微波预处理对红豆吸水特性、外观及淀粉特性的影响

陈楚瑶; 李丹丹; 陶阳; 张荣广; 韩永斌

doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022020241

微波预处理对红豆吸水特性、外观及淀粉特性的影响

陈楚瑶^1,,
李丹丹^1, ,,
陶阳¹,
张荣广²,
韩永斌^1, ,

1.
南京农业大学食品科技学院全谷物食品工程研究中心，江苏南京 210095
2.
南京粮食集团，江苏南京 210095

基金项目: 国家自然科学基金青年项目（32102131）；江苏省自然科学基金青年项目（BK20190523）；中国博士后面上项目（2020M681631）

详细信息

作者简介:
陈楚瑶（1998−），女，硕士研究生，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：775485495@qq.com

通讯作者:
李丹丹（1994−），女，博士，讲师，研究方向：食品碳水化合物资源开发与利用，E-mail：lidandan@njau.edu.cn

韩永斌（1963−），男，博士，教授，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：hanyongbin@njau.edu.cn

中图分类号: TS214.9
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出版历程
- 收稿日期: 2022-02-27
- 网络出版日期: 2022-11-02
- 刊出日期: 2022-12-31

Effect of Microwave Pretreatment on Water Absorption Characteristics, Appearance and Starch Properties of Adzuki Bean

1.
College of Food Science and Technology, Whole Grain Food Engineering Research Center, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
2.
Nanjing Grain Group, Nanjing 210095, China

摘要

摘要: 本文旨在利用微波预处理在红豆表皮形成裂缝的方式改善其在常温下的吸水速率。红豆经80~800 W微波处理10~50 s后，观察其外观和淀粉特性变化，并将其置于清水或果胶酶溶液中浸泡，探究其吸水特性。结果表明，随着微波预处理功率和时间的增加，红豆表皮逐渐形成裂缝、体积膨大、淀粉部分糊化，在25 ℃清水和0.20 mg/mL果胶酶溶液中的吸水速率均显著增加、饱和吸水率下降。其中，经800 W、30 s微波预处理后，红豆表皮产生裂缝、保持原有颗粒形状、尺寸略微变大；部分淀粉颗粒破碎和糊化、偏光十字减少；清水中吸水率提高28.78%（浸泡6 h）、饱和吸水率下降10.64%，果胶酶溶液中吸水率提高30.89%（浸泡6 h）、饱和吸水率则无明显下降。综上，微波预处理可提高红豆的吸水速率，且该提升作用可能与其表皮形成裂缝以及淀粉部分糊化有关。研究结果可为微波技术在杂粮加工中的应用提供理论指导。
- 微波 /
- 红豆 /
- 吸水特性 /
- 表皮结构 /
- 淀粉糊化
Abstract: This study aimed to improve the water absorption rate of adzuki bean at room temperature by producing cracks in adzuki bean epidermis via microwave pretreatment. Adzuki bean was pretreated by microwave at 80~800 W for 10~50 s, and then the changes in its appearance, starch properties and water absorption characteristics in water and pectinase solution were monitored. When the microwave power and treatment time increased, some cracks appeared on the epidermis, the volume increased, the starch was partially gelatinized, and thus the water absorption rate of adzuki bean in both water and 0.20 mg/mL pectinase solution at 25 ℃ was significantly increased. After microwave pretreatment at 800 W for 30 s, some cracks appeared on the surface, the bean remained as compact particles, and the volume was slightly increased; partial starch granules were destroyed and gelatinized, accompanying by the vanish of polarized cross; the rate of water absorption (6 h) increased by 28.78% and 30.89% in water and pectinase solution, while the saturated water absorption in water decreased by 10.64%, and showed no significant decrease in pectinase solution. Overall, microwave pretreatment could improve the water absorption rate of adzuki bean and the improvement was related to the formation of cracks on epidermis and the partial gelatinization of starch. The results could provide a theoretical guide for the applications of microwave in coarse grain processing.
- microwave /
- adzuki bean /
- water absorption /
- epidermis structure /
- starch gelatinization

HTML全文

红豆（Vigna angularis）又名红小豆、赤豆、赤小豆等，主要种植在我国东北部以及朝鲜、日本、菲律宾等东南亚地区。红豆有很高的食用价值和保健功能，含有淀粉、蛋白质、矿质元素等丰富的营养成分以及多种生物活性物质，在许多国家被广泛食用^[1-2]。许多研究表明红豆在抗氧化、抗糖尿病、抗炎症和抗高胆固醇等方面存在潜力^[3-4]。但是，红豆结构紧密、种皮由于“硬壳作用”（hard shell）对水的透过性很差，存在蒸煮时间长、产品开发困难、产品种类少等缺陷^[5]。红豆在加工前常需浸泡预处理，在浸泡的过程中红豆吸水、种皮软化，加工适应性提高^[6-7]。然而，浸泡是一个由水在谷物中扩散行为控制的缓慢过程。常温下，谷物的长时间浸泡可能会引起微生物污染，从而影响产品的颜色、味道和气味^[8-9]。提高浸泡温度虽然可以缩短浸泡时间，但是高温处理不仅会导致谷物颗粒裂开，也会导致大量营养物质，如蛋白质、纤维素、异黄酮等流入到浸泡液中导致营养损失^[10-11]。因此，提高红豆在常温浸泡条件下的吸水速率尤为重要。

微波技术具有快速、方便、介质渗透能力强等特点，在食品加工中应用广泛^[12-14]。受到微波处理鸡蛋会由于内部水分子快速震荡产热，内部产生的蒸汽受内膜和壳阻挡、压力过大而产生爆炸现象的启发^[15]，作者前期利用微波直接处理具有一定水分含量的红豆，发现短时处理亦可在红豆表面形成裂缝。VARRIANO-MARSTON等^[16]研究表明去除种皮的豆类烹饪时间缩短；李鹏^[17]研究表明超声作用下种皮破损的黑豆吸水速率变快。因此，作者猜想微波预处理导致的种皮形成裂缝现象可能会促进红豆的吸水过程。

综上，本文研究不同功率、不同时间微波预处理对红豆在清水和果胶酶溶液中吸水特性（吸水速率和饱和吸水率等）的影响，并对微波预处理后红豆的外观以及淀粉特性进行表征，旨在为微波技术在全谷物食品开发中的利用提供理论指导。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

红豆　南京粮食集团提供，呈椭圆形，颜色为深红色，于−20 ℃冷藏避光保存，实验前用清水清洗红豆表面去除杂质，用沥干后用吸水纸将红豆表面的水分擦干（含水量7.86%）；果胶酶　生物试剂，500 U/mg，上海源叶生物科技有限公司；无水柠檬酸、二水合柠檬酸钠　分析纯，上海源叶生物科技有限公司。

WBFY-201微电脑微波化学反应器　上海牧佐科学仪器有限公司；JA1003电子天平　慈溪市华器实业有限公司；HH-S 系列数显恒温水浴锅　常州万达升实验仪器有限公司；CR-400色彩色差计　柯尼卡美能达株式会社（日本）；RVA4800 快速粘度分析仪　波通瑞华科学仪器（北京）有限公司（瑞典perten）；VHM60P偏光显微镜　上海维翰光电科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 红豆在清水中的吸水曲线测定

称取10.0 g红豆，将红豆以1:5（w/v）的比例在25 ℃清水中浸泡。浸泡2、4、6、8、10、12、16、20、24、28 h后将样品表面水分擦净，称量重量。每组实验做三次平行，实验重复三次。按照下列公式计算吸水率：

吸水率 (%) = \frac{m_{2} - m_{1}}{m_{1}} \times 100

$\rm \text { 吸水率 }({\text{%}})=\frac{m_{2}-m_{1}}{m_{1}} \times 100$

式中：m₁表示未浸泡前红豆质量，g；m₂表示浸泡后红豆质量，g。

1.2.2 红豆在果胶酶溶液中的吸水曲线测定

参考陈贞^[18]外源酶改善黑米食用品质实验结果，将果胶酶溶于pH5.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，配制0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mg/mL不同浓度的果胶酶溶液。准确称取10.0 g红豆置于100 mL烧杯中，加入不同浓度的果胶酶溶液50 mL，优化出最适的果胶酶溶液浓度。并以清水+果胶酶（0.2 mg/mL）浸泡、缓冲溶液（pH5.0的柠檬酸-柠檬酸钠）、缓冲溶液（pH5.0的柠檬酸-柠檬酸钠）+果胶酶（0.2 mg/mL）浸泡作为对照，按照1.2.1所述方法绘制吸水曲线。

1.2.3 微波预处理红豆在清水中的吸水曲线测定

准确称取10 g红豆平铺于玻璃培养皿底部，放入微波反应器内中心位置，分别置于100 W功率下处理10、20、30、40、50 s；80、240、400、640、800 W功率下处理30 s。所得微波预处理样品直接25 ℃清水浸泡，按照1.2.1所述方法绘制吸水曲线。

1.2.4 微波预处理红豆在果胶酶溶液中的吸水曲线测定

1.2.3中微波预处理得到的红豆，加入到1.2.2部分优化的0.20 mg/mL果胶酶溶液浸泡中一段时间后取出擦干，按照1.2.1所述方法绘制吸水曲线。

1.2.5 色泽测定

利用色差仪从L^*（明度，从黑到白，0~100）、a^*（红绿度，从绿到红，−a~+a）、b^*（黄蓝度，从蓝到黄，−b~+b）三个方面来表征微波预处理对红豆色泽的影响^[19]。每份取微波预处理后的红豆颗粒至少10个，利用色差仪对每颗红豆不同位置取3个点测定红豆的L^*、a^*、b^*值，每个点采取3次重复测定平均值。

1.2.6 偏光显微镜分析

将微波预处理红豆磨成粉，过100目筛。所得红豆粉均匀地分散在水中（浓度1% w/w），取1~2滴淀粉乳液滴在载玻片上，盖上盖玻片后采用偏光显微镜观察淀粉的偏光结构。放大倍数为500（50×10）倍。

1.2.7 快速粘度分析

采用快速粘度分析仪分析微波预处理对红豆糊化品质的影响。按美国谷物化学协会（American Association for Clinical Chemistry, AACC）操作规程进行测定，测定程序如下：50 ℃保持1 min，以12 ℃/min上升到95 ℃（3.75 min），95 ℃保持2.5 min，以12 ℃/min下降到50 ℃（3.75 min），50 ℃保持2 min。在起始10 s内，搅拌速度为960 r/min，以后保持在160 r/min。

1.3 数据处理

每组实验重复3次，结果表示为均值±标准偏差。采用Origin 2018软件进行绘图，利用SAS 9.4（STATISTICAL ANALYSIS SYSTEM）软件进行方差分析（显著性水平P<0.05）。

2. 结果与分析

2.1 未处理红豆在清水和果胶酶溶液中的吸水率曲线

图1（a）表示未处理红豆在25 ℃清水中浸泡的吸水率变化情况。红豆浸泡吸水过程曲线呈“S”形：在浸泡初期（0~4 h），红豆的吸水率缓慢上升；在浸泡中期（4~14 h），红豆快速吸水；浸泡后期（>14 h），红豆吸水达到饱和，吸水速率变缓。谷物吸水率的变化可以用扩散现象解释，某一时刻含水量与饱和含水量差形成了谷物吸水的驱动力。浸泡初期，红豆中含水量低，吸水迅速；但随着浸泡过程的进行，谷物中含水量增加，驱动力降低，导致吸水率逐渐降低；当达到饱和含水量时，吸水停止^[20]。刘阳等^[21]报道绿豆的吸水曲线也呈“S”形。

图 1 红豆的吸水率曲线（a）和吸水率（b）

Figure 1. Water absorption curves (a) and water absorption rate (b) of adzuki beans

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红豆子叶细胞壁中含有大量果胶类物质，这可能是限制红豆快速吸水的因素。参考陈贞^[18]利用外源酶改善黑米食用品质实验结果配制0.05~0.30 mg/mL不同浓度的果胶酶溶液，根据红豆在清水中浸泡曲线，选择了吸水率变化较大的8 h为单因素实验的浸泡终点。图1（b）表示25 ℃浸泡8 h时红豆的吸水率随着果胶酶浓度的变化曲线。由图可见，随着酶浓度的增加，红豆的吸水率逐渐提升；当酶浓度达到0.20 mg/mL时，吸水率约为31.36%；之后，随着果胶酶浓度的进一步增加，红豆吸水速率变化不明显。因此，选取果胶酶浓度为0.20 mg/mL为后续实验的参数。图1（a）呈现了未处理红豆在25 ℃清水和0.2 mg/mL果胶酶溶液中浸泡吸水率变化情况。由图可见，在pH5.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中浸泡抑制了红豆的吸水，吸水率始终低于在清水中浸泡的处理组。这一现象有可能是缓冲溶液中盐溶液浓度较高，红豆在低水势的溶液中，由于盐离子形成渗透压，抑制了水分进入红豆种内^[22]。此外，在清水中加入果胶酶处理对红豆的吸水率无明显促进作用，这可能是由于果胶酶在清水的pH和温度条件下酶活性都不高。在柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中加入果胶酶，红豆在浸泡过程的快速吸水阶段吸水率有一定的提升，但是达到吸水平衡的时间以及平衡时的饱和吸水率无明显差异，可能是由于红豆种皮质地坚硬、水分渗透慢，且常温下酶活性不高，果胶酶不能很好地作用于细胞壁。综上，选择柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液的果胶酶溶液进行后续实验。

2.2 微波预处理对红豆在清水中吸水率曲线的影响

图2（a）表示红豆经过800 W微波预处理不同时间后，在25 ℃下的吸水率变化情况。微波预处理10 s红豆的吸水率曲线与未处理红豆无明显差异。在浸泡前期，微波预处理20~50 s的红豆与未处理样品相比，随着微波时间的延长，吸水率达到平衡所需的时间更短。这一现象可能是由于微波具有很强的介质渗透能力，可以同时加热物料的内部和外部。微波使红豆内部淀粉颗粒结构坍塌、晶体破坏，使得淀粉可以更快地吸收水分；同时由于红豆内部有一定的水分，微波使红豆体积膨胀，种皮产生局部变薄或者破裂的现象，促使水分更快地进入子叶细胞壁、软化种子、促进子叶吸水膨胀^[23-24]。但是，随着微波时间的延长，样品达到吸水饱和时的吸水率降低。这一现象有可能是微波预处理使红豆种皮产生破裂时，随着吸水过程进行，红豆内部的可溶性固形物损失更多，总重量减小。李鹏^[17]研究表明豆类浸泡过程中损失的可溶性固形物主要是含氮化合物、水溶性矿物质、游离淀粉等。综上，微波30 s时红豆吸水率增速较快、饱和吸水率变化相对较小，因此选择此条件进行后续的实验。

图 2 微波预处理时间（a）和功率（b）对红豆在清水中吸水率曲线的影响

Figure 2. Effect of microwave pretreatment time (a) and power (b) on the water absorption curves of adzuki beans soaked in distilled water

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图2（b）表示红豆样品经过不同功率微波预处理30 s后，在25 ℃下的吸水率变化情况。在浸泡前期，80 W功率微波预处理的红豆吸水率曲线与未处理红豆相比，吸水率低于未处理组的红豆；240 W功率处理与未处理红豆相比吸水率无明显差异；400、640、800 W功率处理的红豆与未处理样品相比，随着微波功率的增大，吸水速度有增加的趋势，吸水率达到平衡所需的时间更短。低功率微波处理会导致少量水分蒸发，红豆质地变硬，从而吸水速度降低；而高功率微波预处理可导致红豆表皮形成裂缝，同时破坏淀粉颗粒内氢键作用力，改善其吸水作用^[23]。在浸泡后期，640和800 W功率微波预处理样品的饱和含水量比未处理组要低；其余微波预处理组与未处理红豆相比，达到吸水平衡时的饱和含水量无明显差异。这一现象可能是高功率微波预处理在红豆表皮可形成裂缝，浸泡达到饱和后，随着红豆体积的膨胀，表皮裂缝也加大，因此更多的固形物溶出，而低功率处理则不能形成明显裂缝。与640 W时相比，虽然800 W微波处理后，饱和吸水量有所降低，但红豆吸水率提高最为明显，因此本论文选择吸水率最高的800 W微波处理组进行后续实验。

2.3 微波预处理对红豆在果胶酶溶液中吸水曲线的影响

图3（a）表示红豆样品经过微波（800 W）预处理不同时间后，在25 ℃ 0.20 mg/mL果胶酶溶液中浸泡的吸水率变化情况。在浸泡前期，微波预处理10 s的红豆吸水率曲线与未处理红豆无明显差异。微波预处理20~50 s的红豆与未处理样品相比吸水速度有所提升，其中微波预处理20 s的样品吸水速度均低于微波预处理30、40、50 s样品。这种现象可能与种皮形成裂缝以及部分淀粉颗粒发生糊化有关，与微波预处理红豆在清水中吸水率曲线变化趋势大致相同。但是，微波预处理30 s和40 s样品，在浸泡6~8 h时吸水率的增加大于清水中。这种现象可能是酶溶液通过种皮裂缝更易进入接触子叶，影响细胞壁中果胶多糖的结构，从而使细胞壁丧失刚性，促进吸水的过程^[25-26]。浸泡后期，吸水达到饱和时，微波预处理40、50 s的饱和吸水率低于其他处理组。但与清水浸泡相比，该饱和吸水率的变化较小。此现象可能是因为酶缓冲溶液中渗透压高，抑制了红豆颗粒的膨胀，也减小了固形物损失率。总的来说，微波预处理30 s使红豆在前期吸水率升高，且对红豆表皮完整性破坏不大，因此选择30 s作为后续实验的条件较为合适。

图 3 微波预处理时间（a）和功率（b）对红豆在果胶酶溶液中吸水率曲线的影响

Figure 3. Effect of microwave pretreatment time (a) and power (b) on the water absorption curves of adzuki beans soaked in pectinase solution

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图3（b）表示红豆样品经过不同功率处理相同时间（30 s）后，在25 ℃ 0.20 mg/mL果胶酶溶液中浸泡的吸水率变化情况。在浸泡前期，80和240 W功率微波预处理对红豆吸水并无明显促进作用。80 W功率处理后的红豆在浸泡前期吸水率低于未处理组，与清水中浸泡的现象一致。这可能是因为低功率以及短时间的微波预处理对红豆的膨胀没有较为明显的影响，种皮结构依然致密，因此果胶酶对吸水率无明显的改善作用。400、640、800 W功率预处理的红豆与未处理样品相比，随着微波功率的增大，吸水速度有增加的趋势，与清水中浸泡的变化趋势一致。可能是随着功率的增大，红豆体积膨胀更明显，表皮逐渐出现缝隙或破裂，有利于酶溶液进入种皮，果胶酶作用于子叶细胞壁，改善红豆细胞壁的通透性，从而促进吸水。在浸泡后期，不同微波功率预处理的红豆达到饱和时的吸水率无明显差异，没有出现清水中浸泡的饱和吸水率显著降低情况。由2.1可知，果胶酶缓冲溶液可能会抑制红豆的吸水，因此在不同功率微波预处理后的红豆吸水饱和时体积差异不大，饱和吸水率差距也不大。

2.4 微波预处理对红豆外观的影响

2.4.1 红豆外观形态的变化

图4为红豆在不同时间和功率微波预处理后的外观形态。由图可见，随着微波时间的增长和微波功率的增大，红豆的色泽变深，表皮逐渐出现开裂，颗粒变大。在800 W功率下处理10~20 s红豆外观变化不明显，其中20 s处理出现了少数红豆颗粒膨胀的现象。微波预处理30 s时大多红豆颜色变深、颗粒膨胀、表皮出现裂缝。微波40和50 s时几乎所有红豆表皮产生明显裂缝，随着时间的增加，红豆颜色加深明显，且逐渐出现表皮开裂、脱粒的情况。综上可见，微波预处理30 s可以使多数红豆表皮产生裂缝，且外观较佳，因此选择此条件作为后续实验的微波时间是较为合理的。在相同微波时间下，随着微波功率的加大，红豆的色泽变深，颗粒变大，但仅在微波功率640和800 W时才出现较明显表皮裂缝的现象。红豆表皮产生的裂缝将有助于水和酶试剂的进入，从而提高清水浸泡和酶法浸泡速率，与2.2和2.3部分的结论一致。

图 4 微波预处理对红豆外观的影响

Figure 4. Effect of microwave pretreatment on the appearance of adzuki beans

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2.4.2 红豆表皮色度的变化

由表1可知，与未处理红豆相比，在相同的功率下，随着微波预处理时间的加长，红豆的L^*值、a^*值、b^*值均呈现降低的趋势。微波10~20 s的红豆L^*值之间无显著差异（P>0.05）；微波30~50 s的红豆L^*值无显著差异（P>0.05），但是相比10~20 s显著降低（P<0.05）。微波10~20 s红豆a^*值与未处理红豆无显著差异（P>0.05），微波30~50 s的红豆a^*值随着时间的加长而降低。微波10 s的红豆b^*值相比未处理红豆无显著差异（P>0.05），但微波20~50 s红豆随着时间的加长，b^*值降低。

表 1 微波预处理时间对红豆色度的影响

Table 1. Effect of microwave pretreatment time on the color of adzuki beans

处理方式	L^*	a^*	b^*
未处理	39.602±1.214^a	9.313±0.328^a	3.572±0.462^a
800 W 10 s	36.877±0.842^b	9.208±0.747^a	3.218±0.266^a
800 W 20 s	37.583±0.538^b	9.092±0.529^a	2.912±0.355^b
800 W 30 s	34.530±0.492^c	7.423±0.950^b	1.755±0.374^c
800 W 40 s	33.985±0.554^c	6.470±0.610^c	1.482±0.144^c
800 W 50 s	34.223±1.548^c	4.747±0.272^d	0.902±0.047^d
注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）；表2~表4同。

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由表2可知，在相同的处理时间下，随着微波功率的增大，L^*值、a^*值、b^*值均呈现降低趋势。80 W微波预处理红豆与未处理红豆相比，L^*值与未处理红豆相比无显著差异（P>0.05）。240~800 W处理随着微波功率的加大，L^*值逐渐降低；其中240、400、640 W之间L^*值无显著差异（P>0.05）。80~240 W微波预处理与未处理红豆相比a^*值无显著差异（P>0.05）；640和800 W微波预处理红豆a^*值之间无显著差异（P>0.05），但是它们与未处理红豆相比均显著降低（P<0.05）。80 W微波预处理与未处理红豆相比b^*值无显著差异（P>0.05），而240~800 W微波预处理红豆b^*值随着功率的加大逐渐降低。

表 2 微波预处理功率对红豆色度的影响

Table 2. Effect of microwave pretreatment power on the color of adzuki beans

处理方式	L^*	a^*	b^*
未处理	39.771±1.961^a	9.271±0.432^a	3.412±0.361^a
80 W 30 s	38.543±0.345^a	9.301±0.213^a	3.250±0.156^a
240 W 30 s	37.185±0.614^b	8.932±0.386^a	2.871±0.116^b
400 W 30 s	35.701±1.171^b	8.351±0.144^b	2.790±0.314^b
640 W 30 s	35.110±0.561^b	7.970±0.182^c	2.113±0.042^c
800 W 30 s	34.121±0.360^c	7.760±0.248^c	1.952±0.076^d

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由表1和表2可见，微波时间的延长以及微波功率的增大都会导致红豆颜色发生改变，L^*值、a^*值、b^*值的变化主要体现为颜色变暗、红色减弱、黄色减弱。红豆颜色变暗可能和微波加热时产生的美拉德反应产物褐色物质有关^[27]。偏红色素减小，偏黄色素减小，可能和红豆种皮中色素在微波作用下性质的改变有关。据报道，红豆种皮中的红色物质是一种“花色素”，主要成分为3,5,7-三羟基花（色）苷，是多元酚的一种^[28]。有研究表明当温度高于80 ℃时花色苷C₃位上糖基发生水解，红豆花色苷的热稳定性较差^[29]。因此，红豆色泽的改变也有可能是微波使种皮细胞内成分被选择性加热，使细胞壁结构发生变化，从而改变了细胞内色素的含量和分布^[30]。

2.5 微波预处理对红豆淀粉偏光十字的影响

红豆淀粉形状绝大部分为椭圆形或卵形，部分小颗粒为圆形，与吴丹枫等^[31]观察的情况一致。通过偏光显微镜观察，放大倍数为500倍下可以看见红豆淀粉清晰显示出典型的双折射模式（马耳他十字）（图5a）。这是由于淀粉中存在半结晶区和无定形区，不同区域中分子链排列方式不同，在折射率上存在差异^[32]。由图5（a）~（k）可见，随着微波时间的延长和微波功率的加大，位于部分淀粉颗粒脐点处十字交叉的黑色区域变大，随后大部分偏光十字的亮区出现减弱、暗纹和破坏的现象。这些结果表明微波预处理会对红豆淀粉的结晶结构造成一定破坏。同时，随着偏光十字的减弱，出现更多淀粉颗粒聚集在一起，这种现象可能是破坏的淀粉颗粒间相互黏附的结果。另外，也有研究表明蛋白质在糊化过程中会形成网络结构，将淀粉颗粒包围起来^[33]。

图 5 微波预处理对红豆淀粉偏光十字的影响

Figure 5. Effect of microwave pretreatment on the polarization cross of adzuki bean starch

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2.6 微波预处理对红豆糊化特性的影响

糊化特性可以反映出微波预处理后红豆中淀粉的品质变化。淀粉糊化的过程是无定形区吸水膨胀后小分子聚合物溶出，淀粉内结晶区逐渐消失，大分子聚合物溶出，最终淀粉颗粒破裂^[34]。由图6（a）以及表3可知，经过不同时间微波预处理的红豆的淀粉，随着微波时间的增长，峰值黏度和谷值黏度呈先上升后下降的趋势，在800 W、20 s时峰值黏度和谷值黏度最高，800 W、50 s时最低；崩解值呈增大的趋势。由图6（b）以及表4可知，与未处理红豆相比，经过不同功率微波预处理的红豆淀粉，峰值黏度、谷值黏度呈上升的趋势，回生值在微波功率低于400 W时略有增加，但随着微波功率的进一步增加，回生值显著降低（P<0.05），糊化温度经640 W和800 W微波预处理后显著增加（P<0.05），而其他功率微波处理后变化不明显。

表 3 微波预处理时间对红豆糊化特性的影响

Table 3. Effect of microwave pretreatment time on the pasting characteristics of adzuki beans

处理方法	峰值黏度（cP）	谷值黏度（cP）	崩解值（cP）	最终黏度（cP）	回生值（cP）	糊化温度（℃）
未处理	666.0±2.1^d	644.0±8.9^c	22.0±1.3^c	1226.0±7.6^a	582.0±2.2^a	78.4±1.1^a
800 W 10 s	653.0±8.3^d	635.0±7.7^c	18.0±4.8^c	1214.0±4.8^a	579.0±4.1^a	79.3±1.2^a
800 W 20 s	931.0±3.5^a	906.0±10.3^a	25.0±2.6^c	1184.0±1.9^b	278.0±1.9^e	79.8±0.5^a
800 W 30 s	885.0±4.2^b	848.0±1.3^b	37.0±1.7^b	1139.0±7.1^c	291.0±3.2^d	80.2±0.2^a
800 W 40 s	695.0±7.6^c	563.0±3.4^d	112.0±3.6^a	1125.0±10.2^c	562.0±4.4^b	--
800 W 50 s	383.0±6.7^e	274.0±2.9^e	109.0±4.8^a	785.0±8.9^d	511.0±2.3^c	--

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表 4 微波预处理功率对红豆糊化特性的影响

Table 4. Effect of microwave pretreatment power on the pasting characteristics of adzuki beans

处理方法	峰值黏度（cP）	谷值黏度（cP）	崩解值（cP）	最终黏度（cP）	回生值（cP）	糊化温度（℃）
未处理	666.0±2.1^f	644.0±5.1^e	22.0±2.1^b	1226.0±4.3^c	582.0±2.1^b	78.5±0.6^b
80 W 30 s	690.0±6.6^e	675.0±18.3^d	15.0±3.3^c	1262.0±2.9^b	587.0±4.6^b	79.3±0.3^b
240 W 30 s	702.0±7.5^d	691.0±9.6^d	11.0±2.1^d	1288.0±4.8^a	597.0±3.3^a	77.8±1.1^b
400 W 30 s	838.0±1.6^c	818.0±1.9^c	20.0±1.6^b	1221.0±7.1^c	403.0±2.6^c	76.6±2.0^b
640 W 30 s	859.0±3.5^b	838.0±9.8^b	21.0±2.3^b	1082.0±12.3^e	244.0±1.6^e	80.1±0.2^a
800 W 30 s	889.0±2.4^a	851.0±3.6^a	38.0±2.6^a	1138.0±1.9^d	290.0±4.5^d	80.2±0.4^a

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图 6 微波预处理时间（a）和功率（b）对红豆糊化曲线的影响

Figure 6. Effect of microwave pretreatment time (a) and power (b) on the pasting curves of adzuki beans

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崩解值是峰值黏度和谷值黏度的差值，差值越大说明加热中破裂并且释放的淀粉分子越多。在800 W功率下，随着微波时间的增长，红豆粉崩解值增大，红豆中更多的淀粉颗粒破碎，与PINKROVA等^[35]使用微波处理水稻淀粉的结论一致。在相同时间处理下，80 W和240 W微波预处理的红豆淀粉崩解值与未处理组相比崩解值减小，可能是在低功率下微波使蛋白质形成包裹淀粉颗粒的网状结构，淀粉颗粒结构更稳定，破裂而释放出的淀粉分子少^[33]。随着功率的增大，微波的热效应逐渐破坏这种结构，进而使得崩解值呈上升的变化趋势。回生值是最终黏度与谷值黏度的差值，回生值越高表示淀粉冷糊稳定性越差、越容易老化。在相同功率下微波预处理20~50 s，随着微波时间的延长，红豆淀粉的回生值呈上升趋势，与陈培栋^[36]用微波处理糙米的研究结论一致。这可能是由于长时间的微波预处理使淀粉颗粒结构更致密，直链淀粉之间相互靠近、有序排列，形成交联网络促进重结晶，造成了淀粉早期更易老化的现象。在相同处理时间，不同功率处理下，随着微波功率的增大红豆粉的回生值有下降的趋势，这一现象可能是短时间的微波预处理加强了红豆淀粉和蛋白质的交联作用，淀粉颗粒更加稳定，冷糊稳定性好^[37]。微波时间和功率的增大使糊化温度的升高，此现象可能是由于红豆中含有较多的蛋白质，在微波对红豆处理时，蛋白质与淀粉颗粒之间形成了更强交联的复合物。复合物的形成主要来自蛋白中极性氨基酸官能团和淀粉中糖羟基之间氢键的形成，因此需要更高的温度对红豆淀粉颗粒进行结构的崩解以及淀粉糊的形成^[38]。

3. 结论

微波预处理可显著影响红豆在25 ℃清水和果胶酶中浸泡的吸水特性。随着微波时间的延长、微波功率的增大，红豆的吸水速率呈显著上升趋势，但饱和吸水率呈降低的趋势。800 W、30 s微波预处理后，红豆的吸水率显著提高，饱和吸水率降低较少，且产品保持完整颗粒状态、尺寸变化不明显，因此选择此条件为最佳处理条件。在该条件下，红豆在25 ℃清水和果胶酶溶液中浸泡6 h的吸水率相比未处理组分别提高了28.78%和30.89%，达到吸水饱和的时间相比未处理组分别缩短了约8 h和4 h；清水中饱和吸水率降低了10.64%、果胶酶溶液中无明显降低。通过对红豆外观、淀粉糊化特性等表征发现，微波预处理对红豆吸水率的改善与红豆表皮产生裂缝、淀粉糊化和颗粒破碎有关。在800 W、30 s条件下，红豆体积略有膨胀，表皮出现裂缝，颜色变暗；淀粉颗粒部分糊化和破碎、偏光十字减弱、崩解值增大、回生值降低。总的来说，本论文表明微波预处理在改善谷物浸泡特性方面具有处理时间短、改善作用明显等优点，可为全谷物食品加工提供新技术和新方法。

图 1 红豆的吸水率曲线（a）和吸水率（b）

Figure 1. Water absorption curves (a) and water absorption rate (b) of adzuki beans

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图 2 微波预处理时间（a）和功率（b）对红豆在清水中吸水率曲线的影响

Figure 2. Effect of microwave pretreatment time (a) and power (b) on the water absorption curves of adzuki beans soaked in distilled water

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图 3 微波预处理时间（a）和功率（b）对红豆在果胶酶溶液中吸水率曲线的影响

Figure 3. Effect of microwave pretreatment time (a) and power (b) on the water absorption curves of adzuki beans soaked in pectinase solution

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图 4 微波预处理对红豆外观的影响

Figure 4. Effect of microwave pretreatment on the appearance of adzuki beans

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图 5 微波预处理对红豆淀粉偏光十字的影响

Figure 5. Effect of microwave pretreatment on the polarization cross of adzuki bean starch

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图 6 微波预处理时间（a）和功率（b）对红豆糊化曲线的影响

Figure 6. Effect of microwave pretreatment time (a) and power (b) on the pasting curves of adzuki beans

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表 1 微波预处理时间对红豆色度的影响

Table 1 Effect of microwave pretreatment time on the color of adzuki beans

处理方式	L^*	a^*	b^*
未处理	39.602±1.214^a	9.313±0.328^a	3.572±0.462^a
800 W 10 s	36.877±0.842^b	9.208±0.747^a	3.218±0.266^a
800 W 20 s	37.583±0.538^b	9.092±0.529^a	2.912±0.355^b
800 W 30 s	34.530±0.492^c	7.423±0.950^b	1.755±0.374^c
800 W 40 s	33.985±0.554^c	6.470±0.610^c	1.482±0.144^c
800 W 50 s	34.223±1.548^c	4.747±0.272^d	0.902±0.047^d
注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）；表2~表4同。

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表 2 微波预处理功率对红豆色度的影响

Table 2 Effect of microwave pretreatment power on the color of adzuki beans

处理方式	L^*	a^*	b^*
未处理	39.771±1.961^a	9.271±0.432^a	3.412±0.361^a
80 W 30 s	38.543±0.345^a	9.301±0.213^a	3.250±0.156^a
240 W 30 s	37.185±0.614^b	8.932±0.386^a	2.871±0.116^b
400 W 30 s	35.701±1.171^b	8.351±0.144^b	2.790±0.314^b
640 W 30 s	35.110±0.561^b	7.970±0.182^c	2.113±0.042^c
800 W 30 s	34.121±0.360^c	7.760±0.248^c	1.952±0.076^d

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表 3 微波预处理时间对红豆糊化特性的影响

Table 3 Effect of microwave pretreatment time on the pasting characteristics of adzuki beans

处理方法	峰值黏度（cP）	谷值黏度（cP）	崩解值（cP）	最终黏度（cP）	回生值（cP）	糊化温度（℃）
未处理	666.0±2.1^d	644.0±8.9^c	22.0±1.3^c	1226.0±7.6^a	582.0±2.2^a	78.4±1.1^a
800 W 10 s	653.0±8.3^d	635.0±7.7^c	18.0±4.8^c	1214.0±4.8^a	579.0±4.1^a	79.3±1.2^a
800 W 20 s	931.0±3.5^a	906.0±10.3^a	25.0±2.6^c	1184.0±1.9^b	278.0±1.9^e	79.8±0.5^a
800 W 30 s	885.0±4.2^b	848.0±1.3^b	37.0±1.7^b	1139.0±7.1^c	291.0±3.2^d	80.2±0.2^a
800 W 40 s	695.0±7.6^c	563.0±3.4^d	112.0±3.6^a	1125.0±10.2^c	562.0±4.4^b	--
800 W 50 s	383.0±6.7^e	274.0±2.9^e	109.0±4.8^a	785.0±8.9^d	511.0±2.3^c	--

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表 4 微波预处理功率对红豆糊化特性的影响

Table 4 Effect of microwave pretreatment power on the pasting characteristics of adzuki beans

处理方法	峰值黏度（cP）	谷值黏度（cP）	崩解值（cP）	最终黏度（cP）	回生值（cP）	糊化温度（℃）
未处理	666.0±2.1^f	644.0±5.1^e	22.0±2.1^b	1226.0±4.3^c	582.0±2.1^b	78.5±0.6^b
80 W 30 s	690.0±6.6^e	675.0±18.3^d	15.0±3.3^c	1262.0±2.9^b	587.0±4.6^b	79.3±0.3^b
240 W 30 s	702.0±7.5^d	691.0±9.6^d	11.0±2.1^d	1288.0±4.8^a	597.0±3.3^a	77.8±1.1^b
400 W 30 s	838.0±1.6^c	818.0±1.9^c	20.0±1.6^b	1221.0±7.1^c	403.0±2.6^c	76.6±2.0^b
640 W 30 s	859.0±3.5^b	838.0±9.8^b	21.0±2.3^b	1082.0±12.3^e	244.0±1.6^e	80.1±0.2^a
800 W 30 s	889.0±2.4^a	851.0±3.6^a	38.0±2.6^a	1138.0±1.9^d	290.0±4.5^d	80.2±0.4^a

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1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 红豆在清水中的吸水曲线测定
1.2.2 红豆在果胶酶溶液中的吸水曲线测定
1.2.3 微波预处理红豆在清水中的吸水曲线测定
1.2.4 微波预处理红豆在果胶酶溶液中的吸水曲线测定
1.2.5 色泽测定
1.2.6 偏光显微镜分析
1.2.7 快速粘度分析
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 未处理红豆在清水和果胶酶溶液中的吸水率曲线
2.2 微波预处理对红豆在清水中吸水率曲线的影响
2.3 微波预处理对红豆在果胶酶溶液中吸水曲线的影响
2.4 微波预处理对红豆外观的影响
2.4.1 红豆外观形态的变化
2.4.2 红豆表皮色度的变化
2.5 微波预处理对红豆淀粉偏光十字的影响
2.6 微波预处理对红豆糊化特性的影响
3. 结论

1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 红豆在清水中的吸水曲线测定
1.2.2 红豆在果胶酶溶液中的吸水曲线测定
1.2.3 微波预处理红豆在清水中的吸水曲线测定
1.2.4 微波预处理红豆在果胶酶溶液中的吸水曲线测定
1.2.5 色泽测定
1.2.6 偏光显微镜分析
1.2.7 快速粘度分析
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 未处理红豆在清水和果胶酶溶液中的吸水率曲线
2.2 微波预处理对红豆在清水中吸水率曲线的影响
2.3 微波预处理对红豆在果胶酶溶液中吸水曲线的影响
2.4 微波预处理对红豆外观的影响
2.4.1 红豆外观形态的变化
2.4.2 红豆表皮色度的变化
2.5 微波预处理对红豆淀粉偏光十字的影响
2.6 微波预处理对红豆糊化特性的影响
3. 结论

参考文献(38)

施引文献

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微波预处理对红豆吸水特性、外观及淀粉特性的影响

作者简介: 陈楚瑶（1998−），女，硕士研究生，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：775485495@qq.com

通讯作者: 李丹丹（1994−），女，博士，讲师，研究方向：食品碳水化合物资源开发与利用，E-mail：lidandan@njau.edu.cn 韩永斌（1963−），男，博士，教授，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：hanyongbin@njau.edu.cn

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