粳稻脂肪含量對淀粉熱力學特性及米飯食味品質(zhì)的影響

吳 焱 袁嘉琦 張 超 許 軻 劉國棟 李國輝 侯均昊 周馳燕 張晨暉 霍中洋 戴其根

(揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室；揚州大學農(nóng)業(yè)部長江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心；糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，揚州 225009)

稻米食味品質(zhì)主要通過外觀、氣味、味道、黏度和硬度等綜合指標來進行評價。研究發(fā)現(xiàn)，稻米脂肪對稻米的食味品質(zhì)具有較大影響[1]。在一定范圍內(nèi)，脂肪含量越高，米粒完整性更佳，米飯更油亮，光澤度越高，米飯的適口性和香味也更好[2]。稻米脂肪含量也能夠影響米飯的質(zhì)構(gòu)特性。王鵬躍等[3]研究24個秈稻和粳稻品種發(fā)現(xiàn)稻米脂肪含量與米飯硬度為顯著負相關(guān)關(guān)系，與其他質(zhì)構(gòu)參數(shù)也基本呈負相關(guān)；而周顯青等[4]研究晚秈稻發(fā)現(xiàn)米飯硬度與脂肪含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。淀粉糊化和回生特性與米飯蒸煮食味品質(zhì)密切相關(guān)。高糊化溫度的稻米淀粉不易糊化，需要較高的蒸煮溫度和較長的蒸煮時間，而回生能力強的稻米米飯質(zhì)地和適口性較差[5]。稻米脂肪對稻米淀粉的糊化、回生特性有顯著影響，這是稻米脂肪影響米飯食味品質(zhì)的主要原因。脂肪對稻米淀粉糊化和回生性質(zhì)產(chǎn)生影響主要是通過形成淀粉脂復(fù)合物，使淀粉原有的糊化性質(zhì)、回生性質(zhì)等發(fā)生改變[6]，抑制了淀粉顆粒的溶脹，提高糊化溫度[7]，進而抑制淀粉的糊化過程[8]。此外，淀粉脂復(fù)合物的形成與淀粉回生存在競爭關(guān)系，且比回生更易發(fā)生，因此稻米中的脂肪對延緩稻米淀粉回生有重要影響[9]。目前，有關(guān)稻米脂肪含量與米飯質(zhì)構(gòu)特性關(guān)系的研究較少，脂肪對稻米淀粉糊化和回生特性的影響多通過在淀粉中添加脂肪酸進行相關(guān)研究，但這種研究體系與稻米自身脂肪對淀粉糊化、回生的影響存在較大差異。

為此，本研究以江蘇省種植的具有相近直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量的粳稻品種作為實驗材料，采用聚類分析，將稻米脂肪含量分成低脂、中脂和高脂三種類型，研究明確三類不同脂肪含量粳稻回生過程中淀粉熱力學特性和米飯食味值、質(zhì)構(gòu)特性的變化特點與差異，揭示脂肪含量與稻米食味品質(zhì)之間的關(guān)系以及脂肪對稻米食味品質(zhì)的影響，以期為優(yōu)質(zhì)食味水稻品種選育與實際生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選取江蘇省大面積種植的淀粉含量、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量相近的20個粳稻品種作為實驗材料，其中興化市釣魚鎮(zhèn)實驗基地種植武運粳80、鹽粳13等11個品種，蘇州市實驗基地種植南粳52、南粳51等9個品種。無水乙醚(分析純)。

1.2 實驗儀器與設(shè)備

STC-06索氏抽提系統(tǒng)，STA/A米飯食味計，TA.XT plus物性測定儀，DSC 214差示掃描量熱分析儀。

1.3 方法

1.3.1 稻米脂肪含量的測定

按GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》進行測定，每個樣品3次重復(fù)。

1.3.2 米飯的制備

原料大米淘洗2次，加水浸泡30 min后，封口常壓蒸制30 min，之后攪拌再燜10 min，燜完后在降溫盒降溫20 min，最后在室溫20～30 ℃環(huán)境下冷卻 90 min。

1.3.3 米飯食味品質(zhì)的測定

稱取(8.0±0.1) g米飯，裝入專用的不銹鋼圓環(huán)中，用壓飯器下壓制成飯餅，測定米飯食味品質(zhì)。記錄米飯的外觀、硬度、黏度、平衡度的評分和綜合評分值。0 d時測試完樣品放入4 ℃冰箱低溫保存，分別在1、7 d后，取出樣品，測試米飯保存不同時間后的食味品質(zhì)。

1.3.4 米飯質(zhì)構(gòu)特性的測定

測定熱米飯(0 d)和4 ℃冰箱中回生1 d和7 d后米飯的質(zhì)構(gòu)特性。測定條件：探頭：P/36 R；感應(yīng)力：20.0 g；測前速度：1.0 mm/s，測試速度：1.0 mm/s，測后速度：1.0 mm/s；采用二次壓縮測試，第1次壓縮比例為40%，第2次壓縮比例為75%，2次壓縮間隔時間為5 s。測試時，每次在米飯樣品中間部分隨機取3粒完整米粒，呈環(huán)狀放置在質(zhì)構(gòu)儀載物臺探頭的正下方進行測試。每份樣品測定6次，去除最大值和最小值，計算平均值。

1.3.5 脫脂米粉的制備

米粉100目過篩后，用索氏抽提系統(tǒng)去除脂肪(脫脂后脂肪質(zhì)量分數(shù)<0.05%)，保存回收的風干米粉使其含水量穩(wěn)定在14%左右，用于測定脫脂后的淀粉熱力學特性。

1.3.6 淀粉熱力學特性的測定

稱取干燥的米粉樣品5 mg左右，加入10 mL去離子水(樣品∶水=1∶2)，設(shè)置3個平行樣品，以鋁盒坩堝密封后置于冰箱(4 ℃)過夜平衡，在測試前取出回溫1 h，然后開始測定，以密封空坩堝為參考樣品，升溫速率為10 ℃/min，溫度范圍為20～100 ℃。記錄峰值溫度、起始溫度、終止溫度、熱焓值。

將完成糊化性質(zhì)測定的裝有樣品的坩堝置于冰箱(4 ℃)保存7 d后進行淀粉回生特性分析，將樣品坩堝以10 ℃/min由20 ℃升至100 ℃，以密封空坩堝作參照， 記錄和計算相應(yīng)參數(shù)?；厣?回生晶體融化熱焓/糊化熱焓×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析

用DPS軟件和Microsoft Excel軟件分析和處理數(shù)據(jù)，顯著性測驗采用LSD法。由于兩地粳稻食味品質(zhì)及熱力學特性與脂肪含量關(guān)系基本一致，將重點以興化樣品數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同常規(guī)粳稻品種稻米脂肪含量分析

研究發(fā)現(xiàn)兩地常規(guī)粳稻精米脂肪含量均小于1%，且不同品種精米脂肪含量存在顯著差異(表1)。

表1 不同常規(guī)粳稻脂肪含量

圖1 不同常規(guī)粳稻脂肪含量的聚類分析

采用離差平方和類間距的度量方法，個體之間的距離采用歐式距離對精米米粉脂肪含量進行聚類，將供試粳稻精米脂肪含量分為低脂類型、中脂類型和高脂類型(圖1)。其中，興化實驗點低脂類型品種為寧粳7號、鹽粳13號、武運粳80、鎮(zhèn)稻14和蘇墾118，中脂類型品種為淮稻5號、南粳52和南粳51，高脂類型品種為揚粳805、武運粳24和南粳45。蘇州實驗點低脂類型品種為南粳51、南粳52和武運粳23，中脂類型品種為揚粳805、武運粳35和寧粳7號；高脂類型品種為揚粳4227、常優(yōu)6號和常優(yōu)5號。

2.2 脫脂處理對不同脂肪含量類型粳稻米粉熱力學特性影響

淀粉的糊化特性是影響稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要因素之一，淀粉糊化所需的溫度越高、熱焓值越大，表明淀粉糊化時需要的能量越高，蒸煮越困難[10]。根據(jù)脫脂前后淀粉糊化特性比較發(fā)現(xiàn)(表2)，脫脂處理對粳稻米粉糊化溫度影響較小，對糊化熱焓值影響較大；未脫脂粳稻米粉糊化溫度高于脫脂粳稻米粉，糊化熱焓值顯著高于脫脂粳稻米粉。這可能與稻米脂肪和淀粉能夠形成淀粉脂復(fù)合物有較大關(guān)系，淀粉脂復(fù)合物能降低淀粉的溶解性，阻礙淀粉的吸水膨脹能力，導(dǎo)致淀粉的糊化溫度升高、糊化熱焓值變大[11]。

比較三種類型米粉糊化特性可以發(fā)現(xiàn)，三種類型粳稻未脫脂米粉糊化溫度未達到顯著差異；中脂類型品種糊化熱焓值顯著大于低脂類型和高脂類型品種，高脂類型品種又顯著大于低脂類型品種。這可能是不同脂肪含量的粳稻米粉形成淀粉脂復(fù)合物含量的高低引起的，竇紅霞等[12]研究表明，稻米脂肪中的飽和脂肪酸在淀粉粒表面與直鏈淀粉形成淀粉脂復(fù)合物，由此推斷脂肪含量高，形成淀粉脂復(fù)合物含量也會相應(yīng)變高。但高脂類型品種糊化熱焓值低于中脂類型品種這可能是由于復(fù)合物積累到一定程度后會加速淀粉顆粒無定形區(qū)的崩解，降低了水分子入侵阻力，從而表現(xiàn)為糊化熱焓值降低[13]。

表2 不同脂肪含量類型粳稻淀粉熱力學特性(興化點)

在回生特性方面，與淀粉糊化時相比，淀粉回生后的峰值溫度、起始溫度、終止溫度和熱焓值均降低，主要原因是回生淀粉的淀粉結(jié)構(gòu)較為松散[14]。本研究發(fā)現(xiàn)脫脂處理對粳稻米粉回生時的溫度影響較小，但對回生熱焓值和回生度影響顯著。脫脂后的粳稻米粉回生熱焓值和回生度顯著大于脫脂前。這可能是由于脂肪能與直鏈淀粉形成單螺旋結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，抑制淀粉分子鏈間雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成，從而抑制了淀粉的回生[15]。

此外，中脂類型品種未脫脂的米粉的回生熱焓值和回生度顯著小于高脂類型品種和低脂類型品種米粉(表2)。這可能與稻米米粉中淀粉脂復(fù)合物的含量有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)淀粉脂復(fù)合物含量越多，直鏈淀粉分子的重排越困難，其回生度越小，回生后的吸熱焓也越低[16,17]。因此，在一定范圍內(nèi)提高稻米中的脂肪含量，能夠增強淀粉的抗回生能力。但是，當?shù)久字兄竞砍^一定量時，稻米淀粉的抗回生能力反而降低，這可能是由于稻米中過量的脂肪不能完全與淀粉結(jié)合形成淀粉脂復(fù)合物，游離的脂肪存在于淀粉糊中增加了淀粉分子之間碰撞和聚合的幾率[18]。

脂肪的存在提高了糊化熱焓值，但降低了淀粉回生熱焓值和回生度；米粉脫脂前后，中脂類型品種較其他2個類型品種具有較低的回生熱焓值和回生度，且糊化熱焓值較高。進一步對稻米脂肪含量與米粉熱力學特性各指標相關(guān)性進行分析表明(表3)，稻米脂肪含量與稻米淀粉糊化和回生溫度相關(guān)性不顯著，與稻米淀粉糊化和回生的熱焓值，及回生度達到顯著相關(guān)。

表3 脂肪含量與熱力學特性各指標相關(guān)關(guān)系

2.3 回生過程中不同脂肪含量類型粳稻米飯食味品質(zhì)差異

熱米飯在出鍋常溫靜置時就會發(fā)生回生，具體表現(xiàn)為硬度變大、黏度變小，口感變差，且隨著回生時間的增加，這種變化愈加顯著[19]。不同回生時間對3種類型粳稻米飯食味品質(zhì)有顯著影響(表4)，低脂、中脂和高脂類型品種米飯的食味品質(zhì)均隨著貯藏回生時間的增加而下降，具體表現(xiàn)為米飯食味值變小、外觀變差、硬度變大，黏度變小且平衡度下降。進一步分析表明，在0 d 和低溫貯藏1 d后，中脂類型品種米飯食味品質(zhì)均顯著優(yōu)于低脂類型品種和高脂類型品種米飯，高脂類型粳稻米飯的食味品質(zhì)略優(yōu)于低脂類型粳稻米飯；低溫貯藏7 d后，3種類型粳稻米飯的食味值、外觀、硬度和平衡度無顯著差異，中脂類型品種米飯的黏度則顯著高于低脂類型品種和高脂類型品種米飯，高脂類型粳稻米飯的黏度略高于低脂類型品種米飯，但未達到顯著差異。由此可見，3種類型的粳稻米飯中，中脂類品種米飯食味品質(zhì)最好，這是由于中脂類品種米飯抗回生能力更強，表現(xiàn)出劣變不顯著，米飯質(zhì)地好，適口性佳。這與中脂類品種淀粉回生特性的結(jié)果一致。

表4 不同低溫貯藏期對不同脂肪含量類型粳稻米飯食味品質(zhì)的影響

分析稻米脂肪含量與米飯食味品質(zhì)各指標相關(guān)性可以發(fā)現(xiàn)(表5)，粳稻脂肪含量與米飯食味值、外觀、硬度、黏度、平衡度極顯著相關(guān)。

2.4 回生過程中不同脂肪含量類型粳稻米飯質(zhì)構(gòu)特性的差異

表6可看出，3種類型的粳稻米飯在低溫貯藏0、1、7 d后，中脂類型品種米飯的硬度和回復(fù)性顯著低于低脂和高脂類型品種，高脂類型品種米飯的硬度和回復(fù)性略低于低脂類型品種米飯，差異不顯著；中脂類型品種米飯的黏度和平衡值顯著高于其他兩類，高脂類型品種米飯的黏度和平衡值略高于低脂類型品種米飯，差異不顯著。

表5 脂肪含量與米飯食味品質(zhì)各指標相關(guān)系數(shù)

表6 不同低溫貯藏天數(shù)對不同脂肪含量類型粳稻米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響

表7 脂肪含量與米飯質(zhì)構(gòu)特性各指標相關(guān)系數(shù)

在回生過程中，低脂類型和高脂類型品種米飯的硬度和回復(fù)性顯著增大，黏度和平衡值顯著減小，中脂類型品種粳稻米飯的平衡值變化和其他兩類品種相似，但是回生0 d和1 d的中脂類型品種米飯的硬度、回復(fù)性和黏度變化不顯著，這可能與粳稻米飯主要發(fā)生的是由直鏈淀粉引起的短期回生有較大關(guān)系，可見中等脂肪含量能夠增加粳稻米飯抵抗短期回生的能力。當?shù)蜏鼗厣? d時，3種類型粳稻米飯的質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)較回生0 d和1 d處理均達到了極顯著差異，這時粳稻米飯主要發(fā)生的是由支鏈淀粉引起的長期回生[20]。由于支鏈淀粉的高度分支化所帶來的空間位阻以及側(cè)鏈短、聚合度低，支鏈淀粉與脂肪復(fù)合的能力遠遠小于直鏈淀粉，因而脂肪對米飯的長期回生不能產(chǎn)生明顯的抑制作用[21]。因此，通過比較稻米脂肪對淀粉短期/長期回生的影響，可以發(fā)現(xiàn)稻米中的脂肪含量對淀粉的短期回生有抑制作用。

進一步分析粳稻脂肪含量與質(zhì)構(gòu)特性相關(guān)性表明(表7)，粳稻脂肪含量與低溫儲藏不同天數(shù)的米飯質(zhì)構(gòu)特性的硬度、回復(fù)性、黏度和平衡值相關(guān)系數(shù)均達到顯著水平。

3 結(jié)論

研究粳稻脂肪含量對淀粉熱力學特性、米飯食味品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性及回生特性的影響，明確了米粉脫脂后較未脫脂時糊化熱焓值顯著變小，回生熱焓值和回生度顯著變大；中等脂肪含量的米粉的糊化熱焓值顯著高于低脂和高脂類型品種，回生度、回生熱焓值顯著低于其他兩類型品種。在回生0 d和1 d之后，中脂類型品種米飯抗回生能力更強，食味品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性顯著優(yōu)于其他兩類粳稻米飯。在本實驗條件下，粳稻脂肪含量在中等水平范圍內(nèi)時，脂肪含量的增加，有助于提高淀粉、米飯的抗回生能力，改善米飯食味品質(zhì)；粳稻脂肪含量超過中等水平時，脂肪含量進一步增加，降低淀粉與米飯的抗回生能力，米飯食味品質(zhì)變差。