不同热处理对绿豆组分及功能特性的影响

曹 菲,汪 磊,陈 洁,许 飞,谢亚敏

河南工业大学 粮油食品学院,河南省面制品主食工程技术研究中心 ,河南 郑州 450001

绿豆又名青小豆,在我国的主要种植区域为黄淮流域及东北地区,已有2 000多年的种植和食用历史。绿豆不仅有清热解毒之功效,还有很好的抗菌抑菌作用,同时可以起到降血脂等疗效[1]。绿豆主要成分包括淀粉、蛋白质和膳食纤维等,与大豆、黑豆等豆科种子相比,其脂肪含量相对较低,通常为1.5%～2.0%,其中不饱和脂肪酸含量为61.82%,亚油酸含量最高[2]。绿豆中脂肪氧化酶(LOX)等氧化酶活力较高,LOX在原料及产品储藏过程中容易与亚油酸等底物发生酶促氧化反应,产生醛类、酮类和醇类等产物;过氧化物酶(POD)能催化包括H2O2等过氧化物在内的氧化还原反应,生成醛类、酮类、酸类等挥发性物质,两种氧化酶的存在不仅会造成绿豆品质的劣变,也会对其风味产生负面的影响[3]。

热处理是一种便捷高效的物理方法,因其能够破坏酶的稳定结构使酶失活,被广泛用于谷物的稳定化处理。其中,煮制处理作为一种传统的热加工方式,在达到灭酶效果的同时可以有效去除豆腥味。刘战丽等[4]通过沸水煮制降低绿豆中LOX活性并达到脱腥的目的。刘春燕[5]采用90 ℃烫漂方式对绿豆芽中的POD进行灭活,发现随着烫漂时间的延长,其酶活力明显下降。过热蒸汽处理则是以热饱和蒸汽作为热量输送媒介,在快速通过物料表面的同时,与物料进行热交换以达到灭酶的目的。多酚类化合物主要包括酚酸类和黄酮类等,热加工通常会导致酚类物质降解,影响其稳定性,从而改变酚类化合物含量和结构性质,此外,热处理也会对绿豆糊化及功能特性造成一定影响。

近年来,绿豆在食品中的应用越来越广泛,目前关于绿豆的研究多集中在淀粉、蛋白及其产品开发等方面,前期热处理工艺对绿豆稳定性影响的研究较少。基于此,作者通过采用两种短时热处理方式(煮制、过热蒸汽)对绿豆进行处理,探究热处理对其基本理化指标、氧化酶活性、总酚和总黄酮含量、糊化特性及功能特性的影响,并探究指标间的相互影响规律,在最大程度降低氧化酶活性的同时,使其营养品质和功能性质得到保留甚至提高,为后期绿豆在各类食品中的应用提供可靠的数据和理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

绿豆:一级明绿豆,产地辽宁省沈阳市。无水乙醇、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、吐温20、亚油酸、愈创木酚、氢氧化钠、过氧化氢、盐酸、福林酚、芦丁标准品、95%乙醇:分析纯,麦克林生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

TU-1810紫外可见分光光度计:北京普析通用仪器有限公司;TDL-50B离心沉降机:上海安亭科学仪器厂;RVA-TechMaster快速黏度分析仪:瑞典Perten公司;SIGMA 3K15离心机:北京五洲东方科技发展有限公司;HH-S恒温水浴锅;金坛市医疗仪器厂;过热蒸汽设备:自制。

1.3 试验方法

1.3.1 煮制处理

将绿豆和蒸馏水按1∶8 (g/mL)分别在沸水中煮60、80、100、120 s,热风干燥5 h后磨粉,过80目筛。未处理样品记为KB,处理后的样品分别记为BL60、BL80、BL100、BL120。

1.3.2 过热蒸汽处理

称取50 g绿豆于过热蒸汽设备进料系统中,蒸汽流量22 m3/h,分别在160、180 ℃处理30、40 s,取出后将绿豆磨粉,过80目筛。处理后的样品分别记为SS160-30、SS160-40、SS180-30、SS180-40。

1.3.3 基本理化指标的测定

水分含量测定参照GB 5009.3—2016;粗蛋白含量测定参照GB 5009.5—2016;粗脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016;淀粉含量测定参照GB 5009.9—2016;游离氨基酸含量测定参照GB/T 22492—2008。

1.3.4 脂肪氧合酶活性的测定

脂肪氧合酶活性的测定参照张楠等[6]的方法。将亚油酸底物和粗酶提取液快速振荡混匀,倒入比色皿中在234 nm下比色,记录3 min内吸光度的变化。计算脂肪氧合酶活性[7]。

(1)

式中:U为酶活力,U/g;ΔA1为样品吸光度变化量;ΔA2为灭酶后吸光度变化量;Vt为反应总体系的体积,mL;Vs为酶液体积,mL;t为反应时间,min;Vr为粗酶提取液总体积,mL;m为样品质量,g。

1.3.5 过氧化物酶活性的测定

过氧化物酶活性的测定参照Jiang等[8]的方法。将愈创木酚作为反应底物,与粗酶提取液快速振荡混匀,倒入比色皿中在470 nm下比色,记录3 min内的吸光度变化量。计算过氧化物酶活性,公式(2)的字母说明同公式(1)。

(2)

1.3.6 总酚含量的测定

总酚含量的测定参照Hogan等[9]的方法,以没食子酸为标准品,绘制标准品质量浓度和吸光度标准曲线,线性回归方程为y=0.007 3x-0.002 9,R2=0.990 9,根据标准曲线计算样品的总酚含量,其中:x为没食子酸质量浓度,mg/L;y为吸光度。

1.3.7 总黄酮含量的测定

总黄酮含量的测定参照Lee等[10]的方法,以芦丁为标准品,绘制标准品质量浓度和吸光度标准曲线,线性回归方程为y=0.001 9x-0.007 4,R2=0.997 0,根据标准曲线计算样品的黄酮含量,其中:x为芦丁标准品质量浓度,mg/L;y为吸光度。

1.3.8 糊化特性的测定

参照GB/T 14490—2008《粮油检验谷物及淀粉糊化特性测定 黏度仪法》测定。

1.3.9 吸水性指数和水溶性指数的测定

绿豆吸水性和水溶性指数的测定参照Singh等[11]的方法。准确称取2.5 g绿豆粉(质量m0)于已知恒重的塑制离心管(质量m1)中,加入25 mL三级水,将样品充分振荡至悬浮液状态,在25 ℃水浴下加热30 min,4 000 r/min离心15 min,取上清液倒入已知恒重的铝盒(质量m2)中,置于105 ℃烘箱中烘干至恒重(m3),记录离心管和沉淀质量(m4)。计算吸水性和水溶性指数:

(3)

(4)

1.3.10 持水性和持油性的测定

准确称取2.0 g绿豆粉放入50 mL塑制离心管中,记录总质量为m1,加入30 mL三级水,充分振荡混匀后,将离心管置于水浴锅中沸水浴15 min,冷却至室温后6 000 r/min离心15 min,弃去上层清液,称沉淀和离心管质量,记作m2。计算绿豆持水性:

(5)

准确称取5.0 g绿豆粉放入50 mL塑制离心管中,记录总质量为m3,加入30 mL大豆油,充分振荡混匀后,将离心管置于水浴锅中沸水浴15 min,离心管冷却至室温后3 000 r/min离心15 min,弃去上层大豆油,称沉淀和离心管质量记作m4。计算绿豆持油性:

(6)

1.4 数据分析

每个指标测定3次,采用SPSS 21对数据进行显著性分析(P<0.05),采用Origin 2019绘制图表。

2 结果与分析

2.1 热处理对绿豆基本理化指标的影响

由表1可知,与未处理绿豆相比,煮制处理并烘干后的绿豆水分含量显著下降(P<0.05),而粗脂肪、粗蛋白、淀粉及游离氨基酸含量均没有明显变化。原因可能是:煮制时间较短,对绿豆基本理化指标未能造成明显影响;绿豆外皮层及细胞壁的存在对蛋白、脂肪和淀粉等大分子有一定的保护作用,会减少其裂解的程度。庄柯瑾等[12]对豌豆分别进行煮制和蒸制处理,发现其淀粉和蛋白含量同样均无显著性变化。过热蒸汽处理后绿豆水分、粗脂肪含量及淀粉含量略有下降,粗蛋白及游离氨基酸含量基本没有变化,同样,邓家汶[13]采用过热蒸汽对青稞进行处理,发现其水分及粗脂肪含量与未处理样品相比显著下降,而粗蛋白含量无明显改变。原因可能是过热蒸汽处理温度较高,导致水分散失以及粗脂肪的部分分解,而高温虽会导致绿豆蛋白变性,但绿豆中粗蛋白含量未见显著变化。

表1 热处理对绿豆理化特性的影响

2.2 热处理对LOX和POD活性的影响

由图1(a)可知,绿豆经煮制处理后两种酶的活性均降低,处理60 s时两种氧化酶的活性开始大幅下降,LOX和POD活性分别下降87.23%、77.42%,处理时间延长至80 s时LOX活性下降98.13%,POD未能检出。李初英等[14]发现毛豆经92～100 ℃的热水漂烫80～100 s,LOX酶活力明显丧失。由图1(b)可知,绿豆经过180 ℃热蒸汽处理40 s后两种氧化酶LOX和POD的活性分别下降57.94%和16.12%,相较于煮制处理,其对酶的抑制效果较差。POD活性相较于未处理绿豆甚至有所升高,这可能是因为绿豆水分活度较高,导致酶被激活[15]。从LOX和POD的酶活变化趋势来看,相较于提高过热蒸汽温度,延长处理时间对酶活性的抑制作用更为明显。通过两种热处理方式对比,发现煮制处理的灭酶效果更加明显,且煮制80 s两种酶(LOX、POD)均基本完全失活。

2.3 热处理对绿豆总酚和总黄酮含量的影响

由图2可知,绿豆经煮制处理后总酚含量无显著性变化,总黄酮含量则略有下降。植物中多酚常与细胞壁多糖通过共价键连接,蒸煮、挤压等热处理可以通过破坏共价键达到多酚类物质的释放[16-17],煮制处理后绿豆中总酚含量无明显变化的原因可能是多酚类物质的释放抵消了因降解、溶解及聚合反应所导致的多酚化合物含量降低的影响。煮制处理后总黄酮含量的降低可能与其在水中的溶出以及高温对黄酮结构的破坏有关,商珊等[18]研究发现煮制处理导致薏米中黄酮含量下降,认为沸水煮制增加了黄酮向外渗透的速率,使大量黄酮溶入热水而丢失。而过热蒸汽处理后总酚含量无明显变化,一方面是因为高温破坏了多酚的稳定结构,另一方面可能是过热蒸汽处理提高了多酚物质的提取率,Wu等[19]研究发现过热蒸汽处理能够显著提高轻碾米的总酚提取率。过热蒸汽处理后总黄酮稍下降,黄酮作为热敏性成分,其在热处理过程中很容易被降解,李孟佳等[20]对比炒制、微波和过热蒸汽处理对青稞籽粒中黄酮的影响,发现3种热处理均导致黄酮含量下降,过热蒸汽影响程度最小。通过对两种热处理方式对比,发现热处理后绿豆总酚含量均无显著变化,总黄酮含量则略有降低,表明合理选择热处理方式、降低热处理温度和缩短时间可在一定程度上较好保留生物活性成分。

注:不同字母表示差异显著(P<0.05)。图3和图4同。

2.4 热处理对绿豆糊化特性的影响

由表2可知,绿豆经煮制处理后糊化温度、峰值时间、最终黏度及回生值均显著降低,崩解值升高,表明样品更容易糊化,与水结合能力增强,冷糊稳定性也增加,样品不易老化,耐剪切性变差,热糊稳定性下降。李永富等[21]研究发现红小豆经煮制处理后,其最终黏度及回生值均显著下降。与原绿豆粉相比,过热蒸汽处理对绿豆的糊化特性影响不明显,可能是因为处理时间短,且热传导速度较慢,样品从过热蒸汽室中取出后温度骤降,热量未能及时传导至样品内层,故对糊化特性影响较小[3]。通过两种热处理方式对比,煮制处理的绿豆糊化特性发生明显改变,而过热蒸汽处理的绿豆糊化特性变化不明显,性质较为稳定。

表2 热处理对绿豆粉糊化特性的影响

2.5 热处理对绿豆功能特性的影响

2.5.1 吸水性指数和水溶性指数

由图3可知,两种热处理方式对绿豆粉吸水性和水溶性指数均有一定影响。与原绿豆粉相比,随着煮制时间的延长,吸水性指数逐渐升高但趋势不明显,这一变化可能与煮制处理所导致的淀粉糊化以及粗纤维水解膨胀有关[22],淀粉部分糊化使淀粉微晶束解体以及淀粉分子内氢键断裂使得淀粉结构变得疏松,导致水结合能力增强[23];水溶性指数与绿豆粉中可溶性物质的含量及其溶解度有关,溶解度越好,可溶性物质含量越高,水溶性指数也就越高[24],煮制后绿豆粉的水溶性指数呈明显的上升趋势,最大升高36.7%。与原绿豆粉相比,过热蒸汽处理对吸水性指数没有太大影响, 水溶性指数则最大升高34.4%,煮制和过热蒸汽处理均导致水溶性指数显著升高,原因可能是高温破坏了淀粉等大分子的结构,导致了小分子物质溶出。煮制处理后绿豆吸水性指数有一定提高,过热蒸汽处理对吸水性指数的影响不明显,但经两种方式热处理后水溶性指数均有明显提高,表明煮制和过热蒸汽处理在一定程度上提高了绿豆粉的水合特性,且综合来看,煮制处理效果更加明显。

图3 热处理对绿豆吸水性和水溶性指数的影响

2.5.2 持水性和持油性

由图4可知,绿豆经煮制处理后持水性显著升高(P<0.05),可能是因为内部结构被破坏,导致亲水基团暴露,增强了绿豆粉与水的结合能力。Benmeziane-Derradji等[25]发现扁豆持水性的类似增强效果,是因为蛋白质变性暴露了更多的亲水位点,增强了水的结合、淀粉胶化和粗纤维的膨胀。煮制处理后样品持油性也有明显升高趋势,可能是因为细胞形态受损,在一定程度上增加了样品与油结合的能力。张舒等[26]对绿豆分别进行蒸制和煮制处理,发现两种处理绿豆蛋白的持水性、持油性均随处理时间延长有一定提高。过热蒸汽处理对绿豆粉的持水性影响较小,但也有一定程度升高,这可能与处理后绿豆粉水分含量降低所导致的吸水性增强有关;过热蒸汽处理后持油性显著提高(P<0.05),可能是由于绿豆粉孔隙率和孔径变大所致,持油性的增加意味着能够更好地保留甚至提高食物的口感。对比两种方式认为煮制效果要好于过热蒸汽处理。

图4 热处理对绿豆持水性和持油性的影响

2.6 相关性分析

由表3可知,绿豆糊化特性指标与吸水性指数、持水性之间有较明显的相关性,其中糊化温度与吸水性指数(r=-0.860)呈显著负相关(P<0.05),与持水性(r=-0.961)呈极显著负相关(P<0.01),峰值时间、最终黏度和回生值均与吸水性指数(r=-0.919、-0.973、-0.961)、持水性(r=-0.979、-0.918、-0.950)呈极显著负相关(P<0.01),峰值黏度与吸水性指数(r=0.808)呈显著正相关(P<0.05),与持水性(r=0.894)呈极显著正相关(P<0.01),崩解值与吸水性指数(r=0.946)、持水性(r=0.928)均呈极显著正相关(P<0.01)。

表3 热处理对绿豆糊化特性和功能特性指标相关性分析

3 结论

对比分析煮制和过热蒸汽两种热处理方式对绿豆两种氧化酶(LOX、POD)活性、总酚及总黄酮含量、糊化特性和功能特性的影响,得到以下结论:煮制处理明显降低了绿豆中LOX和POD活性,总酚和总黄酮含量变化不明显,糊化特性发生明显改变,表明其冷糊稳定性增强、淀粉不易老化,功能特性指标均显著提高(P<0.05),表明其油水结合能力增强;过热蒸汽对绿豆两种酶的灭活效果较差,对总酚及总黄酮含量影响较小,糊化特性、吸水性指数和持水性无明显变化,水溶性指数和持油性显著升高(P<0.05)。对热处理绿豆糊化特性及功能特性进行相关性分析发现,吸水性指数、持水性与糊化特性指标相关性较明显。综合以上结果认为煮制处理80 s已经达到较好的灭酶效果,同时其生物活性成分下降不明显,糊化特性显著提高,功能特性得到改善。后期可对煮制处理后的绿豆进行产品的应用和加速储藏试验,并以未处理绿豆作为对照,验证该处理对绿豆制品储藏期间脂质酸败反应的抑制效果。