我國稻米品質(zhì)標準及檢測技術(shù)創(chuàng)新概述

盧林 孫成效 朱智偉 于永紅

（中國水稻研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，杭州 310006；*通訊作者：yongh_yu@hotmail.com）

稻米是重要的糧食作物，是全世界約1/2人口的主食。作為世界主要的稻米生產(chǎn)國和消費國，我國約有2/3人口以稻米為主食，常年消費量在2億t 左右[1]。隨著人們生活水平的提高，稻米品質(zhì)越來越受到重視。稻米品質(zhì)標準和檢測技術(shù)是確保稻米品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。稻米品質(zhì)標準的制定與實施以及檢測技術(shù)的創(chuàng)新研究與應用，對指導我國稻米品質(zhì)改良、加快品種結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展優(yōu)質(zhì)品種產(chǎn)業(yè)與規(guī)范稻米市場秩序等方面，均具有極其重要的意義。

1 稻米品質(zhì)標準概況

1.1 標準的定義、分類

根據(jù)國際標準化組織ISO 對標準的定義，標準是為由一個公認的機構(gòu)制定和批準的文件。它對活動或活動的結(jié)果規(guī)定了規(guī)則、導則或特殊值，供共同和反復使用，以實現(xiàn)在預定領域內(nèi)最佳秩序的效果。根據(jù)《中華人民共和國標準化法》第二條，標準是指農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務業(yè)以及社會事業(yè)等領域需要統(tǒng)一的技術(shù)要求。GB/T 20000.1-2014 給出的定義是，通過標準化活動，按照規(guī)定的程序經(jīng)協(xié)商一致制定，為各種活動或其結(jié)果提供規(guī)則、指南或特性，共同使用的和重復使用的文件。

我國標準制訂應當遵循以下原則：1）應當有利于合理利用國家資源，有利于產(chǎn)品的通用互換，做到技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理；2）應當做到有關(guān)標準的協(xié)調(diào)配套；3）應當有利于促進對外經(jīng)濟技術(shù)合作和對外貿(mào)易；4）應當發(fā)揮行業(yè)協(xié)會、科學研究機構(gòu)和學術(shù)團體的作用。

我國標準分為國家標準、行業(yè)標準、地方標準、企業(yè)標準和團體標準。我國標準與ISO標準存在以下兩點不同[2]：1）數(shù)量有差異。國內(nèi)標準體系較為全面、完善，涵蓋面廣、數(shù)量多，而國際性標準具有較強普適性，標準精煉，故數(shù)量較少；2）側(cè)重點不同。ISO標準主要聚焦在最終產(chǎn)品的質(zhì)量安全上，對產(chǎn)品生產(chǎn)過程控制及其相關(guān)配套沒有過多細節(jié)規(guī)定。我國標準除了以最終產(chǎn)品為主，同時也對生產(chǎn)過程涉及到的各環(huán)節(jié)進行可控規(guī)定。在水稻種植上，我國存在區(qū)域性差異，需要制定一系列對應的行業(yè)標準及地方標準，用于指導和規(guī)范其標準化生產(chǎn)。

1.2 稻米品質(zhì)標準發(fā)展及現(xiàn)狀

我國稻米品質(zhì)標準的研究和制定雖起步較晚，但發(fā)展較快，經(jīng)歷了從無到有、不斷完善的過程。1981年中國水稻研究所成立后，引進了國際水稻研究所（IRRI）對于稻米品質(zhì)的評價標準。1985年原農(nóng)業(yè)部在長沙召開優(yōu)質(zhì)稻米座談會后，于1986年頒布NY 20-1986《優(yōu)質(zhì)食用稻米》標準，同年國家標準化管理委員會頒布了GB 1354-1986《大米》標準。1988年，國家出臺《中華人民共和國標準化法》。1999年，原農(nóng)業(yè)部和財政部啟動了“農(nóng)業(yè)行業(yè)標準制修訂專項計劃”，我國水稻標準制定進入了快速發(fā)展階段，先后頒布了一系列稻米標準。截至2021年11月，稻米品質(zhì)標準涵蓋了國家標準58 項、農(nóng)業(yè)行業(yè)標準24 項以及2 項商檢行業(yè)標準。這些標準中基礎標準3 項，產(chǎn)品質(zhì)量標準11項，檢測技術(shù)標準70 項（表1）。

表1 我國常用稻米品質(zhì)標準

2 稻米品質(zhì)評價

稻米品質(zhì)的鑒定與改良是水稻領域的重要研究方向，品質(zhì)評價是極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。稻米品質(zhì)評價主要從加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)、食味品質(zhì)及營養(yǎng)品質(zhì)五個方面開展。

稻米加工品質(zhì)用來評估水稻的加工質(zhì)量，包括糙米率、精米率和整精米率。糙米指稻谷去除穎殼后的形態(tài)，去除糙米外觀的糊粉層后的純白胚乳一般被認為是精米，也就是日常食用部分，包含豐富的淀粉、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分。部分精米會在加工過程中發(fā)生斷裂，超過精米長度四分之三及以上的精米為整精米。整精米率是決定水稻品種市場價值和生產(chǎn)效益的重要指標之一。外觀品質(zhì)是指糙米或精米籽粒的外表物理特性，決定了稻米的商品價值與營養(yǎng)價值，其主要指標包括粒型、堊白和透明度。近5年來，我國糙米率、精米率、粒長、長寬比和透明度的平均值差異較??；整精米率平均值有所增加，堊白粒率和堊白度平均值呈現(xiàn)逐年遞減的趨勢，說明我國稻米加工、外觀品質(zhì)已有提升。

蒸煮品質(zhì)是指稻米蒸煮過程中表現(xiàn)的理化特性，而食味品質(zhì)是指稻米成為米飯后在其食用過程中表現(xiàn)的感官特征[3]。蒸煮品質(zhì)主要包括膠稠度、直鏈淀粉含量、堿消值等。食味品質(zhì)評價是依據(jù)國家標準，以人工感官品評為主，是品評人員通過眼、鼻、口、舌等器官對米飯的氣味、顏色、光澤、飯粒完整性、粘性、彈性、軟硬度和滋味等方面進行評價。近年來，國內(nèi)外研究者非常重視研究影響稻米蒸煮和食味品質(zhì)的主要因素[4-6]。直鏈淀粉含量被普遍認為是大米蒸煮最重要的特征點之一[7]。直鏈淀粉含量高的大米米飯蓬松，黏性和延伸性較差，糊化溫度較高，米飯冷卻后會顯硬；相反，直鏈淀粉含量較低的大米，飯粒稍軟、黏性大?？剐缘矸凼侵鸽y消化淀粉，雖然在健康人體的小腸中不被酶解吸收，但對人體有許多特殊的生理功能。PARK等[8]對4個不同直鏈淀粉含量的水稻品種的淀粉進行了理化和結(jié)構(gòu)特征研究，結(jié)果表明，高直鏈淀粉稻米的不易消化淀粉分子量較低，支鏈平均長度較長，黏度較低；消化率低的抗性淀粉含量相對較高。MA等[9]分析了不同直鏈淀粉含量的大米淀粉混合物的熱特性、糊化特性和消化率，結(jié)果顯示，低直鏈淀粉有利于共混物凝膠結(jié)構(gòu)的致密化，這可能是由于小部分直鏈淀粉鏈被淋溶，抑制了膨脹淀粉顆粒之間的相互作用；峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值和糊化焓與直鏈淀粉的浸出呈顯著負相關(guān)。

稻米含有豐富的營養(yǎng)成分，主要有淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素、氨基酸及酚類等。稻米中蛋白質(zhì)組成及其含量是營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標。與小麥、玉米相比，雖然稻米的蛋白質(zhì)含量較低，但其利用率和消化率較高，更易被人體吸收[10]。稻米蛋白質(zhì)由谷蛋白、球蛋白、清蛋白和醇溶蛋白組成。據(jù)報道，中、長粒兩種粒型稻米的球蛋白含量差異不大，長粒米的谷蛋白平均含量高于中粒；中、長粒稻谷中醇溶蛋白的平均含量相近，但中粒醇溶蛋白的含量變化較大[11]。酚類化合物是稻米中存在的營養(yǎng)物質(zhì)之一，尤其是有色米。國內(nèi)外已有許多針對各類有色品種中酚類化合物的研究[12-13]。與非有色稻米相比，有色稻米含有更高的總酚含量和花青素、原花青素，抗氧化活性水平也較高。與其他酚類化合物相比，原花青素、花青素、花青素3-葡萄糖苷和牡丹素3-葡萄糖苷受生長位置的影響顯著。研究發(fā)現(xiàn)，種植地點對酚類成分和抗氧化活性有顯著影響[13]。此外，有色稻米的磷、鐵、銅、錳、鋅等元素含量均高于普通白米[14]。

稻米食味品質(zhì)與蒸煮品質(zhì)密切相關(guān)，并且也與其營養(yǎng)成分中的淀粉、蛋白質(zhì)等密切相關(guān)[15-16]。稻米的直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量及其熱力學性質(zhì)和游離氨基酸在品種間、地區(qū)間存在顯著差異。根據(jù)相關(guān)性分析，稻米整體的食味品質(zhì)與蛋白質(zhì)含量呈負相關(guān)，與凝膠硬度呈正相關(guān)[17]。說明蛋白質(zhì)含量和凝膠硬度是決定粳稻食味品質(zhì)的重要理化指標。石呂等[18]研究了不同品種稻米的蛋白質(zhì)含量與其食味品質(zhì)間的關(guān)系，結(jié)果表明，秈稻和粳稻的總蛋白質(zhì)含量都與膠稠度呈極顯著負相關(guān)；秈稻的蛋白質(zhì)含量與食味值、最高黏度呈極顯著負相關(guān)，與崩解值呈負相關(guān)，與回復值、消減值呈正相關(guān)或顯著正相關(guān)；粳稻的蛋白質(zhì)含量與食味值和崩解值呈極顯著負相關(guān)，與最高黏度呈顯著負相關(guān)，與回復值、消減值呈正相關(guān)。秈稻食味值與清蛋白含量呈極顯著負相關(guān)，粳稻未達顯著水平，但均與球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量顯著負相關(guān)。

3 稻米品質(zhì)檢測技術(shù)創(chuàng)新進展

借助現(xiàn)代化儀器檢測稻米品質(zhì)是新趨勢。近些年發(fā)展起來的稻米品質(zhì)檢測技術(shù)主要有質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)、快速黏度分析技術(shù)、色譜分析技術(shù)、掃描電鏡技術(shù)、智能感官技術(shù)等[19]。

3.1 質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)

稻米的質(zhì)構(gòu)特性對其食味品質(zhì)極為重要，直接影響消費者對米飯的接受度[20]。米飯質(zhì)地可由受過訓練的專家通過感官測試來評估，但這種方法存在勞動強度大、主觀偏差等缺點。目前，國內(nèi)外研究者越來越多利用質(zhì)構(gòu)儀來測定米飯的質(zhì)構(gòu)特性。質(zhì)構(gòu)特性主要包括硬度、黏度、彈性、回復性、剪切力、咀嚼性等[21-22]。熟米飯的硬度和粘附性[23-24]同樣可使用質(zhì)構(gòu)儀來測定。ONMANKHONG等[25]研究發(fā)現(xiàn)，稻米的硬度、韌性與直鏈淀粉含量呈負相關(guān)，與脂肪含量呈正相關(guān)。LIU等[26]利用一種裝有多擠壓細胞探針的質(zhì)構(gòu)分析儀，模擬稻米在口腔中的過程，監(jiān)測力和功的變化，以評價稻米的食味品質(zhì)。

3.2 近紅外光譜技術(shù)

近紅外光譜技術(shù)已經(jīng)成為分析稻米品質(zhì)的重要手段。與傳統(tǒng)分析方法相比，近紅外光譜分析技術(shù)具有樣品無損、分析快速等優(yōu)點[27]。國內(nèi)外已有運用近紅外模型來測定稻米蛋白質(zhì)含量的研究報道[28-29]。SIRIPHOLLAKUL等[30]利用近紅外光譜預測稻米直鏈淀粉含量。NATSUGA等[31]利用近紅外光譜測定稻米品質(zhì)屬性，用偏最小二乘回歸模型預測糙米水分和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.98和0.96，精米的崩解值和峰值黏度的相關(guān)系數(shù)分別為0.91和0.87。BAO等[32]研究了近紅外光譜法測定稻米淀粉酶含量和糊化特性，包括消減值、崩解值和糊化溫度。

3.3 快速黏度分析技術(shù)

快速黏度分析技術(shù)用于分析稻米的糊化特性。快速黏度分析儀（RVA）曲線是以米粉勻漿在加熱高溫冷卻過程中黏度的一系列變化為特征的曲線。峰值黏度、崩解值、消減值、最低黏度等指標與稻米的蒸煮和食味品質(zhì)存在一定相關(guān)性，可作為評價稻米品質(zhì)的重要指標[33-34]。稻米的RVA 特性主要受遺傳控制，同時也受到環(huán)境的影響[35-36]。FAHAD等[37]研究發(fā)現(xiàn)，稻米RVA 特征譜隨種植地點、播種時間和海拔高度的變化而變化。一種新型高溫型快速黏度分析方法被用來評價米飯的硬度和回生性[38]；一種基于RVA 測定所得糊化特性估算稻米直鏈淀粉和抗性淀粉的算法已被開發(fā)出來，可以評估大米粉的淀粉特性和加工特性[39]。此外，利用糙米RVA 特征譜預測其油酸和亞油酸含量的方法也已建立，可方便、快速地預測稻米的營養(yǎng)品質(zhì)[40]。

3.4 色譜分析技術(shù)

色譜分析技術(shù)是在分子水平上對稻米及其成分中的有機化合物進行詳細檢測和分析的一種常用技術(shù)。色譜與固相微萃?。⊿PME）相結(jié)合是一種成熟且常用的檢測方法，可用于多種檢測程序。頂空固相微萃取是基于樣品基質(zhì)、進樣瓶頂空和固相微萃取纖維之間的平衡[41]。揮發(fā)物從樣品中擴散到頂空，然后吸附到纖維上，最后在氣相色譜進樣口熱解吸進行分析。萃取時間、萃取溫度、萃取介質(zhì)、纖維、化合物化學性質(zhì)的變化會影響其平衡，從而影響回收的重現(xiàn)性。SPME 是一種基于分析物擴散的簡單、靈敏、穩(wěn)健、可靠的技術(shù)，結(jié)合了靜態(tài)和動態(tài)頂空的優(yōu)點[42]。氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC/MS）是評價稻米揮發(fā)性化合物的重要研究工具，而稻米的香氣強烈影響消費者的偏好和決定。GC/MS結(jié)合SPME 被廣泛用于稻米中2-AP 的定量測定[43-44]，以及其他芳香化合物的定性和定量分析[45-46]。超高效液相色譜法（UPLC-MS）[47]及超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（UPLC-MS/MS）[48]均可用于鑒定和分析稻米中酚酸類化合物的組成及其含量，UPLC-MS 也可用來測定有色稻米中花色苷的含量[49]。

3.5 掃描電鏡技術(shù)

借助掃描電鏡可觀察稻米胚乳顯微結(jié)構(gòu)、大米淀粉粒表面等，從微觀結(jié)構(gòu)觀察不同品種、不同個體間的微小表觀差異。LEETHANAPANICH等[50]利用掃描電鏡在10 kv 加速電壓下觀察了半透明、白堊和處理過的稻米的形態(tài)，以分析浸泡和干燥條件對稻米堊白的影響，結(jié)果顯示，在25℃下浸泡不會去除稻米堊白，也不會引起淀粉顆粒的形態(tài)變化；當浸泡溫度從25℃提高到65℃、70℃和75℃時，堊白度分別從100%下降到34.1%、29.7%和15.9%。在高于淀粉玻璃化轉(zhuǎn)變溫度但低于糊化溫度的溫度下浸泡大米，由于淀粉顆粒的重新排列和蛋白質(zhì)變性來填充堊白區(qū)域的空隙，降低了堊白度；在浸泡過程中，淀粉顆粒的形態(tài)也由圓變角；在高于淀粉玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下干燥也促進了淀粉顆粒的重排，進一步降低了稻米的堊白度。MLLER等[51]通過掃描電鏡觀察糙米、精米的形態(tài)，結(jié)合理化指標分析，研究施肥水平對糙米、精米品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，在高施肥水平下，稻米淀粉的結(jié)晶特性得以保持，與表現(xiàn)出高淀粉含量的精米有關(guān)，然而，拋光顆粒顯示出更多的孔隙和空穴，故其表面的滲透率更大。

3.6 智能感官技術(shù)

在稻米品質(zhì)分析上應用到的智能感官技術(shù)，主要有電子鼻和電子舌。電子鼻/舌是一種基于傳感器陣列和合適的模式識別方法，能夠模擬人類嗅覺/味覺來評價食品質(zhì)量的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的化學分析方法相比，它們評價稻米品質(zhì)更加簡便、快速。電子鼻能檢測到樣本揮發(fā)性成分的微小變化，用于辨別氣味存在差異的稻米。電子鼻常被用于分析稻米的儲藏時間[52-53]。國內(nèi)不少研究人員利用電子鼻檢測不同儲藏條件下的稻米氣味，以分析稻米劣變、霉變的情況[54-56]。電子鼻還可實現(xiàn)動態(tài)過程中香氣化合物的變化監(jiān)測[57]。近幾年，電子舌已被用于稻米食味品質(zhì)評價，其預測結(jié)果與人工感官品評結(jié)果較為接近[58-60]。

4 展望

稻米品質(zhì)評價方法、品質(zhì)標準以及品質(zhì)檢測技術(shù)密不可分。我國稻米品質(zhì)標準的建立是基于科學、合理的評價方法和檢測技術(shù)，評價方法和檢測技術(shù)成為標準是體現(xiàn)其成熟性和可操作性的最佳標志。我國稻米品質(zhì)標準上的評價方法和檢測技術(shù)很長一段時間徘徊在常規(guī)理化指標方面，甚少對更深入的未知指標進行標準化研究。稻米營養(yǎng)品質(zhì)的檢測技術(shù)和評價方法占稻米品質(zhì)標準的比例較少。因此，開展和發(fā)掘新的品質(zhì)檢測標準方法極為重要，以完善我國稻米品質(zhì)標準體系。

稻米品質(zhì)檢測技術(shù)一直是熱門的研究方向，伴隨著人們對稻米品質(zhì)要求的提升，品質(zhì)檢測技術(shù)的創(chuàng)新難題也不斷涌現(xiàn)。在自動化、智能化的時代發(fā)展趨勢中，快速、準確、便捷的稻米品質(zhì)檢測技術(shù)更適合行業(yè)發(fā)展。以稻米外觀品質(zhì)為例，外觀測定儀已成功替代費時費力的人工檢測，成為了一種行業(yè)標準方法。稻米食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的自動化、智能化檢測技術(shù)的研發(fā)，將會成為未來稻米品質(zhì)檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。