红芸豆豆馅工艺优化及功能性糖对其品质的改良作用

张慧敏，李 丹，2，王 坤，2，贾 斌，张友良，左 锋，4

（黑龙江八一农垦大学食品学院1，大庆 163119）

（黑龙江八一农垦大学国家杂粮工程技术研究中心2，大庆 163119）

（大庆老街基农副产品有限公司3，大庆 163119）

（粮食副产物加工与利用教育部工程研究中心4，大庆 163119）

英国红芸豆蛋白质和碳水化合物含量丰富，含有人体所必需的氨基酸，是赖氨酸的优质来源［1］，被广泛应用在豆馅等传统制品中［2］。豆馅加工过程中，常用蔗糖作为甜味剂，但蔗糖的甜味和热量相对高，容易引起龋齿、肥胖、高血糖、近视等疾病，同时传统的豆馅会由于油水外渗，颜色和风味易裂变、营养品质减损、货架期短等问题造成馅料品质不佳，制约了豆馅在食品中的应用［3］。

功能性糖是一大类具有甜味且有特殊保健功能，可作为蔗糖替代品的碳水化合物，主要包括功能性糖醇、功能性低聚糖、功能性单糖、功能性多糖［4］。近年来，由于人们对健康问题的日益关注，以及与肥胖和代谢综合征有关的非传染性疾病的发病率上升，增加了对低糖或无糖添加产品的需求，导致制造商开发更健康的糖基食品替代品［5］。大豆低聚糖、低聚木糖、麦芽糖醇、菊糖除了营养和健康方面的好处外，又因具有良好的亲水性经常被用作饼干、糖果、啤酒、糕点、饮料和其他食品中的保水剂、增强剂、质构剂和稳定剂，使其增加食品的保水性等。并且4 种功能性糖不易被在肠道中消化吸收，也是高血糖和糖尿病患者等疾病的理想功能性糖的替代品［6］。在食品加工过程中，糖类分子中的亲水基团相互连接复合来实现与蛋白质、淀粉之间的相互作用，也可改变包埋在蛋白质分子中结合水的状态，取代蛋白质分子表面的结合水并与之结合，从而起到抑制蛋白质变性的作用［7］；此外，在淀粉糊化后，以双螺旋形式相互缠绕形成交叉贯穿网络骨架的直连淀粉，能够与糖类在一定条件下会依赖分子缠绕和螺旋聚集后形成凝胶，从而改善产品的特性［8，9］。目前，低甜味、低热量的新型添加剂开发已成为国内外研究热点，畑井朝子等［10］研究表明，麦芽海藻糖浆替代砂糖发现可以改善豆馅色泽，改变豆馅的粒子结构，并形成不同的风味口感。Rodriguez 等［11］研究表明，在饼干制作过程中添加菊粉，可以软化饼干使其增加甜度和保水特性。Sudha 等［12］研究表明，在面包中添加低聚糖替代蔗糖，在储藏期间可以使面包变软，改善面包的保湿性和柔软度，提高其质量特性。姚鑫淼［3］研究表明糖类及其衍生物对全豆粒馅质构特性有很大的影响，麦芽糖比蔗糖可明显提高全豆粒馅的黏着性并降低胶黏性。国内外关于在豆馅制品研究较少，多集中在海藻糖、乳糖醇、低聚木糖、糖醇等不同乳化剂对豆沙抗老化的作用研究［13，14］。

本实验以芸豆豆馅为原料，选择常见的4 种功能性糖类作为外源添加剂，比较添加蔗糖和其他4种糖类（低聚木糖、大豆低聚糖、麦芽糖醇、菊糖）对豆馅保水性、黏性和微观结构等品质特性的影响，以期减少豆馅加工存储过程中水分损失、提升产品品质，并为开发低糖豆馅产品提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

英国红芸豆，大豆低聚糖、低聚木糖、麦芽糖醇、菊糖、蔗糖（食品级，纯度＞95%）。

1.2 仪器与设备

MARS 60 可视化流变仪，NMI 低场核磁共振成像仪，SU3400 扫描电镜，CQX －620 色差仪，5417R离心机，YXQ－50A灭菌锅。

1.3 方法

1.3.1 英国红芸豆豆馅的制备

将洗干净的豆子放入高压锅中蒸煮，将蒸煮好的豆子倒入80 目的筛子研磨洗沙，重复3 ～5 次，将溶液放入离心机内离心，除去上清液，将下层样品放入80℃烘干箱中烘干至恒重，测其出沙率。

以出沙率为测定指标，探究不同蒸煮时间（10、20、30、40、50 min）、料液比（1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1∶5 g／mL）、蒸煮温度（100、105、110、115、120、125 ℃）对豆馅出沙率的影响，测试3 次，取平均值。

在单因素实验结果的基础上，选择蒸煮时间、料液比、蒸煮温度进行正交实验，以出沙率作为指标，探究豆馅最佳工艺条件，因素水平见表1。

表1 因素水平编码表

1.3.2 出沙率的测定

取20 g红芸豆放入烧杯中，在45 ℃浸泡120 min后放入锅内蒸煮30 min。将煮熟的红芸豆粒放入80目筛中研磨并洗沙，重复3 ～5 次，将溶液放入离心机内离心（4 500 r／min，10 min），除去上层清液，将下层豆沙在80 ℃烘箱中烘干至恒重。测定3 次，出沙率按式（1）计算：

式中：Y为出沙率／%；m 为豆馅质量／g；m0为供试红芸豆质量／g；x为供试红芸豆水质量分数／%。

1.3.3 不同糖样品处理

选取20 g英国红芸豆，分别添加豆子的质量分数为0%、5%、10%、15%、20%的蔗糖、大豆低聚糖、低聚木糖、麦芽糖醇、菊糖，于最佳工艺参数下进行蒸煮得到样品，备用。随后选取不同糖保水性最高的添加量样品备用。其中，以不添加糖的豆馅为空白，同时以添加蔗糖的豆馅作为对照组。

1.3.4 不同糖对豆馅保水性的影响

参照杨玲玲等［15］的方法，略有修改。称取离心管质量m0，在准确称取添加不同种类糖的豆馅质量m1（10 g），放置于离心管中，于4 ℃、4 500 r／min离心10 min。取出离心管倒置5 min，再用棉花去除表面水分，称取离心后样品质量m2。按式（2）计算保水性。

1.3.5 色差的测定

采用色差仪测定豆馅颜色。将样品压成5 mm的薄片，分别取5 处测得其L*（亮度）、a*（红色／绿色）和b*（黄色／蓝色）值。

1.3.6 低场核磁共振的测定

参照Wu等［16］的方法，略有修改。将2 g豆馅装入进样瓶中，放入核磁共振玻璃管中，直到温度被平衡到25 ℃。水分分布弛豫时间（T2）使用Q －CPMG序列进行分析。测定结束后保存数据，进行T2反演程序进行批量反演得出弛豫时间的分布情况。参数设定为：P1为15 μs，P2为30 μs；NS 为16；SF 为19 MHz；TW为3 000 ms；SW为100 kHz。

1.3.7 动态流变仪的测定

参照Zhang等［17］的方法，略有修改。利用可视化流变仪，将样品放置在25 ℃的Peltier 板上，将样品放置平板中间使样品1 cm的厚度，用20 mm平行板压在2 mm间隙处，清理多余的豆馅，然后在暴露的表面涂上硅油，以防止测量期间水分蒸发，运行后记录表征弹性和黏性的典型存储模量（G'）和损失模量（G″）。参数设定为：频率范围为0.1 ～10.0 Hz；应变2%。

1.3.8 微观结构观察

参照刘璐等［18］的方法，略有修改，将样品置于平板中，放入－80 ℃冰箱中，最后冷冻干燥和喷金，加速电压5 kV下，利用扫描电子显微镜放大2 500 倍进行观察。

1.4 数据处理

所有实验样品测定3 次，使用Origin 2018 和SiamaPlot 12.5 软件对数据进行整理作图，用SPSS 26软件进行方差分析，并采用多重比较检验均值得差异显著性（P ＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 工艺条件对豆馅出沙率的影响

2.1.1 单因素结果分析

温度、料液比、时间对豆馅出沙率影响如图1 所示。随着蒸煮温度升高，豆子吸收水的速率和数量也不断增加，淀粉颗粒充分吸收水分颗粒膨胀，淀粉糊化程度增大直至达到完全［19］，在120 ℃时达到最大，为（67.75 ±1.04）%，当温度继续升高后，体系水分挥发的速度高于淀粉吸水速率，导致淀粉糊化下降并引起出沙率下降［20］；由图1 料液比曲线可知，随蒸煮水的比例增加，豆馅出沙率先呈上升趋势，在1∶3时达到最大值为（59.04 ±0.31）%，继续增加水的比例，水分过多淀粉颗粒会在加热的作用下膨胀和破裂［21］出沙率则呈下降趋势；由图1 可知，随着蒸煮时间的增加，有利于芸豆淀粉α 化程度增大使其糊化完全［22］，豆馅出沙率呈上升趋势，在30 min 时达到最大，为（59.04 ±0.41）%，当时间继续增加淀粉完全糊化后，糊化度逐渐趋于平缓并保持不变，出沙率则趋于平缓。

图1 温度、料液比、时间对出沙率的影响

2.1.2 正交实验结果分析

结合单因素实验，以出沙率作为指标，进行正交实验，结果见表2。通过对极差结果分析，根据R 值可知对豆馅出沙率影响的因素顺序为A（温度）＞B（时间）＞C（料液比）。最优组合为A3B2C2，即温度为120 ℃、时间为30 min、料液比为1∶3，最大出沙率为68.81%。并通过验证实验可知出沙率为68.89%，与最优组合预测值相近，得到的最佳工艺条件具有较高的可行性。

表2 正交实验结果

2.2 不同糖对豆馅保水性的影响

豆馅的保水性是豆馅品质的重要指标之一，豆馅中添加适量非淀粉糖类的亲水性基团更容易促进其吸收水分，截留了网络结构中的水分，从而能够提高豆馅的保水能力［23］。添加不同功能糖后对豆馅保水性的影响如图2 所示。糖类的添加能够显著提高豆馅的保水性，当糖的质量分数为5%时，添加4 种功能性糖类的豆馅保水性均显著提高，其中菊糖豆馅保水性最高为（99.73 ±0.13）%，相比于空白组增加了13%左右，这主要由于糖类结构含有很多亲水基团，分解大量的羟基与蛋白的疏水基团结合，并与淀粉分子共同形成了较为稳定的凝胶网络结构［24］，能够吸附大量的水分使其保水性提高。但随着糖类添加量过多会使豆馅变得过度黏稠，不同糖的羟基与蛋白及水分子之间形成氢键，导致对整体保水性能力降低［25］。

图2 不同糖对豆馅保水性的影响

2.3 不同糖对豆馅颜色的影响

色泽是豆馅重要的感官指标之一，与消费者接受程度有着密切关系，糖类添加对豆馅色泽的影响如表3 所示。L*、a*、b*分别表示豆馅的明亮度、红色和黄色［26］。a*值越大颜色越红，b*值越大颜色越鲜艳。麦芽糖醇与对照组L*值无显著差异，添加低聚木糖、大豆低聚糖和菊糖能够显著提升豆馅L*值，其中菊糖还能显著增加豆馅的a*、b*值，这可能是由于菊糖水解为果糖后会加剧美拉德反应，并且菊糖的溶解性随温度的升高而增强［27］，使其豆馅颜色鲜艳明亮。

表3 不同种类糖对豆馅色泽的影响

2.4 不同糖对豆馅水分分布的影响

低场核磁是可以通过测量食品中氢质子在磁场中的弛豫特性，来量化水分子的迁移率并显示水分分布［28］，糖类添加对豆馅横向弛豫时间T2波谱图的影响如图3 所示。可以观察到4 个不同峰，分别为T2b（0.1 ～1.0 ms）、T21（1 ～10 ms）、T22（10 ～100 ms）和T23（100 ～1 000 ms），即结合水（T2b和T21）、不易流动水（T22）、自由水（T23）。添加糖后使豆馅中主要水分T22的峰均向左移动，表明豆馅中的水分子流动性下降，糖类添加可以增加豆馅中对水分的束缚能力，从而提高了保水能力［29］。此外，与空白和对照组相比，添加4 种功能性糖豆馅的水分分布从自由水向不易流动水和结合水移动更多。

图3 不同种类糖对豆馅横向弛豫时间T2 的影响

不同糖对豆馅水分组成和含量如表4 所示。结合水峰面积P21、不易流动水峰面积P22与自由水峰面积P23可反映豆馅内水分的组成情况，P21、P22越大代表结合水和不易流动水比例越高，P23越大代表自由水比例越高，添加糖类后P21从（3.57 ±0.29）%逐渐增大至（4.16 ±0.26）%，P22从（94.47 ±0.37）%逐渐增大至（95.84 ±0.26）%，P23皆从（1.96 ±0.05）%逐渐降低至（0.09±0.01）%，即添加糖后使豆馅中结合水和不易流动水的含量均增加（P ＜0.05）。与对照组相比，菊糖的P21和P22所占比例增加最多，这可能是由于糖类分子具有很强的亲水性，可与淀粉分子、蛋白之间发生相互作用，增强了凝胶网络结构，提高了其对水的结合能力，导致结合水和自由水的增加，进而提高豆馅持水性能力［30］。

2.5 不同糖对豆馅流变学特性的影响

动态流变学是研究食品质构特性最常用的方法，以储能模量（G'）和损耗模量（G″）来表征豆馅的黏弹性变化如图4 所示。在0 ～10 Hz范围内随着振荡频率的增加，G'与G″也随之上升，且弹性大于黏性，以弹性行为为主，表现出典型的弱凝胶动态流变学性质［31］。图4a 为糖类对豆馅G'的影响，可以看出添加功能性糖类的G'明显低于对照组，麦芽糖醇模量最高与之相近，这可能是由于糖类添加会导致蛋白质的变性温度较对照组有所下降，而变性温度较低时，蛋白质分子受热后会发生过快聚集，导致分子链还未完全展开，即发生无规则交联使G'降低［32］。豆馅的G″随着糖类的增加也会发生明显变化（图4b），整体变化趋势与G'相似。相比之下，麦芽糖醇和菊糖的储能模量（G'）和损耗模量（G″）与对照组更为接近，能够与蛋白及淀粉分子间通过二硫键和氢键形成三维网络结构，确保豆馅的黏弹性［33］。

图4 不同糖对豆馅动态流变学特性的影响

2.6 不同糖对豆馅微观结构的影响

通过SEM研究了豆馅的截面微观结构，以评估糖类与淀粉、蛋白间相互作用对豆馅品质的影响。添加不同糖的豆馅微观结构如图5 所示。6 种样品表现出不规则的类似鳞片形状或板状结构，豆馅表面粗糙、颗粒不均一。与空白组相比，添加不同功能性糖和添加蔗糖的豆馅表面粗糙度变低，可能是因为糖具有多羟基结构，能够与豆馅中的蛋白与淀粉结合相互作用，并形成细腻的致密网络结构。

图5 不同种类糖对豆馅微观结构的影响（×2 500）

3 结论

对比研究了添加功能性糖类对豆馅的保水性、动态流变学、微观结构等品质特性影响。实验结果表明，英国红芸豆豆馅在蒸煮温度为120 ℃、蒸煮时间为30 min、料液比为1∶3 时，豆馅出沙率达到最大值为68.81%。与空白组和对照组相比，添加功能性糖可以明显地改善豆馅的保水性，减少产品中水分的流失，当糖的质量分数为5%时，菊糖豆馅保水性最高可达（99.73 ±0.13）%；添加糖后使豆馅中主要水分T22的峰均向左移动，降低了豆馅中的水分子流动性，与空白和对照组相比，添加4 种功能性糖豆馅的水分分布从自由水向不易流动水和结合水移动更多；功能性糖豆馅流变特性表现出随着振荡频率的增加，G'与G″也随之上升，且弹性大于黏性，具有典型的弱凝胶动态流变学特性；此外，功能性糖能改善制品的整体色泽，表现出致密均匀的网络结构。因此，在豆馅中添加4 种功能性可替代蔗糖，即降低了蔗糖添加量又改善了豆馅品质，为新型豆馅制品的开发提供参考。