速熟綠豆加工工藝的優化

張桂芳,張東杰,王立東,包國鳳

(1.黑龍江八一農墾大學國家雜糧工程技術研究中心,黑龍江大慶 163319;2.黑龍江八一農墾大學食品學院,黑龍江大慶 163319)

?

速熟綠豆加工工藝的優化

張桂芳1,張東杰2,*,王立東1,包國鳳1

(1.黑龍江八一農墾大學國家雜糧工程技術研究中心,黑龍江大慶 163319;2.黑龍江八一農墾大學食品學院,黑龍江大慶 163319)

為了得到最優的工藝參數,本實驗研究了速熟綠豆的加工工藝。實驗中通過測定吸水率、熟化率、感官、含水量等指標,優化了浸泡、蒸制、速凍和干燥工藝的技術參數。優化后的最佳工藝條件為:料液比1∶1.8 (g/L),浸泡溫度40 ℃,浸泡時間150 min;蒸制時間18 min;冷凍條件-20 ℃,冷凍時間60 min;干燥溫度80 ℃,干燥時間4.5 h。按照上述工藝條件制備速熟綠豆,樣品最終含水量≤6%,與原料豆相比糊化度明顯提高(p<0.05)。

速熟綠豆,糊化度,速凍

綠豆(Vignaradiata(Linn.)Wilczek.)為豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionoideae)菜豆族(Trib.Phaseoleae)豇豆屬(Vigna)一年生草本植物,我國南北各地均有栽培,世界各熱帶、亞熱帶地區廣泛栽培[1]。綠豆是一種營養價值較高的食藥兼備的豆類食品,其脂肪含量較低(0.8%),富含蛋白質(21.6%)、碳水化合物(62.0%)、膳食纖維(6.4%)、維生素E、核黃素和多種礦物元素[2],同時含蛋白水解酶、超氧化物歧化酶、黃酮、生物堿等生物活性物質[3-4]。

綠豆粥或綠豆湯作為夏季消暑盛品在民間廣泛流傳,但其煮制加工過程費時費力,不適應現代人快節奏的生活。速熟綠豆是以綠豆為主要原料,通過浸泡、蒸煮、烘干等工序加工而成的綠豆方便食品[5-6],具有營養豐富、食用方便、易于攜帶等優點。其速熟的原理是綠豆淀粉顆粒在水和溫度作用下吸水膨脹,水分子進入淀粉內部使其分子間氫鍵斷裂,晶體結構破碎而溶于水形成溶膠即α化,在此情況下使其迅速失去水分,淀粉晶體結構就不能復原(即回生),α化得到固定,此時淀粉酶容易進入內部分解消化從而達到速熟的目的[7]。

速熟綠豆能夠縮短煮制時間,無需提前浸泡或蒸煮,實現與米飯同熟。而且,易于加工、貯藏和運輸,為產業化生產提供了充足的空間。本文在前期實驗的基礎上,從產業化的角度出發,對速熟綠豆的加工工藝進行完善和優化,為加快速熟綠豆的開發和應用提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料綠豆(品種為小明綠) 黑龍江省泰來縣種子公司;碘、碘化鉀 國產分析純。

HX204快速水分測定儀 梅特勒-托利多國際貿易(上海)有限公司;AR223CN電子天平 奧豪斯儀器(上海有限公司)制造;TU-1800可見分光光度儀 北京普析通用儀器有限責任公司;DK-S24型恒溫水浴鍋、DGG-9053A鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司;DW-25L262立式低溫保存箱 海爾股份有限公司;JJ-2B大功率粉碎機 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 速熟綠豆制備工藝流程

1.2.1.1 工藝流程圖 原料綠豆→挑選→清洗→浸泡→瀝干→蒸制→速凍→解凍→干燥→真空包裝

1.2.1.2 主要工藝要點 挑選、清洗:選取豆粒飽滿、無雜質、無蟲害、無霉變、發亮、新鮮度好的綠豆,去除豆稈、石塊等雜質,用流動水清洗干凈;浸泡:綠豆蒸制前需要浸泡處理增加其滲透性,實驗中研究了浸泡料液比、浸泡溫度和浸泡時間對浸泡效果的影響。蒸制:將瀝干水分的綠豆放置在雙層紗布上,利用蒸鍋通過隔水蒸汽蒸制,保證蒸汽充足。蒸制的作用主要包括兩方面,一方面充足熱蒸汽使水分進入綠豆內部,提高綠豆淀粉的糊化度;另一方面熱蒸汽在保證綠豆結構完整的同時,能夠形成疏松的內部結構提高成品的復水性。速凍:將冷卻至室溫的綠豆放入立式低溫保存箱內冷凍,保證綠豆內外完全凍結。可用一小杯水在同樣的條件下作為參考,用以確認綠豆內部是否完全凍實。干燥:凍實后的綠豆放入鼓風干燥箱內進行干燥,干燥的目的一是迅速去除淀粉分子間的水分,固定淀粉α化的程度,二是降低豆粒水分,使成品便于包裝、貯存;包裝:最后將干燥好的成品冷卻后進行塑封真空包裝,以防產品重新吸水。

1.2.2 吸水率的測定 綠豆浸泡的用水量要適宜,既要保證綠豆吸水飽和,又要避免水分過量營養成分流失。將挑選清洗后的綠豆與純凈水按照不同比例混合,在不同溫度的恒溫水浴鍋中浸泡不同時間,瀝干表面水分后稱重。綠豆吸水率的計算公式如下:

式中:m1:綠豆吸水后的質量(g);m2:綠豆吸水前的質量(g)。

1.2.3 熟化率的測定 取適量浸泡好的綠豆放在多功能蒸鍋中,保證綠豆均勻平鋪厚度在1～2 cm,蒸制時間分別為10、12、14、16、18、20和22 min,隨機抽取100顆豆粒剖開,有硬芯是未熟透,斷面色澤均勻,透明程度相同則已熟透。綠豆熟化率為成熟豆粒數量的百分比。

1.2.4 糊化度(α化程度)測定 參考文獻[8-9]方法,將各工序段制備的綠豆樣品,在60 ℃條件下干燥至水分含量≤6%,粉碎過100目篩。準確稱取2.000 g綠豆粉末,加入蒸餾水定容至20.0 mL,放入50 ℃的恒溫水浴中振蕩萃取30 min。取出后在4000 r/min的轉速下離心10 min,上清液備用。精確吸取上述清液1.0 mL放入50 mL容量瓶中,加蒸餾水20 mL,再加入0.05 mol/L碘-碘化鉀溶液1.0 mL,用蒸餾水定容至50.0 mL,反應10 min后在575 nm波長下用1 cm比色皿測定吸光度,蒸餾水為空白對照,每個樣品做三組平行實驗。

1.2.5 浸泡工藝條件的確定 將挑選清洗后的綠豆與純凈水混合,浸泡溫度分別為25,30,35,40,45,50和55 ℃,浸泡料液比分別為1∶1 (g/mL),1∶1.2 (g/mL),1∶1.4 (g/mL),1∶1.6 (g/mL),1∶1.8 (g/mL),1∶2 (g/mL)和1∶3 (g/mL),浸泡時間分別為30,60,90,120,150,180和240 min,通過測定吸水率確定最佳的浸泡工藝條件。

1.2.6 蒸制工藝條件的確定 充分浸泡后的綠豆瀝干水分,放置于蒸鍋內的雙層紗布上隔水蒸汽蒸制,蒸制時間分別為10,12,14,16,18,20和22 min,通過測定熟化率確定最佳的蒸制工藝條件。

1.2.7 速凍工藝條件的確定 將蒸制后外形完整的綠豆放于低溫保存箱中,冷凍溫度分別為-10、-15、-20、-25 ℃,設定時間在10、20、30、40、50、60 min時為觀察點,確定綠豆的內外完全凍結的時間。

1.2.8 干燥工藝條件的確定 取適量冷凍好的綠豆分別放置于60、80、100、120 ℃的鼓風干燥箱中解凍干燥至水分含量≤6%(快速水分測定儀測定),在此含水量下綠豆復水性較好，有益于保存[10],干燥時間從30 min至300 min,通過測定含水量確定最佳的干燥工藝條件。

1.3 統計學方法

實驗中數據采用mean±SD方式記錄(n≥3),單因素方差分析利用SPSS 18.0軟件完成,組間差異利用鄧肯多重比較分析(p<0.05差異顯著)。

2 結果與分析

2.1 浸泡工藝條件的確定

2.1.1 料液比對吸水率的影響 不同料液比對吸水率的影響如圖1所示。隨著料液比的增加,吸水率隨之緩慢上升,差異顯著(p<0.05),由于浸泡溫度較高,料液比1∶1.8時綠豆吸水基本飽和。隨著料液比的繼續增加吸水率沒有明顯的提升(p>0.05),因而選擇1∶1.8 (g/mL)作為最佳浸泡料液比。

圖1 料液比對吸水率的影響Fig.1 Effect of material liquid ratio on water absorption rate注:a～d字母不同表示各組間統計學差異(p<0.05),圖2～圖4、圖6同。

2.1.2 浸泡溫度對吸水率的影響 不同浸泡溫度對吸水率的影響如圖2所示。隨著浸泡溫度的提升，吸水率在初期迅速提高(p<0.05),40 ℃以后溫度繼續提升吸水率則增加緩慢(p>0.05)。如果浸泡溫度較高,一方面增加熱能耗,另一方面會引起綠豆中活性物質的損失,因而選擇40 ℃作為最佳浸泡溫度。

表1 冷凍時間和溫度對速凍處理的影響Table 1 Effect of freezing time and temperature on quick-freeze treatment

圖2 浸泡溫度比對吸水率的影響Fig.2 Effect of soaking temperature on water absorption rate

2.1.3 浸泡時間對吸水率的影響 不同浸泡時間對吸水率的影響如圖3所示。隨著浸泡時間的延長吸水率迅速提高(p<0.05),150 min以后繼續延長浸泡吸水率也基本不變(p>0.05),說明綠豆已經吸水飽和,因而選擇150 min作為綠豆浸泡時間。

圖3 浸泡時間比對吸水率的影響Fig.3 Effect of soaking time on water absorption rate

2.2 蒸制工藝條件的確定

蒸汽充足的條件下,蒸制時間對綠豆粒熟化率的影響如圖4所示。隨著蒸制時間的延長,熟化度顯著增加,蒸制10 min時綠豆的熟化度僅53.67%,而蒸制18 min時達到99.0%,繼續蒸制雖然綠豆完全熟化,但是豆粒膨脹開花明顯,豆粒氧化變色,而且后期冷凍和干燥后成品粒型不完整,因而蒸制時間選擇18 min為宜。

圖4 蒸制時間對熟化率的影響Fig.4 Effect of steaming time on cooked degree

2.3 速凍工藝條件的確定

蒸制熟化后的完整豆粒放入低溫保存箱內,觀察冷凍時間和冷凍溫度對速凍效果的影響,如表1所示。在-10 ℃的冷凍條件下,豆粒凍結較緩慢,冷凍60 min后豆粒僅表面結冰。隨著冷凍溫度的降低,綠豆凍結速度加快。在-20 ℃的冷凍條件下,冷凍50 min后豆粒大部分凍結,冷凍60 min后豆粒完全凍結。在-25 ℃的冷凍條件下,冷凍50 min后豆粒就完全凍結。考慮冷凍溫度降低5 ℃對冷凍設備要求較高,因而選擇-20 ℃條件下凍結60 min為宜。

2.4 干燥工藝條件的確定

取適量冷凍好的綠豆分別放置于60、80、100、120 ℃的鼓風干燥箱中解凍干燥至水分含量≤6%,不同溫度下干燥時間對綠豆含水量的影響如圖5所示。隨著干燥溫度的提高,干燥速率明顯提高。在60 ℃溫度條件下干燥5 h,綠豆含水量僅達到6.15%;在80 ℃溫度條件下干燥4.5 h,綠豆含水量達到5.99%;在100 ℃溫度條件下干燥4 h,綠豆含水量達到5.98%;在120 ℃溫度條件下干燥3 h,綠豆含水量達到5.90%。但干燥溫度超過100 ℃后干燥后期綠豆有變色和焦糊現象出現,因此選擇80 ℃溫度條件下干燥4.5 h為最佳的干燥條件。

圖5 干燥溫度對綠豆含水量的影響Fig.5 Effect of drying temperature on moisture content of mung bean

2.5 糊化度(α化程度)測定結果

碘呈色法分析法的原理是利用直鏈淀粉分子的螺旋結構可以結合碘形成藍色復合物,并且在575 nm處有最大吸收峰。天然淀粉顆粒中,分子間以氫鍵結合形成微晶束,淀粉在糊化過程中,因大量吸水膨脹,晶體結構被破壞,很容易使碘分子進入淀粉結構內部而形成復合物,糊化度越高,藍色復合物形成越多,在575 nm處的吸光值越高。

不同制備工序得到的綠豆樣品在575 nm處的吸光值如圖6所示。與原料綠豆相比,加工后的綠豆糊化度都明顯升高,差異顯著(p<0.05),說明經過蒸制、冷凍和干燥過程都能一定程度的提高綠豆糊化度,使綠豆產品易于加工熟化,達到速熟的目的。冷凍豆和干燥豆與蒸制豆相比較時發現,冷凍和干燥過程能進一步提高綠豆的糊化度,說明冷凍過程能很好的固定綠豆淀粉的α-型結構,之后迅速失去水分后α-型結構不容易復原(即回生),因而速熟綠豆的熟化時間縮短,口感更好。而冷凍豆和干燥豆后期干燥溫度有所不同,冷凍豆是在60 ℃溫度條件下干燥,而干燥豆是在80 ℃溫度條件下干燥,雖然統計學分析差異并不顯著,但干燥豆比冷凍豆糊化度略高。

圖6 綠豆樣品在575 nm處對應的吸光值Fig.6 The absorbance value of mung bean sample at 575 nm

3 結論

本實驗利用浸泡、蒸制、冷凍和干燥等工序研制

速熟綠豆。首先通過測定綠豆的吸水率得到了最優的浸泡工藝條件,即豆水比1∶1.8 (g/mL),溫度40 ℃,浸泡時間150 min。在此條件下不僅保證水量充足,綠豆吸水飽和,而且不宜造成綠豆營養物質的氧化損耗。綠豆蒸制過程在前期實驗的基礎上,以熟化率為指標,對蒸制時間進行了細化研究,發現蒸汽充足蒸制18 min時,綠豆熟化完全但未出現開花和變色的現象。低溫貯藏和降低水分一直用于延緩和阻止淀粉食品的老化和回生,速凍可以將糊化后的α-型狀態進行維持,然后迅速干燥失去水分使其α-型狀態得到了固定。因而本實驗中采用-20 ℃溫度條件下速凍60 min,然后在80 ℃下干燥4.5 h。通過對不同加工過程中綠豆樣品糊化度的檢測,不難發現蒸制、冷凍和干燥過程都不同程度的增加了綠豆的糊化度,鼓風加熱干燥與微波干燥相比對設備的要求不高,因而更易于實現產業化生產。最后將加工后的速熟綠豆進行真空塑封包裝,使其水分含量低于6%,在此水分含量下,烹調時間縮短,綠豆復水性和口感均良好,該工藝簡單易行,適宜推廣應用。

[1]中國科學院中國植物志編委會. 中國植物志[M]. 北京:科學出版社,1995,41:284.

[2]劉定梅,張玉梅,譚寧華. 綠豆化學成分及生物活性研究進展[J]. 黔南民族醫專學報,2012,25(3):163-166,170.

[3]汪少蕓,葉秀云,饒平凡. 綠豆生物活性物質及功能的研究進展[J]. 中國食品學報,2004,4(1):98-102.

[4]田茜,張文蘭,李群,等. 綠豆的品質特性及綜合利用研究進展[J]. 中國農學通報,2016,32(9):77-82.

[5]張桂芳,王立東,包國鳳,等. 利用微波干燥技術研制速熟綠豆[J]. 食品研究與開發,2014,35(1):52-55.

[6]王英,張建強,李永武,等. 不同微波條件對速熟綠豆水分含量影響的研究[J]. 糧油科技與經濟,2013,38(3):49-53.

[7]戴行鈞. 淀粉的α化及老化[J]. 食品工業科技,1986(1):19-21.

[8]馬紅軍,譚云. 方便面品質評價指標-碘呈色度的分析方法研究[J]. 糧油食品科技,2008,16(5):46-48.

[9]王寶石,鄭明珠,閔偉紅,等. 響應曲面法對雙螺桿擠壓蒸煮玉米粉條件的優化[J]. 食品科學,2012,33(14):16-19.

[10]熊善柏,趙思明. 人造米高溫高濕干燥研究[J].食品科學,2000(8):31-33.

Optimization of processing technology of fast-cooking mung bean

ZHANG Gui-fang1,ZHANG Dong-jie2,*,WANG Li-dong1,BAO Guo-feng1

(1.National Coarse Cereals Engineering Research Center of Heilongjiang Bayi Agriculture University,Daqing 163319,China;2.Food College of Heilongjiang Bayi Agriculture University,Daqing 163319,China)

In order to get the optimum process parameters,the processing technology of fast-cooking mung bean was studied. The technical parameters of soaking,steaming,quick freezing and drying were optimized by determination of water absorption rate,cooked degree,sensory,moisture content in this study. The optimum preparation conditions were obtained as follow:material liquid ratio 1∶1.8 (g/mL),soaking temperature 40 ℃,soaking time 150 min;steaming time 18 min;freezing temperature -20 ℃,freezing time 60 min;drying temperature 80 ℃,drying time 4.5 h. Under this process conditions to prepare fast-cooking mung bean,final moisture content of samples were less than 6% and the degree increased significantly than raw materials(p<0.05).

fast-cooking mung bean;gelatinization;quick-freeze

2016-12-08

張桂芳(1980-)，女，在讀博士，助理研究員，從事農產品加工貯藏與食品安全方向研究，E-mail:zgj200@163.com。

*通訊作者:張東杰(1966-)，男，博士，教授，從事農產品加工貯藏與食品安全方向研究，E-mail:byndzdj@126.com。

黑龍江省農墾總局開發項目(HNK13KF-01-01)；黑龍江省農墾總局科研項目(HNK135-05-02-8)。

TS201.2

B

1002-0306(2017)11-0205-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.030