刘淑婷， 王 颖，2， 佘铁军， 佐兆杭， 宫 雪， 张艳莉， 王 迪

（1. 黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319；2. 国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江大庆 163319；3. 齐齐哈尔市疾病预防控制中心二部，黑龙江齐齐哈尔 161000）

芸豆（Phaseolus vulgaris），又名菜豆，蝶形花亚科菜豆属，是一种可食用的豆科植物，原产于美洲的墨西哥和阿根廷。16世纪末，我国开始引种栽培芸豆。芸豆属于小宗粮豆作物，含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维等营养成分，每100 g干芸豆粒中蛋白质约占22.5%，淀粉约占59.6%，钾和钠分别占1.52%和0.08%。因此，芸豆还是一种高钾低钠的食品，具有极高的营养价值[1-3]。目前，黑龙江省是我国种植芸豆种类和数量最多的省份之一。随着市场经济的发展，芸豆的生产量和出口量逐年增加，其作为黑龙江杂粮种植的主要种类之一，在营养价值、品种资源和种植产量等方面具有不可替代的优势。

淀粉通常以淀粉粒的形式贮存在植物细胞中，是豆科植物中的主要碳水化合物。淀粉作为芸豆中的主要化学成分，其物化特性直接影响芸豆制品的加工特性和食用品质。由于品种、种植环境、栽培模式等因素的影响，淀粉的理化性质存在差异[4]。目前，关于单一品种芸豆淀粉的物化特性（如颗粒形貌、糊化特性、老化特性等）研究已有一定报道，但缺乏对同一地区、不同品种芸豆淀粉理化性质间的差异性研究。试验以黑龙江地区产量较高的紫花芸豆、紫圆芸豆、奶白花芸豆、红芸豆为原料，系统地探究同一地区、不同品种芸豆淀粉的物化特性，旨在为不同品种芸豆淀粉资源的开发及其在食品工业中的应用提供参考。

1 材料与方法

紫花芸豆、紫圆芸豆、奶白花芸豆、红芸豆，产自黑龙江黑河市；盐酸、氢氧化钠，均为分析纯，辽宁泉瑞试剂公司提供。

BS224S型电子天平，鹤壁市鑫泰高科仪器制造有限公司产品；S220型pH计、RVA4500型快速黏度分析仪，瑞典波通仪器公司产品；MJ-10A型磨粉机，上海浦恒信息科技有限公司产品；高速台式离心机，上海安亭科学仪器厂产品；DGG-9023A型电热鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司产品；Nicolet 6700型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），美国Thermo Fisher 公司产品。

1.3.1 芸豆淀粉的制备

将不同品种芸豆分别清洗3次，浸泡8 h，去皮，于35 ℃条件下烘干，干磨并过80目筛，将芸豆粉加入料液比为1∶7（g∶mL），0.2 g/100 mL的NaOH溶液中，用置顶式搅拌器搅拌均匀后，于室温下浸提3 h，以转速4 000 r/min离心10 min，弃去上清液，除去沉淀区中上层黄褐色的物质，将最底层沉淀水洗并离心，重复4次，直至淀粉浆呈白色。用1 mol/L HCl调节溶液pH值至7.0，离心，于30 ℃条件下干燥24 h，研磨过80目筛，即得芸豆淀粉。

1.3.2 芸豆基本成分分析及淀粉得率测定

水分含量：参照GB 5009.3—2016食品中水分的测定；灰分含量：参照GB 5009.4—2016食品中灰分的测定；蛋白质含量：参照GB 5009.5—2016食品中蛋白质的测定；脂肪含量，GB 5009.6—2016食品中脂肪的测定；淀粉含量，GB 5009.9—2016食品中水分的测定。

根据所得芸豆淀粉的干基质量与芸豆粉总质量的百分比进行计算，得出不同品种芸豆淀粉的得率[5]。

式中：m1——提取到的干燥淀粉质量，g；

m2——芸豆全粉质量，g。

1.3.3 淀粉基团分析（FTIR）

称取干燥过的芸豆淀粉1～2 mg，再加入200 mg经过磨细干燥的KBr粉末，充分研磨，混合均匀后，放入傅里叶红外光谱仪中进行全波段扫描，扫描范围为4 000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1，得到芸豆淀粉的红外光谱图[6]。

1.3.4 淀粉溶解度和膨胀度测定

准确称取0.5 g芸豆淀粉样品，置于45 mL已知质量的带盖离心管中，加入蒸馏水40 mL，振荡混匀后，分别于50，60，70，80，90 ℃恒温水浴锅中水浴加热30 min，每隔5 min振荡1次，取出冷却至室温，以转速3 500 r/min离心20 min。倒出上清液，于120 ℃条件下干燥至恒质量后称取溶出物质量，同时称取管中沉淀物质量[7]。

式中：m1——上清液溶出物质量，g；

m2——离心管中沉淀物质量，g；

SA——溶解度；

SP——膨胀度；

淀粉乳加热后易形成胶体溶液，若离心后上清液中仍有少量胶体悬浮则一并倒出，仅以留在离心管沉淀质量计算膨胀度[8]。

1.3.5 淀粉冻融稳定性分析

称取1.5 g芸豆淀粉（干基），置于带盖离心管中，加入25 mL蒸馏水，配制成质量分数为6%的淀粉乳溶液，振荡混匀后快速加热到95 ℃，恒温水浴30 min，取出后迅速冷却到25 ℃。将得到的凝胶在4 ℃下冷藏24 h，再在-18 ℃下冷冻12 h后取出，于室温下溶解，振荡溶化后的淀粉溶液使之分散均匀，以转速3 500 r/min离心20 min，倒掉上清液，称取沉淀物质量，计算析水率[9]。

式中：I——析水率，%，

m1——淀粉糊质量，g，

m2——沉淀质量，g。

1.3.6 淀粉凝沉特性分析

称取1.0 g淀粉样品，配制成质量分数为2.0%的淀粉糊，置于45 mL的离心管中，振荡混匀后于95 ℃恒温水浴30 min，每隔5 min振荡1次，取出后快速冷却至室温，静置，观察淀粉颗粒沉降及样品分层情况，每隔一段时间记录上层清液的体积，用上清液的体积分数随时间的变化来绘制曲线，从而表示淀粉糊的凝沉性。

1.3.7 淀粉糊老化特性分析

准确称取3.5 g芸豆淀粉（干基） 样品于铝盒中，加入25 mL蒸馏水，于35 ℃条件下保温3 min，以6 ℃/min的速率加热到95 ℃，保温5 min，以6 ℃/min的速率降温到50 ℃，用仪器配套软件分析得到曲线[10]。

数据采用SPSS 20统计学软件进行差异分析，Excel软件绘制相关图表。

2 结果与分析

芸豆基本成分含量和淀粉得率见表1。

从表1可以看出，芸豆全粉中淀粉和蛋白质含量较高，其他物质含量较少。在同一栽培地区内，不同品种芸豆中所含基本成分含量不同。其中不同品种中淀粉含量差异较大，蛋白质、脂肪、水分和灰分含量较为接近。紫圆芸豆中淀粉含量最高为48.90%±0.09%，红芸豆中淀粉含量为40.69%±0.15%，相对较少。但所测不同品种芸豆中淀粉含量均在40%～50%，与杨红丹所测得杂豆中粗淀粉含量相符[2]。同一区域不同品种的芸豆淀粉组成成分的含量差异可能与芸豆品种的遗传基因有关[11]。采用碱液浸提法提取的不同品种芸豆淀粉，其得率大小表现为紫圆芸豆＞奶白花芸豆＞紫花芸豆＞红芸豆。在同一工艺条件下制备的不同芸豆淀粉得率不同，这主要与芸豆自身所含淀粉含量有关，而芸豆中蛋白质和脂肪会包裹在淀粉颗粒表面，或通过与淀粉结合形成脂质-淀粉复合物的形式间接影响芸豆淀粉的得率。

表1 芸豆基本成分含量和淀粉得率

不同品种芸豆淀粉红外光谱图见图2。

图2 不同品种芸豆淀粉红外光谱图

中红外光谱分为官能团区和指纹区，其频率范围为 4 000～1 300 cm-1及 1 300～400 cm-1。利用傅里叶红外光谱仪研究不同品种芸豆淀粉分子基团结构及化学键的区别。紫花芸豆、紫圆芸豆、奶白花芸豆、红芸豆淀粉分别在2 929.35，2 929.98，2 928.92，2 928.10 cm-1处出现特征吸收峰，对应着C-H的伸缩振动峰， 1 648.33，1 648.30， 1 648.87， 1 650.75 cm-1对应为C=O振动吸收峰，指纹区在1 166，979，859，573 cm-1处出现吸收峰，分别对应C-O，C-C伸缩振动峰和C-H面外弯曲振动吸收峰。不同品种的芸豆淀粉所出现的特征吸收峰基本相同。

不同品种芸豆淀粉溶解度变化曲线见图2，不同品种芸豆淀粉膨胀度变化曲线见图3。

图2 不同品种芸豆淀粉溶解度变化曲线

图3 不同品种芸豆淀粉膨胀度变化曲线

膨胀度表示淀粉颗粒在受热膨胀过程中的吸水能力，反映了淀粉颗粒内键的结合程度，而溶解度与淀粉颗粒在膨胀中的溶解能力相关[4]。

由图2可知，不同品种的芸豆淀粉溶解度不同，但其溶解度随温度变化趋势相同，溶解度均随温度升高而逐渐增大。在温度低于70 ℃时，4种芸豆淀粉溶解度随温度变化缓慢，不同品种间的芸豆淀粉溶解度差异不显著；当温度高于70 ℃时，淀粉溶解度有明显增加趋势，紫花芸豆淀粉的溶解度最高，奶白花芸豆淀粉溶解度相对较低。由图3可知，不同品种芸豆淀粉的膨胀度随温度升高逐渐增加，在50 ℃时4种芸豆淀粉的膨胀度相近，可能由于温度过低导致淀粉颗粒无法吸水膨胀，膨胀度差异不显著；而温度高于70 ℃时，芸豆淀粉的膨胀度随温度升高迅速上升，其中紫花芸豆淀粉的膨胀度显著低于其他3种淀粉，这可能是由于温度升高使淀粉乳溶液形成胶体，离心不充分，使得此刻的芸豆淀粉溶解度增加而膨胀度减小。

不同品种芸豆淀粉的析水率见表2。

表2 不同品种芸豆淀粉的析水率/ %

由表2可知，不同品种芸豆淀粉的析水率随冻融时间逐渐增加，不同品种间芸豆淀粉冻融稳定性差异显著。冻融1 d后芸豆淀粉的析水率大小为奶白花芸豆＞紫圆芸豆＞紫花芸豆＞红芸豆，当冻融时间为2 d时，芸豆淀粉的析水率迅速上升。冻融稳定性直接反映了淀粉糊接受低温冷冻和室温溶解条件下的稳定能力，从而影响到冷冻类淀粉食品的风味和质地。由此可见，奶白花芸豆的冻融稳定性最差，不适合作为淀粉原料制作冷冻食品。

不同品种芸豆淀粉的凝沉特性变化曲线见图4。

图4 不同品种芸豆淀粉的凝沉特性变化曲线

凝沉是淀粉分子由无序到有序的重排过程，淀粉的凝沉特性主要与淀粉的老化性质相关，因此可将凝沉特性作为淀粉老化的考查指标，以此判断淀粉糊的老化性能。由图4可知，同一地区不同品种芸豆淀粉的凝沉率均随时间增加而升高，但当静置时间超过3 h，淀粉的凝沉率随时间增加趋于平稳。在相同时间内，紫花芸豆淀粉的凝沉率明显低于其他3种，说明紫花芸豆淀粉较其他3种芸豆更易发生老化现象，紫花芸豆淀粉颗粒与水结合力较强，所以凝沉率低。

不同品种芸豆淀粉糊老化特征参数见表3。

芸豆淀粉糊化温度75.10±0.04～79.05±0.03 ℃，其中紫花芸豆淀粉糊化温度最高，红芸豆淀粉糊化温度最低，这与杜双奎的研究结果相符[7]，糊化温度越小，表明淀粉越易吸水和膨胀，越易糊化，红芸豆淀粉糊化温度最低，说明其所含的淀粉对膨胀和破裂的抵抗性较小，易于糊化。峰值黏度反映了淀粉与水的结合能力，紫圆芸豆淀粉的峰值黏度显著低于其他3种淀粉，说明紫圆芸豆淀粉与水结合能力相对较弱；4种芸豆淀粉的谷值黏度差异不大。衰减值表示淀粉糊的热稳定性，回生值反映淀粉糊的老化趋势，红芸豆的衰减值最低，奶白花芸豆的回生值最大，所以红芸豆的热稳定性相对较好，奶白花芸豆则具有较好的回升趋势。

表3 不同品种芸豆淀粉糊老化特征参数

3 结论

以黑龙江地区产量较高的紫花芸豆、紫圆芸豆、奶白花芸豆、红芸豆为原料探究同一地区不同品种芸豆淀粉的物化特性。结果表明，不同品种的芸豆淀粉基本成分含量不同，紫圆芸豆的淀粉得率最高为31%。不同芸豆品种出现的特征吸收峰基本相同，说明同一地区不同品种芸豆淀粉基团一致。同一地区不同品种芸豆淀粉的溶解度和膨胀度不同，温度低于50 ℃时，不同品种芸豆淀粉溶解度和膨胀度差异不显著；当温度高于70 ℃时，紫花芸豆淀粉溶解度最高，奶白芸豆淀粉膨胀度最高。奶白花芸豆的析水率最大，冻融稳定性最差，不适合作为淀粉原料制作冷冻食品。在同一时间段内，紫花芸豆淀粉的凝沉率相对较低，更易发生老化现象。4种芸豆淀粉糊化特性不同，其中红芸豆淀粉糊化温度最低，更易糊化，但红芸豆淀粉的回生值相对较高，说明红芸豆淀粉糊化后易回生。试验系统地研究黑龙江地区4种芸豆淀粉的颗粒形貌、基本理化特性及淀粉糊老化性质，为不同品种芸豆在食品工业中的应用提供依据。