基于高溫流化技術改良紅小豆的蒸煮品質

李永富，介 敏，黃金榮，杜 艷，史 鋒，陳正行

（1.江南大學食品學院，糧食發(fā)酵工藝與技術國家工程實驗室，食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122； 2.江南大學 江蘇省生物活性制品加工工程技術研究中心，江蘇 無錫 214122； 3.青海華實科技投資管理有限公司，青海省青稞資源綜合利用工程技術研究中心，青海 西寧 810016）

紅小豆是一種藥食同源的食物，富含蛋白質、淀粉、膳食纖維、礦物質以及植物化學物等營養(yǎng)功能成分，經常食用可改善人體代謝機能，特別是糖尿病患者的糖脂代謝，有益于身體健康[1]。以整粒豆蒸煮制得到的“全谷物”紅小豆更多地保留了紅小豆的營養(yǎng)物質與風味口感，為人們提供了優(yōu)質的“全食物營養(yǎng)”食品[2]。但是紅小豆等豆類種皮致密、組織堅硬、水的滲透性較差，導致子葉細胞在浸泡和蒸煮過程中無法充分水合和軟化，這使得紅小豆吸水困難、烹飪時間長、難煮熟[3]。另外，紅小豆中蛋白質和細胞壁等物質在一定程度上會限制淀粉的吸水膨脹以及糊化[4]，經過蒸煮后淀粉仍具有一定的結晶結構，導致淀粉的糊化度低、食用品質差[5]。因此，在食用紅小豆等豆類時通常需要經過長時間的浸泡才可以達到所需要的質地和口感[6]。但是，長時間浸泡不僅會造成紅小豆營養(yǎng)物質損失、產生令人不愉悅的氣味，而且耗時費力，與現代人快節(jié)奏的生活方式相悖，這嚴重限制了紅小豆的全食消費和主食化進程。

近年來，流化技術已廣泛應用于谷物干燥領域，其優(yōu)點是物料與氣體接觸面積大、干燥速度快、溫度分布均勻、熱傳遞效率高，而且能夠有效避免物料局部過熱[7]。 研究表明，高溫流化處理能夠改變谷物淀粉的理化性質和結構特性，從而改善谷物的蒸煮特性和食用品質。Li Yongfu等[8]的研究發(fā)現高溫流化使玉米發(fā)生預糊化，改變了玉米的結構和功能特性以及體外消化率，不僅改善了玉米的蒸煮食用品質而且使玉米淀粉成為更理想的慢消化淀粉來源；卜玲娟[9]、滕菲[10]和蘇勛[11]等分別研究了高溫流化改良糙米、黑米和發(fā)芽糙米的蒸煮食用品質，經高溫流化處理后糙米、黑米和發(fā)芽糙米的吸水性能得到顯著改善，煮飯時不用浸泡就能夠與大米同煮同熟，蒸煮品質得到明顯改善。由于紅小豆的結構與谷物差別較大，更難蒸煮，目前鮮見基于與大米同煮同熟紅小豆蒸煮品質改良的研究報道。

本課題組前期研究所使用的紅小豆經過高溫流化處理后不僅能夠與大米同煮同熟，并且口感和風味良好，蒸煮品質明顯改善[12]。為了探究高溫流化改良紅小豆蒸煮品質的機理，本實驗主要從高溫流化紅小豆籽粒結構、淀粉糊化特性、水分行為等方面進行分析表征。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅小豆（產地黑龍江）購自無錫朝陽糧油市場有限公司；其他化學試劑（均為分析純）購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

高溫流化設備為由燃燒器和流化室組成的自制設備，燃燒器的功率為2.09×105kJ/h。流化溫度為25～（280±1）℃可調，物料處理時間為15～150 s連續(xù)可調，自動定量進料，由程序邏輯控制器集成控制。

FW-100高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；HHS-11-2數顯恒溫水浴鍋 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；RVA 4500快速黏度分析儀 澳大利亞波通公司；Quanta 200掃描電子顯微鏡 美國Fei 公司；Beta 2-8 LDpuls真空冷凍干燥機 德國Martin Christ有限公司；MesoMR 23-060V-1低場核磁共振成像分析儀 紐邁電子科技（上海）有限公司；CX 31顯微鏡 日本奧林巴斯株式會社。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 高溫流化紅小豆的制備

采用李永富等[12]的研究方法，設定最佳工藝參數：流化溫度215 ℃、流化處理時間55 s、進料速率62 kg/h，對紅小豆進行高溫流化處理。

1.3.1.2 紅小豆淀粉的制備

采用濕磨法提取。紅小豆經過除雜篩選、清洗后，加入過量的去離子水，在室溫下（25±2）℃浸泡12 h。人工手動去皮后用去離子水反復清洗，加入適量的去離子水充分磨碎打漿并過100 目篩去除殘渣。待液體靜置4 h后棄掉上清液，在4000 r/min的條件下離心10 min，刮除附在沉淀上層的黃色物質并用去離子水清洗沉淀，反復離心直至沉淀為白色物質。將所得沉淀進行真空冷凍干燥，得到紅小豆淀粉。

1.3.1.3 蒸煮紅小豆的制備

將紅小豆置于過量的去離子水中，在98 ℃近沸水中進行蒸煮，分別經過0、15、30、45、60 min后取出，用吸水紙擦去紅小豆表面水分備用。

1.3.2 掃描電子顯微鏡觀察

將紅小豆沿著橫向中心面切開并進行真空噴金，在加速電壓5 kV的條件下觀察紅小豆的橫截面形態(tài)結構；另取少量紅小豆淀粉，用雙面膠固定在樣品臺上并進行真空噴金，在加速電壓5 kV的條件下觀察淀粉顆粒結構[13]。

1.3.3 光學顯微鏡觀察

稱取20 mg紅小豆淀粉，加入1 mL去離子水，搖勻，使用光學顯微鏡放大40 倍觀察淀粉顆粒。

1.3.4 糊化度的測定

將1.3.1.3節(jié)經過蒸煮處理后的紅小豆進行真空冷凍干燥，磨粉過40 目篩，參考熊易強[14]的實驗方法測定 糊化度。

1.3.5 糊化特性的測定

將1.3.1.3節(jié)經過蒸煮處理后的紅小豆進行真空冷凍干燥，磨粉過80 目篩，按照AACC 76-21標準方法[15]對所用紅小豆樣品質量按照3.50 g進行校準，水分體積分數按照14%進行校準。測定程序如下：以12 ℃/min的升溫速率從50 ℃加熱至95 ℃，在95 ℃保持2.5 min，然后以相同的速率冷卻至50 ℃，漿輪轉速設定為160 r/min[16]。

1.3.6 吸水率的測定

參照Turhan等[17]測定吸水率的方法并適當改動。具體操作步驟如下：稱取5.000 g的紅小豆（m1）于50 mL的離心管中，加入25 mL去離子水，放置在1.3.1.3節(jié)所述的蒸煮環(huán)境（98 ℃），分別經過0、15、30、45、60 min蒸煮后，將水瀝干并用吸水紙吸掉紅小豆表面多余的水分，稱其質量（m2），按照下列公式計算吸水率。

式中：m1表示吸水前紅小豆的質量/g；m2表示吸水后紅小豆的質量/g；ω表示每克紅小豆中含水分的質 量/（g/g），水分含量按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》進行測定。

1.3.7 蒸煮過程中紅小豆內部水分遷移與分布測定

1.3.7.1 低場核磁共振成像分析

低場核磁共振成像分析參照Lai等[18]的油浸法并適當改動。將1.3.1.3節(jié)經過蒸煮處理后的紅小豆用吸水紙吸掉表面多余的水分，并將單顆紅小豆轉移到瓶身直徑25 mm的樣品瓶中，使其浸泡在植物油中。用自旋回波脈沖序列和以下參數獲取核磁共振圖像：

Flip angle＝90°、Refoc Flip Angle＝180°、Average＝8、TR＝2000 ms、TE＝10。最后通過偽彩處理將原始圖像轉換為彩色。

1.3.7.2 掃描電子顯微鏡觀察

將蒸煮后的紅小豆顆粒在液氮中快速冷凍，再進行真空冷凍干燥處理。按照1.3.2節(jié)所述的方法對干燥后的紅小豆進行觀察，放大160 倍。

1.3.8 紅小豆米飯感官評價

稱取紅小豆37.5 g、精米150.0 g，分別淘洗3 次，加自來水356.2 g，于電飯煲（350 W、煮飯模式）中煮飯40 min，保溫25 min，制備成紅小豆米飯。選取10 名經過訓練的實驗員（5 名男性和5 名女性）組成感官評定小組，對紅小豆米飯進行感官評價。感官評價項目包括氣味、色澤、外觀結構、適口性、滋味，根據感官感受進行評分，各個項目分數之和即為感官評價總分。

1.4 數據處理與分析

采用Origin軟件進行數據作圖處理，采用SPSS軟件對數據進行ANOVA方差分析、Duncan’s多重比較，顯著性差異用P＜0.05表示。每組實驗重復3 次，結果采用±s表示。

2 結果與分析

2.1 高溫流化處理前后紅小豆橫截面形態(tài)結構的變化

圖 1 高溫流化處理前后紅小豆的橫截面形態(tài)（160×）Fig. 1 Cross-sectional morphology of untreated and treated adzuki beans (160 ×)

如圖1所示，原料紅小豆橫截面細胞呈多邊形并排成緊密的網絡結構，淀粉顆粒被細胞壁緊緊包圍，這與白潔等[15]所觀察到的結果一致。紅小豆的這種結構特征使其在浸泡和蒸煮時水分難以進入內部，從而造成蒸煮困難、口感較硬等問題。經過高溫流化處理之后的紅小豆其致密結構被破壞，細胞間斷面出現凹坑，變得粗糙，網絡組織結構變得疏松，且相鄰細胞間毛細孔數量和直徑明顯增加，這是高溫流化處理過程中紅小豆內部水分大量快速蒸發(fā)后所造成的。在蒸煮時，高溫流化處理后所形成的這些氣孔能夠成為紅小豆內部水分擴散的通道，使得水分更容易和淀粉分子發(fā)生水合作用，促進淀粉充分糊化[19]。這些變化對于紅小豆在蒸煮過程中水分的滲透和遷移有重要的促進作用。

2.2 高溫流化處理前后淀粉顯微結構的變化

從圖2A、B可以看出，原料紅小豆淀粉顆粒絕大部分呈橢圓形或卵圓形，部分小顆粒呈圓形，顆粒表面完整光滑（表面的部分裂紋是由于淀粉提取過程中的機械外力所造成）。而經過高溫流化處理后，紅小豆淀粉顆粒失去原來表面光滑的橢圓形結構，而且體積進一步 變大（圖2C、D）。高溫流化處理時，在水和熱的共同作用下，水分子進入淀粉顆粒內部，與淀粉分子鏈發(fā)生氫鍵締合作用，淀粉局部糊化并且顆粒間相互黏結，淀粉顆粒形貌發(fā)生較大的變化。此時，紅小豆淀粉顆粒吸水膨脹，淀粉顆粒內部的無定型區(qū)域和結晶區(qū)域發(fā)生變化，淀粉的形態(tài)和結構發(fā)生改變[20-21]。

圖 2 高溫流化處理前后紅小豆淀粉的顯微結構Fig. 2 Microstructure of starch granules in untreated and treated adzuki beans

2.3 蒸煮過程中紅小豆糊化度的變化

圖 3 蒸煮過程中紅小豆的糊化度Fig. 3 Gelatinization degree of adzuki beans during cooking

糊化度也稱熟化度，是指糊化淀粉量與總淀粉量的比例，與蒸煮食用品質有一定的關系。從圖3中可以看出，原料紅小豆的糊化度隨蒸煮時間的延長呈上升趨勢，當蒸煮時間為15 min時，其糊化度僅為22%；當蒸煮時間達到60 min時，其糊化度為90%。同樣地，高溫流化紅小豆的糊化度也隨著蒸煮時間的延長呈上升趨勢，但是高溫流化紅小豆的糊化度明顯高于同一蒸煮時間下原料紅小豆。當蒸煮時間為15 min時，高溫流化紅小豆的糊化度為76%；當蒸煮時間為30 min時，其糊化度為94%，原料紅小豆蒸煮60 min后才可達到相當水平。在蒸煮過程中，高溫流化紅小豆中所有淀粉基本全糊化，達到“全熟”的狀態(tài)，高溫流化處理使得紅小豆在蒸煮時更易糊化。淀粉的糊化在豆類的蒸煮過程中是一個 非常重要的現象，在蒸煮時，水分子進入淀粉顆粒的內部并與淀粉分子結合，破壞其氫鍵，淀粉分子的結構被破壞，體積迅速膨脹。淀粉顆粒內部分子間氫鍵的斷裂、淀粉分子的溶出，使得淀粉更易被淀粉酶水解，糊化度上升[22]。另外有研究表明，糊化度與蒸煮硬度呈負 相關[15]，糊化度越高蒸煮硬度越低，口感越好。這是因為糊化會引起細胞內部淀粉結構改變，細胞的中間薄層（胞間層）分解使其容易分離，在蒸煮時能夠促進水分的滲透與遷移，這有助于蒸煮過程中硬度的降低[23]。

2.4 蒸煮過程中紅小豆糊化特性的變化

快速黏度分析譜圖主要用于描述淀粉的糊化特征，它能反映淀粉在連續(xù)加熱或者冷卻過程中黏度的變化，糊化特征值與淀粉質食物的食味品質有著密切的關系[24]。 經過高溫流化處理后，紅小豆的糊化黏度呈明顯下降趨勢。高溫流化會造成淀粉糊化黏度的下降，這主要是因為熱處理影響了淀粉顆粒非結晶區(qū)域分子鏈之間的交聯作用[25-26]?；厣档慕档涂赡苁怯捎跓崽幚泶龠M了直-直鏈淀粉和直-支鏈淀粉相互作用，因此減少了直鏈淀粉的溢出，從而降低淀粉的回生值[27]。

表 1 蒸煮過程中紅小豆的糊化特性Table 1 Gelatinization profiles of untreated and treated adzuki bean starch during cooking

如表1所示，在蒸煮過程中，前45 min內，原料紅小豆的峰值黏度、崩解值、終值黏度和回生值均呈顯著下降趨勢（P＜0.05）；達到45 min后，其變化差異不顯著（P＞0.05），這與白潔等[15]所觀察到的結果一致。高溫流化紅小豆在前30 min內，紅小豆的峰值黏度、崩解值、終值黏度和回生值均呈顯著下降趨勢（P＜0.05），達到30 min后，其變化不顯著（P＞0.05）。另外，從整體上看，高溫流化紅小豆的糊化黏度低于原料紅小豆。有研究表明，峰值黏度的降低與糊化度和蒸煮時間有一定的關系[28]。隨著蒸煮時間的延長，糊化度越高，說明紅小豆中已經糊化的淀粉含量越多，相應的未糊化的淀粉含量越少，可以提供增加黏度的直鏈淀粉含量 逐漸減少，所以峰值黏度隨蒸煮時間延長而降低[28]。經過高溫流化處理后，紅小豆淀粉的剛性增強，直鏈淀粉在加熱過程中不易析出，糊化時浸出量減少，所以糊化黏度相比原料紅小豆更低[29]。紅小豆淀粉在蒸煮時發(fā)生糊化，在測定糊化黏度時淀粉很難甚至不會再發(fā)生糊化，因此最終黏度偏低，相應的回生值也越低。

2.5 蒸煮過程中紅小豆吸水率的變化

圖 4 高溫流化處理前后紅小豆的吸水率Fig. 4 Water absorption rates of untreated and treated adzuki beans

如圖4所示，隨著蒸煮時間的延長，原料紅小豆的吸水率逐漸上升。在0～30 min內，原料紅小豆的吸水率上升速度緩慢。當蒸煮時間為30 min時，原料紅小豆的吸水率僅為18%；在30～60 min內，原料紅小豆的吸水率上升速度變快，當蒸煮時間為60 min時，吸水率上升至66.79%。經過高溫流化處理之后的紅小豆其吸水性能明顯改善，在0～15 min內，紅小豆的吸水速度迅速上升，當蒸煮時間為15 min時，吸水率已達到51.46%，與原料紅小豆蒸煮45 min時的吸水率相當。當蒸煮時間為60 min時，高溫流化紅小豆的吸水率為90.06%，比相同蒸煮時間下原料紅小豆提高34.84%。結合圖1可知，高溫流化處理為水分進入紅小豆內部提供了通道，因此使得紅小豆的吸水性能得到明顯改善。

2.6 蒸煮過程中紅小豆內部水分遷移與分布

圖 5 不同蒸煮時間紅小豆的低場核磁共振成像圖Fig. 5 Low-field magnetic resonance images of untreated and treated adzuki beans during cooking

核磁共振成像技術是一種無侵入、無損傷、樣品處理方式簡單的技術，能夠表征食物中水的流動性和水分分布，近年來廣泛應用于食品領域[18]。本研究通過低場核磁共振成像技術觀察紅小豆在接近沸水溫度中浸泡時的 水分遷移和分布。圖5顯示了在溫度一定的條件下，經過不同浸泡時間后紅小豆內部水分遷移及分布的情況，圖像中的不同亮度表示整個樣品中水分的分布，色度條提供了水分含量的相對比例[30]。紅小豆顆粒的信號強度從藍色（噪聲級）到紅色（最大值）的變化對應于水分含量從低到高的變化[31]。在浸泡初期，原料紅小豆的圖像幾乎是藍色的，顆粒內部含有很少的自由水。當浸泡時間達到45 min時，觀察到水分開始從紅小豆顆粒表面往中心區(qū)域滲入。隨著浸泡時間的延長，紅小豆局部的水分含量緩慢增加，但是中心區(qū)域的水分含量較低。當浸泡時間達到60 min時，原料紅小豆局部水分含量較高，而中心區(qū)域仍然較低，籽粒內外之間水分分布不均勻，形成水分梯度差。而高溫流化紅小豆在浸泡初期，水分就開始從外部往內部擴散。當浸泡時間達到30 min時，大量的自由水已充分進入紅小豆內部，并且內外水分整體分布均勻。隨著浸泡時間的延長，水分繼續(xù)滲入到顆粒內部，水分分布更均勻。由此可知，原料紅小豆在浸泡時水分滲透速度慢，水分較難滲入到顆粒中心區(qū)域，而高溫流化紅小豆的水分滲透速度快，并且在顆粒內能形成均勻的水分分布。

圖 6 不同處理紅小豆蒸煮60 min的橫截面形態(tài)（98 ℃、160×）Fig. 6 Cross-sectional morphology of adzuki beans with different treatment cooked for 60 min (98 ℃, 160 ×)

采用掃描電子顯微鏡觀察紅小豆蒸煮60 min后子葉橫截面的微觀結構，如圖6所示，原料紅小豆相鄰細胞間出現一些孔洞，有部分淀粉顆粒形貌未發(fā)生大的變化，依然被包裹在細胞壁中，可以推測紅小豆在烹飪時細胞壁限制了包裹在內的淀粉的吸水膨脹以及糊化過程，經過烹飪后淀粉仍具有一定的結晶結構，使得紅小豆的蒸煮硬度高、淀粉糊化度低，需要長時間蒸煮才可以達到所需要的柔軟度[5]。而高溫流化紅小豆由于淀粉發(fā)生預糊化，子葉細胞排列不再緊密、組織結構更加疏松，淀粉顆粒在浸泡過程中不斷吸水膨脹，此時細胞結構明顯變形，被細胞壁包裹著的淀粉顆粒逐漸暴露出來。淀粉粒之間存在大量的孔隙，這些孔隙代表了水在浸泡過程中的滲透路徑[32]。

2.7 紅小豆米飯感官評價

感官評定不僅是食用品質評價中最直接的主觀評價方法，而且也是其他評價方法的重要依據和基礎。從氣味、色澤、外觀、適口性和滋味5 個方面對紅小豆米飯進行感官評分，結果見表2。從綜合評分結果看， 原料紅小豆米飯屬于中級別，而高溫流化紅小豆米飯屬于優(yōu)級別。經過高溫流化處理之后，高溫流化紅小豆除色澤與原料紅小豆無顯著性差異外，其他各項指標得分均顯著性上升（P＜0.05）。原料紅小豆在烹飪時無裂口，內部淀粉較難糊化、口感硬，并且有不愉快的豆腥味；高溫流化紅小豆開裂程度大，口感更加柔軟，豆腥味不明顯。綜上，高溫流化能夠顯著改善紅小豆米飯的感官食用品質，使其更容易被消費者接受。

表 2 紅小豆米飯感官評價結果Table 2 Sensory evaluation data of cooked rice with untreated or treated adzuki beans

3 結 論

本研究結果表明，高溫流化處理后紅小豆致密的結構變得疏松、子葉中相鄰細胞間毛細孔徑增大、淀粉發(fā)生預糊化，籽粒阻水結構屏障被打開；蒸煮時高溫流化紅小豆吸水速率較快使得淀粉糊化更徹底；高溫流化紅小豆籽粒內部水分遷移速度加快，水分分布更均勻；高溫流化紅小豆煮飯的口感風味更好。上述變化的綜合作用導致紅小豆蒸煮品質的顯著提升。