发芽预处理提升豌豆与蚕豆粉气力分选效率：一项提升豆类干法分离可持续性的研究

本研究探讨了豌豆与蚕豆种子发芽预处理对其粉体气力分选（air classification）效率的优化作用。结果表明，48小时发芽可有效破坏种子子叶中淀粉颗粒周围的蛋白-纤维基质，从而显著提高蛋白富集细粉流的产量与蛋白保留率，为豆类干法分选工艺的改进提供了新策略。

发芽预处理优化豌豆与蚕豆粉气力分选效率的研究

引言

豆类作为全球重要的营养来源，富含碳水化合物、蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质及植物化学物质。目前，豆类加工技术主要包括干法分选（如气力分选）与湿法分选，其中湿法分选虽能有效分离蛋白，但耗水且成本较高；气力分选则具有成本低、耗水少、能保持蛋白质天然结构等优势，但其蛋白与淀粉的分离效率通常低于湿法分选。因此，提升气力分选效率对促进高附加值豆类产业发展具有重要意义。发芽作为一种生物加工手段，已知能改善豆类的营养特性并破坏淀粉颗粒周围的蛋白与纤维基质，本研究即探索将发芽作为预处理方法，以提高豌豆（CDC ‘Meadow’）和蚕豆（DL ‘Rico’）粉经气力分选后蛋白富集细粉流与淀粉富集粗粉流的得率与纯度。

材料与方法

研究采用2020年收获的圆豌豆（CDC ‘Meadow’）与蚕豆（DL ‘Rico’）种子。种子经清洗后，用0.07%（w/v）次氯酸钠溶液灭菌30分钟，再用蒸馏水浸泡过夜（约22°C），此组定义为浸泡组（0小时发芽）。另设发芽24、48及96小时组。发芽过程中，种子置于湿纱布覆盖的托盘中，于室温黑暗条件下培养，每日喷水保持湿度。发芽结束后，样品于50°C对流烘箱中干燥至水分含量降至70–90 g kg⁻¹。以未经处理的原始种子作为对照。干燥后的种子使用台式脱壳机脱壳，计算脱壳效率。脱壳后的种子采用两步法磨粉：先经实验室盘式磨预粉碎，再经针磨机在22,000 rpm下进一步研磨。所得粉体使用气力分选机在轮速12,000 rpm、气流速率46 m³h⁻¹条件下进行分选，得到细粉流（蛋白富集）与粗粉流（淀粉富集）。

采用扫描电子显微镜观察种子子叶横截面及分选后粉体的微观形貌。使用激光粒度分析仪测定粉体及分选流分的粒度分布。通过测定氮含量（换算为蛋白含量，%N × 6.25）、总淀粉、粗脂肪、灰分等指标分析化学成分。蛋白保留率与淀粉保留率分别根据细粉流与粗粉流的得率及成分计算得出。所有统计分析均采用单因素方差分析及Tukey HSD检验。

发芽与脱壳效率

在整个96小时发芽期间，豌豆的发芽率为89.2%至91.2%，蚕豆为93.6%至95.4%，表明种子活力高。豌豆胚根长度从24小时的7.3 mm增至96小时的49.2 mm，显著长于蚕豆（6.3–21.5 mm），表明豌豆发芽速率更快。随着发芽时间延长，两种豆类的干物质回收率均呈下降趋势，这与种子在发芽过程中储存的营养物质被分解利用有关。浸泡使豌豆的脱壳效率从842 g kg⁻¹提高至883 g kg⁻¹，这归因于子叶吸水膨胀后收缩，利于与种皮分离。然而，发芽96小时后，两种豆类的脱壳效率均下降，可能是由于种子密度降低、子叶完整性减弱所致。

磨粉豆粉的化学成分

随着发芽时间延长，豌豆与蚕豆针磨粉的蛋白质含量逐渐增加。豌豆蛋白质含量从对照组的250 g kg⁻¹增至96小时发芽组的273 g kg⁻¹；蚕豆的增幅更明显，从289 g kg⁻¹增至345 g kg⁻¹。这种增加与发芽过程中的蛋白质合成及原有蛋白的水解有关。豌豆的粗脂肪含量随蛋白质含量成比例增加，而蚕豆则在发芽48小时时达到最高。豌豆的淀粉含量在整个处理过程中变化不大（约540–552 g kg⁻¹），而蚕豆淀粉含量在发芽48小时后从511 g kg⁻¹降至472 g kg⁻¹，这可能是由于发芽期间淀粉被分解。豌豆粉的灰分含量在浸泡后从27 g kg⁻¹降至22 g kg⁻¹，可能源于矿物质的浸出；但发芽96小时后回升至25 g kg⁻¹，可能与发芽后期矿物质的积累有关。蚕豆的灰分含量在整个处理过程中未发生显著变化。

气力分选流分的得率与形态

气力分选的总回收率（细粉流与粗粉流之和）对各处理组均超过970 g kg⁻¹。发芽预处理显著提高了细粉流得率。豌豆细粉流得率从对照组的251 g kg⁻¹逐步增至96小时发芽组的295 g kg⁻¹；蚕豆细粉流得率在浸泡后即从274 g kg⁻¹增至333 g kg⁻¹，并在发芽48小时达到峰值373 g kg⁻¹。相应地，粗粉流得率下降。扫描电镜图像显示，发芽破坏了子叶中包裹淀粉颗粒的蛋白与纤维基质，从而在研磨和气力分选过程中更易释放淀粉颗粒，提高了分离效率。

细粉流的化学成分与蛋白保留率

细粉流的蛋白质含量随发芽时间延长而增加，并在48小时达到最高：豌豆从616 g kg⁻¹增至659 g kg⁻¹，蚕豆从742 g kg⁻¹增至766 g kg⁻¹。但发芽96小时后，两者蛋白质含量均下降，表明最佳分离窗口期在48小时内。蛋白保留率呈现相同趋势：发芽48小时使豌豆的蛋白保留率从620 g kg⁻¹提高至686 g kg⁻¹，蚕豆则从702 g kg⁻¹大幅提高至882 g kg⁻¹。细粉流的灰分含量随发芽处理而降低，但仍高于原始豆粉，这与灰分在气力分选中倾向于与蛋白共富集有关。

粗粉流的化学成分与淀粉保留率

粗粉流的淀粉保留率均高于900 g kg⁻¹，且高于细粉流的蛋白保留率，这与气力分选能有效富集淀粉的特性一致。随着发芽时间延长至48小时，粗粉流的淀粉含量增加：豌豆从702 g kg⁻¹增至734 g kg⁻¹，蚕豆从688 g kg⁻¹增至738 g kg⁻¹，表明蛋白与淀粉的分离更彻底。发芽处理对损伤淀粉及直链淀粉含量无显著影响。蚕豆粗粉流的蛋白质含量随发芽从193 g kg⁻¹降至151 g kg⁻¹，进一步印证了分离纯度的提高；而豌豆粗粉流的蛋白质含量在所有处理间无显著差异（123–132 g kg⁻¹）。粗粉流的灰分含量变化趋势与细粉流类似，豌豆在发芽96小时后略有上升。

粒度分布分析

粒度分布曲线进一步证实了发芽对分离效率的改善。对于豌豆，发芽48小时及96小时后，其粗粉流的粒度分布曲线变为单峰，且小于10微米的细颗粒峰消失，表明蛋白与淀粉的分离更为彻底。蚕豆的粗粉流也呈现类似规律，仅对照组在小于10微米处出现小峰，而浸泡与发芽组均未出现，说明发芽预处理有助于获得更纯净的粗粉流。

结论

本研究表明，发芽作为一种预处理方法，能有效优化豌豆与蚕豆粉的气力分选效率。发芽通过破坏子叶中淀粉颗粒周围的蛋白与纤维基质，促进了后续研磨与分选过程中淀粉与蛋白的分离。发芽48小时为最佳处理时长，能显著提高细粉流得率与蛋白保留率，同时提升粗粉流的淀粉纯度。该研究为开发高效、可持续的豆类干法分选工艺提供了重要科学依据，有助于满足食品工业对高品质豆类原料日益增长的需求。未来研究可进一步评估发芽预处理对分选产物营养特性、风味及功能性质的影响。