干1 h。將烘干后的黑豆1000 W微波間歇膨化4 min。得到干燥的速熟黑豆樣品。根據C.-H.Tang[10]的方法提取黑豆蛋白。

1.2.2營養成分與氨基酸的測定淀粉測定方法:GB/T 5009.9-2008,采用酸水解法;

粗蛋白質測定方法:GB 5009.5-2010;粗脂肪測定方法:GB 5512-2008;粗纖維測定方法:GB/T 5515-2008;氨基酸測定方法:GB/T 5009.124-2003。

1.2.3水溶性蛋白質含量的測定全自動凱氏定氮儀法[11-12]。取原料黑豆與速熟黑豆,用粉碎機粉碎過100目篩。準確稱取干粉5 g于250 mL錐形瓶中,加入100 mL蒸餾水浸泡,同時用磁力攪拌器充分攪拌,于35 ℃水浴鍋中提取60 min,然后于4000 r/min離心30 min取上清液,沉淀再重復提取一次,最后合并上清液并定容至250 mL,即為定氮待測液。采用全自動凱氏定氮儀進行定氮。

1.2.4氮溶指數的計算氮溶指數即氮溶解指數,是一項衡量食物蛋白質功能性能的指標,為該蛋白質中能溶解于水的蛋白質氮量占該蛋白質氮總量的百分比,或水溶性蛋白質占總蛋白的百分比。

氮溶指數(NSI)(%)=水溶性氮含量/樣品中總氮含量×100

1.2.5醇溶性蛋白質含量的測定以70%的乙醇代替蒸餾水,于80 ℃水浴提取10 min,其余步驟同水溶性蛋白質含量測定。

1.2.6非蛋白氮含量測定取原料黑豆與處理后的黑豆,用粉碎機粉碎過100目篩。準確稱取干粉2 g于50 mL燒杯中,加入10%(m/v)冷的三氯乙酸溶液30 mL,充分混勻,將該混合物放在4 ℃冰箱中放置20 h,取出后于4000 r/min離心30 min,取上清液,定容至50 mL,即為定氮待測液。非蛋白氮成分存在于上清液中,沉淀中為蛋白氮。采用全自動凱氏定氮儀進行定氮[11]。

1.2.7蛋白質體外消化率考馬斯亮藍法測蛋白含量[13]:考馬斯亮藍G-250是一種蛋白質染料,與蛋白質通過范德華引力結合,使蛋白質染色,在595 nm處有最大吸收值,可用于蛋白質的定量測定。取2 mL樣品溶液于試管中,加入5 mL染色液,將試管搖勻,放置20 min,測定吸光值A595 nm,對照標準曲線求得蛋白含量。

參考E Elkhalil的方法[14]進行蛋白體外消化實驗:蛋白酶液的制備:取1 mg胃蛋白酶,加入到15 mL,0.1 mol/L的鹽酸溶液中,即得所需的胃蛋白酶液。

樣液的制備:準確稱取粉碎混勻的干樣20 g,在4 ℃,10 mL蒸餾水中浸泡1 h,快速均質5 min,加蒸餾水定容至200 mL,即得樣液。

測定:取樣液1 mL加入到已制備好的胃蛋白酶液中,37 ℃消化2 h,加入15 mL,10%(m/v)的三氯乙酸溶液使反應終止,其混合液進行離心,所得上清液定容到50 mL,取2 mL溶液,用考馬斯亮藍法求得蛋白含量。最后利用以下公式計算蛋白質的體外生物利用率。

式中:D:蛋白質的體外消化率,%;Ns:上清液的蛋白含量,mg N/mL;Nd:胃蛋白酶液的蛋白含量,mg N/mL;No:樣液中的蛋白含量,mg N/mL。

1.2.8掃描電子顯微鏡將樣品粉末均勻地撒在濾紙上,用雙面膠粘取并輕壓樣品,使之與膠面貼實,用洗耳球從不同方向吹拂樣品,使樣品牢固、均勻地粘在雙面膠上,噴金,使樣品與樣品臺形成導電通路,將樣品放入樣品室,抽真空,5 kV加速電壓,在不同倍數下進行拍照。

1.2.9傅里葉紅外光譜掃描先取少量樣品(約2 g)放入干燥箱中,于105 ℃下干燥2 h。然后準確稱取2 mg干燥好的樣品置于瑪瑙研缽中,同時加入200 mg溴化鉀,充分混合、研磨、壓片后置于傅里葉轉換紅外光譜儀上測試。掃描波數范圍為4000～400 cm-1,分辨率為4 cm-1,以空氣為空白,測得到樣品的紅外光譜圖。

1.2.10差示掃描量熱分析稱取大約3 mg的蛋白粉放入鋁盒中,加入15 μL 0.05 mol/L磷酸緩沖液(pH7.0),室溫下平衡6 h。升溫速度5 ℃/min,升溫范圍30～110 ℃。

表1　原料黑豆與速熟黑豆主要營養成分干基含量(g/100 g)Table 1　Nutrients changes of raw black beans and quick-cooking black beans(g/100 g)

表2　原料黑豆與速熟黑豆游離氨基酸干基含量(g/100 g)的變化Table 2　Free amino acid changes(g/100 g)of raw black beans and quick-cooking black beans

表3　原料黑豆與速熟黑豆不同蛋白質含量的變化Table 3　Different types of proteins changes of raw black beans and quick-cooking black beans

1.3數據統計分析

實驗數據采用Microsoft Excel2003 軟件進行處理分析,以三次測量的平均值為結果。

2　結果與討論

2.1營養成分與氨基酸

由表1可知,速熟黑豆的淀粉含量增加9.13%,粗蛋白、粗脂肪含量稍有減少。由表 2可知,速熟黑豆與原料黑豆相比較,游離氨基酸總量略有減少。淀粉增加可能是由于黑豆經微波膨化處理后淀粉與蛋白、纖維等結合被部分破壞,致密結構變得疏松,使得淀粉溶出較多,測試過程中淀粉水解更徹底。在黑豆浸泡處理和高壓蒸煮過程中,會使得黑豆中部分水溶性蛋白溶出,蛋白總量有所減少。同時,高壓蒸煮過程造成了脂肪的流失,微波加熱也會使得不飽和脂肪酸含量減少[15-16]。速熟黑豆粗纖維較原料黑豆略有減少,這可能是由于浸泡處理和高壓蒸煮過程中水溶性纖維素含量提高,水不溶性纖維含量減少[17],在后續處理過程中水溶性纖維素溶解流失,使得粗纖維含量減少。

2.2不同蛋白含量的變化

由表3可知,速熟黑豆中水溶蛋白、醇溶蛋白、非蛋白氮都減少,氮溶解指數減小,說明速熟處理使得黑豆中蛋白質變性,溶解性變差,這與畢萬里[18]等人的研究結果相符。隨著溫度升高,蛋白質分子發生聚集,使得能夠溶于水的蛋白分子減少。這可能是由于大部分7S-β亞基和11S-β亞基在熱處理過程中結合成不溶性高聚物[19]。

2.3蛋白質體外消化性

繪制的蛋白標準曲線如圖1。

圖1　蛋白標準曲線Fig.1　Protein standard curve

由圖2可知,隨著消化時間增加,消化率先增加后趨于平穩。與速熟黑豆相比,原料黑豆的消化率增加較緩慢,消化80 min后趨于穩定,而速熟黑豆消化60 min后趨于穩定。此外,速熟黑豆較原料黑豆的消化率提高了15%。由圖 3可知,經過與大米共煮后,原料黑豆消化80 min后趨于穩定,而速熟黑豆消化70 min后趨于穩定,速熟黑豆的最終消化率較原料黑豆的高20%。可見,速熟黑豆與原料黑豆相比具有更好的消化性,與大米共煮后原料黑豆和速熟黑豆的消化性都提高,但是原料黑豆沒有熟化,掰開后有硬芯,而速熟黑豆已經完全熟化,具有更好的消化性。

圖2　原料黑豆與速熟黑豆的體外消化性Fig.2　Digestibility of raw black beans and quick-cooked black beans in vitro

圖3　原料黑豆與速熟黑豆分別 與大米共煮以后的體外消化性Fig.3　Digestibility of raw black beans and quick-cooked black beans cooked with rice in vitro

2.4掃描電子顯微鏡觀察

由圖4可知,原料黑豆粉顆粒較小,數量較多,分散均勻,且表面有微孔。經過高壓蒸煮及微波膨化等一系列處理后,黑豆粉顆粒表面變得略顯光滑,部分微孔消失,顆粒之間相互聚集結合成團塊,尺寸變大,數量大大減少。這可能是由于高壓蒸煮使得蛋白熱變性,蛋白分子結構發生變化,相互交聯。這在一定程度上解釋了熱處理后蛋白溶解性降低的原因。此外,微波膨化使得蛋白鏈間緊密的微觀結構變得松散[20],顆粒體積增大,從而使速熟黑豆與原料豆相比在蒸煮時熟得更快,達到速熟的效果,同時消化速率更高。

圖4　原料黑豆粉與速熟黑豆粉不同倍數的 掃描電子顯微鏡圖Fig.4　SEM photographs of raw black beans and quick-cooked black beans注：A1、A2、A3分別為原料黑豆粉500、1000和2000倍的掃描電子顯微鏡圖;B1、B2、B3分別為處理后黑豆粉500、1000和2000倍的掃描電子顯微鏡圖。

2.5傅里葉紅外光譜掃描

圖5　原料黑豆粉與速熟黑豆粉的傅里葉紅外光譜圖Fig.5　Fourier infrared spectras of raw black beans and quick-cooked black beans A:原料黑豆粉;B:速熟黑豆粉。

從圖5中可以看出,處理前后圖譜形狀未變,說明經過一系列速熟黑豆的主要成分未變,這與營養成分分析結果相一致。結合吸收峰波段對應的蛋白質結構信息可知,2600～3100 cm-1處吸收峰強度代表游離氨基酸含量[21],速熟黑豆粉吸收峰減弱,說明速熟黑豆游離氨基酸略有減少,此結果與氨基酸含量測定結果相符。同時1683 cm-1遷移-5 cm-1,說明速熟黑豆蛋白中更多有序結構轉變成β轉角,黑豆蛋白分子間聚集程度增強[22]。與掃描電子顯微鏡結果相對應,速熟黑豆顆粒相互聚集,從而導致速熟黑豆蛋白溶解性變差。

此外,1760 cm-1處吸收峰強度代表飽和脂肪酸單體含量,處理后黑豆粉紅外光譜吸收峰較原料黑豆粉強,表明處理后飽和脂肪酸單體含量增加,這可能是由于高溫加熱破壞了黑豆油脂,而黑豆油脂中超過80%為不飽和脂肪酸,高溫可能促使部分不飽和脂肪酸氧化為飽和脂肪酸。

2.6差示掃描量熱分析

由圖6可知,隨著溫度的上升,原料黑豆蛋白有一個明顯的吸熱峰,其熱變性溫度大約為65.5 ℃;而圖7顯示,速熟黑豆蛋白隨著溫度的上升其熱流曲線幾乎與升溫曲線平行,沒有吸熱或者放熱峰出現,說明在整個熱分析過程中速熟黑豆的蛋白質沒有再發生熱變性,這表明了速熟黑豆的蛋白已經完全變性。因此,速熟黑豆與原料黑豆相比在蒸煮時更易熟化,達到速熟的效果。

圖6　原料黑豆蛋白的差示掃描量熱分析圖Fig.6　Differential scanning calorimetric analysis diagram of raw black beans protein

圖7　速熟黑豆蛋白的差示掃描量熱分析圖Fig.7　Differential scanning calorimetric analysis diagram of quick-cooked black beans protein

3　結論

本文對速熟黑豆和原料黑豆進行了營養成分、氨基酸組成及消化性分析,利用掃描電子顯微鏡觀察了黑豆的微觀結構,運用傅里葉紅外光譜掃描對其成分進行分析,此外進行了熱特性分析。結果表明,速熟黑豆的營養成分和氨基酸組成與原料黑豆相比變化不大;速熟黑豆消化性較原料黑豆相比明顯提高,表明經過熱處理的黑豆更容易被人體消化;速熟黑豆粉顆粒聚合成塊狀;蛋白質變性,溶解性變差;熱分析過程中沒有吸熱峰出現,結果表明速熟黑豆蛋白熱變性完全。通過對速熟黑豆理化性質的研究可為速熟黑豆工業化生產提供理論基礎與技術支持,促進黑豆資源的開發和利用。

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Research of the physicochemical property of the quick-cooking black bean

LI Xiao-meng,YU Lei*,WANG Wei-xu,LI Shuai-fei,WANG Cai-jiao,YANG Mo

(College of Food Science and Engineering,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China)

In order to study the physical and chemical properties of quick-cooking black beans and compare the difference with the raw material,the nutritional content,amino acid composition andinvitrodigestibility of black beans were analyzed,while the physicochemical properties of black beans were investigated by the methods of scanning electron microscopy, fourier transform infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry .The results showed that compared to the raw black beans,the starch content of quick-cooking black beans was increased by 9.13%,and contents of crude protein,crude fat and total amino acid were slightly reduced,while the protein solubility was decreased andinvitrodigestion was increased,based on the analysis results of the nutrition,amino acid composition andinvitrodigestion.The microstructures of raw black bean and quick-cooking black bean powder were observed by using scanning electron microscope.The particles of the quick-cooking black soya bean were aggregated and blocked and its protein solubility was deteriorated.The result of fourier infrared spectrum scanning showed that composition of quick-cooking black bean changed little and the protein aggregated to decrease its solubility.Through DSC analysis,it showed that the protein of quick-cooking black bean denatured completely after processed since there was no endothermic peak appeared in the thermal analysis.

quick-cooking;black soya beans;physicochemical property;invitrodigestion

2015-09-25

李曉蒙(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：發酵工程與食品科學，E-mail：1078348398@qq.com。

于雷(1973-)，男，博士，教授，研究方向：食品科學與糧油加工，E-mail：354038827@qq.com。

吉林省科技支撐計劃(20130204046NY)。

TS214.2

A

1002-0306(2016)09-0053-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.09.002