《Food Structure》：Precooking and rehydration strategies of common bean seeds (Phaseolus vulgaris L.) determine their regeneration properties
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豆类预处理及再水化性能研究。通过不同预处理条件（常规烹饪30/45/120分钟、有限水烹饪120分钟）和再水化策略（直接23℃/90℃、两步23℃/90℃），分析显微结构变化与硬度关联性，发现充分预处理使豆类细胞分离、细胞壁变薄，孔隙率增加，显著提升90℃再水化效率达2-6倍。两步再水化可有效避免颗粒感和白芯现象。动力学模型表明23℃时表面传质与扩散共同作用，90℃时扩散主导。pectin溶出虽增加但未显著促进软化，强调预处理需达到可接受口感。
阮T.H.安|安努·马修|亨利·塔菲尔|安·范·洛伊|马克·E·亨德里克斯
鲁汶大学，微生物与分子系统系（M2S），食品技术实验室，Kasteelpark Arenberg 22，邮政信箱2457，3001鲁汶，比利时
摘要
在干燥前对豆类进行预处理可以生产出保质期长的产品，防止因储存而生长的难以煮熟的缺陷，并通过减少准备时间来提高消费者的便利性。本研究旨在探讨预处理和复水策略如何影响预处理脱水豆类的再生行为。豆类在不同的条件下进行预处理：传统烹饪（30分钟、45分钟和120分钟）以及有限水分烹饪（120分钟），以生成不同的（微观）结构。评估了每个处理步骤后的豆类微观结构和硬度，并将其与直接复水（23°C，90°C）和两步复水（23°C后90°C）方法下的复水性能联系起来。经过充分预处理的豆类硬度较低，细胞分离明显，细胞壁变薄。脱水后（40°C），这些结构变化导致豆类变得更加多孔，细胞壁完整性减弱，从而显著提高了复水能力和速率（在90°C下提高了2-6倍）。建议采用两步复水法（23°C/7小时，然后90°C/10分钟），以避免出现颗粒状质地和白色核心，这表明复水不足。复水动力学建模表明，在23°C时，水分吸收受表面控制的质量传递和扩散共同作用；而在90°C时，扩散（无表面阻力）是主导机制。尽管果胶溶解度增加，但复水后的豆类质地并未进一步软化，这表明果胶溶解可能不会促进预处理脱水豆类的软化。因此，必须在脱水前将豆类预处理到适合食用的程度，从而确保复水后的理想质地。
引言
普通豆类（Phaseolus vulgaris L.）是全球主要的豆类作物，因其营养价值和在农业可持续性中的作用而受到重视（Didinger等人，2022年；Foyer等人，2016年；Nijdam等人，2012年）。特别是在全球南方地区，由于易于获取和价格实惠，豆类是主要的饮食来源。尽管有这些公认的优势，但豆类的消费量仍然相对较低，尤其是在欧洲、北美和大洋洲，2016年至2019年间人均消费量低于6公斤/年，而全球平均水平为9公斤/年（OECD/FAO，2020年）。然而，随着人们对健康生活方式的关注度增加，预计消费量将会上升。
豆类利用的一个主要缺点是准备时间较长，且需要大量的水和能源。新鲜干豆通常需要12-16小时的浸泡（室温），然后是30-90分钟的烹饪（Tafiire等人，2024年），在某些情况下甚至需要长达156分钟，具体取决于豆类基因型和生长环境（Cichy等人，2019年）。受“难以煮熟”（HTC）缺陷影响的豆类，其准备时间可能会延长2.2-8.3倍（Wafula等人，2021年）。这种质地缺陷发生在豆类的玻璃化转变温度以上储存时，这种情况常见于高温（>35°C）和高湿度（>60%）的条件下（Chigwedere等人，2019年；Reyes-Moreno和Paredes-Lapez，1993年）。这样的储存条件会引发（生物）化学变化，延缓豆类在烹饪过程中的软化，从而延长烹饪时间（Chen等人，2025年；Perera等人，2023年；Reyes-Moreno和Paredes-Lapez，1993年）。
为防止HTC现象的发生，需要将干豆储存在受控的低温度和低湿度条件下。然而，实施和维护这样的储存系统可能不切实际，并可能影响普通豆类的价格竞争力，特别是在发展中国家。一种替代策略是在干燥前对豆类进行加工，以失活导致HTC现象的酶，从而生产出保质期长的产品。预处理豆类不仅可以防止HTC现象，还能提高便利性，满足不断增长的消费者需求。预处理脱水豆类通常被称为快速烹饪豆类，经过短时间复水/复原后即可食用，特别适合生活忙碌的城市人群（Aravindakshan等人，2021年；Reyes-Moreno和Paredes-Lapez，1993年）。
预处理脱水豆类的概念早在几十年前就被提出（Del Valle和Marco，1988年；Rockland等人，1975年），通常包括预处理（焯水/浸泡）、烹饪和脱水。在本研究中，烹饪步骤被称为“预处理”，因为脱水后的豆类仍需通过复水才能供最终用户食用。早期研究侧重于通过各种加工策略最小化复水时间和减少脱水造成的种子损伤，例如分裂和变形。例如，预处理后施加聚合物涂层（改性淀粉、糊精或树胶）（Su & Chang，1995年），以及初始高相对湿度的蒸汽烹饪后脱水（Cai & Chang，1997年）可以提高质量，但分裂豆类的比例仍然较高。后来的研究表明，在焯水和浸泡过程中加入NaHCO?，并结合空气干燥（50-65°C），对脱水豆类、豌豆和鹰嘴豆有效（Schoeninger等人，2014年；Zhao和Chang，2008年）。
脱水是一个关键的加工步骤，因为水分的快速去除会导致重大的结构变化，直接影响最终产品的质地和功能特性。空气干燥和真空干燥通常比冷冻干燥更适合生产预处理脱水豆类，因为它们在复水后能更好地保持质地，并保留关键挥发性化合物，同时操作简单且成本效益高（Aravindakshan等人，2021年）。建议在低温（≤40°C）下进行对流空气干燥，以防止分裂和壳硬化，并改善复水性能（Pedone等人，2024年；Ulloa等人，2013年）。最近的进展表明，微波辅助热风干燥是一种有前景的技术，可以提高干燥效率同时降低能耗（Li等人，2022年；Shi等人，2023年；Thonglit等人，2024年）。然而，脱水产品的结构特性不仅取决于干燥条件，还取决于初始材料的特性（Aguilera等人，2003年；Li等人，2024年），在本例中为预处理豆类。据我们所知，预处理程度（豆类煮至不同的可口程度）对脱水豆类复水质量的影响尚未得到研究。此外，减少预处理过程中的时间和用水量同时保持/提高产品质量可能进一步降低成本。
豆类在烹饪过程中的软化主要由果胶的热溶化控制，蛋白质变性其次，而淀粉糊化作用较小（Chigwedere等人，2018年；Kyomugasho等人，2023年；Tafiire等人，2025年）。果胶溶解会削弱中间层（细胞间的粘合层），导致微观结构上的细胞分离和宏观意义上的硬度降低（An等人，2024年；Waldron等人，2003年）。通过调节烹饪时间和水分条件（过量水分与有限水分），可以调整细胞分离的程度，从而控制煮熟豆类的硬度（An等人，2024年；An等人，2025年）。
本研究的总体目标是探讨预处理和复水策略如何影响预处理脱水豆类的复水/再生行为和质地。我们假设不同预处理程度的豆类在脱水后会表现出不同的（微观）结构，这反过来会影响它们的复水行为。颜色和营养成分的分析超出了本研究的范围。为了实现总体目标，我们解决了三个具体目标。第一个目标是研究预处理处理对复水行为的影响，这是预处理脱水豆类的一个关键质量属性。为了避免结构塌陷和壳硬化，选择了在40°C下进行空气干燥。在每个处理阶段检查了子叶组织的微观结构变化和细胞壁完整性，并测量了豆类的硬度。任何结构差异都与复水能力和复水动力学相关。鉴于复水对于将脱水产品恢复到可食用状态至关重要，第二个目标侧重于使用理论扩散和表面控制的质量传递模型评估复水条件对复水能力和水分传递机制的影响。最后一个目标是阐明复水过程中的软化机制，特别关注果胶溶解与传统烹饪未处理豆类的作用。
部分摘录
原材料和化学品
2022年2月收获的普通豆类（Phaseolus vulgaris L.，NABE 15品种）从乌干达国家农业研究组织购买。整个批次无虫害和缺陷种子。运送到鲁汶大学（比利时）后，立即在-40°C下储存以保持质量。使用标准化自来水（含0.1% NaCl和0.015% CaCl?·2H?O的超纯水）进行浸泡、烹饪和复水，以更好地反映实际情况。
结果与讨论
结果与讨论部分旨在突出过程-结构-性质之间的关系。因此，第3.1节首先介绍了预处理和脱水后的子叶微观结构。然后，第3.2节报告了再生特性，包括复水曲线、复水程度（反映再生豆类相对于原始煮熟样本的吸水能力）和复水速率，并将这些结果与微观结构联系起来
结论
本研究探讨了预处理条件（过量水分与有限水分条件及不同持续时间）和复水策略对预处理脱水豆类再生特性的影响。短时间的预处理（豆类未完全煮熟）并无益处，因为细胞分离受限和细胞壁完整性保持（在预处理豆类中）导致脱水状态下的结构更紧密，物理屏障更强，从而阻碍了复水过程中的水分传递。值得注意的是
CRediT作者贡献声明
安努·马修：验证、调查。亨利·塔菲尔：写作——审阅与编辑、验证。阮T.H.安：写作——初稿撰写、可视化、验证、方法论、调查、数据分析、概念化。安·范·洛伊：写作——审阅与编辑、监督、项目管理、方法论、资金获取、概念化。马克·E·亨德里克斯：写作——审阅与编辑、监督、项目管理、方法论、资金获取
写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，第一作者使用了ChatGPT和Grammarly作为搜索辅助工具和语言辅助工具。没有科学内容、解释或图表是由AI生成的。使用这些工具/服务后，第一作者根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
这项工作得到了鲁汶大学研究基金（项目C14/22/101）的支持。
