绿豆预熟化工艺及品质研究进展

曲美霖 胡俊君 程 哲 李云龙

绿豆作为中国主要的食用豆类之一,兼具药食两用的性质,含有丰富的蛋白质、膳食纤维、多种维生素、钙、磷、铁、黄酮类化合物、生物碱、豆固醇等物质,具有解毒、降血脂、抗氧化等保健功能。绿豆既是调节饮食的佳品,又是食品工业的重要原料,还是防病治病之良药[1-2]。但是由于结构致密、皮层紧密、吸水性较差以及颗粒大小等差异,致使绿豆蒸煮耗时较长、口感粗糙,不适应现代社会越来越快的生活节奏,消费者尤其是年轻一代的接受程度低[3]。研究拟针对绿豆在预熟化工艺及品质研究方面展开梳理讨论,分析各种工艺对绿豆营养及活性成分等的影响,以期在现有的研究基础上寻找出一种适宜有效的绿豆预熟化技术,能够在不影响绿豆完整形态的前提下,尽可能多地保留其活性成分并实现快速熟化,旨在为进一步提升绿豆食用品质和综合利用提供依据。

1 绿豆的预熟化工艺

张桂芳等[4]通过对预熟化工艺进行比较全面的研究,确定了绿豆的浸泡、蒸制和微波干燥技术加工速熟绿豆的工艺及参数,其加工的速熟绿豆含水量低,复水性较好且产品的感官指标均良好。张桂芳等[5]、巩僖等[6]创新性地在浸泡和干燥阶段之间加入冷冻工艺,可以维持淀粉糊化后的α-型状态,并通过迅速干燥失水使α-型得到固定,利用低温贮藏和降低水分的方式来延缓和阻止绿豆中淀粉的老化,以达到缩短熟化时间的目的。乔筱童[7]采用相对温和的低压蒸煮工艺,对比了热风干燥、微波干燥、热风与微波联合干燥3种干燥方式并确定了热风与微波联合干燥的最优工艺条件,在该工艺条件下,绿豆的糊化度和感官评价最高,同时实现了绿豆的预熟化,达到能与大米共煮同熟的目的。

预熟化工艺分为浸泡、熟化和干燥3个序段:浸泡使水分进入豆子内部,有助于预熟;熟化可以使绿豆缩短后续蒸煮时间;干燥则可以降低预熟后绿豆中的水分含量,延长贮藏期。在浸泡方面的关注点主要集中于料水比、浸泡时间和温度等因素[4-5]。熟化方面的加工工艺较为丰富,主要是热处理,具体可以分为3种:湿热处理,如蒸煮(低压蒸煮、常压蒸煮、高压蒸煮);干热处理,如烘焙、高温流化;还有微波加热。干燥方式主要有热风干燥、微波干燥、热风与微波联合干燥等。其中微波可同时作为熟化和干燥的工艺环节,如于雷等[8]、李晓蒙[9]均是将微波作为熟化工序,实现了绿豆的预熟化。

2 预熟化工艺对绿豆食用品质的影响

2.1 糊化度

预熟化工艺中与食用品质关系最为密切的就是熟化工序,其会对绿豆的糊化性、硬度、熟化时间、色泽、香味等食用品质产生不同程度的影响。例如,蒸煮处理[10]和微波处理[11]均会造成绿豆硬度降低、糊化度升高且硬度与糊化度之间具有较强相关性。此外,孙军涛等[12]进一步研究了高温高压蒸煮时,温度对绿豆糊化度的影响,发现绿豆在高温高压蒸煮时,同一时间不同温度下绿豆的糊化度基本相同(53%左右),但在125 ℃时下降至39%;同一温度条件下,随着蒸煮时间的延长,糊化度基本呈先上升后趋于稳定的状态,与白洁等[13]的研究结果类似。同时,孙军涛等[12]对比了两种不同压力的蒸煮处理对绿豆熟化时间的影响,在一定的高温高压条件下处理的绿豆与常温常压处理的结果相似,其时间更短且无需浸泡。

2.2 吸水率与膨胀度

由于绿豆坚硬的质地,在食品加工中软化处理是十分重要的步骤,常见的软化方法包括浸泡、蒸煮。浸泡可以软化绿豆的质地,使其吸水膨胀,缩短蒸煮时间,同时也可以去除绿豆内的单宁、植酸等物质。但过度的浸泡会导致绿豆中营养物质流失[14]。不同的浸泡方式(超声和微波辅助浸泡、化学法辅助浸泡和酶法辅助浸泡)以及不同的预熟化处理(常压蒸煮、高压蒸煮和微波),随着浸泡时间的延长和温度的提高,通常伴随着质量、体积的增加,同时吸水率也呈不断上升的趋势,直至饱和[11,15]。

2.3 感官评分

预熟化工艺对绿豆感官评分的评价因素主要是色泽、外观、气味。有研究[11,16]表明,随着处理参数的增加,绿豆的种皮颜色逐渐加深,色泽逐渐变暗,这与美拉德反应以及种皮色素的迁移有关;外观通常出现开裂的现象,严重的出现开花现象,例如常压和高压蒸汽处理[11];在气味方面,处理参数的增加,往往伴随着浓郁的豆香味出现。

2.4 质构特性

质构特性能够间接反映绿豆的感官品质以及糊化度,直接反映了绿豆的食用品质。经不同方式处理的绿豆在质构特性方面具有相似性。经处理后的绿豆,通常硬度、黏性以及咀嚼性会下降至接近米饭的程度,远小于原料绿豆,而黏着性和弹性则大于原料绿豆[7,9,17]。

3 预熟化工艺对绿豆成分的影响

3.1 营养成分

3.1.1 水分 绿豆经过预熟化的浸泡、熟化、干燥处理后,其水分含量变化最为明显:浸泡18 h后水分达到50%[18],熟化工序中水分标准为7%～10%[19],干燥至水分≤6%[5]。王英等[19]研究了不同微波干燥条件(微波时间及微波火力)对绿豆中水分含量的影响,结果表明,在其他因素不变的条件下,绿豆中的水分含量随微波时间的延长和微波火力的增大而减少。但是水分在不同阶段的规律表现会对谷物造成基本成分、淀粉糊化以及后续贮藏等不同的影响。例如,在高温高压处理中,同一温度条件下,随着处理时间的延长,当温度过高,体系内的水分蒸发速率会大于水分吸收,不利于其吸水膨胀,导致淀粉糊化度下降。说明当样品体系内吸水速率下降时,糊化度会因此受到影响[12];水分在干燥过程中会形成水分梯度,导致谷物内部形成压力,产生缝隙,这些缝隙便会成为水分进入原料内部的通道,在适当的处理中使细胞内的淀粉、蛋白质等成分更易溶出,品质得到改善[20];此外,水分含量会影响样品贮藏期间的呼吸代谢及微生物生长,进而影响样品的硬度和食用品质,因此,经浸泡—熟化处理后的绿豆通常需要进一步干燥[21],在干燥过程中,样品内的水分大量蒸发,降低体系内的水分含量,从而提高样品的贮藏稳定性[22]。因此在预熟化过程中,水分的存在至关重要,不仅会影响绿豆基础营养成分的析出和释放,也会影响绿豆熟化的程度和熟化后产品的贮藏。

3.1.2 蛋白质 绿豆中的蛋白质含量较高为21%～27%,所得蛋白与动物蛋白相比具有可持续、健康的优点,并具有刺激神经系统、促进肠胃蠕动的作用[23]。在不同的加工方式下,其内在蛋白质组分和功能性质会发生一定变化。对比干热处理和湿热处理对蛋白结构的影响发现,干热处理后绿豆蛋白的β-折叠结构含量显著增加,α-螺旋和β-转角结构则相反[24];而湿热处理后蛋白二级结构中的β-折叠含量显著降低,α-螺旋和β-转角含量则显著增加[25]。在绿豆功能性质方面,张舒等[24,26]分析了焙烤、蒸制和煮制3种热处理对绿豆持水性、持油性、起泡性、溶解性、乳化性等性质的影响,3种方式均会改善绿豆蛋白的功能性质,其中最优处理为焙烤,其次为蒸制和煮制。Mubarak[27]研究表明,绿豆蛋白的氨基酸结构与大豆蛋白相当,同时脱壳、浸泡、蒸煮以及微波处理均可提高绿豆的蛋白质功效。但由于其烹饪难的特点,开发利用仍不完全,因此Brishti等[28]对绿豆进行适当条件的高温挤压后,其蛋白物理性质(膨胀比、容重、复水率、吸水能力等)均得到了理想的改变,同时显微结构沿剪切流动方向排列,部分蛋白质结构展开,氨基酸保留率较高,优化后的绿豆蛋白作为肉类补充剂具有很强的发展潜力。

3.1.3 淀粉 绿豆中的总淀粉含量约为40.6%～48.9%,其中直链淀粉占总淀粉的12.5%～35.4%[23]。刘紫薇等[29]采用传统的常压煮制方法处理绿豆,研究了煮制时间和绿豆淀粉的关系,表明二者之间成反比,即随着煮制时间的延长,绿豆中的总淀粉和直/支链淀粉含量以及膨胀度均呈下降趋势,而溶解度呈上升趋势。

目前绿豆淀粉深加工方面的研究较为广泛,同时绿豆中提取出的抗性淀粉(RS)热稳定良好,不为人体提供热量,可以作为新型功能性食品的配料[30-31]。研究发现,湿热处理[32-35]和干热处理[36]会对绿豆的淀粉结构产生相反的影响,在湿热处理中,淀粉的结晶度和有序性均降低,而干热处理的则相反,相同的是两种处理方式均增加了绿豆淀粉对酶消化的抵抗能力。这与两种处理方式对绿豆蛋白结构的影响有相似性。此外,也有研究[34]表明,绿豆中抗性淀粉含量的增加与湿热处理的时间、温度及水分含量有关,同时也与湿热处理后绿豆中直链淀粉含量有关。Li等[37]研究了超高压(UHP)糊化对绿豆重结晶过程的影响,发现超高压糊化后的淀粉颗粒经老化处理可再生为C型结晶结构,且随着老化时间的延长,颗粒的透光率逐渐降低,抗性淀粉含量逐渐增加。综上,湿热处理、微波处理和超高压处理均对绿豆抗性淀粉含量有所增加,对淀粉结构存在不同的影响,或可影响淀粉消化率,尤其是湿热处理可以降低绿豆淀粉的消化率。

3.2 活性成分

3.2.1 酚酸类 绿豆中的酚酸类物质主要包括原儿茶酸、没食子酸、阿魏酸等[38]。酚酸类物质不稳定,浸泡—熟化工艺均会对绿豆中的酚酸类物质产生影响。刘婷婷[39]分析发现,大部分豆类中的酚类物质在浸泡过程中显著降低,只有绿豆中的总酚含量显著增加(增加了23.17%)。李然等[40]认为长时间浸泡会使绿豆籽粒的活化活动开始,大量水分进入籽粒内部开始参与已存在酶的活化和新酶的合成,结合型酚类物质释放,从而导致总酚含量升高,可解释绿豆酚类物质提高的现象。同时,浸泡过程可引发萌发,李丽等[41]、张小慧等[42]对比了萌发过程绿豆和赤小豆的根、胚、皮和茎中总酚酸和总黄酮含量,4个部位中表皮的总酚酸和总黄酮含量最高。在熟化工艺中,Valmor等[43]研究了蒸煮加工对绿豆酚酸类化合物含量的影响,结果显示,绿豆中的酚酸类化合物总含量与蒸煮时间成反比,即蒸煮时间越长,酚酸类含量越少,表明酚酸类物质受热易分解。综上,绿豆酚酸类物质在浸泡过程中的含量增加以及蒸煮后又受热分解的规律,可为后续绿豆酚酸的利用提供思路。

3.2.2 黄酮类 绿豆中含有丰富的黄酮类物质,其中牡荆素和异牡荆素颇具代表性,分别占绿豆总黄酮含量的51.99%和45.42%[23]。王雪等[44]采用远红外线低温烘焙,经温度130 ℃,时间180 min预熟化处理后的绿豆具有良好的感官特性,且处理后的牡荆苷含量[(0.047±0.002)%]和异牡荆苷含量[(0.036±0.001)%]较处理前无明显变化,说明低温烘焙是适宜绿豆干燥熟化的一种加工方法,可避免高温对绿豆中活性成分的破坏。

在不同的加工处理中,绿豆中的黄酮类物质含量会发生不同变化。在对比浸泡和蒸煮处理时发现,蒸煮处理造成黄酮类物质的流失更严重[39],且煮制液中的黄酮含量随煮制温度和时间的升高而升高,在达到峰值后开始下降,在最佳工艺条件下不同品种绿豆的煮制液中黄酮含量分别为1.82,1.77 mg/g[45],与张桂芳等[46]的研究结果相似。综上,绿豆中的黄酮类物质在预熟化工艺的浸泡和蒸煮阶段受影响程度差异较大,且在蒸煮过程中会流失到煮制液中,可为后续绿豆饮料的开发提供一种思路和数据支撑。

3.2.3γ-氨基丁酸γ-氨基丁酸(GABA)是动物和人体内常见的一种抑制性神经递质,具有降血压、安眠等多种功能[47]。绿豆中GABA的研究主要集中在发芽前后含量对比[48-49]以及发芽富集技术[50]。针对预熟化工艺对GABA含量的影响研究较少,其中Ma等[51]对绿豆进行蒸煮、焙烤、微波等直接处理,处理后绿豆中的GABA含量均高于原料;浸泡后绿豆中的GABA含量显著提高,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,经蒸煮处理后GABA含量比浸泡时有所降低,且煮制的绿豆样品中有51.76%～62.75%的GABA被释放至煮制液中,这与GABA的水溶性有关。因此,浸泡是提高绿豆GABA含量的有效措施,而蒸煮则会降低绿豆中GABA含量,原因是蒸煮过程中GABA被释放至煮制液中。

4 结论及展望

尽管目前对绿豆预熟化工艺的研究较为广泛,但是主要的关注点仍然是工艺参数的优化以及工艺对蛋白质、淀粉的影响等方面,而对于预熟化方式对绿豆功能因子的影响研究关注较少。除了常规的浸泡、蒸煮等预熟化工艺外,目前只有少数科研人员分别在高温流化、低压蒸煮、微波膨化等方面做出了尝试,且这些尝试主要是关于与大米的共煮同熟,更多关注的是产品研发,尚需要更系统、深入地围绕绿豆尤其是其微观结构、热力学特性和糊化特性等机理方面的影响进行研究,通过提高绿豆的品质进而提高绿豆的利用率。

谷春梅等[52]研究了蒸汽爆破技术对红豆和绿豆中多酚含量的影响,与对照组相比,经0.5 MPa,60 s爆破处理后的绿豆样品中总酚和总黄酮含量最高(分别为4.57,3.0 mg/g);经处理(0.75 MPa,60 s)后,红豆中的总酚和总黄酮含量分别为4.66,3.07 mg/g,其中绿豆和红豆中的黄酮含量分别为对照组的1.74,2.32倍。这可能是因为在爆破加工过程中,原料微孔扩张,整体形态发生变化,物理、化学结构被破坏,形成大量碎片物质,增加了原料中活性成分与溶剂的接触面积,有利于活性成分的提取。而蒸汽爆破技术原理是高温高压使通入的水变为蒸汽进入物料内部,瞬间释压后,在热反应和机械断裂作用下,使原料组分分离和结构改变,从而促进有效成分溶出,提高内容物之间的相互接触[53],使绿豆提前熟化成为一种可能。因此,后续研究可以将蒸汽爆破技术与绿豆的预熟化工艺相结合进行验证。同时,可考虑将现有成熟的、新型的食品加工技术运用于杂豆的预熟化,通过改善食用品质、靶向功能因子、减少功效损失、提高效率等方面拓展精准预熟化杂豆工艺途径,为杂豆食用方式引入新的思路,满足新时代人们健康消费理念和快节奏生活需求。