破碎方式對綠豆理化性質的影響

李意思，謝 嵐，祝 紅，劉艷蘭，全 珂，羅可大，管 驍，易翠平?

（1. 長沙理工大學 化學與食品工程學院，湖南 長沙 410114；2. 湖南省雜糧健康食品工程技術研究中心，湖南 長沙 410100；3. 瀏陽河集團股份有限公司，湖南 長沙 410100；4. 上海理工大學 醫療器械與食品學院，上海 200093）

綠豆是我國主要食用豆類之一，具有清熱解暑，護肝等功效，蛋白質含量在20%以上，氨基酸種類豐富，總淀粉含量為50%～60%且抗性淀粉含量較高。研究表明，長期食用綠豆可預防肥胖、心血管、高血糖等現代慢性疾病[1]。但綠豆的組成和性質限制了其在食品加工中的應用，如制作的綠豆面條蒸煮損失和斷條率高，面條口感不爽滑，添加量低等[2]。因此改善綠豆粉的粉質特性是開發理想綠豆產品的重要途徑。

通過不同粉碎方式改善綠豆粉的粉質特性是一種可行的加工策略，不同粉碎方式對綠豆粉的理化性質影響不同，從而影響其粉質特性。研究表明，濕磨、發酵、濕熱處理與酶改性等方法對改善雜糧粉（苦蕎、玉米、高粱、燕麥等）粉質特性均有積極作用[3]，其中濕磨可減小雜糧粉的粒徑、降低損傷淀粉含量[4]，發酵可減少雜糧中的抗營養因子，且微生物的代謝產物如酶和有機酸等可以影響淀粉的糊化和質構特性[5]。但通過這些方式制備的綠豆粉的性質卻尚未見研究報道。因此，本實驗擬以干磨綠豆為對照，研究濕磨和發酵濕磨對綠豆粉理化性質的影響，以期為綠豆產品的開發和研究提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

綠豆：山西大同云州農夫合作社，植物乳桿菌YI-Y2013（CCTCC No：M2017533）：實驗室自有；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Triple TOF 5600 型掃描電子顯微鏡：FEG FE司；S3500 型激光粒度分析儀：Microtrac 公司；SY-12 型磨漿機：浙江鯊魚食品機械有限公司；FW100 型萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；Perten RVA 4500 型快速粘度儀：Newport scientific 公司；TG16 型離心機：長沙東旺實驗儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

干磨：綠豆脫殼后用萬能粉碎機磨粉，過80目篩，得到干磨綠豆粉（DMB）樣品。

濕磨：綠豆脫殼后25 ℃浸泡12 h，磨漿機磨漿，漿液50 ℃烘干，粉碎，過80 目篩，得到濕磨綠豆粉（WMB）樣品。

發酵濕磨：綠豆脫殼后以料液比1: 3（g∶g）浸泡，接種植物乳桿菌YI-Y2013，接種濃度為108CFU/mL，37 ℃發酵48 h，磨漿，漿液于50 ℃烘干后破碎過 80 目篩，得到發酵濕磨綠豆粉（FWMB）樣品。

1.3.2 基本成分測定

總淀粉：GB 5009. 9—2016；蛋白質：GB 5009.5—2016；脂肪：GB 5009. 6—2016；灰分：GB 5009.4—2016；直鏈淀粉：GB/T 15683—2008；損傷淀粉GB/T 9826—2008。

1.3.3 糊化特性測定

糊化特性參考GB/T 24853—2010。

1.3.4 水合特性測定

參考Yi 等[6]方法測定綠豆粉的水合特性。稱取1 g（m0）綠豆粉加入20 mL 的蒸餾水中，攪拌混勻，在90 ℃的水浴中加熱10 min。冷卻后3 000 r/min 離心10 min。取上清液于恒重鋁盒（m1）中，105 ℃干燥至恒重，稱重為m2，沉淀物質量為m3。吸水指數（WAI）、水溶性指數（WSI）和膨潤力（SP）按以下公式計算：

式中：m0—綠豆粉重量，m1—鋁盒重量，m2—干上清和鋁盒重量，m3—沉淀物重量。

1.3.5 粒徑分布測定

將少量綠豆粉緩慢加入到裝滿水的分散裝置中，激光粒度分析儀測定樣品粒徑，分散劑水的折射率為1.33，顆粒的折射率和吸收率分別為1.52和0.1[7]。

1.3.6 微觀形態觀察

將少量綠豆粉分散在雙面導電膠上，吹去多余的樣品，在真空條件噴金后，置于掃描電鏡樣品臺，觀察樣品的微觀結構。掃描電鏡的工作電壓為 100 V，加速電壓為15 kV。

1.4 數據分析

實驗數據重復3 次，取平均值，采用SPSS 20.0軟件對數據進行方差分析和顯著性檢驗，用Origin 8 作圖。

2 結果與分析

2.1 基本組成

破碎方式對綠豆基本成分的影響見表1。結果表明，DMB 蛋白質含量最高，而FWMB 蛋白質含量最低。WMB 蛋白質的降低與浸泡過程中可溶性低分子蛋白溶入水中有關[8]。Amoura 等[9]采用濕磨工藝制備高粱粉時曾得到類似的結果。FWMB 蛋白質含量最低可能是因為微生物產生的有機酸和酶類物質使蛋白質降解成小分子的肽或氨基酸溶于水中及蛋白質作為微生物氮源被消耗所導致[10]。淀粉含量變化的趨勢與蛋白質一致，WMB 淀粉含量的減少可能由易溶性低聚糖的損失造成，Fernandes 等[11]發現浸泡后的小扁豆和鷹嘴豆的總低聚糖最多損失了50%和75%。FWMB 淀粉含量的減少可能與浸泡溶解損失和微生物的代謝消耗有關[11-12]。DMB、WMB 和FWMB的損傷淀粉含量分別為9.92%、5.99%和6.07%。損傷淀粉由研磨過程淀粉粒的外被膜被破壞，淀粉內部結構和外表形狀受到損傷而產生[13]。傳統干磨機械力和熱作用對淀粉的破壞作用導致DMB具有較高的損傷淀粉[14]。WMB 直鏈淀粉含量增加可能是浸泡過程種子內部酶活性增強，淀粉酶的水解使淀粉支度化降低并以直鏈淀粉的形式出現，從而導致其含量增加[15-16]。而FWMB 直鏈淀粉含量最高，這可能與支鏈淀粉的降解有關，Andri 等[17]研究發現植物乳桿菌發酵淮山薯粉直鏈淀粉含量高于天然山薯粉，推測產生變化的原因可能是支鏈淀粉側鏈降解形成了新的直鏈淀粉。

表1 破碎方式對綠豆粉基本成分的影響Table 1 Effects of crushing mode on the basic components of mung bean flour %

2.2 粒徑分布

破碎后，綠豆粉的粒徑分布如圖1 和表2 所示。粒徑圖顯示DMB 粒徑呈雙峰分布，WMB 和FWMB 呈多峰分布。表2 顯示DMB、WMB 和FWMB 的中位粒徑（D50）分別為63.72、45.18 和26.35 μm。由于粉碎過程中機械力的不同，DMB 的D50最大，而WMB 和FWMB 的中位粒徑較小，這可能是由于綠豆浸泡后組織被軟化，磨漿時易破碎成較小的顆粒，即使干燥后再經破碎其所需能量小于干磨，因而能達到更好的粉碎效果。Chiang 等[18]在浸泡對米粒及粉影響的研究當中發現，浸泡時間的延長使米粒結構更加疏松，制得的粉粒度更小。平均粒徑D(4,3)變化趨勢與D50一致，這表明濕磨能夠較大程度的降低綠豆粉的粒徑。當累計體積達到90%（D90）時，WMB 當量直徑最小，這在一定程度上表明所制備的WMB顆粒分布更加均勻，這可由粒度分布曲線所證實。

圖1 綠豆粉的粒徑分布Fig. 1 Particle size distribution of mung bean flour

表2 綠豆粉的粒徑分布Table 2 Particle size distribution of mung bean flour μm

2.3 水合特性

破碎方式對綠豆粉水合特性的影響如表3 所示。與DMB 相比，WMB 和FWMB 具有較高的WAI，而WMB 和FWMB 之間無顯著差異。WAI 能夠顯示淀粉顆粒間鍵的結合強度，WAI 低則表明淀粉聚合物之間結合緊密[19]。同時粒徑小的綠豆粉具有較高的WAI，這種能力主要與綠豆粉的比表面積相關[20]。WMB 和FWMB 的WAI 差異較小，但兩者水溶性指數具有顯著差異，這可能是淀粉的結構和功能特性受微生物代謝活動所影響[21]。在不同破碎方式的綠豆粉中，FWMB 表現出最高的SP 和最低的WSI，而DMB 則相反。WSI 和SP 可用于評估無定形和結晶域內淀粉鏈之間的相互作用，這種相互作用的程度與直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例、直鏈淀粉和支鏈淀粉的分子量分布、支鏈淀粉的構象等密切相關[22]。而DMB 較高的WSI 則與損傷淀粉含量有關[13]。

2.4 糊化特性

表4 表明，FWMB 具有最高的峰值粘度、最低粘度、衰減值和最終粘度，回生值和峰值時間最低。峰值粘度為淀粉顆粒溶脹到最高程度時達到的最大粘度，WMB 和FWMB 峰值粘度較高，可能是因為濕磨和發酵濕磨均降低了綠豆粉的粒徑，使其易吸水膨脹，且發酵通過產生酶和有機酸使淀粉、蛋白質和脂肪等聚合物降解，淀粉顆粒充分暴露，吸水膨脹，因此峰值粘度增加[21]。WMB 和FWMB 糊化溫度降低，且兩者之間無顯著差異。淀粉糊化本質上為水分子進入淀粉顆粒微晶束結構，破壞淀粉分子間的締合，淀粉分子或其聚集物高度水化形成凝膠，當綠豆粉的粒徑較小時，其易吸水，膨脹和糊化，因而會導致糊化溫度相對較低[8]。另有文獻報道，支鏈淀粉含量較高或短鏈淀粉比例較低會引起淀粉糊化溫度升高[24]，這可能是DMB 具有較高糊化溫度的原因之一。衰減值反映綠豆粉的熱糊穩定性，DMB 衰減值最低，表明其熱糊穩定性較好[7]。

表4 破碎方式對綠豆粉糊化特性的影響Table 4 Effects of crushing mode on the pasting properties of mung bean flour

2.5 微觀結構

綠豆粉的微觀結構如圖2 所示，綠豆淀粉呈橢圓形或圓形；損傷淀粉呈不規則形狀且輪廓相對模糊。從A、C 和E 圖可以看到，一些蛋白質體粘附在游離的淀粉顆粒上，WMB 和FWMB 淀粉結構相對完整。干磨對淀粉的損傷十分明顯（B圖），強機械力導致淀粉表面粗糙且出現裂紋。FWMB 淀粉表面的裂紋可能與微生物的作用或有機酸的腐蝕有關[25]。此外，觀察到濕磨和發酵綠豆粉顆粒大小更加均勻，這和粒徑的測量結果一致。

圖2 綠豆粉的微觀結構Fig.2 Microstructure of different pretreatment mung bean flour

3 結論

本研究評估了三種破碎方式對綠豆粉理化性質的影響。結果表明，破碎方式對綠豆粉理化性質有顯著影響。濕磨和發酵濕磨導致綠豆粉基本成分具有差異性，其中FWMB 變化最為明顯。與干磨相比，發酵和發酵濕磨都有效的降低了綠豆粉的平均粒徑，提高了其吸水性和膨潤力，且其水溶性降低，這有利于降低綠豆深加工產品比如綠豆面條的蒸煮損失。WMB 和FWMB 結構相對完整，凝膠能力增強，這將有利于綠豆深加工產品黏彈、拉伸等質構的形成，改善綠豆粉的粉質特性。但本研究尚未對破碎“關鍵控制點”進行剖析，關于破碎方式對其性質的影響機制及適用范圍也有待于進一步明確。