不同熱處理對綠豆組分及功能特性的影響

曹 菲,汪 磊,陳 潔,許 飛,謝亞敏

河南工業大學 糧油食品學院,河南省面制品主食工程技術研究中心 ,河南 鄭州 450001

綠豆又名青小豆,在我國的主要種植區域為黃淮流域及東北地區,已有2 000多年的種植和食用歷史。綠豆不僅有清熱解毒之功效,還有很好的抗菌抑菌作用,同時可以起到降血脂等療效[1]。綠豆主要成分包括淀粉、蛋白質和膳食纖維等,與大豆、黑豆等豆科種子相比,其脂肪含量相對較低,通常為1.5%～2.0%,其中不飽和脂肪酸含量為61.82%,亞油酸含量最高[2]。綠豆中脂肪氧化酶(LOX)等氧化酶活力較高,LOX在原料及產品儲藏過程中容易與亞油酸等底物發生酶促氧化反應,產生醛類、酮類和醇類等產物;過氧化物酶(POD)能催化包括H2O2等過氧化物在內的氧化還原反應,生成醛類、酮類、酸類等揮發性物質,兩種氧化酶的存在不僅會造成綠豆品質的劣變,也會對其風味產生負面的影響[3]。

熱處理是一種便捷高效的物理方法,因其能夠破壞酶的穩定結構使酶失活,被廣泛用于谷物的穩定化處理。其中,煮制處理作為一種傳統的熱加工方式,在達到滅酶效果的同時可以有效去除豆腥味。劉戰麗等[4]通過沸水煮制降低綠豆中LOX活性并達到脫腥的目的。劉春燕[5]采用90 ℃燙漂方式對綠豆芽中的POD進行滅活,發現隨著燙漂時間的延長,其酶活力明顯下降。過熱蒸汽處理則是以熱飽和蒸汽作為熱量輸送媒介,在快速通過物料表面的同時,與物料進行熱交換以達到滅酶的目的。多酚類化合物主要包括酚酸類和黃酮類等,熱加工通常會導致酚類物質降解,影響其穩定性,從而改變酚類化合物含量和結構性質,此外,熱處理也會對綠豆糊化及功能特性造成一定影響。

近年來,綠豆在食品中的應用越來越廣泛,目前關于綠豆的研究多集中在淀粉、蛋白及其產品開發等方面,前期熱處理工藝對綠豆穩定性影響的研究較少。基于此,作者通過采用兩種短時熱處理方式(煮制、過熱蒸汽)對綠豆進行處理,探究熱處理對其基本理化指標、氧化酶活性、總酚和總黃酮含量、糊化特性及功能特性的影響,并探究指標間的相互影響規律,在最大程度降低氧化酶活性的同時,使其營養品質和功能性質得到保留甚至提高,為后期綠豆在各類食品中的應用提供可靠的數據和理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠豆:一級明綠豆,產地遼寧省沈陽市。無水乙醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、吐溫20、亞油酸、愈創木酚、氫氧化鈉、過氧化氫、鹽酸、福林酚、蘆丁標準品、95%乙醇:分析純,麥克林生化科技有限公司。

1.2 儀器與設備

TU-1810紫外可見分光光度計:北京普析通用儀器有限公司;TDL-50B離心沉降機:上海安亭科學儀器廠;RVA-TechMaster快速黏度分析儀:瑞典Perten公司;SIGMA 3K15離心機:北京五洲東方科技發展有限公司;HH-S恒溫水浴鍋;金壇市醫療儀器廠;過熱蒸汽設備:自制。

1.3 試驗方法

1.3.1 煮制處理

將綠豆和蒸餾水按1∶8 (g/mL)分別在沸水中煮60、80、100、120 s,熱風干燥5 h后磨粉,過80目篩。未處理樣品記為KB,處理后的樣品分別記為BL60、BL80、BL100、BL120。

1.3.2 過熱蒸汽處理

稱取50 g綠豆于過熱蒸汽設備進料系統中,蒸汽流量22 m3/h,分別在160、180 ℃處理30、40 s,取出后將綠豆磨粉,過80目篩。處理后的樣品分別記為SS160-30、SS160-40、SS180-30、SS180-40。

1.3.3 基本理化指標的測定

水分含量測定參照GB 5009.3—2016;粗蛋白含量測定參照GB 5009.5—2016;粗脂肪含量測定參照GB 5009.6—2016;淀粉含量測定參照GB 5009.9—2016;游離氨基酸含量測定參照GB/T 22492—2008。

1.3.4 脂肪氧合酶活性的測定

脂肪氧合酶活性的測定參照張楠等[6]的方法。將亞油酸底物和粗酶提取液快速振蕩混勻,倒入比色皿中在234 nm下比色,記錄3 min內吸光度的變化。計算脂肪氧合酶活性[7]。

(1)

式中:U為酶活力,U/g;ΔA1為樣品吸光度變化量;ΔA2為滅酶后吸光度變化量;Vt為反應總體系的體積,mL;Vs為酶液體積,mL;t為反應時間,min;Vr為粗酶提取液總體積,mL;m為樣品質量,g。

1.3.5 過氧化物酶活性的測定

過氧化物酶活性的測定參照Jiang等[8]的方法。將愈創木酚作為反應底物,與粗酶提取液快速振蕩混勻,倒入比色皿中在470 nm下比色,記錄3 min內的吸光度變化量。計算過氧化物酶活性,公式(2)的字母說明同公式(1)。

(2)

1.3.6 總酚含量的測定

總酚含量的測定參照Hogan等[9]的方法,以沒食子酸為標準品,繪制標準品質量濃度和吸光度標準曲線,線性回歸方程為y=0.007 3x-0.002 9,R2=0.990 9,根據標準曲線計算樣品的總酚含量,其中:x為沒食子酸質量濃度,mg/L;y為吸光度。

1.3.7 總黃酮含量的測定

總黃酮含量的測定參照Lee等[10]的方法,以蘆丁為標準品,繪制標準品質量濃度和吸光度標準曲線,線性回歸方程為y=0.001 9x-0.007 4,R2=0.997 0,根據標準曲線計算樣品的黃酮含量,其中:x為蘆丁標準品質量濃度,mg/L;y為吸光度。

1.3.8 糊化特性的測定

參照GB/T 14490—2008《糧油檢驗谷物及淀粉糊化特性測定 黏度儀法》測定。

1.3.9 吸水性指數和水溶性指數的測定

綠豆吸水性和水溶性指數的測定參照Singh等[11]的方法。準確稱取2.5 g綠豆粉(質量m0)于已知恒重的塑制離心管(質量m1)中,加入25 mL三級水,將樣品充分振蕩至懸浮液狀態,在25 ℃水浴下加熱30 min,4 000 r/min離心15 min,取上清液倒入已知恒重的鋁盒(質量m2)中,置于105 ℃烘箱中烘干至恒重(m3),記錄離心管和沉淀質量(m4)。計算吸水性和水溶性指數:

(3)

(4)

1.3.10 持水性和持油性的測定

準確稱取2.0 g綠豆粉放入50 mL塑制離心管中,記錄總質量為m1,加入30 mL三級水,充分振蕩混勻后,將離心管置于水浴鍋中沸水浴15 min,冷卻至室溫后6 000 r/min離心15 min,棄去上層清液,稱沉淀和離心管質量,記作m2。計算綠豆持水性:

(5)

準確稱取5.0 g綠豆粉放入50 mL塑制離心管中,記錄總質量為m3,加入30 mL大豆油,充分振蕩混勻后,將離心管置于水浴鍋中沸水浴15 min,離心管冷卻至室溫后3 000 r/min離心15 min,棄去上層大豆油,稱沉淀和離心管質量記作m4。計算綠豆持油性:

(6)

1.4 數據分析

每個指標測定3次,采用SPSS 21對數據進行顯著性分析(P<0.05),采用Origin 2019繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 熱處理對綠豆基本理化指標的影響

由表1可知,與未處理綠豆相比,煮制處理并烘干后的綠豆水分含量顯著下降(P<0.05),而粗脂肪、粗蛋白、淀粉及游離氨基酸含量均沒有明顯變化。原因可能是:煮制時間較短,對綠豆基本理化指標未能造成明顯影響;綠豆外皮層及細胞壁的存在對蛋白、脂肪和淀粉等大分子有一定的保護作用,會減少其裂解的程度。莊柯瑾等[12]對豌豆分別進行煮制和蒸制處理,發現其淀粉和蛋白含量同樣均無顯著性變化。過熱蒸汽處理后綠豆水分、粗脂肪含量及淀粉含量略有下降,粗蛋白及游離氨基酸含量基本沒有變化,同樣,鄧家汶[13]采用過熱蒸汽對青稞進行處理,發現其水分及粗脂肪含量與未處理樣品相比顯著下降,而粗蛋白含量無明顯改變。原因可能是過熱蒸汽處理溫度較高,導致水分散失以及粗脂肪的部分分解,而高溫雖會導致綠豆蛋白變性,但綠豆中粗蛋白含量未見顯著變化。

表1 熱處理對綠豆理化特性的影響

2.2 熱處理對LOX和POD活性的影響

由圖1(a)可知,綠豆經煮制處理后兩種酶的活性均降低,處理60 s時兩種氧化酶的活性開始大幅下降,LOX和POD活性分別下降87.23%、77.42%,處理時間延長至80 s時LOX活性下降98.13%,POD未能檢出。李初英等[14]發現毛豆經92～100 ℃的熱水漂燙80～100 s,LOX酶活力明顯喪失。由圖1(b)可知,綠豆經過180 ℃熱蒸汽處理40 s后兩種氧化酶LOX和POD的活性分別下降57.94%和16.12%,相較于煮制處理,其對酶的抑制效果較差。POD活性相較于未處理綠豆甚至有所升高,這可能是因為綠豆水分活度較高,導致酶被激活[15]。從LOX和POD的酶活變化趨勢來看,相較于提高過熱蒸汽溫度,延長處理時間對酶活性的抑制作用更為明顯。通過兩種熱處理方式對比,發現煮制處理的滅酶效果更加明顯,且煮制80 s兩種酶(LOX、POD)均基本完全失活。

2.3 熱處理對綠豆總酚和總黃酮含量的影響

由圖2可知,綠豆經煮制處理后總酚含量無顯著性變化,總黃酮含量則略有下降。植物中多酚常與細胞壁多糖通過共價鍵連接,蒸煮、擠壓等熱處理可以通過破壞共價鍵達到多酚類物質的釋放[16-17],煮制處理后綠豆中總酚含量無明顯變化的原因可能是多酚類物質的釋放抵消了因降解、溶解及聚合反應所導致的多酚化合物含量降低的影響。煮制處理后總黃酮含量的降低可能與其在水中的溶出以及高溫對黃酮結構的破壞有關,商珊等[18]研究發現煮制處理導致薏米中黃酮含量下降,認為沸水煮制增加了黃酮向外滲透的速率,使大量黃酮溶入熱水而丟失。而過熱蒸汽處理后總酚含量無明顯變化,一方面是因為高溫破壞了多酚的穩定結構,另一方面可能是過熱蒸汽處理提高了多酚物質的提取率,Wu等[19]研究發現過熱蒸汽處理能夠顯著提高輕碾米的總酚提取率。過熱蒸汽處理后總黃酮稍下降,黃酮作為熱敏性成分,其在熱處理過程中很容易被降解,李孟佳等[20]對比炒制、微波和過熱蒸汽處理對青稞籽粒中黃酮的影響,發現3種熱處理均導致黃酮含量下降,過熱蒸汽影響程度最小。通過對兩種熱處理方式對比,發現熱處理后綠豆總酚含量均無顯著變化,總黃酮含量則略有降低,表明合理選擇熱處理方式、降低熱處理溫度和縮短時間可在一定程度上較好保留生物活性成分。

注:不同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖3和圖4同。

2.4 熱處理對綠豆糊化特性的影響

由表2可知,綠豆經煮制處理后糊化溫度、峰值時間、最終黏度及回生值均顯著降低,崩解值升高,表明樣品更容易糊化,與水結合能力增強,冷糊穩定性也增加,樣品不易老化,耐剪切性變差,熱糊穩定性下降。李永富等[21]研究發現紅小豆經煮制處理后,其最終黏度及回生值均顯著下降。與原綠豆粉相比,過熱蒸汽處理對綠豆的糊化特性影響不明顯,可能是因為處理時間短,且熱傳導速度較慢,樣品從過熱蒸汽室中取出后溫度驟降,熱量未能及時傳導至樣品內層,故對糊化特性影響較小[3]。通過兩種熱處理方式對比,煮制處理的綠豆糊化特性發生明顯改變,而過熱蒸汽處理的綠豆糊化特性變化不明顯,性質較為穩定。

表2 熱處理對綠豆粉糊化特性的影響

2.5 熱處理對綠豆功能特性的影響

2.5.1 吸水性指數和水溶性指數

由圖3可知,兩種熱處理方式對綠豆粉吸水性和水溶性指數均有一定影響。與原綠豆粉相比,隨著煮制時間的延長,吸水性指數逐漸升高但趨勢不明顯,這一變化可能與煮制處理所導致的淀粉糊化以及粗纖維水解膨脹有關[22],淀粉部分糊化使淀粉微晶束解體以及淀粉分子內氫鍵斷裂使得淀粉結構變得疏松,導致水結合能力增強[23];水溶性指數與綠豆粉中可溶性物質的含量及其溶解度有關,溶解度越好,可溶性物質含量越高,水溶性指數也就越高[24],煮制后綠豆粉的水溶性指數呈明顯的上升趨勢,最大升高36.7%。與原綠豆粉相比,過熱蒸汽處理對吸水性指數沒有太大影響, 水溶性指數則最大升高34.4%,煮制和過熱蒸汽處理均導致水溶性指數顯著升高,原因可能是高溫破壞了淀粉等大分子的結構,導致了小分子物質溶出。煮制處理后綠豆吸水性指數有一定提高,過熱蒸汽處理對吸水性指數的影響不明顯,但經兩種方式熱處理后水溶性指數均有明顯提高,表明煮制和過熱蒸汽處理在一定程度上提高了綠豆粉的水合特性,且綜合來看,煮制處理效果更加明顯。

圖3 熱處理對綠豆吸水性和水溶性指數的影響

2.5.2 持水性和持油性

由圖4可知,綠豆經煮制處理后持水性顯著升高(P<0.05),可能是因為內部結構被破壞,導致親水基團暴露,增強了綠豆粉與水的結合能力。Benmeziane-Derradji等[25]發現扁豆持水性的類似增強效果,是因為蛋白質變性暴露了更多的親水位點,增強了水的結合、淀粉膠化和粗纖維的膨脹。煮制處理后樣品持油性也有明顯升高趨勢,可能是因為細胞形態受損,在一定程度上增加了樣品與油結合的能力。張舒等[26]對綠豆分別進行蒸制和煮制處理,發現兩種處理綠豆蛋白的持水性、持油性均隨處理時間延長有一定提高。過熱蒸汽處理對綠豆粉的持水性影響較小,但也有一定程度升高,這可能與處理后綠豆粉水分含量降低所導致的吸水性增強有關;過熱蒸汽處理后持油性顯著提高(P<0.05),可能是由于綠豆粉孔隙率和孔徑變大所致,持油性的增加意味著能夠更好地保留甚至提高食物的口感。對比兩種方式認為煮制效果要好于過熱蒸汽處理。

圖4 熱處理對綠豆持水性和持油性的影響

2.6 相關性分析

由表3可知,綠豆糊化特性指標與吸水性指數、持水性之間有較明顯的相關性,其中糊化溫度與吸水性指數(r=-0.860)呈顯著負相關(P<0.05),與持水性(r=-0.961)呈極顯著負相關(P<0.01),峰值時間、最終黏度和回生值均與吸水性指數(r=-0.919、-0.973、-0.961)、持水性(r=-0.979、-0.918、-0.950)呈極顯著負相關(P<0.01),峰值黏度與吸水性指數(r=0.808)呈顯著正相關(P<0.05),與持水性(r=0.894)呈極顯著正相關(P<0.01),崩解值與吸水性指數(r=0.946)、持水性(r=0.928)均呈極顯著正相關(P<0.01)。

表3 熱處理對綠豆糊化特性和功能特性指標相關性分析

3 結論

對比分析煮制和過熱蒸汽兩種熱處理方式對綠豆兩種氧化酶(LOX、POD)活性、總酚及總黃酮含量、糊化特性和功能特性的影響,得到以下結論:煮制處理明顯降低了綠豆中LOX和POD活性,總酚和總黃酮含量變化不明顯,糊化特性發生明顯改變,表明其冷糊穩定性增強、淀粉不易老化,功能特性指標均顯著提高(P<0.05),表明其油水結合能力增強;過熱蒸汽對綠豆兩種酶的滅活效果較差,對總酚及總黃酮含量影響較小,糊化特性、吸水性指數和持水性無明顯變化,水溶性指數和持油性顯著升高(P<0.05)。對熱處理綠豆糊化特性及功能特性進行相關性分析發現,吸水性指數、持水性與糊化特性指標相關性較明顯。綜合以上結果認為煮制處理80 s已經達到較好的滅酶效果,同時其生物活性成分下降不明顯,糊化特性顯著提高,功能特性得到改善。后期可對煮制處理后的綠豆進行產品的應用和加速儲藏試驗,并以未處理綠豆作為對照,驗證該處理對綠豆制品儲藏期間脂質酸敗反應的抑制效果。