破碎方式對(duì)綠豆理化性質(zhì)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(zhǎng)沙理工大學(xué) 化學(xué)與食品工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；2. 湖南省雜糧健康食品工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410100；3. 瀏陽(yáng)河集團(tuán)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100；4. 上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093）

綠豆是我國(guó)主要食用豆類之一，具有清熱解暑，護(hù)肝等功效，蛋白質(zhì)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(zhǎng)期食用綠豆可預(yù)防肥胖、心血管、高血糖等現(xiàn)代慢性疾病[1]。但綠豆的組成和性質(zhì)限制了其在食品加工中的應(yīng)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(zhì)特性是開發(fā)理想綠豆產(chǎn)品的重要途徑。

通過不同粉碎方式改善綠豆粉的粉質(zhì)特性是一種可行的加工策略，不同粉碎方式對(duì)綠豆粉的理化性質(zhì)影響不同，從而影響其粉質(zhì)特性。研究表明，濕磨、發(fā)酵、濕熱處理與酶改性等方法對(duì)改善雜糧粉（苦蕎、玉米、高粱、燕麥等）粉質(zhì)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(fā)酵可減少雜糧中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，且微生物的代謝產(chǎn)物如酶和有機(jī)酸等可以影響淀粉的糊化和質(zhì)構(gòu)特性[5]。但通過這些方式制備的綠豆粉的性質(zhì)卻尚未見研究報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)擬以干磨綠豆為對(duì)照，研究濕磨和發(fā)酵濕磨對(duì)綠豆粉理化性質(zhì)的影響，以期為綠豆產(chǎn)品的開發(fā)和研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

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

1.2 儀器與設(shè)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(jī)：浙江鯊魚食品機(jī)械有限公司；FW100 型萬(wàn)能粉碎機(jī)：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(jī)：長(zhǎng)沙東旺實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

干磨：綠豆脫殼后用萬(wàn)能粉碎機(jī)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(jī)磨漿，漿液50 ℃烘干，粉碎，過80 目篩，得到濕磨綠豆粉（WMB）樣品。

發(fā)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(fā)酵48 h，磨漿，漿液于50 ℃烘干后破碎過 80 目篩，得到發(fā)酵濕磨綠豆粉（FWMB）樣品。

1.3.2 基本成分測(cè)定

總淀粉：GB 5009. 9—2016；蛋白質(zhì)：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(cè)定

糊化特性參考GB/T 24853—2010。

1.3.4 水合特性測(cè)定

參考Yi 等[6]方法測(cè)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(zhì)量為m3。吸水指數(shù)（WAI）、水溶性指數(shù)（WSI）和膨潤(rùn)力（SP）按以下公式計(jì)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(cè)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(cè)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(tài)觀察

將少量綠豆粉分散在雙面導(dǎo)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(tái)，觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)。掃描電鏡的工作電壓為 100 V，加速電壓為15 kV。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)3 次，取平均值，采用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，用Origin 8 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本組成

破碎方式對(duì)綠豆基本成分的影響見表1。結(jié)果表明，DMB 蛋白質(zhì)含量最高，而FWMB 蛋白質(zhì)含量最低。WMB 蛋白質(zhì)的降低與浸泡過程中可溶性低分子蛋白溶入水中有關(guān)[8]。Amoura 等[9]采用濕磨工藝制備高粱粉時(shí)曾得到類似的結(jié)果。FWMB 蛋白質(zhì)含量最低可能是因?yàn)槲⑸锂a(chǎn)生的有機(jī)酸和酶類物質(zhì)使蛋白質(zhì)降解成小分子的肽或氨基酸溶于水中及蛋白質(zhì)作為微生物氮源被消耗所導(dǎo)致[10]。淀粉含量變化的趨勢(shì)與蛋白質(zhì)一致，WMB 淀粉含量的減少可能由易溶性低聚糖的損失造成，F(xiàn)ernandes 等[11]發(fā)現(xiàn)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(guān)[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(nèi)部結(jié)構(gòu)和外表形狀受到損傷而產(chǎn)生[13]。傳統(tǒng)干磨機(jī)械力和熱作用對(duì)淀粉的破壞作用導(dǎo)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(nèi)部酶活性增強(qiáng)，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(xiàn)，從而導(dǎo)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(guān)，Andri 等[17]研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌發(fā)酵淮山薯粉直鏈淀粉含量高于天然山薯粉，推測(cè)產(chǎn)生變化的原因可能是支鏈淀粉側(cè)鏈降解形成了新的直鏈淀粉。

表1 破碎方式對(duì)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(jī)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(shí)易破碎成較小的顆粒，即使干燥后再經(jīng)破碎其所需能量小于干磨，因而能達(dá)到更好的粉碎效果。Chiang 等[18]在浸泡對(duì)米粒及粉影響的研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)使米粒結(jié)構(gòu)更加疏松，制得的粉粒度更小。平均粒徑D(4,3)變化趨勢(shì)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(dāng)累計(jì)體積達(dá)到90%（D90）時(shí)，WMB 當(dāng)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(shí)。

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(duì)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(wú)顯著差異。WAI 能夠顯示淀粉顆粒間鍵的結(jié)合強(qiáng)度，WAI 低則表明淀粉聚合物之間結(jié)合緊密[19]。同時(shí)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(guān)[20]。WMB 和FWMB 的WAI 差異較小，但兩者水溶性指數(shù)具有顯著差異，這可能是淀粉的結(jié)構(gòu)和功能特性受微生物代謝活動(dòng)所影響[21]。在不同破碎方式的綠豆粉中，F(xiàn)WMB 表現(xiàn)出最高的SP 和最低的WSI，而DMB 則相反。WSI 和SP 可用于評(píng)估無(wú)定形和結(jié)晶域內(nèi)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(gòu)象等密切相關(guān)[22]。而DMB 較高的WSI 則與損傷淀粉含量有關(guān)[13]。

2.4 糊化特性

表4 表明，F(xiàn)WMB 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(shí)間最低。峰值粘度為淀粉顆粒溶脹到最高程度時(shí)達(dá)到的最大粘度，WMB 和FWMB 峰值粘度較高，可能是因?yàn)闈衲ズ桶l(fā)酵濕磨均降低了綠豆粉的粒徑，使其易吸水膨脹，且發(fā)酵通過產(chǎn)生酶和有機(jī)酸使淀粉、蛋白質(zhì)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(wú)顯著差異。淀粉糊化本質(zhì)上為水分子進(jìn)入淀粉顆粒微晶束結(jié)構(gòu)，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(dāng)綠豆粉的粒徑較小時(shí)，其易吸水，膨脹和糊化，因而會(huì)導(dǎo)致糊化溫度相對(duì)較低[8]。另有文獻(xiàn)報(bào)道，支鏈淀粉含量較高或短鏈淀粉比例較低會(huì)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(wěn)定性，DMB 衰減值最低，表明其熱糊穩(wěn)定性較好[7]。

表4 破碎方式對(duì)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(jié)構(gòu)

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

圖2 綠豆粉的微觀結(jié)構(gòu)Fig.2 Microstructure of different pretreatment mung bean flour

3 結(jié)論

本研究評(píng)估了三種破碎方式對(duì)綠豆粉理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，破碎方式對(duì)綠豆粉理化性質(zhì)有顯著影響。濕磨和發(fā)酵濕磨導(dǎo)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(fā)酵和發(fā)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(rùn)力，且其水溶性降低，這有利于降低綠豆深加工產(chǎn)品比如綠豆面條的蒸煮損失。WMB 和FWMB 結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，凝膠能力增強(qiáng)，這將有利于綠豆深加工產(chǎn)品黏彈、拉伸等質(zhì)構(gòu)的形成，改善綠豆粉的粉質(zhì)特性。但本研究尚未對(duì)破碎“關(guān)鍵控制點(diǎn)”進(jìn)行剖析，關(guān)于破碎方式對(duì)其性質(zhì)的影響機(jī)制及適用范圍也有待于進(jìn)一步明確。