紅小豆沙加工工藝及其營(yíng)養(yǎng)功能成分流向研究

成 楠 秦禮康 - 解春芝 -

(1. 貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2. 貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

紅小豆(Vignaumbellata)為菜豆族豇豆屬赤豆的種子，是一種高蛋白、低脂肪、富含黃酮、多酚、單寧、植酸、皂甙等多種生理活性物質(zhì)[1]、多營(yíng)養(yǎng)的功能食品[2]16。

豆沙作為歷史悠久的中式傳統(tǒng)食品配料，富含多種營(yíng)養(yǎng)素，廣泛用于制作豆沙包、豆沙糕、冰激凌、豆沙月餅、豆沙春卷等多種食品[3]。雖然食用豆種類(lèi)很多，但以紅小豆制作的紅豆沙風(fēng)味口感最佳[1]17，同時(shí)關(guān)于豆沙加工工藝及營(yíng)養(yǎng)與功能成分的研究少見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，張雪路等[4]雖對(duì)黑小豆沙的最佳加工工藝進(jìn)行了研究，但未系統(tǒng)地對(duì)紅小豆沙加工工藝進(jìn)行研究，且未對(duì)加工過(guò)程中紅小豆沙營(yíng)養(yǎng)與功能成分進(jìn)行相關(guān)研究。因此，本研究以紅小豆為原料，對(duì)浸泡和蒸煮2個(gè)關(guān)鍵工序進(jìn)行工藝優(yōu)化，并跟蹤其加工過(guò)程中主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分的動(dòng)態(tài)變化，以期為紅小豆沙標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和高值化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅小豆：當(dāng)年收獲的新鮮籽粒，貴州義邦食品有限公司；

蘆丁：分析純，南京替斯艾么中藥技術(shù)研究所；

沒(méi)食子酸丙酯標(biāo)準(zhǔn)品：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心；

單寧酸：分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；

其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

電子分析天平：AR224CN型，奧豪斯儀器(常州)有限公司；

數(shù)顯恒溫水浴鍋：HH-2型，常州奧華儀器有限公司；

立式壓力蒸汽滅菌器：LDZX-50KBS型，上海申安醫(yī)療器械廠；

臺(tái)式高速離心機(jī)：H2-16KR型，湖南可成儀器設(shè)備有限公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：101-0AB型，天津市泰斯特儀器有限公司；

皇城高速多功能粉碎機(jī)：HC-300T2型，永康市綠可食品機(jī)械有限公司；

冷凍干燥機(jī)：SCIENTZ-18N型，寧波新芝生物科技股份有限公司；

超聲波清洗機(jī)：SB-800DT型，寧波新芝生物科技股份有限公司；

臺(tái)式恒溫振蕩器：TH2-92C型，上海浦東物理光學(xué)儀器廠；

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：L5S型，上海儀電分析儀器有限公司。

1.3 豆沙制備

1.3.1 工藝流程

1.3.2 工藝要點(diǎn)

(1) 清洗：將紅小豆籽粒放入清水中，除去上浮的雜質(zhì)及不飽滿(mǎn)的籽粒。

(2) 浸泡：在料液比1∶3.0 (g/mL)的條件下，于30～50 ℃ 下恒溫浸泡2～14 h。

(3) 蒸煮：以最佳浸泡條件下得到的浸泡紅小豆為原料，按一定的料液比，在適宜溫度下蒸煮一定時(shí)間。

(4) 制沙、洗沙：將煮熟的紅小豆倒入60目篩，滾揉破碎后加充足制沙用水將細(xì)沙完全濾入篩網(wǎng)下的容器中，洗沙沉淀時(shí)間不少于30 min，離心(10 000 r/min，10 min)，去除上清液，即得豆沙。

1.3.3 紅小豆浸泡工藝的優(yōu)化 取20 g紅小豆，在料液比1∶3.0 (g/mL)的條件下，分別在30，35，40，45，50 ℃下恒溫浸泡 2，4，6，8，10，12，14 h；取出，瀝干紅小豆表面水分，稱(chēng)重，平行試驗(yàn)3次，根據(jù)式(1)計(jì)算紅小豆的吸水率[4]。

(1)

式中：

X——吸水率，%；

m0——浸泡前紅小豆質(zhì)量，g；

m1——浸泡后紅小豆質(zhì)量，g。

1.3.4 紅小豆蒸煮工藝單因素試驗(yàn) 以最佳浸泡條件下得到的浸泡紅小豆為原料，進(jìn)行蒸煮工藝條件研究。

(1) 蒸煮溫度：在料液比1∶2.0 (g/mL)，蒸煮時(shí)間30 min 的條件下，分別考察蒸煮溫度(100，105，110，115，120 ℃)對(duì)紅小豆沙出沙率的影響，重復(fù)3次，取平均值。

(2) 蒸煮時(shí)間：在料液比1∶2.0 (g/mL)，蒸煮溫度105 ℃ 的條件下，分別考察蒸煮時(shí)間(10，20，30，40，50 min)對(duì)紅小豆沙出沙率的影響，重復(fù)3次，取平均值。

(3) 料液比：在蒸煮溫度105 ℃，蒸煮時(shí)間30 min的條件下，分別考察料液比[1∶1.0，1∶1.5，1∶2.0，1∶2.5，1∶3.0 (g/mL)]對(duì)紅小豆沙出沙率的影響，重復(fù)3次，取平均值。

1.3.5 紅小豆蒸煮工藝的優(yōu)化 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間、料液比為因素，進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定紅小豆蒸煮過(guò)程的最佳工藝條件。

1.3.6 出沙率的測(cè)定 參照文獻(xiàn)[4]，出沙率按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：

Y——出沙率，%；

w——干燥恒重后豆沙質(zhì)量，g；

m0——供試紅小豆質(zhì)量，g；

X——供試紅小豆含水量，%。

1.4 主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分分析

1.4.1 營(yíng)養(yǎng)成分含量測(cè)定 樣品冷凍干燥48 h后，用高速多功能粉碎機(jī)將樣品粉碎過(guò)40目篩備用。

(1)水分：按GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》執(zhí)行。

(2)蛋白質(zhì)：按GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》執(zhí)行。

(3)脂肪：按GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》執(zhí)行。

(4)灰分：按GB 5009.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》執(zhí)行。

(5)碳水化合物：采用差值法[5]，按式(3)計(jì)算碳水化合物含量。

Y=1-(X1+X2+X3+X4)，

(3)

式中：

Y——碳水化合物含量，%；

X1——水分含量，%；

X2——蛋白質(zhì)含量，%；

X3——脂肪含量，%；

X4——灰分含量，%。

1.4.2 功能成分含量測(cè)定

(1) 黃酮：精密稱(chēng)量樣品粉末2.500 g于三角瓶中，加入10倍樣品量的60%乙醇，在60 ℃水浴中超聲提取30 min，10 000 r/min離心10 min，收集上清液，用溶劑定溶于25 mL 容量瓶，即得總黃酮提取液。吸取1 mL提取液于25 mL容量瓶?jī)?nèi)，采用硝酸鋁-亞硝酸鈉比色法[6-7]，在510 nm處以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品做標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)測(cè)定總黃酮含量。以蘆丁含量為橫坐標(biāo)(X，mg/mL)，吸光度為縱坐標(biāo)(Y)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，其回歸方程為Y=11.707X-0.004 8(R2=0.998 1)。

(2)多酚：精密稱(chēng)量樣品粉末1.000 g于50 mL塑料離心管中，加入20倍樣品量的70%酸性乙醇(鹽酸調(diào)節(jié)pH值1.5)，加蓋，在50 ℃水浴中震蕩提取2 h，10 000 r/min離心10 min，收集上清液，再加溶劑于殘?jiān)^續(xù)提取，重復(fù)3次，最后混合上清液，用溶劑定溶于100 mL容量瓶，即得多酚提取液。吸取1 mL提取液于25 mL 容量瓶?jī)?nèi)，參照Folin-Ciocalten法[8-9]，在540 nm處以沒(méi)食子酸丙酯為標(biāo)準(zhǔn)品做標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)測(cè)定多酚含量。以沒(méi)食子酸丙酯含量為橫坐標(biāo)(X，mg/mL)，吸光度為縱坐標(biāo)(Y)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，其回歸方程為Y=7.584 8X+0.000 3(R2=0.999 1)。

(3) 單寧：精密稱(chēng)量樣品粉末1.000 g于50 mL塑料離心管中，加入20倍樣品量的70%酸性乙醇(鹽酸調(diào)節(jié)pH值1.5)，加蓋，在50 ℃水浴中震蕩提取2 h，10 000 r/min 離心10 min，收集上清液，再加溶劑于殘?jiān)^續(xù)提取，重復(fù)3次，最后混合上清液，用溶劑定溶于100 mL容量瓶，即得單寧提取液。吸取1 mL提取液于50 mL容量瓶?jī)?nèi)，采用鎢酸鈉-磷鉬酸比色法[8,10]，在760 nm處以單寧酸為標(biāo)準(zhǔn)品做標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)測(cè)定單寧含量。以單寧酸含量為橫坐標(biāo)(X，mg/mL)，吸光度為縱坐標(biāo)(Y)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，其回歸方程為Y=34.924X-0.000 9(R2=0.998)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行差異性分析。所有試驗(yàn)重復(fù)3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅小豆浸泡參數(shù)優(yōu)化

由圖1可知，當(dāng)浸泡溫度低于45 ℃時(shí)，紅小豆吸水緩慢，需較長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到最大吸水率。當(dāng)溫度高于45 ℃時(shí)，雖然可以加速紅小豆吸水速率，但過(guò)高的溫度可導(dǎo)致豆粒酶系失活和結(jié)構(gòu)的破壞，最終導(dǎo)致內(nèi)容物快速溶出，造成營(yíng)養(yǎng)成分的流失[11]，同時(shí)吸水率下降。與李積華等[11]的研究結(jié)果一致。當(dāng)浸泡時(shí)間低于12 h時(shí)，紅小豆的吸水率隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；當(dāng)浸泡時(shí)間超過(guò)12 h后，趨于平緩，吸水率差異不顯著(P>0.05)，是由于浸泡時(shí)間過(guò)短時(shí)，豆粒無(wú)法充分吸水膨脹，不利于后期蒸煮時(shí)淀粉的糊化，而浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則導(dǎo)致豆皮中色素和豆粒中內(nèi)容物的溶出，造成營(yíng)養(yǎng)成分流失[4]。因此，紅小豆的最佳浸泡溫度為45 ℃，最佳浸泡時(shí)間為12 h。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖1 浸泡溫度和浸泡時(shí)間對(duì)吸水率的影響Figure 1 Effect of soaking temperature and time on water absorption

2.2 蒸煮工藝優(yōu)化

2.2.1 蒸煮時(shí)間對(duì)出沙率的影響 由圖2可知，當(dāng)蒸煮時(shí)間<30 min時(shí)，出沙率逐漸上升，蒸煮30 min時(shí)出沙率達(dá)到60.47%，30 min后趨于平緩。蒸煮20 min與30 min時(shí)差異顯著(P<0.05)，30 min后的出沙率差異不顯著(P>0.05)。這是由于隨著蒸煮時(shí)間的延長(zhǎng)，豆粒內(nèi)部淀粉顆粒吸水溶脹，結(jié)構(gòu)松馳，淀粉α化程度增大，糊化度迅速上升；持續(xù)一段時(shí)間后，體系方可完成糊化過(guò)程[1]20-21，30 min時(shí)淀粉完全糊化后，糊化度逐漸趨于平緩并保持不變，糊化度達(dá)到100%。因此，紅小豆最佳蒸煮時(shí)間為30 min。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖2 蒸煮時(shí)間對(duì)出沙率的影響Figure 2 Effect of cooking time on red adzuki bean paste rate

2.2.2 蒸煮溫度對(duì)出沙率的影響 由圖3可知，當(dāng)蒸煮溫度<105 ℃ 時(shí)，出沙率逐漸上升，蒸煮溫度105 ℃時(shí)出沙率達(dá)到60.91%，105 ℃后趨于平緩。蒸煮溫度100 ℃與105 ℃時(shí)差異顯著(P<0.05)，105 ℃后的出沙率差異不顯著(P>0.05)。這是由于隨著蒸煮溫度的升高，淀粉顆粒對(duì)水分的吸附加劇，吸水速率和數(shù)量均有大幅度提高，淀粉顆粒急劇膨脹，淀粉糊化程度增大[12]，105 ℃時(shí)淀粉糊化完全。因此，紅小豆最佳蒸煮溫度為105 ℃。

2.2.3 料液比對(duì)出沙率的影響 由圖4可知，隨溶劑的增加出沙率逐漸上升，當(dāng)料液比為1∶2.0 (g/mL)時(shí)出沙率達(dá)到56.96%，之后趨于平緩。料液比1∶1.5 (g/mL)與1∶2.0 (g/mL)時(shí)差異顯著(P<0.05)，1∶2.0 (g/mL)后的出沙率差異不顯著(P>0.05)。這是由于紅小豆在蒸煮過(guò)程中，溶劑過(guò)小時(shí)，豆粒內(nèi)部淀粉顆粒無(wú)法充分吸水溶脹，淀粉糊化程度較低；隨著溶劑的增加，豆粒內(nèi)部淀粉顆粒充分吸水溶脹，淀粉糊化完全。因此，紅小豆最佳料液比為1∶2.0 (g/mL)。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖3 蒸煮溫度對(duì)出沙率的影響Figure 3 Effect of cooking temperature on red adzuki bean paste rate

不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖4 料液比對(duì)出沙率的影響Figure 4 Effect of material liquid ratio on red adzuki bean paste rate

2.2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1，以出沙率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用正交試驗(yàn)篩選出紅小豆沙的最佳蒸煮工藝參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，紅小豆蒸煮過(guò)程中的最佳工藝參數(shù)為A3B3C2；正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果(表3)顯示，修正模型的 P<0.05，說(shuō)明正交試驗(yàn)方差分析模型是適用的。蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間、料液比3個(gè)因素的 P<0.05，對(duì)紅小豆豆沙出沙率的影響均達(dá)到顯著水平，且蒸煮溫度的P<0.01，對(duì)紅小豆豆沙出沙率的影響達(dá)到了極顯著水平。綜合表2、3結(jié)果，3因素對(duì)紅小豆沙出沙率影響的順序?yàn)檎糁鬁囟?蒸煮時(shí)間>料液比；蒸煮過(guò)程中最佳工藝參數(shù)為：蒸煮溫度110 ℃，蒸煮時(shí)間40 min，料液比1∶2.0 (g/mL)。

2.3 主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分流向分布

2.3.1 紅小豆浸泡損失 由表4、5可知，浸泡加工過(guò)程中，主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分顯著降低(P<0.05)。其中，多酚損失量最大(12.8 mg/100 g)，損失率為5.57%。蔡亭等[13]研究了不同浸泡時(shí)間對(duì)綠豆浸泡液中多酚含量的影響，結(jié)果表明浸泡時(shí)間12 h后，綠豆浸泡液多酚含量為13.11 mg/100 g。Xu等[14]也進(jìn)行了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)浸泡過(guò)程顯著降低食用豆類(lèi)中多酚含量，損失率為2%～12%。黃酮損失率最大，為39.62%，與Siah等[15]的研究結(jié)果基本一致；其次為單寧，損失率為26.85%；蛋白質(zhì)損失率最低，為1.20%。Okudu等[16]研究結(jié)果同樣證實(shí)浸泡過(guò)程顯著降低班巴拉族花生種子中蛋白質(zhì)含量，損失量為0.3%。這是由于紅小豆在浸泡過(guò)程中吸收水分，體積膨脹，含水量增加，質(zhì)地變軟，同時(shí)可溶性成分溶出，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)功能成分流失。

表1 因素水平設(shè)計(jì)表Table 1 Factors and levels of orthogonal test design

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Orthogonal test result and analysis

表3 正交試驗(yàn)方差分析表Table 3 Orthogonal test analysis of variance

表4 紅小豆沙加工中各組分主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分含量(以干基計(jì))?Table 4 Contents of main nutritional and functional components in red adzuki bean paste and various by-products (dry matter)

?n=3；同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

表5紅小豆浸泡、蒸煮、洗沙加工過(guò)程中主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分損失率?

Table 5 Loss rate of main nutritional and functional components in red adzuki bean during processing of soaking, cooking and sand washing %

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2.3.2 紅小豆蒸煮損失 由表4、5可知，蒸煮加工過(guò)程中，主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分顯著降低(P<0.05)，且破壞程度最大。其中，黃酮、多酚、單寧損失率顯著高于蛋白質(zhì)、脂肪和灰分(P<0.05)，其損失率分別為48.42%，40.00%，44.20%。Mamiro等[17]研究發(fā)現(xiàn)蒸煮過(guò)程顯著降低坦桑尼亞地區(qū)豆類(lèi)中單寧含量，損失率為51.7%。在蒸煮過(guò)程中黃酮、多酚、單寧含量降低，是由于水煮加熱增加了其向外滲透的速率[18]。其次為蛋白質(zhì)，損失率為16.39%，與Khalil等[20]的研究報(bào)道基本一致。這是由于在蒸煮過(guò)程中，溫度升高到100 ℃時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)減少，可溶性氮量增加，但蛋白質(zhì)態(tài)氮反而下降[19]。脂肪損失率最低，為8.51%。

2.3.3 紅小豆制沙洗沙損失 由表4、5可知，洗沙加工過(guò)程中，主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分顯著降低(P<0.05)。其破壞程度顯著小于浸泡工序，這是因?yàn)橹粕诚瓷尺^(guò)程中也會(huì)損失部分可溶性成分，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)功能成分流失，但時(shí)間遠(yuǎn)小于浸泡工序，營(yíng)養(yǎng)流失少。蛋白質(zhì)主要集中分布在豆沙中，含量為21.48%。功能性成分多酚和單寧主要富集于豆渣中，含量分別為162.30，14.26 mg/100 g，可作為多酚和單寧提取的原料，具有良好的高值化開(kāi)發(fā)前景。

3 結(jié)論

以紅小豆為原料加工豆沙，其浸泡和蒸煮最優(yōu)工藝參數(shù)為：浸泡溫度45 ℃、浸泡時(shí)間12 h、料液比1∶2.0 (g/mL)、蒸煮溫度110 ℃、蒸煮時(shí)間40 min。紅小豆豆沙加工過(guò)程中，浸泡、蒸煮、洗沙工序均導(dǎo)致紅小豆?fàn)I養(yǎng)、功能成分顯著降低(P<0.05)，黃酮、多酚、單寧等主要功能成分的損失率顯著高于蛋白質(zhì)、脂肪和灰分(P<0.05)，蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、碳水化合物、黃酮、多酚和單寧在成品豆沙中的保留率僅分別為60.74%，34.74%，48.25%，68.77%，19.67%，30.98%，13.94%，尤其黃酮在浸泡、蒸煮、制沙洗沙工序的損失率較大(分別為39.62%，48.42%，13.08%)，但成品豆沙中，蛋白質(zhì)含量達(dá)21.48%(干基)，而豆渣中則富集多酚和單寧，含量(干基)分別為162.30，14.26 mg/100 g。因此，浸泡液、豆湯、洗沙水、豆渣中含有較多的營(yíng)養(yǎng)功能活性成分，具有一定增值利用潛力。另外，可進(jìn)一步探討控制浸泡用水量、采用豆湯制沙洗沙或高壓無(wú)水蒸煮，研發(fā)兼顧營(yíng)養(yǎng)與工藝的豆沙加工新工藝。

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