绿豆是我国主要的食用豆类之一，含有丰富的营养物质和功效成分，具有较高的食用价值和药用价值。但其结构致密、皮层紧密，导致食用时蒸煮时间较长，食用不便，造成消费者接受程度低，难适应现代人们食用的快捷理念。因此，人们开展相关研究，试图改变其食用品质，主要聚焦于通过低压、常压、高压蒸煮等湿热处理[1-2]，烘焙、高温流化、微波等干热处理[3-5]等各种工艺对绿豆进行的预处理和机理机制研究。
蒸汽爆破技术作为一种新兴的绿色、高效、低能耗、不引入二次污染的经济型物理-化学预处理方式，已逐渐地被应用于食品中。该技术主要在多糖[6]、多酚[7]以及膳食纤维改性方面[8]应用广泛。此外，李飞[9]、Li 等[10]研究经蒸汽爆破技术处理的甘薯淀粉分子结构，发现蒸汽爆破处理可使支链淀粉降解，生成较多分子链较短的直链淀粉。Wang 等[11]研究了蒸汽爆破技术对鱼糜-淀粉混合物的影响，表明蒸汽爆破技术能有效降低混合物的消化率同时增加抗性淀粉的含量，但这种方式尚未被应用于绿豆研究中，本研究首次将蒸汽爆破技术引入到绿豆中，重点关注与绿豆食用品质相关的淀粉。研究不同压力蒸汽爆破处理绿豆后，解析绿豆淀粉内部的组分、糊化特性、溶解度与膨润力等物理特性及微观结构等方面的变化，为进一步改良绿豆食用品质提供必需的理论支撑，同时完善绿豆预熟化体系。
1 试验材料与方法
1.1 材料与试剂
绿豆：市售；α-淀粉酶（13 U/mg）、抗性淀粉试剂盒：爱尔兰Megazyme 公司；七水硫酸锌（10%）、甲基红指示剂（2 g/L）：国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠（0.5 mol/L）、石油醚、无水乙醇：天津市风船化学试剂有限公司；铜试剂、磷钼酸、乙酸铅（200 g/L）、硫酸钠（100 g/L）：天津市科密欧化学试剂有限公司；盐酸（50%）：广州和为医药科技有限公司，其余试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
QB-300 蒸汽爆破试验台：清正生态科技（苏州）有限公司；JSM-7900F 热场发射扫描电子显微镜：日本电子株式会社；D8 ADVANCE A25X 射线粉末衍射仪：北京爱科思瑞技术有限公司；Nicolex is5 傅里叶变换红外光谱仪：美国赛默飞世尔科技公司；A380 紫外可见分光光度计：翱艺仪器（上海）有限公司；Viscographh-E Brabender Gmbh&Co.KG 粘度仪：德国BRABENDER公司。
1.3 试验方法
1.3.1 绿豆蒸汽爆破处理
绿豆用蒸馏水浸泡3 h 后捞出，控干水分，密闭保存，平衡水分过夜；爆破之前空爆数次。将样品放入蒸汽爆破机的物料仓中，分别调节蒸汽压力0.15～0.75 MPa，保压时间45 s。未进行爆破处理的样品作为空白对照。收集处理后的样品，干燥、避光保存。
1.3.2 淀粉提取
参考王立东等[12]的方法提取淀粉。
1.3.3 理化性质的测定
1.3.3.1 绿豆淀粉组分测定
总淀粉含量：参考GB 5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》中酸水解法测定。
抗性淀粉（resistant starch，RS）含量：采用抗性淀粉试剂盒中的方法测定。
直链淀粉含量参考GB/T15683—2008《大米直链淀粉含量的测定》中方法测定。
快消化淀粉（rapid digestible starch，RDS）和慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）含量参考钟葵等[13]的方法测定。
1.3.3.2 绿豆淀粉糊化度测定
糊化度参考李云龙等[14]的试验方法测定。
1.3.3.3 Brabender 糊化曲线分析
分别称取不同处理的绿豆样品配成14% 的淀粉乳，放置后最初10 s 以900 r/min 搅拌成悬浊液后，保持160 r/min 转速至试验结束。测试条件：60 s 内由室温升至50 ℃，然后再由50 ℃升至92 ℃，时间为14 min，在此温度下保持15 min，而后降至55 ℃，保持15 min。
1.3.3.4 淀粉的溶解度与膨润力测定
分别称取0.5 g 不同处理的绿豆淀粉，分别加入20 mL 蒸馏水，分别在50、60、70、80、90 ℃下振荡水浴30 min。3 000 r/min 离心15 min 后将上清液倒入干燥皿中，在105 ℃烘箱烘至恒重并称重，同时，称重离心残留物。采用下列公式计算溶解度（R，%）和膨润力（P，%）。
式中：W1 为上清液干重，g；W2 为沉淀物质量，g；W为样品质量，g。
1.3.4 微观结构的分析
1.3.4.1 淀粉微观形貌分析
取适量绿豆淀粉样品，将其分散于导电双面胶上，将双面胶贴于载物台上，在真空条件下对载物台进行镀金处理，然后将其放入扫描电子显微镜中观察，并于适当放大倍数拍摄样品颗粒形貌。
1.3.4.2 淀粉的碘吸收特性
参考沙丙含[15]的方法进行测定。
1.3.4.3 淀粉结晶结构的测定
取一定量的待测样品平铺于样品池中制样。采用单色Cu-Kα 射线，测试条件为扫描区域2θ=4°～60°，扫描步长0.02°，扫描速度4°/min，扫描方式为连续，获得衍射图谱。相对结晶度用MDI Jade 6.0 软件计算分析。相对结晶度时衍射尖峰的面积闭上全部衍射区域的面积[16]。结晶度（C，%）计算公式如下。
C=100Ac/（Ac+Aa）
式中：Ac 为结晶区的面积，%；Aa 为无定形区面积，%。
1.3.4.4 淀粉傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）测定
采用KBr 压片法，将预平衡水分的样品以一定质量分数（1%）加入KBr 粉末中充分研磨混匀后压片，置于傅里叶转换红外光谱仪中进行扫描。测试条件为分辨率4 cm-1，空气为空白，扫描64 次。利用Origin 2018软件对谱图，进行基线校正和归一化处理。利用Peak-Fitv 4.12 软件进行数值分析。
1.4 数据处理
采用SPSS 26.0 进行数据分析，数据绘图采用Origin 2018。
2 结果分析
2.1 蒸汽爆破压力对绿豆淀粉组分的影响
不同蒸汽压力处理后的绿豆中各类淀粉含量，如表1 所示。
表1 不同蒸汽压力处理下绿豆中各类淀粉含量
Table 1 Content of mung bean starch under different steam pressure treatments
注：同列不同小写字母表示具有显著性差异（p＜0.05）。
处理方式对照0.15 MPa 0.30 MPa 0.45 MPa 0.60 MPa 0.75 MPa总淀粉含量/（g/100 g）46.29±0.29a 45.63±0.40ab 44.32±0.63cd 44.82±0.37bc 43.56±0.28d 44.71±0.17bc直链淀粉含量/%12.08±0.60d 14.23±0.62bc 16.56±0.62a 13.02±0.62cd 13.70±0.31bc 14.91±0.31b RS含量/%7.79±0.05c 16.74±0.32b 21.97±0.98a 16.12±0.64b 16.41±0.03b 16.40±0.58b RDS含量/%9.81±0.16a 9.09±0.08b 8.42±0.13c 8.30±0.21c 8.23±0.01c 8.10±0.21c SDS含量/%7.07±0.15d 9.03±0.10c 10.72±0.18b 11.20±0.42b 12.62±0.11a 13.18±0.24a
由表1 可知，经蒸汽爆破处理后总淀粉含量低于对照组，且除0.15 MPa 外，均与对照组具有显著性差异（p＜0.05）。直链淀粉含量和RS 含量随蒸汽压力升高明显，在0.30 MPa 时达到最高值，此时RS 含量是对照组的2.8 倍，而蒸煮处理[17]、湿热处理[18]最大值分别仅为对照组的1.0 倍和2.0 倍，可能是蒸汽爆破内部的高热高压环境和瞬间释放的压力和热量差导致支链淀粉或较长的糖苷键等原有淀粉结构被破坏，大量直链淀粉溶出，RS 含量增加；随着蒸汽压力继续加大，直链淀粉含量于0.45、0.60 MPa 时相较于0.30 MPa 显著降低（p＜0.05），但两者间差异不显著，至0.75 MPa 时明显升高；而RS 含量于0.45、0.60、0.75 MPa 时显著低于0.30 MPa（p＜0.05），综上，蒸汽压力过大，不利于RS 的形成。对直链淀粉与RS 进行相关性分析，结果显示，二者之间p=0.028（p＜0.05），Pearson 系数为0.860，表明二者有显著相关性。
同时，随着蒸汽压力上升，RDS 含量显著下降（p＜0.05），但0.30～0.75 MPa 间无显著性差异；SDS 含量则显著升高，各压力梯度与对照组均存在显著性差异（p＜0.05），0.30 MPa 与0.45 MPa、0.60 MPa 与0.75 MPa 两两之间无显著性差异。绿豆快慢消化淀粉的改变，可能是在水、热和机械力的作用下结晶结构改变，并且高热使淀粉抗酶能力增加，延长人体淀粉酶作用时间，甚至导致淀粉酶不能作用。由此可见，蒸汽爆破技术可通过改变内部结构而改变快、慢消化淀粉及抗性淀粉的比例，进而改善消化性质。
2.2 蒸汽爆破压力对绿豆糊化特性的影响
2.2.1 蒸汽爆破压力对绿豆糊化度的影响
糊化度可以定量表示淀粉颗粒糊化的程度，经不同蒸汽压力处理后的绿豆糊化度如图1 所示。
图1 不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉糊化度的变化
Fig.1 Changes in gelatinization degree of mung bean starch under different steam pressure treatments
不同小写字母表示差异显著（p＜0.05）。
由图1 可知，相对于未处理对照组，蒸汽爆破处理的样品糊化度均有所提高。随着蒸汽压力的不断上升，绿豆糊化度呈显著升高的趋势，在0.60 MPa 时，糊化度达到最高为81.37%。压力的继续升高至0.75 MPa时，糊化度虽有略微下降，仍与0.60 MPa 无显著差异，即蒸汽压力达到一定值，糊化程度达到稳定。说明蒸汽爆破处理可促进样品的糊化。
2.2.2 蒸汽爆破压力对绿豆糊化特性的影响
为研究不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉的糊化特性，测定不同处理绿豆淀粉的糊化参数，结果如表2所示。
表2 不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉的黏度特征值
Table 2 Viscosity characteristic values of mung bean starch under different steam pressure treatments
处理方式对照0.15 MPa 0.30 MPa 0.45 MPa 0.60 MPa 0.75 MPa糊化温度/℃76.7 80.8 85.4 88.8 91.1 80.1峰值黏度/BU 67 36 27 24 17 33低谷黏度/BU 66 36 27 24 17 33崩解值/BU 1 0 0 0 0 0最终黏度/BU 35 29 23 18 15 20回生值/BU 34 29 23 18 15 20
由表2 可知，处理后的绿豆糊化温度均高于原料对照，且随着压力增加逐渐提高（除0.75 MPa 外），至0.60 MPa 时达到最大值。表明蒸汽爆破处理改变了原来淀粉的内部结构，促进了淀粉分子链的迁移，使淀粉的颗粒结构更稳定，分子间的内力不断增加，需要更多的热量来进行结构分解和糊状物的形成，进而使淀粉成糊温度升高，与Watcharatewinkul 等[19]的研究结果一致。峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和回生值则均低于对照，且随压力增加而降低，在0.60 MPa 时达到最小值。黏度的降低进一步说明了蒸汽爆破使淀粉结构破坏，产生损伤淀粉，而损伤淀粉与天然淀粉相比具有更低的黏度。回生值的降低则说明在蒸汽爆破处理过程中淀粉的热稳定性增强，不易老化，但在0.75 MPa 处理下出现糊化温度降低，峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和回生值降低的现象，一方面可能由于蒸汽压力过高，绿豆内部淀粉颗粒的结构遭到破坏，淀粉可能与非淀粉组分反应，提高了其结合水能力；另一方面可能是蒸汽爆破处理引起蛋白质的聚集，导致糊化温度降低、黏度和回生值升高。以上结果表明适当的蒸汽压力可以改变绿豆淀粉结构以及热稳定性的提高。
2.3 蒸汽爆破压力对绿豆淀粉溶解度与膨润力的影响
当淀粉在过量的水中受热时，其结晶结构被破坏，水分子通过氢键与直、支链淀粉暴露的羟基结合，导致淀粉颗粒的膨胀和溶解[20]。不同蒸汽压力处理后绿豆淀粉的溶解度与膨润力结果如图2 所示。
图2 不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉溶解度和膨润力变化曲线
Fig.2 Curves of solubility and swelling power of mung bean starch under different steam pressure treatments
a.绿豆淀粉溶解度；b.绿豆淀粉膨润力。
从图2a 可以看出，处理前后绿豆淀粉溶解度均随温度的升高而升高。同时处理后绿豆淀粉溶解度整体明显低于对照组，且随着压力的增加溶解度降低，这可能是蒸汽爆破处理使直链淀粉含量增多（表1），淀粉分子发生迁移重排，缔合形成分子聚集体，导致暴露的亲水羟基减少，溶解度下降[21]。
由图2b 可知，绿豆经蒸汽爆破处理后，淀粉的膨润力增加，且压力越大，膨润力越大，锁水能力增强，与处理后绿豆直链淀粉分子缠绕缔合有关。同时，各压力下的淀粉膨润力随着温度的增加而增加。在50～70 ℃时，处理后绿豆淀粉的膨润力均高于对照；而在70～80 ℃时，对照组膨润力骤然增大，且在90 ℃时高于处理组，这与沙丙含[15]、邹浩峰等[22]的研究结果一致。对照组淀粉达到糊化温度后大量吸水膨胀，而处理后绿豆淀粉前期吸水能力强，但随着温度的增加难以达到糊化温度（表2），不易破坏蒸汽爆破处理后的重组淀粉结构，影响后期吸水膨胀，导致膨润力低于对照。
2.4 蒸汽爆破压力对绿豆淀粉微观结构的影响
2.4.1 蒸汽爆破压力对绿豆淀粉颗粒形貌的影响
采用扫描电子显微镜观察蒸汽爆破处理前后样品的微观结构，不同处理的绿豆颗粒形貌变化如图3所示。
图3 不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉扫描电子显微镜图片
Fig.3 Scanning electron micrographs of mung bean starch under different steam pressure treatments
由图3 可知，未经爆破的绿豆淀粉颗粒形状完整，绿豆原淀粉的颗粒大部分呈椭圆形，存在部分近似圆形的小颗粒，表面光滑。与对照相比，处理后的淀粉样品表面变得粗糙，有凹凸状（方形框线所示），可能是由于处理过程中直链淀粉溶出以及颗粒内淀粉链的重新结合引起的。并且发现了破损和变形淀粉颗粒（圆形所示）。随着蒸汽压力的升高，0.30～0.75 MPa 几乎没有观察到完整的淀粉颗粒，破碎、变形的淀粉颗粒互相连结，形成聚集体呈现不规则的块状或团状（箭头所示），这些结构的产生可能是蒸汽压力升高对绿豆淀粉结构有破坏作用且促使分子链间相互作用所致，蒸汽压力越大，颗粒破坏程度越大，在一定程度上揭示了蒸汽爆破处理后绿豆淀粉组分变化的原因。
2.4.2 蒸汽爆破压力对绿豆淀粉碘吸收曲线的影响
淀粉-碘复合物吸光值法是利用淀粉与碘形成有色复合物来研究淀粉中直链淀粉和支链淀粉分子的分布情况。各处理组绿豆淀粉的碘吸收曲线如图4 所示。
图4 不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉碘吸收曲线的变化
Fig.4 Changes in iodine absorption curve of mung bean starch under different steam pressure treatments
直链淀粉与碘复合生成混蓝色，其最大吸收峰在600～640 nm；支链淀粉与碘复合，生成紫红-红棕色，其最大吸收峰在520～560 nm[23]。由图4 可知，蒸汽爆破处理前后绿豆淀粉的最大吸收峰均介于直链淀粉最大吸收峰和支链淀粉最大吸收峰之间，其中对照组的最大吸收峰位于575.6 nm，而处理后绿豆淀粉的最大吸收峰分别在602.0、612.0、613.8、614.4、620.8 nm 处，往直链淀粉吸收峰方向移动，且处理前后对比，峰值强度增加，说明蒸汽爆破使淀粉长链结构发生断裂，部分支链淀粉被打断，改变了淀粉的分子构象，导致处理后样品中的直链淀粉含量增加[24]。根据Banks 等[25]研究的公式计算各压力处理下不同样品的平均聚合度（degree of polymerization，DP）分别为57.16、99.39、134.89、143.97、147.26、194.04，与对照组相比，处理组的DP 随压力增加而增加，且吸收峰较原料窄，说明蒸汽压力使绿豆淀粉的分子分布更集中。
2.4.3 蒸汽爆破压力对绿豆淀粉X-射线衍射的影响
图5 显示的是不同蒸汽压力处理后，绿豆淀粉的X-射线衍射仪（X-ray polyarystalline diffractometer，XRD图谱。
图5 不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉晶体结构的变化
Fig.5 Changes in crystal structure of mung bean starch under different steam pressure treatments
根据X-射线衍射图形的差异可以将淀粉的结晶结构分为A 型、B 型、C 型和V 型四大类，A 型主要是谷物类淀粉，分别在15°、17°、18°、23°处有4 个强峰；B型主要是块茎、果实淀粉，特征峰主要在5.6°、17°、22°和24°附近；C 型结晶结构则主要显示A 型和B 型的综合。由图5 可知，对照的淀粉样品的2θ 分别在15°、17°、18°和23°显示特征衍射峰，其中15°和23°表现为单峰衍射峰，而在17°和18°出表现为双峰衍射峰，表明绿豆淀粉为典型的A 型结晶类型。随着蒸汽爆破压力的增加，15°和23°处的衍射峰强度不断减小直至消失，Ghoshal 等[26]认为直链淀粉含量较高的样品其XRD 图谱中的峰强度较低，因此，该现象与溶解度的变化和直链淀粉含量增加的结果相印证。此外，在蒸汽爆破处理过程中，18°的衍射峰逐渐消失，而22°和24°出现不明显衍射峰，特征峰逐渐表现为C 型结晶结构，说明蒸汽爆破处理使绿豆淀粉晶型由原来的A 型淀粉向C 型转变。
根据淀粉结晶区和无定形区在X-射线衍射曲线中不同特征衍射峰的表现形式可计算淀粉相对结晶度（relative crystallinity，RC），爆破处理前后绿豆淀粉的RC 分别为34.24%、27.32%、27.13%、26.94%、26.69%、24.17%，说明在处理过程中，蒸汽压力越大，RC 下降程度越高，可能是绿豆淀粉在水热和压力的作用下，分子间的氢键断裂，由氢键构成的螺旋结构发生一定程度的解旋，阻碍了螺旋结构间的定向取向和排列，致使淀粉由晶态向非晶态转变[27]。综上，蒸汽爆破压力会使绿豆晶型发生改变，且随着蒸汽压力的增加，峰值强度越低，RC 也越低。
2.4.4 蒸汽爆破压力对绿豆淀粉傅里叶变换红外光谱的影响
各梯度蒸汽压力处理的绿豆淀粉4 000～400 cm-1傅里叶变换红外图谱，如图6 所示。
图6 不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉的红外光谱
Fig.6 Infrared spectrum of mung bean starch under different steam pressure treatments
由图6 可知，2 925 cm-1 处的吸收峰对应—CH2 的不对称伸缩振动，1 645 cm-1 处的吸收峰对应H—O—H的弯曲振动，1 371 cm-1 处的吸收峰对应C—O—H 键的弯曲振动，1 157 cm-1处的吸收峰对应糖苷键C—O—C的振动，860 cm-1和570 cm-1处的吸收峰分别对应C—H变形伸缩和吡喃糖环的骨架振动[28]。3 420 cm-1 处的宽峰代表淀粉分子间氢键—OH 的伸缩振动，与对照组相比处理组3 420 cm-1 的吸收峰减弱，说明分子间氢键形式有不同程度的减少。
不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉的短程有序化结构如表3 所示。
表3 不同蒸汽压力处理下绿豆淀粉的短程有序化结构
Table 3 Short-range ordered structure of mung bean starch under different steam pressure treatments
注：同列不同的小写字母表示具有显著性差异（p＜0.05）；R（1047/1022）为淀粉的短程有序度；R（995/1022）表示双螺旋程度。
处理方式对照0.15 MPa 0.30 MPa 0.45 MPa 0.60 MPa 0.75 MPa R（1 047/1 022）4.22±0.04a 3.72±0.01b 2.49±0.01c 1.67±0.02d 0.95±0.02e 0.88±0.01f R（995/1 022）9.19±0.07a 7.96±0.24b 3.87±0.12c 3.62±0.17c 1.52±0.05d 1.29±0.06d
995、1 022、1 047 cm-1 是典型的振动吸收峰区域，其中995、1 047 cm-1 处的吸收值与淀粉有序结构的变化有关，1 022 cm-1 是淀粉无定形区的特征吸收值[29]。处理前后淀粉红外图谱峰值强度变化明显，说明蒸汽爆破处理对绿豆的淀粉结构影响较大。同时，R（1047/1022）越小，淀粉的短程有序化程度越低。R（995/1022）值越小，双螺旋结构破坏越明显[30]。由表3 可知，随着蒸汽压力的增加，R（1047/1022）显著降低，各蒸汽压力之间均存在显著性差异（p＜0.05），说明蒸汽爆破处理使淀粉的短程有序化程度降低；同时，R（995/1022）亦随着蒸汽压力的增加呈下降趋势，且与对照间有显著性差异（p＜0.05），说明蒸汽爆破处理使绿豆淀粉双螺旋解离，该结果与XRD 中RC 的结果一致。
3 结论
通过淀粉理化性质和微观结构的研究来探索蒸汽爆破处理改善绿豆品质的机理。结果表明，蒸汽爆破技术可增加绿豆淀粉中的直链淀粉、RS 和SDS 含量，蒸汽爆破处理可改变淀粉的内部结构，进而改变快慢消化淀粉及抗性淀粉的比例，最终可影响淀粉的消化特性；蒸汽爆破导致淀粉结构的改变，进而增强绿豆淀粉的聚集度，使碘吸收曲线向直链淀粉方向移动，同时增强淀粉的糊化稳定性，提高体系转变需要的温度，而降低淀粉糊的黏度；此外，蒸汽爆破还可改变淀粉的结晶类型，使其相对结晶度、短程有序化以及双螺旋程度降低。
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