紅蕓豆豆餡工藝優化及功能性糖對其品質的改良作用

張慧敏，李 丹，2，王 坤，2，賈 斌，張友良，左 鋒，4

（黑龍江八一農墾大學食品學院1，大慶 163119）

（黑龍江八一農墾大學國家雜糧工程技術研究中心2，大慶 163119）

（大慶老街基農副產品有限公司3，大慶 163119）

（糧食副產物加工與利用教育部工程研究中心4，大慶 163119）

英國紅蕓豆蛋白質和碳水化合物含量豐富，含有人體所必需的氨基酸，是賴氨酸的優質來源［1］，被廣泛應用在豆餡等傳統制品中［2］。豆餡加工過程中，常用蔗糖作為甜味劑，但蔗糖的甜味和熱量相對高，容易引起齲齒、肥胖、高血糖、近視等疾病，同時傳統的豆餡會由于油水外滲，顏色和風味易裂變、營養品質減損、貨架期短等問題造成餡料品質不佳，制約了豆餡在食品中的應用［3］。

功能性糖是一大類具有甜味且有特殊保健功能，可作為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、功能性單糖、功能性多糖［4］。近年來，由于人們對健康問題的日益關注，以及與肥胖和代謝綜合征有關的非傳染性疾病的發病率上升，增加了對低糖或無糖添加產品的需求，導致制造商開發更健康的糖基食品替代品［5］。大豆低聚糖、低聚木糖、麥芽糖醇、菊糖除了營養和健康方面的好處外，又因具有良好的親水性經常被用作餅干、糖果、啤酒、糕點、飲料和其他食品中的保水劑、增強劑、質構劑和穩定劑，使其增加食品的保水性等。并且4 種功能性糖不易被在腸道中消化吸收，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］。在食品加工過程中，糖類分子中的親水基團相互連接復合來實現與蛋白質、淀粉之間的相互作用，也可改變包埋在蛋白質分子中結合水的狀態，取代蛋白質分子表面的結合水并與之結合，從而起到抑制蛋白質變性的作用［7］；此外，在淀粉糊化后，以雙螺旋形式相互纏繞形成交叉貫穿網絡骨架的直連淀粉，能夠與糖類在一定條件下會依賴分子纏繞和螺旋聚集后形成凝膠，從而改善產品的特性［8，9］。目前，低甜味、低熱量的新型添加劑開發已成為國內外研究熱點，畑井朝子等［10］研究表明，麥芽海藻糖漿替代砂糖發現可以改善豆餡色澤，改變豆餡的粒子結構，并形成不同的風味口感。Rodriguez 等［11］研究表明，在餅干制作過程中添加菊粉，可以軟化餅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，在儲藏期間可以使面包變軟，改善面包的保濕性和柔軟度，提高其質量特性。姚鑫淼［3］研究表明糖類及其衍生物對全豆粒餡質構特性有很大的影響，麥芽糖比蔗糖可明顯提高全豆粒餡的黏著性并降低膠黏性。國內外關于在豆餡制品研究較少，多集中在海藻糖、乳糖醇、低聚木糖、糖醇等不同乳化劑對豆沙抗老化的作用研究［13，14］。

本實驗以蕓豆豆餡為原料，選擇常見的4 種功能性糖類作為外源添加劑，比較添加蔗糖和其他4種糖類（低聚木糖、大豆低聚糖、麥芽糖醇、菊糖）對豆餡保水性、黏性和微觀結構等品質特性的影響，以期減少豆餡加工存儲過程中水分損失、提升產品品質，并為開發低糖豆餡產品提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

英國紅蕓豆，大豆低聚糖、低聚木糖、麥芽糖醇、菊糖、蔗糖（食品級，純度＞95%）。

1.2 儀器與設備

MARS 60 可視化流變儀，NMI 低場核磁共振成像儀，SU3400 掃描電鏡，CQX －620 色差儀，5417R離心機，YXQ－50A滅菌鍋。

1.3 方法

1.3.1 英國紅蕓豆豆餡的制備

將洗干凈的豆子放入高壓鍋中蒸煮，將蒸煮好的豆子倒入80 目的篩子研磨洗沙，重復3 ～5 次，將溶液放入離心機內離心，除去上清液，將下層樣品放入80℃烘干箱中烘干至恒重，測其出沙率。

以出沙率為測定指標，探究不同蒸煮時間（10、20、30、40、50 min）、料液比（1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1∶5 g／mL）、蒸煮溫度（100、105、110、115、120、125 ℃）對豆餡出沙率的影響，測試3 次，取平均值。

在單因素實驗結果的基礎上，選擇蒸煮時間、料液比、蒸煮溫度進行正交實驗，以出沙率作為指標，探究豆餡最佳工藝條件，因素水平見表1。

表1 因素水平編碼表

1.3.2 出沙率的測定

取20 g紅蕓豆放入燒杯中，在45 ℃浸泡120 min后放入鍋內蒸煮30 min。將煮熟的紅蕓豆粒放入80目篩中研磨并洗沙，重復3 ～5 次，將溶液放入離心機內離心（4 500 r／min，10 min），除去上層清液，將下層豆沙在80 ℃烘箱中烘干至恒重。測定3 次，出沙率按式（1）計算：

式中：Y為出沙率／%；m 為豆餡質量／g；m0為供試紅蕓豆質量／g；x為供試紅蕓豆水質量分數／%。

1.3.3 不同糖樣品處理

選取20 g英國紅蕓豆，分別添加豆子的質量分數為0%、5%、10%、15%、20%的蔗糖、大豆低聚糖、低聚木糖、麥芽糖醇、菊糖，于最佳工藝參數下進行蒸煮得到樣品，備用。隨后選取不同糖保水性最高的添加量樣品備用。其中，以不添加糖的豆餡為空白，同時以添加蔗糖的豆餡作為對照組。

1.3.4 不同糖對豆餡保水性的影響

參照楊玲玲等［15］的方法，略有修改。稱取離心管質量m0，在準確稱取添加不同種類糖的豆餡質量m1（10 g），放置于離心管中，于4 ℃、4 500 r／min離心10 min。取出離心管倒置5 min，再用棉花去除表面水分，稱取離心后樣品質量m2。按式（2）計算保水性。

1.3.5 色差的測定

采用色差儀測定豆餡顏色。將樣品壓成5 mm的薄片，分別取5 處測得其L*（亮度）、a*（紅色／綠色）和b*（黃色／藍色）值。

1.3.6 低場核磁共振的測定

參照Wu等［16］的方法，略有修改。將2 g豆餡裝入進樣瓶中，放入核磁共振玻璃管中，直到溫度被平衡到25 ℃。水分分布弛豫時間（T2）使用Q －CPMG序列進行分析。測定結束后保存數據，進行T2反演程序進行批量反演得出弛豫時間的分布情況。參數設定為：P1為15 μs，P2為30 μs；NS 為16；SF 為19 MHz；TW為3 000 ms；SW為100 kHz。

1.3.7 動態流變儀的測定

參照Zhang等［17］的方法，略有修改。利用可視化流變儀，將樣品放置在25 ℃的Peltier 板上，將樣品放置平板中間使樣品1 cm的厚度，用20 mm平行板壓在2 mm間隙處，清理多余的豆餡，然后在暴露的表面涂上硅油，以防止測量期間水分蒸發，運行后記錄表征彈性和黏性的典型存儲模量（G'）和損失模量（G″）。參數設定為：頻率范圍為0.1 ～10.0 Hz；應變2%。

1.3.8 微觀結構觀察

參照劉璐等［18］的方法，略有修改，將樣品置于平板中，放入－80 ℃冰箱中，最后冷凍干燥和噴金，加速電壓5 kV下，利用掃描電子顯微鏡放大2 500 倍進行觀察。

1.4 數據處理

所有實驗樣品測定3 次，使用Origin 2018 和SiamaPlot 12.5 軟件對數據進行整理作圖，用SPSS 26軟件進行方差分析，并采用多重比較檢驗均值得差異顯著性（P ＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 工藝條件對豆餡出沙率的影響

2.1.1 單因素結果分析

溫度、料液比、時間對豆餡出沙率影響如圖1 所示。隨著蒸煮溫度升高，豆子吸收水的速率和數量也不斷增加，淀粉顆粒充分吸收水分顆粒膨脹，淀粉糊化程度增大直至達到完全［19］，在120 ℃時達到最大，為（67.75 ±1.04）%，當溫度繼續升高后，體系水分揮發的速度高于淀粉吸水速率，導致淀粉糊化下降并引起出沙率下降［20］；由圖1 料液比曲線可知，隨蒸煮水的比例增加，豆餡出沙率先呈上升趨勢，在1∶3時達到最大值為（59.04 ±0.31）%，繼續增加水的比例，水分過多淀粉顆粒會在加熱的作用下膨脹和破裂［21］出沙率則呈下降趨勢；由圖1 可知，隨著蒸煮時間的增加，有利于蕓豆淀粉α 化程度增大使其糊化完全［22］，豆餡出沙率呈上升趨勢，在30 min 時達到最大，為（59.04 ±0.41）%，當時間繼續增加淀粉完全糊化后，糊化度逐漸趨于平緩并保持不變，出沙率則趨于平緩。

圖1 溫度、料液比、時間對出沙率的影響

2.1.2 正交實驗結果分析

結合單因素實驗，以出沙率作為指標，進行正交實驗，結果見表2。通過對極差結果分析，根據R 值可知對豆餡出沙率影響的因素順序為A（溫度）＞B（時間）＞C（料液比）。最優組合為A3B2C2，即溫度為120 ℃、時間為30 min、料液比為1∶3，最大出沙率為68.81%。并通過驗證實驗可知出沙率為68.89%，與最優組合預測值相近，得到的最佳工藝條件具有較高的可行性。

表2 正交實驗結果

2.2 不同糖對豆餡保水性的影響

豆餡的保水性是豆餡品質的重要指標之一，豆餡中添加適量非淀粉糖類的親水性基團更容易促進其吸收水分，截留了網絡結構中的水分，從而能夠提高豆餡的保水能力［23］。添加不同功能糖后對豆餡保水性的影響如圖2 所示。糖類的添加能夠顯著提高豆餡的保水性，當糖的質量分數為5%時，添加4 種功能性糖類的豆餡保水性均顯著提高，其中菊糖豆餡保水性最高為（99.73 ±0.13）%，相比于空白組增加了13%左右，這主要由于糖類結構含有很多親水基團，分解大量的羥基與蛋白的疏水基團結合，并與淀粉分子共同形成了較為穩定的凝膠網絡結構［24］，能夠吸附大量的水分使其保水性提高。但隨著糖類添加量過多會使豆餡變得過度黏稠，不同糖的羥基與蛋白及水分子之間形成氫鍵，導致對整體保水性能力降低［25］。

圖2 不同糖對豆餡保水性的影響

2.3 不同糖對豆餡顏色的影響

色澤是豆餡重要的感官指標之一，與消費者接受程度有著密切關系，糖類添加對豆餡色澤的影響如表3 所示。L*、a*、b*分別表示豆餡的明亮度、紅色和黃色［26］。a*值越大顏色越紅，b*值越大顏色越鮮艷。麥芽糖醇與對照組L*值無顯著差異，添加低聚木糖、大豆低聚糖和菊糖能夠顯著提升豆餡L*值，其中菊糖還能顯著增加豆餡的a*、b*值，這可能是由于菊糖水解為果糖后會加劇美拉德反應，并且菊糖的溶解性隨溫度的升高而增強［27］，使其豆餡顏色鮮艷明亮。

表3 不同種類糖對豆餡色澤的影響

2.4 不同糖對豆餡水分分布的影響

低場核磁是可以通過測量食品中氫質子在磁場中的弛豫特性，來量化水分子的遷移率并顯示水分分布［28］，糖類添加對豆餡橫向弛豫時間T2波譜圖的影響如圖3 所示。可以觀察到4 個不同峰，分別為T2b（0.1 ～1.0 ms）、T21（1 ～10 ms）、T22（10 ～100 ms）和T23（100 ～1 000 ms），即結合水（T2b和T21）、不易流動水（T22）、自由水（T23）。添加糖后使豆餡中主要水分T22的峰均向左移動，表明豆餡中的水分子流動性下降，糖類添加可以增加豆餡中對水分的束縛能力，從而提高了保水能力［29］。此外，與空白和對照組相比，添加4 種功能性糖豆餡的水分分布從自由水向不易流動水和結合水移動更多。

圖3 不同種類糖對豆餡橫向弛豫時間T2 的影響

不同糖對豆餡水分組成和含量如表4 所示。結合水峰面積P21、不易流動水峰面積P22與自由水峰面積P23可反映豆餡內水分的組成情況，P21、P22越大代表結合水和不易流動水比例越高，P23越大代表自由水比例越高，添加糖類后P21從（3.57 ±0.29）%逐漸增大至（4.16 ±0.26）%，P22從（94.47 ±0.37）%逐漸增大至（95.84 ±0.26）%，P23皆從（1.96 ±0.05）%逐漸降低至（0.09±0.01）%，即添加糖后使豆餡中結合水和不易流動水的含量均增加（P ＜0.05）。與對照組相比，菊糖的P21和P22所占比例增加最多，這可能是由于糖類分子具有很強的親水性，可與淀粉分子、蛋白之間發生相互作用，增強了凝膠網絡結構，提高了其對水的結合能力，導致結合水和自由水的增加，進而提高豆餡持水性能力［30］。

2.5 不同糖對豆餡流變學特性的影響

動態流變學是研究食品質構特性最常用的方法，以儲能模量（G'）和損耗模量（G″）來表征豆餡的黏彈性變化如圖4 所示。在0 ～10 Hz范圍內隨著振蕩頻率的增加，G'與G″也隨之上升，且彈性大于黏性，以彈性行為為主，表現出典型的弱凝膠動態流變學性質［31］。圖4a 為糖類對豆餡G'的影響，可以看出添加功能性糖類的G'明顯低于對照組，麥芽糖醇模量最高與之相近，這可能是由于糖類添加會導致蛋白質的變性溫度較對照組有所下降，而變性溫度較低時，蛋白質分子受熱后會發生過快聚集，導致分子鏈還未完全展開，即發生無規則交聯使G'降低［32］。豆餡的G″隨著糖類的增加也會發生明顯變化（圖4b），整體變化趨勢與G'相似。相比之下，麥芽糖醇和菊糖的儲能模量（G'）和損耗模量（G″）與對照組更為接近，能夠與蛋白及淀粉分子間通過二硫鍵和氫鍵形成三維網絡結構，確保豆餡的黏彈性［33］。

圖4 不同糖對豆餡動態流變學特性的影響

2.6 不同糖對豆餡微觀結構的影響

通過SEM研究了豆餡的截面微觀結構，以評估糖類與淀粉、蛋白間相互作用對豆餡品質的影響。添加不同糖的豆餡微觀結構如圖5 所示。6 種樣品表現出不規則的類似鱗片形狀或板狀結構，豆餡表面粗糙、顆粒不均一。與空白組相比，添加不同功能性糖和添加蔗糖的豆餡表面粗糙度變低，可能是因為糖具有多羥基結構，能夠與豆餡中的蛋白與淀粉結合相互作用，并形成細膩的致密網絡結構。

圖5 不同種類糖對豆餡微觀結構的影響（×2 500）

3 結論

對比研究了添加功能性糖類對豆餡的保水性、動態流變學、微觀結構等品質特性影響。實驗結果表明，英國紅蕓豆豆餡在蒸煮溫度為120 ℃、蒸煮時間為30 min、料液比為1∶3 時，豆餡出沙率達到最大值為68.81%。與空白組和對照組相比，添加功能性糖可以明顯地改善豆餡的保水性，減少產品中水分的流失，當糖的質量分數為5%時，菊糖豆餡保水性最高可達（99.73 ±0.13）%；添加糖后使豆餡中主要水分T22的峰均向左移動，降低了豆餡中的水分子流動性，與空白和對照組相比，添加4 種功能性糖豆餡的水分分布從自由水向不易流動水和結合水移動更多；功能性糖豆餡流變特性表現出隨著振蕩頻率的增加，G'與G″也隨之上升，且彈性大于黏性，具有典型的弱凝膠動態流變學特性；此外，功能性糖能改善制品的整體色澤，表現出致密均勻的網絡結構。因此，在豆餡中添加4 種功能性可替代蔗糖，即降低了蔗糖添加量又改善了豆餡品質，為新型豆餡制品的開發提供參考。