紅小豆沙加工工藝及其營養功能成分流向研究

成 楠 秦禮康 - 解春芝 -

(1. 貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州 貴陽 550025；2. 貴州大學生命科學學院，貴州 貴陽 550025)

紅小豆(Vignaumbellata)為菜豆族豇豆屬赤豆的種子，是一種高蛋白、低脂肪、富含黃酮、多酚、單寧、植酸、皂甙等多種生理活性物質[1]、多營養的功能食品[2]16。

豆沙作為歷史悠久的中式傳統食品配料，富含多種營養素，廣泛用于制作豆沙包、豆沙糕、冰激凌、豆沙月餅、豆沙春卷等多種食品[3]。雖然食用豆種類很多，但以紅小豆制作的紅豆沙風味口感最佳[1]17，同時關于豆沙加工工藝及營養與功能成分的研究少見文獻報道，張雪路等[4]雖對黑小豆沙的最佳加工工藝進行了研究，但未系統地對紅小豆沙加工工藝進行研究，且未對加工過程中紅小豆沙營養與功能成分進行相關研究。因此，本研究以紅小豆為原料，對浸泡和蒸煮2個關鍵工序進行工藝優化，并跟蹤其加工過程中主要營養與功能成分的動態變化，以期為紅小豆沙標準化生產和高值化利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅小豆：當年收獲的新鮮籽粒，貴州義邦食品有限公司；

蘆丁：分析純，南京替斯艾么中藥技術研究所；

沒食子酸丙酯標準品：分析純，天津市科密歐化學試劑開發中心；

單寧酸：分析純，天津市致遠化學試劑有限公司；

其他化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

電子分析天平：AR224CN型，奧豪斯儀器(常州)有限公司；

數顯恒溫水浴鍋：HH-2型，常州奧華儀器有限公司；

立式壓力蒸汽滅菌器：LDZX-50KBS型，上海申安醫療器械廠；

臺式高速離心機：H2-16KR型，湖南可成儀器設備有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱：101-0AB型，天津市泰斯特儀器有限公司；

皇城高速多功能粉碎機：HC-300T2型，永康市綠可食品機械有限公司；

冷凍干燥機：SCIENTZ-18N型，寧波新芝生物科技股份有限公司；

超聲波清洗機：SB-800DT型，寧波新芝生物科技股份有限公司；

臺式恒溫振蕩器：TH2-92C型，上海浦東物理光學儀器廠；

紫外可見分光光度計：L5S型，上海儀電分析儀器有限公司。

1.3 豆沙制備

1.3.1 工藝流程

1.3.2 工藝要點

(1) 清洗：將紅小豆籽粒放入清水中，除去上浮的雜質及不飽滿的籽粒。

(2) 浸泡：在料液比1∶3.0 (g/mL)的條件下，于30～50 ℃ 下恒溫浸泡2～14 h。

(3) 蒸煮：以最佳浸泡條件下得到的浸泡紅小豆為原料，按一定的料液比，在適宜溫度下蒸煮一定時間。

(4) 制沙、洗沙：將煮熟的紅小豆倒入60目篩，滾揉破碎后加充足制沙用水將細沙完全濾入篩網下的容器中，洗沙沉淀時間不少于30 min，離心(10 000 r/min，10 min)，去除上清液，即得豆沙。

1.3.3 紅小豆浸泡工藝的優化 取20 g紅小豆，在料液比1∶3.0 (g/mL)的條件下，分別在30，35，40，45，50 ℃下恒溫浸泡 2，4，6，8，10，12，14 h；取出，瀝干紅小豆表面水分，稱重，平行試驗3次，根據式(1)計算紅小豆的吸水率[4]。

(1)

式中：

X——吸水率，%；

m0——浸泡前紅小豆質量，g；

m1——浸泡后紅小豆質量，g。

1.3.4 紅小豆蒸煮工藝單因素試驗 以最佳浸泡條件下得到的浸泡紅小豆為原料，進行蒸煮工藝條件研究。

(1) 蒸煮溫度：在料液比1∶2.0 (g/mL)，蒸煮時間30 min 的條件下，分別考察蒸煮溫度(100，105，110，115，120 ℃)對紅小豆沙出沙率的影響，重復3次，取平均值。

(2) 蒸煮時間：在料液比1∶2.0 (g/mL)，蒸煮溫度105 ℃ 的條件下，分別考察蒸煮時間(10，20，30，40，50 min)對紅小豆沙出沙率的影響，重復3次，取平均值。

(3) 料液比：在蒸煮溫度105 ℃，蒸煮時間30 min的條件下，分別考察料液比[1∶1.0，1∶1.5，1∶2.0，1∶2.5，1∶3.0 (g/mL)]對紅小豆沙出沙率的影響，重復3次，取平均值。

1.3.5 紅小豆蒸煮工藝的優化 根據單因素試驗結果，以蒸煮溫度、蒸煮時間、料液比為因素，進行L9(33)正交試驗設計，確定紅小豆蒸煮過程的最佳工藝條件。

1.3.6 出沙率的測定 參照文獻[4]，出沙率按式(2)計算：

(2)

式中：

Y——出沙率，%；

w——干燥恒重后豆沙質量，g；

m0——供試紅小豆質量，g；

X——供試紅小豆含水量，%。

1.4 主要營養與功能成分分析

1.4.1 營養成分含量測定 樣品冷凍干燥48 h后，用高速多功能粉碎機將樣品粉碎過40目篩備用。

(1)水分：按GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》執行。

(2)蛋白質：按GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》執行。

(3)脂肪：按GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》執行。

(4)灰分：按GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》執行。

(5)碳水化合物：采用差值法[5]，按式(3)計算碳水化合物含量。

Y=1-(X1+X2+X3+X4)，

(3)

式中：

Y——碳水化合物含量，%；

X1——水分含量，%；

X2——蛋白質含量，%；

X3——脂肪含量，%；

X4——灰分含量，%。

1.4.2 功能成分含量測定

(1) 黃酮：精密稱量樣品粉末2.500 g于三角瓶中，加入10倍樣品量的60%乙醇，在60 ℃水浴中超聲提取30 min，10 000 r/min離心10 min，收集上清液，用溶劑定溶于25 mL 容量瓶，即得總黃酮提取液。吸取1 mL提取液于25 mL容量瓶內，采用硝酸鋁-亞硝酸鈉比色法[6-7]，在510 nm處以蘆丁為標準品做標準曲線測定總黃酮含量。以蘆丁含量為橫坐標(X，mg/mL)，吸光度為縱坐標(Y)繪制標準曲線，其回歸方程為Y=11.707X-0.004 8(R2=0.998 1)。

(2)多酚：精密稱量樣品粉末1.000 g于50 mL塑料離心管中，加入20倍樣品量的70%酸性乙醇(鹽酸調節pH值1.5)，加蓋，在50 ℃水浴中震蕩提取2 h，10 000 r/min離心10 min，收集上清液，再加溶劑于殘渣，繼續提取，重復3次，最后混合上清液，用溶劑定溶于100 mL容量瓶，即得多酚提取液。吸取1 mL提取液于25 mL 容量瓶內，參照Folin-Ciocalten法[8-9]，在540 nm處以沒食子酸丙酯為標準品做標準曲線測定多酚含量。以沒食子酸丙酯含量為橫坐標(X，mg/mL)，吸光度為縱坐標(Y)繪制標準曲線，其回歸方程為Y=7.584 8X+0.000 3(R2=0.999 1)。

(3) 單寧：精密稱量樣品粉末1.000 g于50 mL塑料離心管中，加入20倍樣品量的70%酸性乙醇(鹽酸調節pH值1.5)，加蓋，在50 ℃水浴中震蕩提取2 h，10 000 r/min 離心10 min，收集上清液，再加溶劑于殘渣，繼續提取，重復3次，最后混合上清液，用溶劑定溶于100 mL容量瓶，即得單寧提取液。吸取1 mL提取液于50 mL容量瓶內，采用鎢酸鈉-磷鉬酸比色法[8,10]，在760 nm處以單寧酸為標準品做標準曲線測定單寧含量。以單寧酸含量為橫坐標(X，mg/mL)，吸光度為縱坐標(Y)繪制標準曲線，其回歸方程為Y=34.924X-0.000 9(R2=0.998)。

1.5 統計分析

數據采用Excel、SPSS 20.0統計學軟件進行差異性分析。所有試驗重復3 次。

2 結果與分析

2.1 紅小豆浸泡參數優化

由圖1可知，當浸泡溫度低于45 ℃時，紅小豆吸水緩慢，需較長時間達到最大吸水率。當溫度高于45 ℃時，雖然可以加速紅小豆吸水速率，但過高的溫度可導致豆粒酶系失活和結構的破壞，最終導致內容物快速溶出，造成營養成分的流失[11]，同時吸水率下降。與李積華等[11]的研究結果一致。當浸泡時間低于12 h時，紅小豆的吸水率隨著浸泡時間的延長而增加；當浸泡時間超過12 h后，趨于平緩，吸水率差異不顯著(P>0.05)，是由于浸泡時間過短時，豆粒無法充分吸水膨脹，不利于后期蒸煮時淀粉的糊化，而浸泡時間過長則導致豆皮中色素和豆粒中內容物的溶出，造成營養成分流失[4]。因此，紅小豆的最佳浸泡溫度為45 ℃，最佳浸泡時間為12 h。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖1 浸泡溫度和浸泡時間對吸水率的影響Figure 1 Effect of soaking temperature and time on water absorption

2.2 蒸煮工藝優化

2.2.1 蒸煮時間對出沙率的影響 由圖2可知，當蒸煮時間<30 min時，出沙率逐漸上升，蒸煮30 min時出沙率達到60.47%，30 min后趨于平緩。蒸煮20 min與30 min時差異顯著(P<0.05)，30 min后的出沙率差異不顯著(P>0.05)。這是由于隨著蒸煮時間的延長，豆粒內部淀粉顆粒吸水溶脹，結構松馳，淀粉α化程度增大，糊化度迅速上升；持續一段時間后，體系方可完成糊化過程[1]20-21，30 min時淀粉完全糊化后，糊化度逐漸趨于平緩并保持不變，糊化度達到100%。因此，紅小豆最佳蒸煮時間為30 min。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖2 蒸煮時間對出沙率的影響Figure 2 Effect of cooking time on red adzuki bean paste rate

2.2.2 蒸煮溫度對出沙率的影響 由圖3可知，當蒸煮溫度<105 ℃ 時，出沙率逐漸上升，蒸煮溫度105 ℃時出沙率達到60.91%，105 ℃后趨于平緩。蒸煮溫度100 ℃與105 ℃時差異顯著(P<0.05)，105 ℃后的出沙率差異不顯著(P>0.05)。這是由于隨著蒸煮溫度的升高，淀粉顆粒對水分的吸附加劇，吸水速率和數量均有大幅度提高，淀粉顆粒急劇膨脹，淀粉糊化程度增大[12]，105 ℃時淀粉糊化完全。因此，紅小豆最佳蒸煮溫度為105 ℃。

2.2.3 料液比對出沙率的影響 由圖4可知，隨溶劑的增加出沙率逐漸上升，當料液比為1∶2.0 (g/mL)時出沙率達到56.96%，之后趨于平緩。料液比1∶1.5 (g/mL)與1∶2.0 (g/mL)時差異顯著(P<0.05)，1∶2.0 (g/mL)后的出沙率差異不顯著(P>0.05)。這是由于紅小豆在蒸煮過程中，溶劑過小時，豆粒內部淀粉顆粒無法充分吸水溶脹，淀粉糊化程度較低；隨著溶劑的增加，豆粒內部淀粉顆粒充分吸水溶脹，淀粉糊化完全。因此，紅小豆最佳料液比為1∶2.0 (g/mL)。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖3 蒸煮溫度對出沙率的影響Figure 3 Effect of cooking temperature on red adzuki bean paste rate

不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖4 料液比對出沙率的影響Figure 4 Effect of material liquid ratio on red adzuki bean paste rate

2.2.4 正交試驗結果 在單因素試驗基礎上，設計正交試驗因素水平見表1，以出沙率作為評價指標，利用正交試驗篩選出紅小豆沙的最佳蒸煮工藝參數，試驗結果見表2。

由表2可知，紅小豆蒸煮過程中的最佳工藝參數為A3B3C2；正交試驗方差分析結果(表3)顯示，修正模型的 P<0.05，說明正交試驗方差分析模型是適用的。蒸煮溫度、蒸煮時間、料液比3個因素的 P<0.05，對紅小豆豆沙出沙率的影響均達到顯著水平，且蒸煮溫度的P<0.01，對紅小豆豆沙出沙率的影響達到了極顯著水平。綜合表2、3結果，3因素對紅小豆沙出沙率影響的順序為蒸煮溫度>蒸煮時間>料液比；蒸煮過程中最佳工藝參數為：蒸煮溫度110 ℃，蒸煮時間40 min，料液比1∶2.0 (g/mL)。

2.3 主要營養與功能成分流向分布

2.3.1 紅小豆浸泡損失 由表4、5可知，浸泡加工過程中，主要營養與功能成分顯著降低(P<0.05)。其中，多酚損失量最大(12.8 mg/100 g)，損失率為5.57%。蔡亭等[13]研究了不同浸泡時間對綠豆浸泡液中多酚含量的影響，結果表明浸泡時間12 h后，綠豆浸泡液多酚含量為13.11 mg/100 g。Xu等[14]也進行了相關研究，發現浸泡過程顯著降低食用豆類中多酚含量，損失率為2%～12%。黃酮損失率最大，為39.62%，與Siah等[15]的研究結果基本一致；其次為單寧，損失率為26.85%；蛋白質損失率最低，為1.20%。Okudu等[16]研究結果同樣證實浸泡過程顯著降低班巴拉族花生種子中蛋白質含量，損失量為0.3%。這是由于紅小豆在浸泡過程中吸收水分，體積膨脹，含水量增加，質地變軟，同時可溶性成分溶出，導致營養功能成分流失。

表1 因素水平設計表Table 1 Factors and levels of orthogonal test design

表2 正交試驗結果與分析Table 2 Orthogonal test result and analysis

表3 正交試驗方差分析表Table 3 Orthogonal test analysis of variance

表4 紅小豆沙加工中各組分主要營養與功能成分含量(以干基計)?Table 4 Contents of main nutritional and functional components in red adzuki bean paste and various by-products (dry matter)

?n=3；同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

表5紅小豆浸泡、蒸煮、洗沙加工過程中主要營養與功能成分損失率?

Table 5 Loss rate of main nutritional and functional components in red adzuki bean during processing of soaking, cooking and sand washing %

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2.3.2 紅小豆蒸煮損失 由表4、5可知，蒸煮加工過程中，主要營養與功能成分顯著降低(P<0.05)，且破壞程度最大。其中，黃酮、多酚、單寧損失率顯著高于蛋白質、脂肪和灰分(P<0.05)，其損失率分別為48.42%，40.00%，44.20%。Mamiro等[17]研究發現蒸煮過程顯著降低坦桑尼亞地區豆類中單寧含量，損失率為51.7%。在蒸煮過程中黃酮、多酚、單寧含量降低，是由于水煮加熱增加了其向外滲透的速率[18]。其次為蛋白質，損失率為16.39%，與Khalil等[20]的研究報道基本一致。這是由于在蒸煮過程中，溫度升高到100 ℃時，可溶性蛋白質減少，可溶性氮量增加，但蛋白質態氮反而下降[19]。脂肪損失率最低，為8.51%。

2.3.3 紅小豆制沙洗沙損失 由表4、5可知，洗沙加工過程中，主要營養與功能成分顯著降低(P<0.05)。其破壞程度顯著小于浸泡工序，這是因為制沙洗沙過程中也會損失部分可溶性成分，導致營養功能成分流失，但時間遠小于浸泡工序，營養流失少。蛋白質主要集中分布在豆沙中，含量為21.48%。功能性成分多酚和單寧主要富集于豆渣中，含量分別為162.30，14.26 mg/100 g，可作為多酚和單寧提取的原料，具有良好的高值化開發前景。

3 結論

以紅小豆為原料加工豆沙，其浸泡和蒸煮最優工藝參數為：浸泡溫度45 ℃、浸泡時間12 h、料液比1∶2.0 (g/mL)、蒸煮溫度110 ℃、蒸煮時間40 min。紅小豆豆沙加工過程中，浸泡、蒸煮、洗沙工序均導致紅小豆營養、功能成分顯著降低(P<0.05)，黃酮、多酚、單寧等主要功能成分的損失率顯著高于蛋白質、脂肪和灰分(P<0.05)，蛋白質、脂肪、灰分、碳水化合物、黃酮、多酚和單寧在成品豆沙中的保留率僅分別為60.74%，34.74%，48.25%，68.77%，19.67%，30.98%，13.94%，尤其黃酮在浸泡、蒸煮、制沙洗沙工序的損失率較大(分別為39.62%，48.42%，13.08%)，但成品豆沙中，蛋白質含量達21.48%(干基)，而豆渣中則富集多酚和單寧，含量(干基)分別為162.30，14.26 mg/100 g。因此，浸泡液、豆湯、洗沙水、豆渣中含有較多的營養功能活性成分，具有一定增值利用潛力。另外，可進一步探討控制浸泡用水量、采用豆湯制沙洗沙或高壓無水蒸煮，研發兼顧營養與工藝的豆沙加工新工藝。

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