綠豆預熟化工藝及品質(zhì)研究進展

曲美霖 胡俊君 程 哲 李云龍

綠豆作為中國主要的食用豆類之一,兼具藥食兩用的性質(zhì),含有豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、多種維生素、鈣、磷、鐵、黃酮類化合物、生物堿、豆固醇等物質(zhì),具有解毒、降血脂、抗氧化等保健功能。綠豆既是調(diào)節(jié)飲食的佳品,又是食品工業(yè)的重要原料,還是防病治病之良藥[1-2]。但是由于結構致密、皮層緊密、吸水性較差以及顆粒大小等差異,致使綠豆蒸煮耗時較長、口感粗糙,不適應現(xiàn)代社會越來越快的生活節(jié)奏,消費者尤其是年輕一代的接受程度低[3]。研究擬針對綠豆在預熟化工藝及品質(zhì)研究方面展開梳理討論,分析各種工藝對綠豆營養(yǎng)及活性成分等的影響,以期在現(xiàn)有的研究基礎上尋找出一種適宜有效的綠豆預熟化技術,能夠在不影響綠豆完整形態(tài)的前提下,盡可能多地保留其活性成分并實現(xiàn)快速熟化,旨在為進一步提升綠豆食用品質(zhì)和綜合利用提供依據(jù)。

1 綠豆的預熟化工藝

張桂芳等[4]通過對預熟化工藝進行比較全面的研究,確定了綠豆的浸泡、蒸制和微波干燥技術加工速熟綠豆的工藝及參數(shù),其加工的速熟綠豆含水量低,復水性較好且產(chǎn)品的感官指標均良好。張桂芳等[5]、鞏僖等[6]創(chuàng)新性地在浸泡和干燥階段之間加入冷凍工藝,可以維持淀粉糊化后的α-型狀態(tài),并通過迅速干燥失水使α-型得到固定,利用低溫貯藏和降低水分的方式來延緩和阻止綠豆中淀粉的老化,以達到縮短熟化時間的目的。喬筱童[7]采用相對溫和的低壓蒸煮工藝,對比了熱風干燥、微波干燥、熱風與微波聯(lián)合干燥3種干燥方式并確定了熱風與微波聯(lián)合干燥的最優(yōu)工藝條件,在該工藝條件下,綠豆的糊化度和感官評價最高,同時實現(xiàn)了綠豆的預熟化,達到能與大米共煮同熟的目的。

預熟化工藝分為浸泡、熟化和干燥3個序段:浸泡使水分進入豆子內(nèi)部,有助于預熟;熟化可以使綠豆縮短后續(xù)蒸煮時間;干燥則可以降低預熟后綠豆中的水分含量,延長貯藏期。在浸泡方面的關注點主要集中于料水比、浸泡時間和溫度等因素[4-5]。熟化方面的加工工藝較為豐富,主要是熱處理,具體可以分為3種:濕熱處理,如蒸煮(低壓蒸煮、常壓蒸煮、高壓蒸煮);干熱處理,如烘焙、高溫流化;還有微波加熱。干燥方式主要有熱風干燥、微波干燥、熱風與微波聯(lián)合干燥等。其中微波可同時作為熟化和干燥的工藝環(huán)節(jié),如于雷等[8]、李曉蒙[9]均是將微波作為熟化工序,實現(xiàn)了綠豆的預熟化。

2 預熟化工藝對綠豆食用品質(zhì)的影響

2.1 糊化度

預熟化工藝中與食用品質(zhì)關系最為密切的就是熟化工序,其會對綠豆的糊化性、硬度、熟化時間、色澤、香味等食用品質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響。例如,蒸煮處理[10]和微波處理[11]均會造成綠豆硬度降低、糊化度升高且硬度與糊化度之間具有較強相關性。此外,孫軍濤等[12]進一步研究了高溫高壓蒸煮時,溫度對綠豆糊化度的影響,發(fā)現(xiàn)綠豆在高溫高壓蒸煮時,同一時間不同溫度下綠豆的糊化度基本相同(53%左右),但在125 ℃時下降至39%;同一溫度條件下,隨著蒸煮時間的延長,糊化度基本呈先上升后趨于穩(wěn)定的狀態(tài),與白潔等[13]的研究結果類似。同時,孫軍濤等[12]對比了兩種不同壓力的蒸煮處理對綠豆熟化時間的影響,在一定的高溫高壓條件下處理的綠豆與常溫常壓處理的結果相似,其時間更短且無需浸泡。

2.2 吸水率與膨脹度

由于綠豆堅硬的質(zhì)地,在食品加工中軟化處理是十分重要的步驟,常見的軟化方法包括浸泡、蒸煮。浸泡可以軟化綠豆的質(zhì)地,使其吸水膨脹,縮短蒸煮時間,同時也可以去除綠豆內(nèi)的單寧、植酸等物質(zhì)。但過度的浸泡會導致綠豆中營養(yǎng)物質(zhì)流失[14]。不同的浸泡方式(超聲和微波輔助浸泡、化學法輔助浸泡和酶法輔助浸泡)以及不同的預熟化處理(常壓蒸煮、高壓蒸煮和微波),隨著浸泡時間的延長和溫度的提高,通常伴隨著質(zhì)量、體積的增加,同時吸水率也呈不斷上升的趨勢,直至飽和[11,15]。

2.3 感官評分

預熟化工藝對綠豆感官評分的評價因素主要是色澤、外觀、氣味。有研究[11,16]表明,隨著處理參數(shù)的增加,綠豆的種皮顏色逐漸加深,色澤逐漸變暗,這與美拉德反應以及種皮色素的遷移有關;外觀通常出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象,嚴重的出現(xiàn)開花現(xiàn)象,例如常壓和高壓蒸汽處理[11];在氣味方面,處理參數(shù)的增加,往往伴隨著濃郁的豆香味出現(xiàn)。

2.4 質(zhì)構特性

質(zhì)構特性能夠間接反映綠豆的感官品質(zhì)以及糊化度,直接反映了綠豆的食用品質(zhì)。經(jīng)不同方式處理的綠豆在質(zhì)構特性方面具有相似性。經(jīng)處理后的綠豆,通常硬度、黏性以及咀嚼性會下降至接近米飯的程度,遠小于原料綠豆,而黏著性和彈性則大于原料綠豆[7,9,17]。

3 預熟化工藝對綠豆成分的影響

3.1 營養(yǎng)成分

3.1.1 水分 綠豆經(jīng)過預熟化的浸泡、熟化、干燥處理后,其水分含量變化最為明顯:浸泡18 h后水分達到50%[18],熟化工序中水分標準為7%～10%[19],干燥至水分≤6%[5]。王英等[19]研究了不同微波干燥條件(微波時間及微波火力)對綠豆中水分含量的影響,結果表明,在其他因素不變的條件下,綠豆中的水分含量隨微波時間的延長和微波火力的增大而減少。但是水分在不同階段的規(guī)律表現(xiàn)會對谷物造成基本成分、淀粉糊化以及后續(xù)貯藏等不同的影響。例如,在高溫高壓處理中,同一溫度條件下,隨著處理時間的延長,當溫度過高,體系內(nèi)的水分蒸發(fā)速率會大于水分吸收,不利于其吸水膨脹,導致淀粉糊化度下降。說明當樣品體系內(nèi)吸水速率下降時,糊化度會因此受到影響[12];水分在干燥過程中會形成水分梯度,導致谷物內(nèi)部形成壓力,產(chǎn)生縫隙,這些縫隙便會成為水分進入原料內(nèi)部的通道,在適當?shù)奶幚碇惺辜毎麅?nèi)的淀粉、蛋白質(zhì)等成分更易溶出,品質(zhì)得到改善[20];此外,水分含量會影響樣品貯藏期間的呼吸代謝及微生物生長,進而影響樣品的硬度和食用品質(zhì),因此,經(jīng)浸泡—熟化處理后的綠豆通常需要進一步干燥[21],在干燥過程中,樣品內(nèi)的水分大量蒸發(fā),降低體系內(nèi)的水分含量,從而提高樣品的貯藏穩(wěn)定性[22]。因此在預熟化過程中,水分的存在至關重要,不僅會影響綠豆基礎營養(yǎng)成分的析出和釋放,也會影響綠豆熟化的程度和熟化后產(chǎn)品的貯藏。

3.1.2 蛋白質(zhì) 綠豆中的蛋白質(zhì)含量較高為21%～27%,所得蛋白與動物蛋白相比具有可持續(xù)、健康的優(yōu)點,并具有刺激神經(jīng)系統(tǒng)、促進腸胃蠕動的作用[23]。在不同的加工方式下,其內(nèi)在蛋白質(zhì)組分和功能性質(zhì)會發(fā)生一定變化。對比干熱處理和濕熱處理對蛋白結構的影響發(fā)現(xiàn),干熱處理后綠豆蛋白的β-折疊結構含量顯著增加,α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角結構則相反[24];而濕熱處理后蛋白二級結構中的β-折疊含量顯著降低,α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角含量則顯著增加[25]。在綠豆功能性質(zhì)方面,張舒等[24,26]分析了焙烤、蒸制和煮制3種熱處理對綠豆持水性、持油性、起泡性、溶解性、乳化性等性質(zhì)的影響,3種方式均會改善綠豆蛋白的功能性質(zhì),其中最優(yōu)處理為焙烤,其次為蒸制和煮制。Mubarak[27]研究表明,綠豆蛋白的氨基酸結構與大豆蛋白相當,同時脫殼、浸泡、蒸煮以及微波處理均可提高綠豆的蛋白質(zhì)功效。但由于其烹飪難的特點,開發(fā)利用仍不完全,因此Brishti等[28]對綠豆進行適當條件的高溫擠壓后,其蛋白物理性質(zhì)(膨脹比、容重、復水率、吸水能力等)均得到了理想的改變,同時顯微結構沿剪切流動方向排列,部分蛋白質(zhì)結構展開,氨基酸保留率較高,優(yōu)化后的綠豆蛋白作為肉類補充劑具有很強的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.1.3 淀粉 綠豆中的總淀粉含量約為40.6%～48.9%,其中直鏈淀粉占總淀粉的12.5%～35.4%[23]。劉紫薇等[29]采用傳統(tǒng)的常壓煮制方法處理綠豆,研究了煮制時間和綠豆淀粉的關系,表明二者之間成反比,即隨著煮制時間的延長,綠豆中的總淀粉和直/支鏈淀粉含量以及膨脹度均呈下降趨勢,而溶解度呈上升趨勢。

目前綠豆淀粉深加工方面的研究較為廣泛,同時綠豆中提取出的抗性淀粉(RS)熱穩(wěn)定良好,不為人體提供熱量,可以作為新型功能性食品的配料[30-31]。研究發(fā)現(xiàn),濕熱處理[32-35]和干熱處理[36]會對綠豆的淀粉結構產(chǎn)生相反的影響,在濕熱處理中,淀粉的結晶度和有序性均降低,而干熱處理的則相反,相同的是兩種處理方式均增加了綠豆淀粉對酶消化的抵抗能力。這與兩種處理方式對綠豆蛋白結構的影響有相似性。此外,也有研究[34]表明,綠豆中抗性淀粉含量的增加與濕熱處理的時間、溫度及水分含量有關,同時也與濕熱處理后綠豆中直鏈淀粉含量有關。Li等[37]研究了超高壓(UHP)糊化對綠豆重結晶過程的影響,發(fā)現(xiàn)超高壓糊化后的淀粉顆粒經(jīng)老化處理可再生為C型結晶結構,且隨著老化時間的延長,顆粒的透光率逐漸降低,抗性淀粉含量逐漸增加。綜上,濕熱處理、微波處理和超高壓處理均對綠豆抗性淀粉含量有所增加,對淀粉結構存在不同的影響,或可影響淀粉消化率,尤其是濕熱處理可以降低綠豆淀粉的消化率。

3.2 活性成分

3.2.1 酚酸類 綠豆中的酚酸類物質(zhì)主要包括原兒茶酸、沒食子酸、阿魏酸等[38]。酚酸類物質(zhì)不穩(wěn)定,浸泡—熟化工藝均會對綠豆中的酚酸類物質(zhì)產(chǎn)生影響。劉婷婷[39]分析發(fā)現(xiàn),大部分豆類中的酚類物質(zhì)在浸泡過程中顯著降低,只有綠豆中的總酚含量顯著增加(增加了23.17%)。李然等[40]認為長時間浸泡會使綠豆籽粒的活化活動開始,大量水分進入籽粒內(nèi)部開始參與已存在酶的活化和新酶的合成,結合型酚類物質(zhì)釋放,從而導致總酚含量升高,可解釋綠豆酚類物質(zhì)提高的現(xiàn)象。同時,浸泡過程可引發(fā)萌發(fā),李麗等[41]、張小慧等[42]對比了萌發(fā)過程綠豆和赤小豆的根、胚、皮和莖中總酚酸和總黃酮含量,4個部位中表皮的總酚酸和總黃酮含量最高。在熟化工藝中,Valmor等[43]研究了蒸煮加工對綠豆酚酸類化合物含量的影響,結果顯示,綠豆中的酚酸類化合物總含量與蒸煮時間成反比,即蒸煮時間越長,酚酸類含量越少,表明酚酸類物質(zhì)受熱易分解。綜上,綠豆酚酸類物質(zhì)在浸泡過程中的含量增加以及蒸煮后又受熱分解的規(guī)律,可為后續(xù)綠豆酚酸的利用提供思路。

3.2.2 黃酮類 綠豆中含有豐富的黃酮類物質(zhì),其中牡荊素和異牡荊素頗具代表性,分別占綠豆總黃酮含量的51.99%和45.42%[23]。王雪等[44]采用遠紅外線低溫烘焙,經(jīng)溫度130 ℃,時間180 min預熟化處理后的綠豆具有良好的感官特性,且處理后的牡荊苷含量[(0.047±0.002)%]和異牡荊苷含量[(0.036±0.001)%]較處理前無明顯變化,說明低溫烘焙是適宜綠豆干燥熟化的一種加工方法,可避免高溫對綠豆中活性成分的破壞。

在不同的加工處理中,綠豆中的黃酮類物質(zhì)含量會發(fā)生不同變化。在對比浸泡和蒸煮處理時發(fā)現(xiàn),蒸煮處理造成黃酮類物質(zhì)的流失更嚴重[39],且煮制液中的黃酮含量隨煮制溫度和時間的升高而升高,在達到峰值后開始下降,在最佳工藝條件下不同品種綠豆的煮制液中黃酮含量分別為1.82,1.77 mg/g[45],與張桂芳等[46]的研究結果相似。綜上,綠豆中的黃酮類物質(zhì)在預熟化工藝的浸泡和蒸煮階段受影響程度差異較大,且在蒸煮過程中會流失到煮制液中,可為后續(xù)綠豆飲料的開發(fā)提供一種思路和數(shù)據(jù)支撐。

3.2.3γ-氨基丁酸γ-氨基丁酸(GABA)是動物和人體內(nèi)常見的一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì),具有降血壓、安眠等多種功能[47]。綠豆中GABA的研究主要集中在發(fā)芽前后含量對比[48-49]以及發(fā)芽富集技術[50]。針對預熟化工藝對GABA含量的影響研究較少,其中Ma等[51]對綠豆進行蒸煮、焙烤、微波等直接處理,處理后綠豆中的GABA含量均高于原料;浸泡后綠豆中的GABA含量顯著提高,由1.59 mg/100 g DW上升到32.33 mg/100 g DW,但有7.00%的GABA分布在浸泡后的溶液中,經(jīng)蒸煮處理后GABA含量比浸泡時有所降低,且煮制的綠豆樣品中有51.76%～62.75%的GABA被釋放至煮制液中,這與GABA的水溶性有關。因此,浸泡是提高綠豆GABA含量的有效措施,而蒸煮則會降低綠豆中GABA含量,原因是蒸煮過程中GABA被釋放至煮制液中。

4 結論及展望

盡管目前對綠豆預熟化工藝的研究較為廣泛,但是主要的關注點仍然是工藝參數(shù)的優(yōu)化以及工藝對蛋白質(zhì)、淀粉的影響等方面,而對于預熟化方式對綠豆功能因子的影響研究關注較少。除了常規(guī)的浸泡、蒸煮等預熟化工藝外,目前只有少數(shù)科研人員分別在高溫流化、低壓蒸煮、微波膨化等方面做出了嘗試,且這些嘗試主要是關于與大米的共煮同熟,更多關注的是產(chǎn)品研發(fā),尚需要更系統(tǒng)、深入地圍繞綠豆尤其是其微觀結構、熱力學特性和糊化特性等機理方面的影響進行研究,通過提高綠豆的品質(zhì)進而提高綠豆的利用率。

谷春梅等[52]研究了蒸汽爆破技術對紅豆和綠豆中多酚含量的影響,與對照組相比,經(jīng)0.5 MPa,60 s爆破處理后的綠豆樣品中總酚和總黃酮含量最高(分別為4.57,3.0 mg/g);經(jīng)處理(0.75 MPa,60 s)后,紅豆中的總酚和總黃酮含量分別為4.66,3.07 mg/g,其中綠豆和紅豆中的黃酮含量分別為對照組的1.74,2.32倍。這可能是因為在爆破加工過程中,原料微孔擴張,整體形態(tài)發(fā)生變化,物理、化學結構被破壞,形成大量碎片物質(zhì),增加了原料中活性成分與溶劑的接觸面積,有利于活性成分的提取。而蒸汽爆破技術原理是高溫高壓使通入的水變?yōu)檎羝M入物料內(nèi)部,瞬間釋壓后,在熱反應和機械斷裂作用下,使原料組分分離和結構改變,從而促進有效成分溶出,提高內(nèi)容物之間的相互接觸[53],使綠豆提前熟化成為一種可能。因此,后續(xù)研究可以將蒸汽爆破技術與綠豆的預熟化工藝相結合進行驗證。同時,可考慮將現(xiàn)有成熟的、新型的食品加工技術運用于雜豆的預熟化,通過改善食用品質(zhì)、靶向功能因子、減少功效損失、提高效率等方面拓展精準預熟化雜豆工藝途徑,為雜豆食用方式引入新的思路,滿足新時代人們健康消費理念和快節(jié)奏生活需求。