阮征,李旭涵,李丹丹,劉旋斌,李汴生*
(1.華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣州 510640;2.深圳市一米廚房餐飲管理有限公司, 廣東 深圳 518100;3.廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點實驗室,廣州 510640)
“黃豆?fàn)F鴨”是一道中國傳統(tǒng)菜肴,選用黃豆和鴨肉為原料,經(jīng)多道工藝加工而成。其中,黃豆是優(yōu)質(zhì)的植物蛋白來源,富含氨基酸、礦物質(zhì)、維生素、異黃酮等營養(yǎng)功效成分。開發(fā)黃豆產(chǎn)品以及利用黃豆作為餐品中的原輔料已經(jīng)引起了高度重視[1],但其烹飪程度難以把握限制了其廣泛應(yīng)用。一方面,熱處理程度不夠不足以降低抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量,導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)的低消化率與吸收率[2];另一方面,過熱處理會導(dǎo)致某些必需營養(yǎng)素的損失以及顆粒完整性的破壞[3]。因此,對其加工環(huán)節(jié)的合理設(shè)計及組合可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
浸泡處理對豆類的烹飪質(zhì)量有顯著影響。烹飪干豆類通常需要浸泡幾個小時,對于吸收了足量水分的豆類來說,在煮沸過程中熱量很容易傳遞到物料中,從而達(dá)到使組織迅速軟化以及縮短烹飪時間的目的[4]。除此之外,對豆類進(jìn)行烹飪之前的浸泡可以在一定程度上消除其中含有的有害物質(zhì)并提高蛋白質(zhì)的利用率[5]。目前,黃豆一般在常溫、常壓下浸泡。在室溫和大氣壓下,浸泡溶液向大豆中的擴(kuò)散非常緩慢。因此,浸泡過程通常需要較長的時間和更多的浸漬材料,該步驟的改進(jìn)可以降低加工成本并提高產(chǎn)品質(zhì)量[6]。
因此,本研究將比較不同的浸泡溫度與浸泡時間下黃豆的主要物性特征以及水分遷移和分布的差異,并結(jié)合浸泡后黃豆在與鴨肉混合烹飪過程中的品質(zhì)變化及胰蛋白酶抑制劑的消減情況,優(yōu)選黃豆熱浸泡預(yù)處理控制條件,為黃豆在各種豆制品及預(yù)制菜肴中的應(yīng)用提供了參考。
黃豆購于盒馬鮮生,在浸泡之前挑選大小均一、顆粒飽滿、表面有光澤的黃豆備用,挑選后的黃豆平均質(zhì)量在(0.25±0.02) g左右。鴨肉由工廠提供,挑選出肥瘦比相當(dāng)?shù)镍喰厝馄瑐溆谩?/p>
DHG-9240A恒溫水浴鍋 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;ALPHA 1-4冷凍干燥機(jī) 德國Martin Christ公司;TA-XT2物性測試儀、PHS-3C pH計、752N紫外可見分光光度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司;NMI20-040H-I核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司。
1.3.1 黃豆的浸泡
挑選后的黃豆按照1∶4(質(zhì)量與體積比)的比例在自來水中分別于25,50,75 ℃下浸泡10,20,30,40,50,60,120,180,240,300,360 min。
1.3.2 黃豆浸泡液pH值的測定
取待測黃豆浸泡液50 mL于燒杯中,搖勻后用pH計測定其pH值。
1.3.3 黃豆在浸泡過程中物質(zhì)溶出率的測定
取黃豆浸泡液5 g左右于稱量瓶中,放置于鼓風(fēng)干燥機(jī)中于105 ℃下烘干至恒重,按公式(1)計算物質(zhì)溶出率。
(1)
式中:L表示浸泡損失百分率,%;m1表示稱量瓶和烘干后浸泡液的質(zhì)量,g;m0表示稱量瓶和所取浸泡液的質(zhì)量,g。
1.3.4 黃豆浸泡及烹飪過程中質(zhì)構(gòu)特性的測定
用物性測試儀測試黃豆的質(zhì)構(gòu)特性,浸泡過程中選取硬度作為分析指標(biāo),烹飪過程中選取硬度、膠黏性以及咀嚼性作為分析指標(biāo),測試條件參考Li等[7]的方法并適當(dāng)修改。測試模式選擇TPA模式,測試的前、中、后速度分別為1,1,10 mm/s,壓縮比為50%。
1.3.5 黃豆浸泡過程中水分含量的預(yù)測模型
黃豆的水分含量按照GB 5009.3-2016中的第一法直接干燥法進(jìn)行測定。
Peleg方程是描述食品水合現(xiàn)象最常用的模型,該方程如下:
(2)
式中:M表示浸泡時間為t時黃豆的水分含量,%;M0表示干黃豆的初始水分含量,%;t表示浸泡時間,h;K1、K2表示Peleg常數(shù)。
對公式(2)進(jìn)行變形后得到公式(3):
(3)
由公式(3)可知,t/(M-M0)與t之間存在線性關(guān)系,常數(shù)K1和K2可以通過線性回歸分析求得,K1為縱坐標(biāo)截距,K2為直線斜率[8]。
1.3.6 黃豆水分的遷移及分布測試
黃豆核磁成像的條件參考余政毫等[9]的方法并通過對設(shè)備進(jìn)行參數(shù)測試而適當(dāng)修改。將單個黃豆用保鮮膜包裹,放入 40 mm 的核磁管中進(jìn)行測試。測試參數(shù):切片厚度為 1 mm,TR=500 ms,TE=20 ms,NS=8次。成像區(qū)域選擇橫截面方向,通過偽彩軟件將獲得的質(zhì)子密度加權(quán)圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖片。
1.3.7 黃豆浸泡過程中橫向弛豫時間測定
樣品測試條件參考Li等[10]的方法并稍作修改,使用CPMG脈沖序列測定樣品的橫向弛豫時間(T2)。將樣品置于 RF 線圈的中心,并通過 FID 信號調(diào)節(jié)共振中心頻率,然后進(jìn)行 CPMG 脈沖序列掃描實驗。檢測參數(shù)為 P1=9.52 μs,P2=19.52 μs,SW=200 kHz,TW=4 000,NECH=1 500,測試溫度為25 ℃。
1.3.8 黃豆胰蛋白酶抑制劑的測定
采用GB 5009.224—2016中的方法對浸泡后黃豆的胰蛋白酶抑制劑進(jìn)行測定。取黃豆200 g粉碎至425 μm以下。在100 mL錐形瓶中加入5 g左右的黃豆粉末,加入50 mL NaOH溶液搖勻后以鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至9.5左右,置于冰箱中冷藏過夜。取出放至室溫后,定容至100 mL,過濾并稀釋,于10 mL離心管中加入5 mL L-BAPA溶液、1 mL稀釋液、2 mL去離子水與1 mL胰蛋白酶溶液,置于37 ℃水浴鍋中反應(yīng)10 min后加入1 mL乙酸溶液終止反應(yīng)。于4 000 r/min下離心10 min,取上清液在410 nm處測定吸光度。
胰蛋白酶抑制劑活性按公式(4)計算:
(4)
式中:TIA表示胰蛋白酶抑制劑活性,mg/g;i表示抑制百分率;ρ表示胰蛋白酶溶液的濃度,mg/mL;f表示5.6×103;m表示所取試樣的質(zhì)量,g;F表示提取液的稀釋度。
1.3.9 黃豆?fàn)F鴨的制作
取浸泡后的黃豆50 g與焯水后的鴨肉100 g,加入50 mL黃豆浸泡液與350 mL自來水,加入2 g鹽后攪拌均勻,以電磁爐的燜燉模式烹飪4,8,12,16,20 min。
1.3.10 黃豆?fàn)F鴨的感官評價
參照文獻(xiàn)[11-12]的方法并略作修改,感官評分小組由10人組成(男女各半),從黃豆?fàn)F鴨的外觀、香味、滋味和質(zhì)地4個方面進(jìn)行評價,具體感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。
所有數(shù)據(jù)平行測定3次,結(jié)果取平均值;數(shù)據(jù)結(jié)果采用SPSS 24.0、Excel 2019和Origin 2023處理,采用Duncan新復(fù)極差分析法,取95%置信區(qū)間(P<0.05)。
對黃豆浸泡液在浸泡過程中pH值變化的觀測可以預(yù)測黃豆中酸性化合物浸出的速率,導(dǎo)致浸泡液pH降低的物質(zhì)主要為植酸鹽類物質(zhì),有研究指出適量的植酸對人體有益[13],且添加泡豆水烹飪后的大豆蛋白消化率顯著高于未添加泡豆水的大豆[14]。因此泡豆水的pH值會影響其在后續(xù)烹飪或精深加工中的有效利用。
由圖1可知,黃豆浸泡液呈弱酸性,浸泡時間與浸泡溫度都對黃豆浸泡液的pH值有顯著影響(P<0.05),在浸泡溫度為25 ℃與75 ℃時,浸泡液的pH值隨著浸泡時間的延長顯著降低,而在50 ℃時其pH值隨著浸泡時間的延長先顯著降低后緩慢升高,這是因為50 ℃會促進(jìn)黃豆中堿性球蛋白的溶出[15]。
圖1 浸泡溫度及浸泡時間對黃豆浸泡液pH的影響Fig.1 Effects of soaking temperature and soaking time on the pH of soybean soaking solution
Bayram等[16]研究了浸泡溫度為30,50,70 ℃時黃豆浸泡液的pH值在2 h內(nèi)的變化,發(fā)現(xiàn)在浸泡前10 min內(nèi)浸泡液的pH值迅速變化而后變化較緩慢,與本研究結(jié)果相似。研究認(rèn)為pH值會影響黃豆的質(zhì)地,低pH值的豆子往往較硬。
由圖2可知,溫度對黃豆可溶性物質(zhì)溶出率的影響十分顯著(P<0.05),高溫會加速黃豆中可溶性物質(zhì)的溶出。隨著浸泡時間的延長,黃豆中溶出的物質(zhì)增多。25 ℃下溶出速率相對緩慢,在浸泡6 h后為0.2%左右,此時50 ℃下浸泡的溶出率為其10倍,75 ℃下浸泡為其20倍。Mukherjee等[17]研究了不同浸泡溫度及浸泡時間下大豆粕的物質(zhì)損失情況,發(fā)現(xiàn)浸泡溫度對大豆粕的粗蛋白及碳水化合物含量無顯著影響,但高溫會加速酚類化合物與植酸鹽的溶出,這與Aroba等[18]對豇豆的研究結(jié)果相似。Min等[19]通過蛋白質(zhì)組學(xué)及代謝組學(xué)研究了不同溫度下浸泡的黃豆的分子變化,發(fā)現(xiàn)在溫水下浸泡,與蛋白質(zhì)和碳水化合物水解相關(guān)的酶被激活,且溫水浸泡會降低一些抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的含量。
圖2 浸泡溫度及浸泡時間對黃豆可溶性物質(zhì)溶出率的影響Fig.2 Effects of soaking temperature and soaking time on the dissolution rate of soluble substances of soybeans
黃豆浸泡主要用于促進(jìn)谷物的軟化并促進(jìn)其后期烹飪,因為浸泡過程中的水分吸收會導(dǎo)致大豆的質(zhì)構(gòu)產(chǎn)生變化[20]。在浸泡的初始階段,大豆的硬度變化與浸泡時間為函數(shù)關(guān)系。一旦浸泡過程達(dá)到平衡,硬度的變化就變得最小,并且不取決于浸泡時間或溫度[21]。
黃豆的硬度是衡量其品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。由圖3可知,浸泡溫度對黃豆的硬度具有顯著影響(P<0.05),高溫短時浸泡有助于黃豆組織迅速軟化。而在3種浸泡溫度下,在浸泡初期黃豆的硬度出現(xiàn)顯著性變化,在浸泡后期趨于穩(wěn)定。在浸泡溫度為25,50,75 ℃時黃豆達(dá)到硬度最低值的浸泡時間為240,60,50 min,分別為5 200,4 220,3 960 g左右。此前,Koriyama等[22]以硬度為指標(biāo)研究了黃豆浸泡與未浸泡所需的烹飪時間,證明了在烹飪前對大豆進(jìn)行預(yù)浸泡可以使其烹飪時間縮短約1/2。李鵬[23]研究發(fā)現(xiàn),黑豆在30,50,70 ℃下浸泡達(dá)到最低硬度的時間分別為2,1,0.5 h,硬度在達(dá)到最低值后隨著浸泡時間的延長而增加。究其原因,豆類種子在浸泡的初期階段,水分滲透進(jìn)入組織內(nèi)部,自由水含量增加導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)軟化;而在浸泡的后期階段,自由水逐漸向與蛋白質(zhì)、淀粉等大分子結(jié)合的結(jié)合水轉(zhuǎn)化,且在浸泡后期黃豆的體積變大,導(dǎo)致硬度增加。
黃豆的初始水分含量為(12.64±0.04)%,黃豆在不同浸泡溫度和浸泡時間下水分含量的變化見圖4。
由圖4可知,浸泡溫度與浸泡時間對黃豆的水分含量有著顯著影響(P<0.05)。繼續(xù)延長浸泡時間,3種浸泡溫度下黃豆的水分含量會趨于相同,且浸泡溫度越高,水分達(dá)到飽和所需要的時間越短,這是因為高溫加速了水分子的擴(kuò)散,促進(jìn)了黃豆組織的軟化和膨脹。
應(yīng)用Peleg模型建立的在3種浸泡溫度下的黃豆吸水線性方程見圖5。
圖5 基于Peleg模型的水分預(yù)測方程擬合效果Fig.5 Fitting effect of water prediction equations based on Peleg model
由圖5可知,在3種浸泡溫度下該方程均呈現(xiàn)出很好的線性關(guān)系,這表示運(yùn)用Peleg模型可以較好地預(yù)測黃豆的水分含量。通過對Peleg方程進(jìn)行回歸線性分析得到了Peleg常數(shù)K1、K2以及R2,同時基于黃豆水分含量的實驗值對預(yù)測值進(jìn)行相對誤差分析得到ΔE(見表2),發(fā)現(xiàn)3個方程的相對誤差均低于10%,這表明基于Peleg模型建立的水分預(yù)測方程預(yù)測效果可靠,可以較準(zhǔn)確地預(yù)測黃豆在3種浸泡溫度下的水分含量。
表2 Peleg方程線性回歸分析Table 2 Linear regression analysis of Peleg equations
由表2可知,Peleg常數(shù)K1與浸泡溫度呈反比,浸泡溫度越大,K1值越小,而K2不受溫度的影響,1/K1代表浸泡初期的吸水速率,即浸泡溫度越高,浸泡初期的吸水速率越大。
圖6可以較清晰地反映黃豆在浸泡過程中的水分遷移以及水分分布情況,也顯示出浸泡溫度與浸泡時間對黃豆水分遷移及分布的影響。首先,由黃豆的外觀可以看出,隨著浸泡時間的延長及浸泡溫度的提高,黃豆逐漸吸水,其組織結(jié)構(gòu)逐漸擴(kuò)展,體積變大。對黃豆水分分布的研究是為了確定黃豆的浸泡程度,浸泡的目的之一是使水分進(jìn)入黃豆內(nèi)部,有利于在后續(xù)的烹飪過程中促進(jìn)傳熱而達(dá)到使其快速成熟的目的。黃豆吸水是一個多階段的過程,水通過種臍進(jìn)入種子,在整個吸收過程中,種臍的水分相對含量較高。在種子內(nèi)部,水首先填充子葉之間以及子葉和種皮之間的空隙,然后進(jìn)入胚胎軸,并從中分布到子葉中[24]。
圖6 浸泡過程中黃豆的核磁成像圖Fig.6 Magnetic resonance images of soybeans during soaking
由圖6可知,75 ℃浸泡1 h后的黃豆組織結(jié)構(gòu)較飽滿,顏色較鮮亮,且水分已經(jīng)滲透至黃豆內(nèi)部,在黃豆的各個部位均勻分布,這有利于后續(xù)的烹飪加工。
在75 ℃下浸泡1 h的黃豆與鴨肉共同烹飪4,12,20 min的核磁成像圖見圖7。
圖7 烹飪過程中黃豆的核磁成像圖
由圖7可知,烹飪進(jìn)一步促進(jìn)了黃豆的吸水,質(zhì)子信號強(qiáng)弱一致,表示在烹飪過程中黃豆的水分分布較均勻。
利用T2反演圖譜可以反映出黃豆中各類水分的自由度以及相對含量。將黃豆中存在的3種主要質(zhì)子團(tuán)分別命名為T21、T22和T23,對應(yīng)圖中由先到后依次出現(xiàn)的3個峰。其中,T21主要是與大分子結(jié)合的CH質(zhì)子,被定義為緊密結(jié)合水;T22主要是游離的CH及OH質(zhì)子,被定義為游離水;T23為油峰,被定義為弱結(jié)合水。未浸泡的生黃豆的弛豫時間反演圖、浸泡溫度為25,50,75 ℃的弛豫時間反演圖見圖8。
圖8 未浸泡的黃豆及3種浸泡溫度下黃豆的橫向弛豫時間分布曲線Fig.8 Transverse relaxation time distribution curves of unsoaked soybeans and soybeans at three soaking temperatures
由圖8可知,未浸泡的生黃豆的T21出現(xiàn)時間在1 ms左右,T22出現(xiàn)時間在10 ms左右,T23出現(xiàn)時間在100 ms左右,這與李鵬[23]的研究結(jié)果一致。生黃豆中,緊密結(jié)合水的相對含量為24.5%,自由水的相對含量為18.7%,弱結(jié)合水的相對含量為56.8%左右。
在浸泡過程中,無論是提高浸泡溫度還是延長浸泡時間,3種質(zhì)子對應(yīng)的峰面積都會顯著增大,其中T22質(zhì)子對應(yīng)的峰面積變化最顯著,即在浸泡過程中,3種質(zhì)子對應(yīng)的水分都會增加,但主要增加的水分為自由水。
T21較穩(wěn)定,改變浸泡溫度和延長浸泡時間不會對其產(chǎn)生較大的影響,T23對浸泡溫度與浸泡時間最敏感,表明在浸泡過程中黃豆吸收的水分主要位于細(xì)胞質(zhì)中,導(dǎo)致由油脂所構(gòu)成的氫質(zhì)子團(tuán)的遷移率變大。
黃豆蛋白質(zhì)的低消化率與胰蛋白酶抑制劑有關(guān),若含量過高可能會導(dǎo)致胰腺疾病。對浸泡過程中黃豆的胰蛋白酶抑制劑含量進(jìn)行分析可以更好地優(yōu)化浸泡溫度與時間的組合以及后續(xù)烹飪的合理設(shè)計,可以有效避免烹飪不當(dāng)帶來的風(fēng)險。有研究表明,浸泡與高溫都會降低黃豆中胰蛋白酶抑制劑的含量,但常溫浸泡的效果較差[25]。
由圖9可知,浸泡溫度對胰蛋白酶抑制劑的含量有顯著影響。75 ℃對胰蛋白酶抑制劑的破壞作用十分明顯,且在浸泡初期的破壞速率最大。在浸泡1 h時其含量大約減少了47%,浸泡5 h時減少了90%。Harma等[26]研究發(fā)現(xiàn)浸泡比例為1∶10、浸泡溫度為10 ℃的大豆浸泡20 h后TIA下降了6%左右,且浸泡后的大豆經(jīng)過20 min不同條件的烹飪后其TIA含量約為初始含量的25%~35%。因此,研究高溫浸泡結(jié)合烹飪對豆類中胰蛋白酶抑制劑的消除作用十分必要。
圖9 浸泡過程中黃豆胰蛋白酶抑制劑含量的變化Fig.9 Changes of trypsin inhibitor content in soybeans during soaking
甄少波等[15]研究了50,60,70 ℃浸泡后的黃豆所制得的生豆?jié){中胰蛋白酶抑制劑的含量(TIA),發(fā)現(xiàn)3種溫度下浸泡4 h后制得的樣品的TIA分別下降了11%、67%、89%左右,結(jié)合浸泡損失發(fā)現(xiàn)50 ℃對胰蛋白酶抑制劑的破壞作用不明顯,因此研究高溫對胰蛋白酶抑制劑的破壞十分必要。Barimalaa等[27]研究了冷浸泡與熱浸泡對TIA的影響,發(fā)現(xiàn)熱浸泡顯著改善了豆子的脫殼性能,并有效地降低了TIA水平。Yuan等[28]研究了預(yù)燙漂結(jié)合超高溫(UHT)加工對豆?jié){胰蛋白酶抑制劑的影響,發(fā)現(xiàn)80 ℃燙漂2 min后進(jìn)行超高溫處理得到的豆?jié){中胰蛋白酶抑制劑的殘余量約為10%。
由表3可知,隨著烹飪時間的延長,黃豆的硬度、膠黏性和咀嚼性都顯著降低。Koriyama等[29]將黃豆烹飪的軟化過程分為吸水軟化與加熱軟化,發(fā)現(xiàn)隨著烹飪時間的延長,黃豆的硬度顯著降低,但吸水過程中組織結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展會抑制后續(xù)烹飪的進(jìn)一步軟化。這與Chigwedere等[30]的研究結(jié)果相似,他們認(rèn)為豆類在烹飪過程中質(zhì)構(gòu)特性的變化與果膠和細(xì)胞壁多糖的溶解有關(guān),且在后期的烹飪中細(xì)胞壁的存在會限制糊化淀粉的展開和凝膠化,導(dǎo)致回生。
表3 黃豆在烹飪過程中質(zhì)構(gòu)特性的變化Table 3 Changes of texture properties of soybeans during cooking
黃豆?fàn)F鴨菜肴在烹飪過程中的感官評分見圖10。
圖10 黃豆?fàn)F鴨菜肴在烹飪過程中的感官評分變化 Fig.10 Changes of sensory score of braised duck with soybean dishes during cooking
由圖10可知,隨著烹飪時間的延長,菜肴湯汁逐漸濃郁,黃豆顆粒逐漸飽滿且可保持其顆粒的完整性,隨著加熱過程中淀粉的糊化以及脂肪氧合酶的破壞,豆腥味逐漸消失且其口感逐漸由脆生變?yōu)檐浥础x喨庠谂腼冞^程中賦予了菜肴獨(dú)特的風(fēng)味,且隨著烹飪時間的延長,其味道逐漸濃郁,在烹飪前期其口感軟嫩且富有一定的汁水,在烹飪16~20 min時其口感略柴且伴有汁水流失。
本研究以優(yōu)化黃豆?fàn)F鴨的加工工序組合為目的,探究了浸泡溫度、浸泡時間對黃豆品質(zhì)以及烹飪時間對黃豆質(zhì)構(gòu)特性的影響。結(jié)果表明,浸泡溫度和浸泡時間對黃豆品質(zhì)的影響較顯著。浸泡溫度越高,黃豆的初始吸水速率越大,硬度下降得越快,并且會造成更多的物質(zhì)溶出。75 ℃浸泡1 h的黃豆較柔軟,所含的胰蛋白酶抑制劑較少,內(nèi)部水分分布較均勻,其在后續(xù)烹飪中硬度、膠黏性與咀嚼性均下降。其與鴨肉共同烹煮后的菜肴富有獨(dú)特的香味與滋味,黃豆顆粒完整,口感軟糯,鴨肉軟嫩且?guī)в兄?感官評分與整體可接受度較高。