基于高温流化技术改良红小豆的蒸煮品质

李永富，介 敏，黄金荣，杜 艳，史 锋，陈正行

（1.江南大学食品学院，粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122； 2.江南大学 江苏省生物活性制品加工工程技术研究中心，江苏 无锡 214122； 3.青海华实科技投资管理有限公司，青海省青稞资源综合利用工程技术研究中心，青海 西宁 810016）

红小豆是一种药食同源的食物，富含蛋白质、淀粉、膳食纤维、矿物质以及植物化学物等营养功能成分，经常食用可改善人体代谢机能，特别是糖尿病患者的糖脂代谢，有益于身体健康[1]。以整粒豆蒸煮制得到的“全谷物”红小豆更多地保留了红小豆的营养物质与风味口感，为人们提供了优质的“全食物营养”食品[2]。但是红小豆等豆类种皮致密、组织坚硬、水的渗透性较差，导致子叶细胞在浸泡和蒸煮过程中无法充分水合和软化，这使得红小豆吸水困难、烹饪时间长、难煮熟[3]。另外，红小豆中蛋白质和细胞壁等物质在一定程度上会限制淀粉的吸水膨胀以及糊化[4]，经过蒸煮后淀粉仍具有一定的结晶结构，导致淀粉的糊化度低、食用品质差[5]。因此，在食用红小豆等豆类时通常需要经过长时间的浸泡才可以达到所需要的质地和口感[6]。但是，长时间浸泡不仅会造成红小豆营养物质损失、产生令人不愉悦的气味，而且耗时费力，与现代人快节奏的生活方式相悖，这严重限制了红小豆的全食消费和主食化进程。

近年来，流化技术已广泛应用于谷物干燥领域，其优点是物料与气体接触面积大、干燥速度快、温度分布均匀、热传递效率高，而且能够有效避免物料局部过热[7]。 研究表明，高温流化处理能够改变谷物淀粉的理化性质和结构特性，从而改善谷物的蒸煮特性和食用品质。Li Yongfu等[8]的研究发现高温流化使玉米发生预糊化，改变了玉米的结构和功能特性以及体外消化率，不仅改善了玉米的蒸煮食用品质而且使玉米淀粉成为更理想的慢消化淀粉来源；卜玲娟[9]、滕菲[10]和苏勋[11]等分别研究了高温流化改良糙米、黑米和发芽糙米的蒸煮食用品质，经高温流化处理后糙米、黑米和发芽糙米的吸水性能得到显著改善，煮饭时不用浸泡就能够与大米同煮同熟，蒸煮品质得到明显改善。由于红小豆的结构与谷物差别较大，更难蒸煮，目前鲜见基于与大米同煮同熟红小豆蒸煮品质改良的研究报道。

本课题组前期研究所使用的红小豆经过高温流化处理后不仅能够与大米同煮同熟，并且口感和风味良好，蒸煮品质明显改善[12]。为了探究高温流化改良红小豆蒸煮品质的机理，本实验主要从高温流化红小豆籽粒结构、淀粉糊化特性、水分行为等方面进行分析表征。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红小豆（产地黑龙江）购自无锡朝阳粮油市场有限公司；其他化学试剂（均为分析纯）购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

高温流化设备为由燃烧器和流化室组成的自制设备，燃烧器的功率为2.09×105kJ/h。流化温度为25～（280±1）℃可调，物料处理时间为15～150 s连续可调，自动定量进料，由程序逻辑控制器集成控制。

FW-100高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；HHS-11-2数显恒温水浴锅 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；RVA 4500快速黏度分析仪 澳大利亚波通公司；Quanta 200扫描电子显微镜 美国Fei 公司；Beta 2-8 LDpuls真空冷冻干燥机 德国Martin Christ有限公司；MesoMR 23-060V-1低场核磁共振成像分析仪 纽迈电子科技（上海）有限公司；CX 31显微镜 日本奥林巴斯株式会社。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

1.3.1.1 高温流化红小豆的制备

采用李永富等[12]的研究方法，设定最佳工艺参数：流化温度215 ℃、流化处理时间55 s、进料速率62 kg/h，对红小豆进行高温流化处理。

1.3.1.2 红小豆淀粉的制备

采用湿磨法提取。红小豆经过除杂筛选、清洗后，加入过量的去离子水，在室温下（25±2）℃浸泡12 h。人工手动去皮后用去离子水反复清洗，加入适量的去离子水充分磨碎打浆并过100 目筛去除残渣。待液体静置4 h后弃掉上清液，在4000 r/min的条件下离心10 min，刮除附在沉淀上层的黄色物质并用去离子水清洗沉淀，反复离心直至沉淀为白色物质。将所得沉淀进行真空冷冻干燥，得到红小豆淀粉。

1.3.1.3 蒸煮红小豆的制备

将红小豆置于过量的去离子水中，在98 ℃近沸水中进行蒸煮，分别经过0、15、30、45、60 min后取出，用吸水纸擦去红小豆表面水分备用。

1.3.2 扫描电子显微镜观察

将红小豆沿着横向中心面切开并进行真空喷金，在加速电压5 kV的条件下观察红小豆的横截面形态结构；另取少量红小豆淀粉，用双面胶固定在样品台上并进行真空喷金，在加速电压5 kV的条件下观察淀粉颗粒结构[13]。

1.3.3 光学显微镜观察

称取20 mg红小豆淀粉，加入1 mL去离子水，摇匀，使用光学显微镜放大40 倍观察淀粉颗粒。

1.3.4 糊化度的测定

将1.3.1.3节经过蒸煮处理后的红小豆进行真空冷冻干燥，磨粉过40 目筛，参考熊易强[14]的实验方法测定 糊化度。

1.3.5 糊化特性的测定

将1.3.1.3节经过蒸煮处理后的红小豆进行真空冷冻干燥，磨粉过80 目筛，按照AACC 76-21标准方法[15]对所用红小豆样品质量按照3.50 g进行校准，水分体积分数按照14%进行校准。测定程序如下：以12 ℃/min的升温速率从50 ℃加热至95 ℃，在95 ℃保持2.5 min，然后以相同的速率冷却至50 ℃，浆轮转速设定为160 r/min[16]。

1.3.6 吸水率的测定

参照Turhan等[17]测定吸水率的方法并适当改动。具体操作步骤如下：称取5.000 g的红小豆（m1）于50 mL的离心管中，加入25 mL去离子水，放置在1.3.1.3节所述的蒸煮环境（98 ℃），分别经过0、15、30、45、60 min蒸煮后，将水沥干并用吸水纸吸掉红小豆表面多余的水分，称其质量（m2），按照下列公式计算吸水率。

式中：m1表示吸水前红小豆的质量/g；m2表示吸水后红小豆的质量/g；ω表示每克红小豆中含水分的质 量/（g/g），水分含量按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》进行测定。

1.3.7 蒸煮过程中红小豆内部水分迁移与分布测定

1.3.7.1 低场核磁共振成像分析

低场核磁共振成像分析参照Lai等[18]的油浸法并适当改动。将1.3.1.3节经过蒸煮处理后的红小豆用吸水纸吸掉表面多余的水分，并将单颗红小豆转移到瓶身直径25 mm的样品瓶中，使其浸泡在植物油中。用自旋回波脉冲序列和以下参数获取核磁共振图像：

Flip angle＝90°、Refoc Flip Angle＝180°、Average＝8、TR＝2000 ms、TE＝10。最后通过伪彩处理将原始图像转换为彩色。

1.3.7.2 扫描电子显微镜观察

将蒸煮后的红小豆颗粒在液氮中快速冷冻，再进行真空冷冻干燥处理。按照1.3.2节所述的方法对干燥后的红小豆进行观察，放大160 倍。

1.3.8 红小豆米饭感官评价

称取红小豆37.5 g、精米150.0 g，分别淘洗3 次，加自来水356.2 g，于电饭煲（350 W、煮饭模式）中煮饭40 min，保温25 min，制备成红小豆米饭。选取10 名经过训练的实验员（5 名男性和5 名女性）组成感官评定小组，对红小豆米饭进行感官评价。感官评价项目包括气味、色泽、外观结构、适口性、滋味，根据感官感受进行评分，各个项目分数之和即为感官评价总分。

1.4 数据处理与分析

采用Origin软件进行数据作图处理，采用SPSS软件对数据进行ANOVA方差分析、Duncan’s多重比较，显著性差异用P＜0.05表示。每组实验重复3 次，结果采用±s表示。

2 结果与分析

2.1 高温流化处理前后红小豆横截面形态结构的变化

图 1 高温流化处理前后红小豆的横截面形态（160×）Fig. 1 Cross-sectional morphology of untreated and treated adzuki beans (160 ×)

如图1所示，原料红小豆横截面细胞呈多边形并排成紧密的网络结构，淀粉颗粒被细胞壁紧紧包围，这与白洁等[15]所观察到的结果一致。红小豆的这种结构特征使其在浸泡和蒸煮时水分难以进入内部，从而造成蒸煮困难、口感较硬等问题。经过高温流化处理之后的红小豆其致密结构被破坏，细胞间断面出现凹坑，变得粗糙，网络组织结构变得疏松，且相邻细胞间毛细孔数量和直径明显增加，这是高温流化处理过程中红小豆内部水分大量快速蒸发后所造成的。在蒸煮时，高温流化处理后所形成的这些气孔能够成为红小豆内部水分扩散的通道，使得水分更容易和淀粉分子发生水合作用，促进淀粉充分糊化[19]。这些变化对于红小豆在蒸煮过程中水分的渗透和迁移有重要的促进作用。

2.2 高温流化处理前后淀粉显微结构的变化

从图2A、B可以看出，原料红小豆淀粉颗粒绝大部分呈椭圆形或卵圆形，部分小颗粒呈圆形，颗粒表面完整光滑（表面的部分裂纹是由于淀粉提取过程中的机械外力所造成）。而经过高温流化处理后，红小豆淀粉颗粒失去原来表面光滑的椭圆形结构，而且体积进一步 变大（图2C、D）。高温流化处理时，在水和热的共同作用下，水分子进入淀粉颗粒内部，与淀粉分子链发生氢键缔合作用，淀粉局部糊化并且颗粒间相互黏结，淀粉颗粒形貌发生较大的变化。此时，红小豆淀粉颗粒吸水膨胀，淀粉颗粒内部的无定型区域和结晶区域发生变化，淀粉的形态和结构发生改变[20-21]。

图 2 高温流化处理前后红小豆淀粉的显微结构Fig. 2 Microstructure of starch granules in untreated and treated adzuki beans

2.3 蒸煮过程中红小豆糊化度的变化

图 3 蒸煮过程中红小豆的糊化度Fig. 3 Gelatinization degree of adzuki beans during cooking

糊化度也称熟化度，是指糊化淀粉量与总淀粉量的比例，与蒸煮食用品质有一定的关系。从图3中可以看出，原料红小豆的糊化度随蒸煮时间的延长呈上升趋势，当蒸煮时间为15 min时，其糊化度仅为22%；当蒸煮时间达到60 min时，其糊化度为90%。同样地，高温流化红小豆的糊化度也随着蒸煮时间的延长呈上升趋势，但是高温流化红小豆的糊化度明显高于同一蒸煮时间下原料红小豆。当蒸煮时间为15 min时，高温流化红小豆的糊化度为76%；当蒸煮时间为30 min时，其糊化度为94%，原料红小豆蒸煮60 min后才可达到相当水平。在蒸煮过程中，高温流化红小豆中所有淀粉基本全糊化，达到“全熟”的状态，高温流化处理使得红小豆在蒸煮时更易糊化。淀粉的糊化在豆类的蒸煮过程中是一个 非常重要的现象，在蒸煮时，水分子进入淀粉颗粒的内部并与淀粉分子结合，破坏其氢键，淀粉分子的结构被破坏，体积迅速膨胀。淀粉颗粒内部分子间氢键的断裂、淀粉分子的溶出，使得淀粉更易被淀粉酶水解，糊化度上升[22]。另外有研究表明，糊化度与蒸煮硬度呈负 相关[15]，糊化度越高蒸煮硬度越低，口感越好。这是因为糊化会引起细胞内部淀粉结构改变，细胞的中间薄层（胞间层）分解使其容易分离，在蒸煮时能够促进水分的渗透与迁移，这有助于蒸煮过程中硬度的降低[23]。

2.4 蒸煮过程中红小豆糊化特性的变化

快速黏度分析谱图主要用于描述淀粉的糊化特征，它能反映淀粉在连续加热或者冷却过程中黏度的变化，糊化特征值与淀粉质食物的食味品质有着密切的关系[24]。 经过高温流化处理后，红小豆的糊化黏度呈明显下降趋势。高温流化会造成淀粉糊化黏度的下降，这主要是因为热处理影响了淀粉颗粒非结晶区域分子链之间的交联作用[25-26]。回生值的降低可能是由于热处理促进了直-直链淀粉和直-支链淀粉相互作用，因此减少了直链淀粉的溢出，从而降低淀粉的回生值[27]。

表 1 蒸煮过程中红小豆的糊化特性Table 1 Gelatinization profiles of untreated and treated adzuki bean starch during cooking

如表1所示，在蒸煮过程中，前45 min内，原料红小豆的峰值黏度、崩解值、终值黏度和回生值均呈显著下降趋势（P＜0.05）；达到45 min后，其变化差异不显著（P＞0.05），这与白洁等[15]所观察到的结果一致。高温流化红小豆在前30 min内，红小豆的峰值黏度、崩解值、终值黏度和回生值均呈显著下降趋势（P＜0.05），达到30 min后，其变化不显著（P＞0.05）。另外，从整体上看，高温流化红小豆的糊化黏度低于原料红小豆。有研究表明，峰值黏度的降低与糊化度和蒸煮时间有一定的关系[28]。随着蒸煮时间的延长，糊化度越高，说明红小豆中已经糊化的淀粉含量越多，相应的未糊化的淀粉含量越少，可以提供增加黏度的直链淀粉含量 逐渐减少，所以峰值黏度随蒸煮时间延长而降低[28]。经过高温流化处理后，红小豆淀粉的刚性增强，直链淀粉在加热过程中不易析出，糊化时浸出量减少，所以糊化黏度相比原料红小豆更低[29]。红小豆淀粉在蒸煮时发生糊化，在测定糊化黏度时淀粉很难甚至不会再发生糊化，因此最终黏度偏低，相应的回生值也越低。

2.5 蒸煮过程中红小豆吸水率的变化

图 4 高温流化处理前后红小豆的吸水率Fig. 4 Water absorption rates of untreated and treated adzuki beans

如图4所示，随着蒸煮时间的延长，原料红小豆的吸水率逐渐上升。在0～30 min内，原料红小豆的吸水率上升速度缓慢。当蒸煮时间为30 min时，原料红小豆的吸水率仅为18%；在30～60 min内，原料红小豆的吸水率上升速度变快，当蒸煮时间为60 min时，吸水率上升至66.79%。经过高温流化处理之后的红小豆其吸水性能明显改善，在0～15 min内，红小豆的吸水速度迅速上升，当蒸煮时间为15 min时，吸水率已达到51.46%，与原料红小豆蒸煮45 min时的吸水率相当。当蒸煮时间为60 min时，高温流化红小豆的吸水率为90.06%，比相同蒸煮时间下原料红小豆提高34.84%。结合图1可知，高温流化处理为水分进入红小豆内部提供了通道，因此使得红小豆的吸水性能得到明显改善。

2.6 蒸煮过程中红小豆内部水分迁移与分布

图 5 不同蒸煮时间红小豆的低场核磁共振成像图Fig. 5 Low-field magnetic resonance images of untreated and treated adzuki beans during cooking

核磁共振成像技术是一种无侵入、无损伤、样品处理方式简单的技术，能够表征食物中水的流动性和水分分布，近年来广泛应用于食品领域[18]。本研究通过低场核磁共振成像技术观察红小豆在接近沸水温度中浸泡时的 水分迁移和分布。图5显示了在温度一定的条件下，经过不同浸泡时间后红小豆内部水分迁移及分布的情况，图像中的不同亮度表示整个样品中水分的分布，色度条提供了水分含量的相对比例[30]。红小豆颗粒的信号强度从蓝色（噪声级）到红色（最大值）的变化对应于水分含量从低到高的变化[31]。在浸泡初期，原料红小豆的图像几乎是蓝色的，颗粒内部含有很少的自由水。当浸泡时间达到45 min时，观察到水分开始从红小豆颗粒表面往中心区域渗入。随着浸泡时间的延长，红小豆局部的水分含量缓慢增加，但是中心区域的水分含量较低。当浸泡时间达到60 min时，原料红小豆局部水分含量较高，而中心区域仍然较低，籽粒内外之间水分分布不均匀，形成水分梯度差。而高温流化红小豆在浸泡初期，水分就开始从外部往内部扩散。当浸泡时间达到30 min时，大量的自由水已充分进入红小豆内部，并且内外水分整体分布均匀。随着浸泡时间的延长，水分继续渗入到颗粒内部，水分分布更均匀。由此可知，原料红小豆在浸泡时水分渗透速度慢，水分较难渗入到颗粒中心区域，而高温流化红小豆的水分渗透速度快，并且在颗粒内能形成均匀的水分分布。

图 6 不同处理红小豆蒸煮60 min的横截面形态（98 ℃、160×）Fig. 6 Cross-sectional morphology of adzuki beans with different treatment cooked for 60 min (98 ℃, 160 ×)

采用扫描电子显微镜观察红小豆蒸煮60 min后子叶横截面的微观结构，如图6所示，原料红小豆相邻细胞间出现一些孔洞，有部分淀粉颗粒形貌未发生大的变化，依然被包裹在细胞壁中，可以推测红小豆在烹饪时细胞壁限制了包裹在内的淀粉的吸水膨胀以及糊化过程，经过烹饪后淀粉仍具有一定的结晶结构，使得红小豆的蒸煮硬度高、淀粉糊化度低，需要长时间蒸煮才可以达到所需要的柔软度[5]。而高温流化红小豆由于淀粉发生预糊化，子叶细胞排列不再紧密、组织结构更加疏松，淀粉颗粒在浸泡过程中不断吸水膨胀，此时细胞结构明显变形，被细胞壁包裹着的淀粉颗粒逐渐暴露出来。淀粉粒之间存在大量的孔隙，这些孔隙代表了水在浸泡过程中的渗透路径[32]。

2.7 红小豆米饭感官评价

感官评定不仅是食用品质评价中最直接的主观评价方法，而且也是其他评价方法的重要依据和基础。从气味、色泽、外观、适口性和滋味5 个方面对红小豆米饭进行感官评分，结果见表2。从综合评分结果看， 原料红小豆米饭属于中级别，而高温流化红小豆米饭属于优级别。经过高温流化处理之后，高温流化红小豆除色泽与原料红小豆无显著性差异外，其他各项指标得分均显著性上升（P＜0.05）。原料红小豆在烹饪时无裂口，内部淀粉较难糊化、口感硬，并且有不愉快的豆腥味；高温流化红小豆开裂程度大，口感更加柔软，豆腥味不明显。综上，高温流化能够显著改善红小豆米饭的感官食用品质，使其更容易被消费者接受。

表 2 红小豆米饭感官评价结果Table 2 Sensory evaluation data of cooked rice with untreated or treated adzuki beans

3 结 论

本研究结果表明，高温流化处理后红小豆致密的结构变得疏松、子叶中相邻细胞间毛细孔径增大、淀粉发生预糊化，籽粒阻水结构屏障被打开；蒸煮时高温流化红小豆吸水速率较快使得淀粉糊化更彻底；高温流化红小豆籽粒内部水分迁移速度加快，水分分布更均匀；高温流化红小豆煮饭的口感风味更好。上述变化的综合作用导致红小豆蒸煮品质的显著提升。