超聲和碳酸氫鈉處理對綠豆浸泡特性的影響

劉 陽，李丹丹, ，陶 陽，張榮廣，韓永斌,

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院全谷物食品工程研究中心，江蘇南京 210095；2.南京糧食集團(tuán)，江蘇南京 210095）

綠豆（Vigna radiata（Linn.） Wilczek.）是全球最重要的豆類作物之一，因其耐旱性好、種植成本低和生長周期短的特點(diǎn)，全球的種植面積超過600 萬公頃，占全球豆類種植面積的8.5%[1]。綠豆具有均衡的營養(yǎng)成分，含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)、維生素和眾多生物活性物質(zhì)。綠豆中的必需氨基酸——賴氨酸含量高，而大米缺乏賴氨酸，綠豆、大米搭配食用營養(yǎng)豐富，也是家庭烹飪中的常見做法，如大米綠豆粥、綠豆米飯。但是，綠豆等雜糧種皮滲透性低、質(zhì)地堅硬的特點(diǎn)導(dǎo)致其蒸煮時間長，難以與大米同煮同熟。浸泡可以改變豆類的質(zhì)地，縮短蒸煮時間。然而，傳統(tǒng)浸泡法存在耗時長、吸水速率慢等缺陷。

超聲是一種綠色的食品加工技術(shù)，可產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)以及熱效應(yīng)[2]，從而加快鷹嘴豆[3]、普通豆[4]、藏青色豆[5]等豆類的水合過程。碳酸氫鈉俗稱小蘇打，是家庭烹飪中常用的膨松劑，在碳酸氫鈉溶液中浸泡雜糧，可有效減少雜糧豆的烹飪時間[6]。因此，理論上，超聲和碳酸氫鈉輔助浸泡均可改變傳統(tǒng)浸泡烹飪綠豆耗時耗力的狀況，提高綠豆的浸泡、烹飪加工效率。然而，目前關(guān)于超聲和碳酸氫鈉處理對綠豆浸泡過程中吸水特性以及營養(yǎng)成分變化規(guī)律的研究還較少，其作用機(jī)制也有待進(jìn)一步研究。因此，本文以提高綠豆浸泡效率為目的，以超聲和碳酸氫鈉處理為對照，首先從吸水動力學(xué)和水分分布角度研究超聲和碳酸氫鈉對綠豆吸水特性的影響；然后，通過質(zhì)構(gòu)和表皮結(jié)構(gòu)探究超聲和碳酸氫鈉影響綠豆浸泡特性的原因；最后，分析浸泡過程中綠豆?fàn)I養(yǎng)成分總酚和抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸含量的變化，研究結(jié)果可為綠豆的浸泡加工提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠豆（品種：明光，2020 年秋季收獲，含水量：10.00%） 南京糧食集團(tuán)；碳酸氫鈉 分析純，廣東光華科技股份有限公司；福林酚試劑 上海瑞永生物科技股份有限公司；硫酸鐵銨、2,2-聯(lián)吡啶 分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；植酸鈉 分析純，上海源葉生物科技有限公司；巰基乙酸溶液 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；其他常規(guī)試劑均為國產(chǎn)分析純。

HH-4 數(shù)顯恒溫水浴鍋 中國國華電氣有限公司；JA1003 電子天平 中國上海浦春計量儀器有限公司；NMI20-040H-I 低場核磁共振成像儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；ZX-01 掃描電子顯微鏡德國蔡司股份公司；XOWX-100 冷凍干燥機(jī) 南京先歐儀器制造有限公司；THC-1000SF 超聲清洗機(jī)濟(jì)寧天華超聲電子儀器有限公司；UV-5100B 型紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司；DSHZ-300A 臺式水浴恒溫振蕩器 太倉市強(qiáng)樂實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 挑選大小均一、顆粒飽滿的綠豆，稱量三份5.0 g 綠豆分別在400、600 W 超聲條件下或1.5%、3.0%（m/v）的碳酸氫鈉溶液中浸泡480 min，浸泡料液比1:10 g/mL，浸泡溫度30 ℃，其中，超聲處理不控溫，60 min 間歇處理，超聲期間用熱電偶溫度記錄儀測定水浴溫度，非超聲期間更換超聲清洗機(jī)中的水，在30、60、90、120、180、240、300、360、420、480 min 取樣，瀝干表面水分后稱重，分析綠豆在浸泡過程中的吸水動力學(xué)?？偡雍椭菜釡y定中的綠豆在0、240 和480 min 取樣，然后冷凍干燥后磨粉，過60 目篩處理，?20 ℃冰箱存樣。

1.2.2 水分含量測定 水分含量測定參照國標(biāo)GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》。

1.2.3 Sigmoid 模型擬合吸水過程 Sigmoid 模型是Kaptso 等[7]于2008 年提出的谷物種子吸水模型，如公式1 所示：

其中：Mt 是t 時間綠豆的含水量，%；，M ∞是綠豆的飽和含水量，%；k 表示種子的水合速率，min?1；τ 表示滯后時間，min；綠豆的初始含水量為10.00%±0.30%。

1.2.4 低場核磁共振水分分布測定 將3 顆大小均一、顆粒飽滿的綠豆在15 mL 水中浸泡0、120、240、480 min 后擦干表面水分，保鮮膜包裹待測樣并放入核磁管磁體線圈的中心位置。在測定之前將油樣放進(jìn)核磁管，F(xiàn)ID 序列校準(zhǔn)中心頻率和射頻頻率。利用CPMG 序列測定樣品橫向自旋弛豫時間T2，每顆綠豆重復(fù)測三次。CPMG 序列參數(shù)：主頻SF=40 MHz，偏移頻率O1=662001.40 Hz，采樣頻率SW=200 kHz，重復(fù)采樣等待時間TW=3000 ms，重復(fù)采樣次數(shù)NS=8，回波個數(shù)NECH=5000，反演時的迭代次數(shù)為1000000。

1.2.5 核磁共振成像 核磁共振成像采用自旋回波SE 脈沖序列。成像參數(shù)為：重復(fù)采樣時間TR=300 ms，掃描次數(shù)NS=2，回波時間TE=20 ms，切片厚度ST=3.15 mm。

1.2.6 硬度測定 利用質(zhì)構(gòu)儀P-2N 型探頭測定不同浸泡時間下綠豆的硬度。參數(shù)設(shè)定為：力量感應(yīng)元量程50 N，觸發(fā)力0.2 N，檢測速度和回程速度為60 mm/min，穿刺距離3 mm。

1.2.7 掃描電鏡觀察 經(jīng)清水、1.5%碳酸氫鈉溶液、400 W 超聲浸泡3 h 的綠豆，真空冷凍干燥24 h，單顆綠豆經(jīng)離子濺射儀噴金后，在10 kV 的加速電壓、700×放大倍數(shù)下觀察種皮的表面結(jié)構(gòu)。

1.2.8 總酚的提取與測定 總酚的提取參照魏美霞等[8]的方法。準(zhǔn)確稱量1.0 g 綠豆粉至50 mL 離心管中，按1：30 g/mL 料液比加入70%的乙醇，120 r/min的轉(zhuǎn)速在35 ℃的水浴恒溫振蕩箱中提取1 h，4618 ×g 離心10 min，取上清液，沉淀物重復(fù)上述操作，合并兩次上清液。

總酚的測定采用福林酚法[9]。吸取200 μL 提取液至5 mL 塑料管中，分別加入1.5 mL 福林酚試劑和7.5%的Na2CO3溶液1.5 mL，振搖5 min 后室溫避光靜置2 h，紫外分光光度計于765 nm 處測定樣液的吸光度。系列濃度梯度沒食子酸的吸光度以相同的步驟操作，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.0052x+0.0196（y 代表吸光度值，x 為沒食子酸濃度），擬合度R2=0.9983。

1.2.9 植酸的提取與測定 參考郭嘉[10]的方法并略作修改。稱取0.5 g 綠豆粉于50 mL 離心管中，加入50 mL 0.2 mol/L 鹽酸溶液，25 ℃水浴恒溫振蕩箱提取3 h，4618 g 離心10 min。取提取液0.5 mL于10 mL 離心管中，加入2 mL 硫酸鐵銨溶液，沸水浴反應(yīng)30 min，自來水冷卻5 min，再次離心5 min，取上清液1 mL，加入1 mL 的雙吡啶溶液，在519 nm處測定吸光度。按照此方法繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=?15.183x+0.4042（y 代表吸光度值，x 代表鐵離子濃度），擬合度R2=0.9970。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)三次重復(fù)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。使用SPSS 26.0 顯著性分析，利用Origin 2021b 軟件繪圖，Matlab 軟件進(jìn)行線性擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸水動力學(xué)

2.1.1 Sigmoid 模型擬合綠豆吸水過程 從圖1 可知對照組、碳酸氫鈉組和超聲組的綠豆吸水曲線都呈現(xiàn)出“S”型曲線的變化趨勢，即：慢 —快 —慢的變化規(guī)律。這是因?yàn)樵诮莸倪^程中綠豆處于發(fā)芽前的萌發(fā)階段，伴隨著酶活性、種皮滲透性和綠豆體積的變化。在0～2 h 浸泡初期，綠豆種皮的低滲透性導(dǎo)致其吸水通道主要存在于種臍，綠豆體積未充分膨脹，吸水速率較慢，水分含量從0 h 的10.00%增加到2 h 的20.22%～49.22%；2～6 h 浸泡中期為快速吸水階段，一方面綠豆中主要營養(yǎng)物質(zhì)碳水化合物和蛋白質(zhì)的親水性導(dǎo)致其體積膨脹、表面積增加，另一方面綠豆種皮和核心的水分含量差異大，由水分梯度提供動力加速了綠豆的吸水，水分含量大約增加到76.70%～122.22%；到6～8 h 的浸泡后期，綠豆內(nèi)外的水分梯度值降低、可溶性固形物和色素發(fā)生損失，這些因素均導(dǎo)致吸水速率下降，從而綠豆緩慢吸水最終到達(dá)飽和狀態(tài)，飽和含水量大約在91.90%～132.34%。因此，整體上綠豆的吸水曲線呈“S”型。Miano 等[11]研究水合安第斯羽扇豆也發(fā)現(xiàn)了類似的吸水曲線。

圖1 不同處理方式對綠豆浸泡過程中水分含量的影響Fig.1 The effect of different treatment methods on the moisture content of mung bean during soaking

2.1.2 吸水速率k 和延滯時間τ 的變化 將綠豆水分含量隨時間變化的數(shù)據(jù)代入Sigmoid 模型中得到參數(shù)吸水速率k、延滯時間τ 以及模型評價指標(biāo)擬合度R2和均方根誤差RMSE 的值。由表1 可知，Sigmoid 模型R2在0.9758～0.9974 之間，RMSE 在2.213%～5.245%之間。R2越接近1，RMSE 越小說明模型的擬合效果越好。因此，Sigmoid 模型可有效擬合超聲和碳酸氫鈉輔助綠豆吸水的過程。

表1 不同處理方式Sigmoid 模型評價Table 1 Sigmoid model evaluation of different treatment methods

隨著超聲功率的增大，吸水速率k 從0.0131 min?1增加到0.0169 min?1，延滯時間τ 從214.0 min 降低到153.7 min，飽和含水量M∞從112.3%增加到132.3%。與對照組和碳酸氫鈉組相比，超聲處理組綠豆的吸水速率k 值更大，“S”型吸水曲線也在其上方（圖1）。超聲可通過直接效應(yīng)和間接效應(yīng)來增強(qiáng)綠豆在浸泡過程中的傳質(zhì)[12]：一方面導(dǎo)致綠豆浸泡液的交替壓縮和膨脹，使得水分泵入綠豆的表皮孔隙（直接效應(yīng)）[13]；另一方面超聲的機(jī)械、空化和熱效應(yīng)會破壞綠豆的組織結(jié)構(gòu)，使綠豆表皮和子葉形成更多的微孔通道，從而提高吸水速率（間接效應(yīng)）。其中，超聲溫度的變化可以間接體現(xiàn)出熱效應(yīng)對綠豆的作用，圖2 表明在60 min 超聲間隔處理綠豆的過程中，超聲的水浴溫度隨超聲功率和超聲時間的變化，400 W 超聲處理60 min 的超聲溫度上升至40 ℃，600 W 超聲處理溫度上升至46 ℃。Ulloa 等[14]利用超聲水合干豆發(fā)現(xiàn)，超聲可使水分?jǐn)U散速率提高45 倍，到達(dá)平衡含水量的時間縮短17.6%～58.8%。

圖2 不同超聲功率下綠豆浸泡液溫度的變化Fig.2 The change of mung bean soaking liquid temperature under different ultrasonic power

隨著碳酸氫鈉濃度的增加，吸水速率k 從0.0131 min?1降低到0.0116 min?1，同時延滯時間τ從214.0 min 增加到228.6 min，飽和含水量M∞從112.3%降低到91.9%。與對照組相比，碳酸氫鈉組“S”型吸水曲線在其下方。碳酸氫鈉可通過改變浸泡水的酸堿度影響水合速率，堿性的浸泡水可以改變種皮和子葉的組成，并改變細(xì)胞擴(kuò)散機(jī)制。通過測定發(fā)現(xiàn)，碳酸氫鈉濃度分別為1.5%和3.0%時，pH 約為8.20 與8.32。此外，碳酸氫鈉顆粒還可能會吸附在種皮表面，阻礙水分的擴(kuò)散，從而使吸水變慢。Oladele 等[15]將一種巴西豆浸泡在不同pH 的鹽溶液中，發(fā)現(xiàn)巴西豆的平衡含水量和吸水速率隨著pH（6～12）的增加而上升。這與本文研究結(jié)果不一致，可能是由于不同來源豆子的結(jié)構(gòu)存在差異，從而在不同酸堿度的鹽溶液中吸水速率變化不同。

為了節(jié)約綠豆產(chǎn)品的生產(chǎn)時間、縮短其生產(chǎn)周期，需要將吸水速率高、延滯時間短的浸泡條件作為優(yōu)先級。雖然超聲功率的增加會大幅提高吸水速率、縮短延滯時間，但是在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)600 W 超聲條件增加了綠豆破損率。碳酸氫鈉的加入會抑制水分吸收，并且3.0%的濃度將導(dǎo)致綠豆種皮變褐。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)將研究對照浸泡、1.5%碳酸氫鈉和400 W 超聲輔助浸泡對綠豆表皮結(jié)構(gòu)、質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)特性等的影響。

2.2 水分分布、不同狀態(tài)水分含量變化以及核磁成像

2.2.1 水分分布以及不同狀態(tài)水分含量變化 為明確綠豆在浸泡過程中質(zhì)子團(tuán)的遷移與變化，超聲和碳酸氫鈉輔助浸泡綠豆的弛豫時間曲線如圖3 所示。由圖可知，綠豆中存在兩種主要的質(zhì)子團(tuán)T21和T22。T21為結(jié)合水，弛豫時間在0.01～10 ms 之間，它是與淀粉、非淀粉聚合物、蛋白質(zhì)結(jié)合的質(zhì)子；而T22為自由水，其弛豫時間在10～1000 ms 之間，指可移動的CH?質(zhì)子和大量水的OH?[16]。

圖3 不同處理方式的T2 水分弛豫時間分布Fig.3 T2 distribution of moisture relaxation time in different treatments

在0 h 時，T21占總信號量的99%，而T22占總信號量的1%。在浸泡過程中，綠豆內(nèi)部發(fā)生著由水參與的復(fù)雜的生化反應(yīng)。對照組、碳酸氫鈉組和超聲組的T2弛豫時間發(fā)生右移，由表2 可知自由水、結(jié)合水的弛豫時間在不同時間點(diǎn)存在一定差異。可能是種子內(nèi)部各組分與水分發(fā)生著質(zhì)子交換，交換過程中各營養(yǎng)物質(zhì)的官能團(tuán)與質(zhì)子結(jié)合不穩(wěn)定，因而隨著浸泡時間的延長，不同狀態(tài)水分的弛豫時間增加，各組分與水分結(jié)合的穩(wěn)定性下降。

T2水分弛豫曲線中T21與T22的峰面積可以代表其水分含量，A 為總水分含量，A21為結(jié)合水含量，A22為自由水含量，則A=A21+A22。由表2 可知，三組處理A21含量隨著浸泡時間的延長緩慢上升，同時A22上升的幅度更為顯著（P<0.05）。對照組在0～8 h的浸泡過程中，A21從8.47 增加到14.13，A22從0.33增加到38.50，A 從8.81 增加到52.63；碳酸氫鈉組A21從8.62 增加到12.93，A22從0.33 增加到34.53，A從8.95 增加到47.45；而超聲組A21從8.82 增加到16.92，A22從0.32 增加到57.83，A 從9.13 增加到74.75。這說明浸泡過程中總水分含量A 的增加主要在于自由水含量的升高，與前人研究結(jié)果一致[17]。同時超聲組8 h 的總水分含量分別是對照組和碳酸氫鈉處理組的1.42 和1.58 倍，與圖3 結(jié)果一致。

表2 不同組弛豫時間以及單位質(zhì)量峰面積對比統(tǒng)計表Table 2 Comparison statistics table of relaxation time and unit mass peak area of different groups

在浸泡過程中綠豆種子處于發(fā)芽前的萌發(fā)階段。該階段可分為兩個過程：吸脹和萌動。吸脹時種子內(nèi)部親水性的碳水化合物和蛋白質(zhì)吸收大量水分，導(dǎo)致水合加速，綠豆體積膨脹，此時綠豆中自由水較多。在萌動階段，種子內(nèi)部生理代謝活動旺盛，而自由水又是大多數(shù)生化活動的介質(zhì)，伴隨著酶的合成以及營養(yǎng)物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化與合成，結(jié)合水的含量也在緩慢上升[18]。碳酸氫鈉通過改變浸泡液的pH 對此過程產(chǎn)生影響，超聲則促進(jìn)綠豆種皮的破裂和子葉的溶脹，通過改變綠豆種子結(jié)構(gòu)影響結(jié)合水和自由水含量。因此，不同組的A21、A22和A 存在一定的差異。

2.2.2 核磁成像分析 低場核磁成像可通過綠豆的質(zhì)子密度梯度來反映浸泡過程中水分隨時間和空間的變化（圖4）。綠色代表低質(zhì)子密度區(qū)，而紅色代表高質(zhì)子密度區(qū)。在0～2 h 浸泡初期，三個處理組的含水量總體較低，約在22.86%～33.71%之間（圖1），且水分主要集中于種皮，內(nèi)部含水量較低；但與對照組、1.5%碳酸氫鈉組相比，400 W 超聲處理加速了種皮的破裂和水分的吸收，從而紅色區(qū)域面積更大、綠豆體積也更大。隨著浸泡時間增加到4 h，綠豆中主要營養(yǎng)物質(zhì)碳水化合物和蛋白質(zhì)的快速吸水，綠豆體積膨脹，并且由于種皮與子葉之間水分梯度的存在，使得水分開始由種皮向內(nèi)部流動，高質(zhì)子密度的紅色區(qū)域逐漸向綠豆中心區(qū)域擴(kuò)散；其中，400 W 超聲處理后的綠豆核心已基本完全呈紅色，說明水分已進(jìn)入綠豆的中心，而另外兩組的中心區(qū)域依然有部分綠色，說明此時綠豆中心區(qū)域依然保持較為干燥的狀態(tài)。當(dāng)浸泡時間為6 h 時，綠豆的吸水動力學(xué)曲線基本達(dá)到飽和狀態(tài)，即綠豆吸水量近乎最大值，因而三個處理組綠豆的體積均進(jìn)一步膨脹，紅色進(jìn)一步加深[19]。

圖4 不同處理方式的綠豆核磁成像分析Fig.4 NMR imaging analysis of mung bean with different treatment methods

2.3 硬度變化

硬度是表征綠豆浸泡程度的重要指標(biāo)。從圖5可以看出，隨著浸泡時間的延長，綠豆的硬度在逐步下降。綠豆中的主要營養(yǎng)物質(zhì)是淀粉和蛋白質(zhì)，子葉是保持綠豆硬度的主要結(jié)構(gòu)。浸泡過程中子葉中的淀粉會吸水溶脹、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化，從而破壞了綠豆原本堅硬的結(jié)構(gòu)。與對照組相比，在浸泡過程中400 W 超聲不僅可以使種皮形成微孔通道促進(jìn)吸水，同時熱效應(yīng)也破壞了子葉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在4 h即達(dá)到了最低硬度值；而對照組浸泡時間在4～6 h時，綠豆的硬度值迅速降低，在7 h 時硬度值最低（1.41 N）。雖然圖1 和表1 結(jié)果表明碳酸氫鈉會抑制綠豆在浸泡過程中吸水，但值得注意的是，1.5%碳酸氫鈉處理組綠豆的硬度值下降速率卻比對照組稍快。一方面，由圖1 可知，1.5%碳酸氫鈉對綠豆的吸水動力學(xué)影響較??；另一方面，有研究表明果膠溶解為大豆軟化過程的限速步驟之一，而碳酸氫鈉中的鈉離子可能在烹飪過程中置換出交聯(lián)果膠的二價礦物質(zhì)，提高可溶性果膠的含量，從而降低硬度[20]，碳酸氫鈉的這一效應(yīng)可能在綠豆的烹飪過程中更為明顯，而在浸泡過程中影響不大。從而，與對照組相比，1.5%碳酸氫鈉處理組綠豆的硬度值下降速率略有增加。若以最低硬度為評價指標(biāo)，則對照組和1.5%碳酸氫鈉組的最佳浸泡時間為7 h，而400 W 超聲組最佳浸泡時間為4 h。

圖5 不同處理方式對綠豆硬度的影響Fig.5 The effect of different treatment methods on the hardness of mung bean

2.4 表皮結(jié)構(gòu)變化

綠豆表皮結(jié)構(gòu)的完整性是決定其吸水動力學(xué)的關(guān)鍵因素。本實(shí)驗(yàn)通過掃描電鏡觀測不同浸泡處理后綠豆的表觀形貌，如圖6 所示。未處理組（圖6A）與對照組（圖6B）綠豆種皮表面完整無損，說明在3 h的浸泡過程中，水分含量的升高對其種皮的表面結(jié)構(gòu)無影響。從圖6C 發(fā)現(xiàn)，有許多細(xì)小顆粒吸附在綠豆種皮表面，與對照組相比，可判定這些顆粒是碳酸氫鈉。碳酸氫鈉顆粒的吸附將阻礙水分通過種皮屏障，從而降低了吸水速率。從圖6D 發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過400 W超聲3 h 處理的綠豆，種皮表面形成了微孔通道，這可能是由于超聲的空化作用、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)的共同作用導(dǎo)致的。綠豆浸泡液在超聲作用下，首先會產(chǎn)生小的空化氣泡，這些氣泡生長到一定程度會破裂，同時伴隨著瞬時的高溫高壓，正是由于超聲的作用，氣泡不斷經(jīng)過產(chǎn)生-生長-破裂的循環(huán)，使得綠豆種皮表面產(chǎn)生了微孔通道，提高了水合速率。此外，通過監(jiān)控超聲過程中浸泡液溫度的變化發(fā)現(xiàn)，超聲也會導(dǎo)致浸泡液溫度的增加（圖2）。李鵬[19]將黑豆分別在50 ℃熱超聲和50 ℃恒溫處理發(fā)現(xiàn)，與50 ℃恒溫處理相比，50 ℃熱超聲的黑豆種皮表面的微孔通道更多，則本實(shí)驗(yàn)的微孔通道是超聲的各種效應(yīng)共同作用的結(jié)果。

圖6 不同處理方式對綠豆種皮的影響Fig.6 The effect of different treatment methods on the seed coat of mung bean

2.5 總酚含量變化

浸泡可改善綠豆的加工特性，然而長時間浸泡可能導(dǎo)致水溶性營養(yǎng)素的損耗。圖7 反映了不同浸泡條件下總酚的含量變化。在8 h 的浸泡過程中，對照組、1.5%碳酸氫鈉組和400 W 超聲組的總酚含量是逐步下降的，且不同浸泡時間下總酚含量具有顯著性差異（P<0.05）。原始綠豆中總酚含量為2.7 mg/g，經(jīng)浸泡4 和8 h 后，對照組綠豆的總酚含量降低24.1%與35.9%，1.5%碳酸氫鈉組降低27.7%與49.5%，400 W 超聲組降低44.7%與60.1%。浸泡導(dǎo)致總酚含量降低的原因有三：a.水溶性多酚直接浸提到綠豆浸泡液中；b.浸泡過程中多酚與碳水化合物或蛋白質(zhì)等其他有機(jī)物質(zhì)的結(jié)合；c.浸泡激活多酚氧化酶的活性，從而降解多酚[21]。但是，劉婷婷等[22]研究了浸泡和發(fā)芽對六種雜豆中酚類物質(zhì)的影響，結(jié)果表明綠豆總酚在浸泡過程中增加了23.2%，與本研究結(jié)果相反，原因是本實(shí)驗(yàn)中綠豆的浸泡時間只有8 h，而上述實(shí)驗(yàn)綠豆浸泡18 h，綠豆萌芽提高總酚含量。超聲可以顯著提高酚類物質(zhì)的提取效率，因?yàn)槠錂C(jī)械和空化效應(yīng)可以破壞細(xì)胞壁、釋放出細(xì)胞內(nèi)容物、增加固形物損失[23]，同時熱效應(yīng)也可以直接降解多酚，從而在綠豆浸泡過程中，總酚含量降低更多。另外，有研究表明豆類種皮的顏色主要是葉綠素以及多酚類（類黃酮）引起的[24]。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)碳酸氫鈉處理組浸泡液的顏色在8 h 變成了淺綠色，說明碳酸氫鈉可能導(dǎo)致種皮中色素、酚類物質(zhì)的流失，而對照組綠豆浸泡液的顏色變化不明顯。

圖7 不同處理方式對綠豆總酚含量的影響Fig.7 The effect of different treatment methods on the total phenol content of mung bean

2.6 植酸含量變化

植酸是谷物、豆類中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，可以螯合多種礦物質(zhì)，降低生物利用率。脫皮、浸泡、發(fā)芽、發(fā)酵、高壓滅菌、微波蒸煮等方法都可以降低谷物中抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量[25]。從圖8 可看出，綠豆中植酸含量約3.0 mg/g，植酸在浸泡過程中含量顯著降低（P<0.05）。與原始豆相比，在浸泡4、8 h 后，對照組的植酸含量分別降低20.5%與43.4%,1.5%碳酸氫鈉組分別減少12.4%與32.2%，400 W 超聲組分別下降44.1%與66.1%。由此可知，與對照組相比，1.5%碳酸氫鈉組抑制了植酸的降低，超聲組促進(jìn)了植酸的降低，且不同處理組之間植酸含量存在顯著性差異（P<0.05）。浸泡過程中植酸含量降低主要與植酸酶活性、熱效應(yīng)以及綠豆的水分含量有關(guān)。碳酸氫鈉處理抑制植酸降低是因?yàn)榻萁橘|(zhì)的pH 對植酸酶的活性有顯著影響。碳酸氫鈉溶液呈堿性，而研究表明大多數(shù)植物中的植酸酶為酸性植酸酶，其最適pH 在4.5～5.6 之間，當(dāng)pH>7.5 時，植酸酶穩(wěn)定性急劇下降[26]，水解植酸的能力下降，從而植酸降低速率變緩。仲磊等[27]將大豆浸泡在不同濃度的碳酸氫鈉溶液中，發(fā)現(xiàn)高濃度碳酸氫鈉會抑制植酸降低。超聲使植酸含量下降更快的原因可能是超聲產(chǎn)生的熱效應(yīng)是激活植酸酶的最佳溫度區(qū)間（25～80 ℃）[28]，在一定的浸泡溫度下，內(nèi)源植酸酶被激活，因此水解大量植酸。Lestienne 等[29]研究發(fā)現(xiàn)在浸泡谷物和豆類的過程中，植酸含量的降低主要是植酸酶的作用。

圖8 不同處理方式對綠豆植酸含量的影響Fig.8 The effect of different treatment methods on the phytic acid content of mung bean

3 結(jié)論

本文研究了超聲和碳酸氫鈉對綠豆浸泡特性的影響。吸水動力學(xué)結(jié)果表明超聲可有效提高綠豆的吸水速率，碳酸氫鈉會抑制綠豆的吸水速率；且Sigmoid 模型可有效擬合綠豆的吸水過程（R2=0.9758～0.9974）。低場核磁結(jié)果表明綠豆在浸泡過程中結(jié)合水自由水含量均上升；且與碳酸氫鈉組、對照組相比，超聲組自由水上升更快。核磁成像結(jié)果說明綠豆浸泡過程中水分由表皮向內(nèi)逐步擴(kuò)散，同時伴隨體積的增大。質(zhì)構(gòu)結(jié)果表明綠豆的硬度在浸泡過程中逐漸降低，400 W 超聲組對硬度的降低較1.5%碳酸氫鈉組更為明顯，若以最低硬度為評價指標(biāo)，則對照組和1.5%碳酸氫鈉組的最佳浸泡時間為7 h，而400 W超聲組最佳浸泡時間為4 h。掃描電鏡則證實(shí)超聲和碳酸氫鈉處理對綠豆吸水速率及質(zhì)構(gòu)的影響與其表皮結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)：400 W 超聲可使綠豆表皮形成微孔通道，促進(jìn)吸水；而1.5%碳酸氫鈉可吸附在種皮表面，抑制吸水?？偡雍椭菜釡y定結(jié)果表明在浸泡過程中這兩種成分逐漸損失，總酚降低程度為：400 W 超聲組>1.5%碳酸氫鈉組>對照組，植酸降低程度為：400 W 超聲組>對照組>1.5%碳酸氫鈉組。本文的研究結(jié)果證實(shí)了超聲技術(shù)對綠豆浸泡特性的改善作用，可為其在綠豆產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。