王大為，董 欣，張 星，任華華（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

不同浸泡方法對(duì)綠豆吸水特性的影響

王大為，董 欣，張 星，任華華
（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

為研究浸泡方式對(duì)綠豆軟化處理的影響，采用不同溫度條件浸泡、超聲波和微波輔助浸泡處理、化學(xué)法輔助浸泡處理以及酶法輔助浸泡處理綠豆，考察不同方法對(duì)綠豆浸泡時(shí)吸水率、體積膨脹率的影響，同時(shí)采用掃描電子顯微鏡觀察綠豆內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，并對(duì)其吸水動(dòng)力學(xué)進(jìn)行初步研究。結(jié)果表明，隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)及溫度提高，綠豆吸水率及體積膨脹率呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)直至飽和，但隨著溫度的升高，綠豆的飽和吸水率明顯降低，不同浸泡處理方式的飽和吸水率及膨脹率不同。4 種浸泡軟化方法的吸水動(dòng)力學(xué)方程為：1）不同溫度條件浸泡：y20=0.056x＋0.002（R2=0.945，20 ℃）、y40=0.235x＋0.085（R2=0.978，40 ℃）、y60=1.057x＋0.332（R2=0.983，60 ℃）；2）超聲波和微波輔助浸泡處理：yu=0.182x＋0.001（R2=0.988，超聲波）、ym=0.116x＋0.081（R2=0.982，微波）；3）化學(xué)法輔助浸泡處理：ya=0.029x＋0.051（R2=0.963，乙酸）、ysb=0.036x＋0.027（R2=0.838，碳酸氫鈉）、ysc=0.057x＋0.054（R2=0.957，碳酸鈉）；4）酶法輔助浸泡處理：yc=0.122x＋0.051（R2=0.999，纖維素酶）、yh=0.101x＋0.103（R2=0.854，半纖維素酶）、yp=0.098x＋0.002（R2=0.990，果膠酶）。綠豆吸水動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，物理、化學(xué)輔助浸泡處理均能提高綠豆的吸水速率，超聲波、酶法輔助浸泡處理能顯著縮短浸泡時(shí)間。

綠豆；軟化處理；吸水率；吸水動(dòng)力學(xué)

綠豆（Vigna radiata (Linn.) Wilczek，mung bean），別名植豆、青小豆、錄豆，是我國(guó)主要食用豆類作物，已有2 000多年的栽培歷史[1-2]。在我國(guó)各地均有種植，主產(chǎn)區(qū)集中在黃河、淮河流域及東北地區(qū)[3-4]，我國(guó)常年種植面積約80萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量保持在近100萬(wàn) t[5]。

綠豆?fàn)I養(yǎng)豐富，含有多種維生素、礦物質(zhì)和多種生物活性物質(zhì)[6-8]，具有很好的藥用價(jià)值和保健功能，是廣大人民非常喜愛(ài)的食品之一，通常制成綠豆湯、綠豆粥、綠豆糕等常見(jiàn)的解熱消暑的飲品及甜點(diǎn)食用[9]。由于干燥綠豆質(zhì)地堅(jiān)硬，在綠豆食品加工過(guò)程中，軟化處理是十分重要和必需的步驟，常見(jiàn)的軟化方法是常溫浸泡、蒸煮，此過(guò)程不但可以使綠豆吸水膨脹，同時(shí)還可以去除綠豆內(nèi)的單寧、植酸等。但是，水浸泡軟化處理過(guò)度會(huì)使綠豆中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失[10-13]。目前關(guān)于浸泡綠豆的工藝已有一些相關(guān)報(bào)道，但方法單一或只研究對(duì)豆芽生長(zhǎng)的影響[14]。另外動(dòng)力學(xué)的研究主要集中在食品功能成分提取方面[15-18]，對(duì)綠豆不同軟化方法的吸水動(dòng)力學(xué)研究報(bào)道甚少。本實(shí)驗(yàn)主要研究不同浸泡溫度（20、40、60 ℃）、超聲波和微波輔助浸泡處理、化學(xué)法（乙酸、碳酸氫鈉、碳酸鈉）輔助浸泡處理以及酶法（纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶）輔助浸泡處理對(duì)綠豆吸水率及體積膨脹率的影響，同時(shí)采用掃描電子顯微鏡觀察綠豆內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，并對(duì)以上4 種方法進(jìn)行吸水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，建立相應(yīng)的吸水動(dòng)力學(xué)模型，以便在保證綠豆軟化效果同時(shí)，盡量縮短軟化時(shí)間、提高綠豆食品生產(chǎn)效率、減少用水量、保護(hù)環(huán)境，不但為綠豆食品加工時(shí)綠豆浸泡復(fù)水處理高效進(jìn)行提供一定的理論依據(jù)，同時(shí)也為其他豆類或雜糧食品加工中出現(xiàn)同類或相似問(wèn)題的解決提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠豆產(chǎn)自吉林省白城市。

碳酸氫鈉、乙酸、碳酸鈉（均為食品級(jí)） 河北源創(chuàng)生物科技有限公司；纖維素酶（酶活力700 EGU /g）、半纖維素酶（酶活力100 FEB/g）、果膠酶（酶活力1 000 U/mg） 諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DIKW-4雙列四位電熱恒溫水浴鍋 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；PHS-3BW微機(jī)型精密酸度計(jì) 上海理達(dá)儀器廠；GBB02電子精密天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；UWave-1000型微波/紫外/超聲波三位一體合成萃取反應(yīng)儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；SU8010掃描電子顯微鏡 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 浸泡溫度對(duì)綠豆吸水率和吸水速率的影響

準(zhǔn)確稱取綠豆3 份，每份10.00 g，置于容器中加入30 mL蒸餾水，分別于20、40、60 ℃條件下浸泡，每隔1 h取樣，測(cè)定不同溫度條件下浸泡后的綠豆質(zhì)量，按公式（1）計(jì)算吸水率。

式中：m1為浸泡前綠豆質(zhì)量/g；m2為浸泡后綠豆質(zhì)量/g。

綠豆吸水速率計(jì)算方法可由公式（2）、（3）推出。

式中：Ct為在t時(shí)刻時(shí)綠豆的含水量/（g/g）；CH為綠豆浸泡后的飽和含水量/（g/g）；k為綠豆的吸水速率；t為浸泡時(shí)間/h。

將式（2）兩邊積分得式（3）。

式中：C0為綠豆最初（t=0 h）的含水量/（g/g）。

由式（3）可知，綠豆在一定條件下吸水時(shí)，以ln（（CH－C0）/（CH－Ct））為縱坐標(biāo)（y值），時(shí)間t為橫坐標(biāo)（x值），繪制曲線，計(jì)算方程斜率k即可得綠豆吸水速率。

1.3.2 超聲波、微波處理對(duì)綠豆吸水率和吸水速率的影響

準(zhǔn)確稱取綠豆2 份，每份10.00 g，置于燒杯中，加入30 mL蒸餾水，分別于超聲波功率400 W、超聲波時(shí)間10 min及微波溫度40 ℃、微波時(shí)間10 min條件下處理，然后取出常溫浸泡，每隔1 h取樣，測(cè)定在兩種處理方法浸泡后的綠豆質(zhì)量，按1.3.1節(jié)的方法計(jì)算吸水率和吸水速率。

1.3.3 化學(xué)法輔助處理對(duì)綠豆吸水率和吸水速率的影響

準(zhǔn)確稱取綠豆3 份，每份10.00 g，置于容器中，分別加入體積分?jǐn)?shù)為5%的乙酸、5 g/100 mL碳酸氫鈉、5 g/100 mL碳酸鈉溶液30 mL，浸泡處理 20 min，然后取出綠豆沖洗至中性，常溫浸泡，每隔1 h取樣，測(cè)定在不同化學(xué)法輔助處理浸泡后的綠豆質(zhì)量，按1.3.1節(jié)的方法計(jì)算吸水率和吸水速率。

1.3.4 酶法輔助浸泡處理對(duì)綠豆吸水率和吸水速率的影響

準(zhǔn)確稱取綠豆3 份，每份10.00 g，置于容器中，加入30 mL蒸餾水，用食品級(jí)乙酸和碳酸鈉調(diào)整pH值后，分別加入2%纖維素酶、2%半纖維素酶及2%果膠酶，分別在酶的最適溫度和pH值下（半纖維素酶45 ℃、pH值3.5；纖維素酶55℃、pH值5.0；果膠酶50℃、pH值3.5）水浴處理20 min，然后取出綠豆沖洗至中性，常溫浸泡，每隔1 h取樣，測(cè)定不同酶處理浸泡后的綠豆質(zhì)量，按1.3.1節(jié)的方法計(jì)算吸水率和吸水速率。

1.3.5 綠豆體積膨脹率的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取綠豆10.00 g，精確測(cè)量處理前綠豆體積（V1），然后分別用1.3.1～1.3.4節(jié)中的方法處理綠豆，檢測(cè)上述不同條件下處理后綠豆的體積（V2），按公式（4）計(jì)算綠豆體積膨脹率。

1.3.6 掃描電子顯微鏡觀察

取上述4 種方法浸泡軟化后的綠豆顆粒及浸泡前綠豆顆粒，分別截取其橫截面放置于雙面膠上，噴涂鉑-鈀合金，置于掃描電子顯微鏡下觀察其微觀結(jié)構(gòu)。掃描電子顯微鏡的條件為：加速電壓7 kV、發(fā)射電流19 900 nA、放大倍數(shù)1 000 倍、工作距離9.1 mm、電子探頭為二次電子檢測(cè)器。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003和Origin 8.0軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸泡溫度對(duì)綠豆軟化的影響

圖1 綠豆浸泡過(guò)程中吸水率的變化Fig. 1 Changes in water absorption percentage of mung beans during hot water soaking

由圖1可知，20 ℃浸泡時(shí)綠豆在0～6 h內(nèi)吸水率持續(xù)快速增長(zhǎng)，6～11 h進(jìn)入緩慢增加狀態(tài)，11 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.272%；40 ℃浸泡時(shí)綠豆在0～5 h其吸水率進(jìn)入快速增長(zhǎng)狀態(tài)，且較20 ℃時(shí)更為迅速，5～9 h吸水率持續(xù)緩慢增長(zhǎng)，9 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，吸水率為1.251%；60 ℃浸泡時(shí)綠豆吸水率于0～4 h內(nèi)快速增加，而后迅速達(dá)到飽和狀態(tài)且保持不變，吸水率為0.987%。由此可知，隨著浸泡溫度的升高，綠豆飽和吸水率反而下降，這是由于隨著溫度的升高，綠豆中的淀粉會(huì)發(fā)生糊化，蛋白質(zhì)會(huì)產(chǎn)生變性，從而導(dǎo)致水分難以吸收[19]。

圖2 綠豆浸泡過(guò)程中吸水速率的變化Fig. 2 Changes in water absorption rate of mung beans during hot water soaking

將所得數(shù)據(jù)代入Kon[11]提出的方法中，通過(guò)確定綠豆此條件下的最大飽和吸水率及吸水前綠豆含水量，并以時(shí)間為橫軸作圖。由圖2可知，在0～4 h內(nèi)，不同溫度（20、40、60 ℃）浸泡綠豆的吸水動(dòng)力學(xué)方程分別為y20=0.056x＋0.002（R2=0.945，20 ℃）、y40=0.235x＋0.085（R2=0.978，40 ℃）、y60=1.057x＋0.332（R2=0.983，60 ℃）。在20、40、60 ℃浸泡條件下得到的綠豆吸水動(dòng)力學(xué)模型具有很好的線性關(guān)系。當(dāng)浸泡溫度20 ℃時(shí)，k值為0.056；40 ℃時(shí)，k值為0.235；60 ℃時(shí)，k值為1.057。斜率k值隨著浸泡溫度的升高而增大，吸水速率順序?yàn)?0 ℃＞40 ℃＞20 ℃。此現(xiàn)象的原因可能是綠豆內(nèi)的淀粉隨著溫度升高發(fā)生糊化作用[20]，導(dǎo)致飽和吸水量減少，與圖1顯示結(jié)果一致。

圖3 綠豆浸泡過(guò)程中體積膨脹率的變化Fig. 3 Changes in volume expansion percentage of mung beans during hot water soaking

由圖3可知，在20 ℃的浸泡條件下，11 h后體積膨脹率達(dá)到最大，為1.453%；在40 ℃的浸泡處理?xiàng)l件下，浸泡9 h體積膨脹率達(dá)到1.412%；60 ℃浸泡處理后4 h其體積膨脹率為1.286%。結(jié)果表明，在較高溫度條件下水分容易進(jìn)入綠豆內(nèi)部，而溫度過(guò)高的條件下綠豆體積膨脹率反而下降，與各因素對(duì)綠豆吸水率的影響趨勢(shì)一致，表明綠豆體積膨脹率與綠豆吸水率之間呈正相關(guān)性。

圖4 綠豆浸泡前后的微觀結(jié)構(gòu)Fig. 4 Scanning electron microscope pictures of mung beans before and after hot water soaking

由圖4a可知，在未吸水狀態(tài)下，綠豆橫切面為非光滑、凹凸褶皺表面，未見(jiàn)清晰腎形淀粉顆粒[21]；圖4b為綠豆處于20 ℃的浸泡處理狀態(tài)，可見(jiàn)綠豆內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，淀粉由于吸水膨脹而呈現(xiàn)出清晰可見(jiàn)的腎形顆粒且表面光滑、未發(fā)生黏連，但當(dāng)溫度達(dá)到40 ℃以上時(shí)，由圖4c、d可以看出綠豆內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，內(nèi)溶物流出，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，就會(huì)使淀粉粒發(fā)生糊化，且溫度越高糊化效果越強(qiáng)，淀粉之間黏連作用越強(qiáng)，顆粒清晰度越低，從而阻礙了綠豆的吸水[22-24]。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，采用較高溫度的水對(duì)綠豆進(jìn)行浸泡軟化處理雖能獲得一定的效果，但耗時(shí)較長(zhǎng)，為維持一定溫度將產(chǎn)生較大能源消耗，不符合節(jié)能減排的生產(chǎn)模式，綜合考慮最大飽和吸水率及最快復(fù)水時(shí)間，加熱浸泡綠豆的最佳溫度為40 ℃。

2.2 超聲波、微波輔助浸泡處理對(duì)綠豆軟化的影響

圖5 超聲波、微波輔助浸泡處理綠豆吸水率的變化Fig. 5 Changes in water absorption percentage of mung beans during soaking after ultrasonic and microwave pretreatments

由圖5可知，超聲波輔助浸泡處理綠豆在0～6 h內(nèi)吸水率持續(xù)快速增長(zhǎng)，6 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.074%；微波輔助浸泡處理綠豆在0～7 h其吸水率進(jìn)入快速增長(zhǎng)狀態(tài)，7 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.018%。超聲波輔助處理較微波輔助處理后綠豆飽和吸水時(shí)間提前了1 h。兩種軟化處理方法綠豆飽和吸水率相差不多。另外，超聲波和微波輔助處理之后，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，綠豆吸水率逐漸升高直至飽和，這是由于超聲波和微波輔助處理能夠使種子內(nèi)胚細(xì)胞膜的亞微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化、發(fā)生不穩(wěn)定性，促使種子吸水膨脹，增加種子的吸水能力[25]，而微波輔助處理的破壁效果又遠(yuǎn)不及超聲波，從而導(dǎo)致其飽和吸水率下降。

由圖6可知，在1～4 h內(nèi)，超聲波、微波輔助浸泡處理綠豆的吸水動(dòng)力學(xué)方程分別為yu=0.182x＋0.001（R2=0.988，超聲波）、ym=0.116x＋0.081（R2=0.982，微波）。超聲波、微波輔助浸泡處理綠豆吸水動(dòng)力學(xué)模型具有很好的線性關(guān)系。超聲波輔助處理時(shí)，k值為0.182；微波輔助處理時(shí)，k值為0.116。超聲波、微波輔助浸泡處理時(shí)，k值隨著浸泡溫度的升高而增大，但超聲波輔助浸泡處理其斜率k值較微波輔助處理更大，說(shuō)明超聲波輔助浸泡處理綠豆膨脹吸水效果更為明顯，綠豆吸水速率更快，其原因可能是超聲波的振動(dòng)作用破壞了綠豆種皮的蠟質(zhì)角質(zhì)層結(jié)構(gòu)，減少水分子進(jìn)入綠豆籽粒內(nèi)部的阻礙物含量，使水分快速滲透到綠豆籽粒中[26]。但其飽和吸水率低于常溫浸泡下綠豆飽和吸水率，原因可能是超聲波和微波輔助浸泡處理使綠豆內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，加速內(nèi)溶物流出，部分淀粉發(fā)生糊化作用[27]，從而抑制了綠豆的吸水速率，導(dǎo)致此種現(xiàn)象的產(chǎn)生。由圖7可知，超聲波輔助浸泡處理綠豆，6 h后體積膨脹率達(dá)到最大，為1.306%；在微波輔助浸泡處理?xiàng)l件下，浸泡7 h體積膨脹率達(dá)到1.290%。表明超聲波輔助法更有效地促使綠豆吸水膨脹。從圖8a可以看出，有眾多飽滿腎形突起，原因是由于超聲波作用破壞了綠豆皮部分結(jié)構(gòu)，加速了內(nèi)部淀粉吸水作用；圖8b中由于微波的快速加熱作用導(dǎo)致綠豆內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，部分淀粉喪失吸水性能，使綠豆淀粉的邊緣呈不清晰的狀態(tài)。將超聲波、微波處理應(yīng)用于綠豆軟化，所得飽和吸水率與其他方法相比較低，但能夠大幅度縮短綠豆加工處理時(shí)間，提高工作效率。

圖7 超聲波、微波輔助浸泡處理綠豆體積膨脹率的變化Fig. 7 Changes in volume expansion percentage of mung beans during soaking after ultrasonic and microwave pretreatments

圖8 超聲波、微波輔助浸泡處理綠豆的微觀結(jié)構(gòu)Fig. 8 Scanning electron microscope pictures of soaked mung beans with ultrasonic and microwave pretreatments bean by enzymatic method

2.3 化學(xué)法輔助浸泡處理對(duì)綠豆吸水率的影響

圖9 不同化學(xué)法輔助浸泡處理綠豆吸水率的變化Fig. 9 Changes in water absorption percentage of mung beans during soaking after different chemical pretreatments

由圖9可知，乙酸輔助浸泡處理綠豆在0～10 h內(nèi)吸水率持續(xù)快速增長(zhǎng)，10 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.249%；碳酸氫鈉輔助浸泡處理綠豆在0～10 h內(nèi)吸水率持續(xù)快速增長(zhǎng)，10 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.227%；碳酸鈉浸泡處理綠豆在0～9 h內(nèi)吸水率持續(xù)快速增長(zhǎng)，9 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.265%。經(jīng)過(guò)化學(xué)法輔助浸泡處理后的綠豆隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)其達(dá)到飽和吸水量的時(shí)間較普通常溫浸泡法有所減少，碳酸鈉浸泡效果更為明顯?；瘜W(xué)法輔助處理有利于提高綠豆種皮的通透性，從而加快綠豆吸水，縮短綠豆浸泡時(shí)間[28]。

由圖10可知，在0～4 h內(nèi)，化學(xué)法輔助處理后浸泡綠豆的吸水動(dòng)力學(xué)方程分別為ya=0.029x＋0.051（R2=0.963，乙酸)、ysb=0.036x＋0.027（R2=0.838，碳酸氫鈉）、ysc=0.057x＋0.054（R2=0.957，碳酸鈉）。乙酸、碳酸氫鈉、碳酸鈉輔助處理得到的綠豆吸水動(dòng)力學(xué)模型具有很好的線性關(guān)系。此外，當(dāng)使用乙酸輔助浸泡處理綠豆時(shí)，k值為0.029；當(dāng)使用碳酸氫鈉輔助浸泡處理綠豆時(shí)，k值為0.036；當(dāng)使用碳酸鈉輔助浸泡處理綠豆時(shí)，k值為0.057。不同的化學(xué)法輔助處理綠豆浸泡吸水速率的順序是碳酸鈉＞碳酸氫鈉＞乙酸。

圖10 不同化學(xué)法輔助浸泡處理綠豆吸水速率的變化Fig. 10 Changes in water absorption rate of mung beans during soaking after different chemical pretreatments

圖11 不同化學(xué)法輔助浸泡處理綠豆體積膨脹率的變化Fig. 11 Changes in volume expansion percentage of mung beans during soaking after different chemical pretreatments

圖12 不同化學(xué)法輔助處理綠豆的微觀結(jié)構(gòu)Fig. 12 Scanning electron microscope pictures of soaked mung beans with different chemical pretreatments bean by enzymatic method

由圖11可知，在乙酸輔助浸泡綠豆的條件下，10 h后體積膨脹率達(dá)到最大，為1.408%；在碳酸氫鈉輔助浸泡處理?xiàng)l件下，浸泡10 h體積膨脹率達(dá)到1.382%；在碳酸鈉輔助浸泡處理綠豆的條件下，體積膨脹率在9 h達(dá)到最大，為1.427%。表明碳酸鈉輔助法更有效地促使綠豆吸水膨脹，與綠豆的吸水率變化結(jié)果相符。圖12b較圖12a、c中淀粉顆粒更加圓滑飽滿、完整，說(shuō)明其吸水性較強(qiáng)，而其他兩種處理方法次之。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，化學(xué)法輔助處理后浸泡軟化綠豆，可以得到較高的飽和吸水率，但所需時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)所選溶劑安全性要求較高，必須為食品級(jí)。

2.4 酶法輔助浸泡處理對(duì)綠豆吸水率的影響

圖13 酶法輔助浸泡處理綠豆吸水率的變化Fig. 13 Changes of soak-absorbing rate of mung beans by enzymatic method

由圖13可知，纖維素酶處理后浸泡綠豆在0～6 h內(nèi)吸水率持續(xù)快速增長(zhǎng)，6 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.183%；半纖維素酶處理后浸泡綠豆在0～6 h內(nèi)吸水率持續(xù)快速增長(zhǎng)，6 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.126%；果膠酶處理后浸泡綠豆在0～7 h內(nèi)吸水率持續(xù)快速增長(zhǎng)，7 h后達(dá)到平衡吸水飽和態(tài)，飽和吸水率為1.064%。酶處理的綠豆隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)其達(dá)到飽和吸水量的時(shí)間較普通常溫浸泡有所減少，原因可能是酶處理時(shí)，需要加熱到酶的最適溫度，加熱時(shí)會(huì)導(dǎo)致部分內(nèi)溶物溶出，造成綠豆內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而降低了吸水率。但從吸水效率角度看，酶處理后較大程度縮短了綠豆浸泡復(fù)水的時(shí)間，因?yàn)榫G豆皮中含有75%左右的膳食纖維[29-30]，而酶可以使綠豆皮表面的膳食纖維發(fā)生降解疏松，提高綠豆表面通透性，加快綠豆吸水。

圖14 酶法輔助浸泡處理綠豆吸水速率的變化Fig. 14 Changes of water-absorbing rate of mung beans by enzymatic method

由圖14可知，在0～4 h內(nèi)，酶處理后浸泡綠豆的吸水動(dòng)力學(xué)方程分別為yc=0.122x＋0.051（R2=0.999，纖維素酶）、yh=0.101x＋0.103（R2=0.854，半纖維素酶）、yp=0.098x＋0.002（R2=0.990，果膠酶）。纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶處理綠豆吸水動(dòng)力學(xué)模型具有很好的線性關(guān)系。當(dāng)使用纖維素酶處理綠豆時(shí)，k值為0.122；當(dāng)使用半纖維素酶處理綠豆時(shí)，k值為0.101；當(dāng)使用果膠酶浸泡處理綠豆時(shí)，k值為0.098。不同酶處理綠豆浸泡其吸水速率順序是纖維素酶＞半纖維素酶＞果膠酶。

圖15 酶法輔助浸泡處理綠豆體積膨脹率的變化Fig. 15 Changes of volume expansion rate of mung beans by enzymatic method bean by enzymatic method

圖16 酶法輔助浸泡處理綠豆的掃描電子顯微鏡圖Fig. 16 Scanning electron microscope pictures of mung beans by enzymatic method

由圖15可知，在纖維素酶輔助浸泡處理綠豆的條件下，6 h后體積膨脹率達(dá)到最大，為1.365%；在半纖維素酶輔助浸泡處理?xiàng)l件下，浸泡6 h體積膨脹率達(dá)到1.337%；果膠酶輔助浸泡處理后7 h其體積膨脹率為1.298%。圖16a、b較圖16c腎形顆粒的飽滿程度及數(shù)量都更明顯，可知纖維素酶及半纖維素酶輔助浸泡處理的綠豆吸水率更高，兩者之間比較腎形顆粒數(shù)量無(wú)明顯差異，但圖16a綠豆飽滿程度更高，與上述吸水率及膨脹率變化趨勢(shì)相符。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，酶輔助處理后浸泡軟化綠豆，均能夠在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到飽和吸水率與膨脹率，從而提高工作效率。

3 結(jié) 論

綠豆隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)以及溫度的升高，吸水率呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但隨著溫度的升高，綠豆的飽和吸水率明顯降低，通過(guò)吸水動(dòng)力學(xué)研究得到4 種方法的動(dòng)力學(xué)方程為：1）不同溫度浸泡處理：y20=0.056x＋0.002（R2=0.945，20 ℃）、y40=0.235x＋0.085（R2=0.978，40 ℃）、y60=1.057x＋0.332（R2=0.983，60 ℃），其吸水速率順序?yàn)?0 ℃＞40 ℃＞20 ℃，在60 ℃時(shí)綠豆吸水速率最快，但其飽和吸水率下降。2）超聲波和微波輔助浸泡處理：yu=0.182x＋0.001（R2=0.988，超聲波）、ym=0.116x＋0.081（R2=0.982，微波），其吸水速率順序?yàn)槌暡ǎ疚⒉ǎ闯暡ㄝo助浸泡處理綠豆更有利于綠豆膨脹吸水。3）化學(xué)法輔助浸泡處理：ya=0.029x＋0.051（R2=0.963，乙酸)、ysb=0.036x＋0.027（R2=0.838，碳酸氫鈉）、ysc=0.057x＋0.054（R2=0.957，碳酸鈉），其吸水速率順序?yàn)樘妓徕c＞碳酸氫鈉＞乙酸，即碳酸鈉處理綠豆吸水速率最快。4）酶法輔助浸泡處理：yc=0.122x＋0.051（R2=0.999，纖維素酶）、yh=0.101x＋0.103（R2=0.854，半纖維素酶）、yp=0.098x＋0.002（R2=0.990，果膠酶），其吸水速率順序?yàn)槔w維素酶＞半纖維素酶＞果膠酶，纖維素酶處理綠豆可明顯提高綠豆的吸水速率。

采用物理或化學(xué)法輔助浸泡處理均可以提高綠豆吸水速率，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到綠豆復(fù)水軟化目的。以綠豆達(dá)到飽和吸水率的時(shí)間來(lái)衡量綠豆浸泡復(fù)水工作效率，相比于20 ℃常溫水浸泡綠豆，40 ℃水浸泡時(shí)間縮短18.18%，60 ℃浸泡時(shí)間縮短63.63%，超聲波輔助處理浸泡時(shí)間縮短45.45%，微波輔助浸泡處理時(shí)間縮短36.36%，乙酸和碳酸氫鈉輔助浸泡處理時(shí)間縮短9.09%，碳酸鈉輔助浸泡處理時(shí)間縮短18.18%，纖維素酶和半纖維素酶輔助浸泡處理時(shí)間縮短45.45%，果膠酶輔助浸泡處理時(shí)間縮短36.36%。60 ℃條件下浸泡綠豆達(dá)到飽和吸水率最快，但需消耗大量能源，而且高溫改變綠豆蛋白質(zhì)及淀粉結(jié)構(gòu)，影響綠豆的應(yīng)用。超聲波輔助浸泡處理處理省時(shí)、高效且節(jié)能環(huán)保，所應(yīng)用設(shè)備也為基礎(chǔ)設(shè)備。酶法輔助浸泡處理處理不僅省時(shí)、節(jié)能，而且所需酶種類較為簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便易行。但這兩種方法的生產(chǎn)成本比常溫浸泡要高，在實(shí)際生產(chǎn)中需要綜合考慮。

本研究結(jié)果不但為綠豆食品加工時(shí)的綠豆浸泡復(fù)水處理提供有效方法，同時(shí)也為其他豆類食品加工時(shí)的高效浸泡復(fù)水提供了借鑒。

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Effects of Different Soaking Methods on Water Absorption Characteristics of Mung Bean

WANG Dawei, DONG Xin, ZHANG Xing, REN Huahua
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

The aim of this research was to explore the effects of different soaking methods namely, hot water soaking, and soaking in water at ambient temperature after ultrasonic and microwave pretreatments, and chemical and enzymatic pretreatments on the water adsorption percentage and volume expansion percentage of mung bean. At the same time, the internal microstructure of mung bean was observed by microstructure electron microscope and kinetic studies on the water absorption were carried out. The results showed that the water absorption percentage of mung bean increased reaching saturation as immersion time and temperature increased, but the saturated water absorption percentage was significantly reduced with increasing immersion time. The saturated water absorption percentages and expansion percentages with different soaking treatments were different. The water absorption kinetic equations for four soaking treatments were as follows: 1) hot water soaking at different temperatures: y20= 0.056x + 0.002 (R2= 0.945, 20 ℃), y40= 0.235x + 0.085 (R2= 0.978, 40 ℃), and y60= 1.057x + 0.332 (R2= 0.983, 60 ℃); 2) ultrasonic and microwave treatment: yu= 0.182x + 0.001 (R2= 0.988, ultrasonic treatment), and ym= 0.116x + 0.081 (R2= 0.982, microwave); 3) chemical treatment: ya= 0.029x + 0.051 (R2= 0.963, acetic acid), ysb= 0.036x + 0.027 (R2= 0.838, sodium bicarbonate), ysc= 0.057x + 0.054 (R2= 0.957, sodium carbonate); 4) enzymatic treatment: yc= 0.122x + 0.051 (R2= 0.999, cellulase), yh= 0.101x + 0.103 (R2= 0.854, hemicellulase), and yp= 0.098x + 0.002 (R2= 0.990, pectase). The results of kinetic studies showed that both physical and chemical treatments could increase the water absorption percentage of mung bean, and ultrasonic and enzymatic treatments could significantly shorten the soaking time.

mung bean; soaking treatment; water absorption percentage; water absorption kinetics

10.7506/spkx1002-6630-201713014

TS214.9

A

1002-6630（2017）13-0083-07

2017-01-21

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2011AA100805）

王大為（1960—），男，教授，博士，研究方向?yàn)榧Z油植物蛋白工程與功能食品。E-mail：xcpyfzx@163.com

王大為, 董欣, 張星, 等. 不同浸泡方法對(duì)綠豆吸水特性的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(13): 83-89. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201713014. http://www.spkx.net.cn

WANG Dawei, DONG Xin, ZHANG Xing, et al. Effects of different soaking methods on water absorption characteristics of mung bean[J]. Food Science, 2017, 38(13): 83-89. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201713014. http://www.spkx.net.cn