陳化度對大米成分和蒸煮品質(zhì)的影響研究

蔡沙，李森，管驍，蔡芳，施建斌，隋勇，何建軍，熊添，梅新*

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北 武漢 430064；2.上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院，上海 200093）

稻米是世界上最主要的糧食作物，全球約有一半的人以大米為主食[1]。我國既是大米的生產(chǎn)大國，也是大米的消費大國[2]。然而除了供給人們食用和加工成其它食品以外，每年都有大量的稻谷需要貯藏[3]。隨著時間的延長，在儲藏過程中大米會慢慢變質(zhì)發(fā)生陳化，食用價值降低[4-5]。存放后的大米由于食用品質(zhì)可能發(fā)生劣變，色香味較差而不能被消費者接受，最終使陳米滯銷壓庫，給國家和企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失[6]。研究發(fā)現(xiàn)，無論是稻谷還是精米的儲藏，從商品流通和經(jīng)營管理方面考慮都不如糙米，因此對糙米儲藏的研究是非常有必要的[7]。

孫保祥等[8]研究發(fā)現(xiàn)，常溫儲存下大米受環(huán)境條件影響，失水和吸水的過程明顯，且脂肪酸隨溫度上升明顯升高，容易滋生霉菌。低溫儲存下水分含量降低較為緩慢，且總體降低幅度不大，保水儲存效果明顯。儲存期間大米中蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量的變化不明顯。金達麗等[9]研究發(fā)現(xiàn)，隨著貯藏時間的延長，大米中的水分和直鏈淀粉含量、糊化溫度、膨潤力和溶解度以及回生值都呈現(xiàn)增長趨勢，而大米的堿消值、糊化冷卻過程中的黏度和崩解值呈現(xiàn)下降趨勢：其蒸煮得到的米飯硬度上升，黏性和彈性均呈下降趨勢，食用品質(zhì)逐漸下降。

本文研究大米在儲藏過程中的品質(zhì)變化，挑選與大米陳化度相關(guān)的指標進行檢測，研究不同陳化度大米基本成分和蒸煮特性的差異，以期為大米商業(yè)化貯藏技術(shù)的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麻城荊糯六號、房縣荊糯六號、糯兩優(yōu)561、羅田糯米、貢米5個品種的稻谷：湖北省糧食企業(yè)；石油醚、鹽酸、濃硫酸、乙醇、氫氧化鈉等試劑（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；福林酚（生物試劑）：上海麥克林生化科技有限公司；沒食子酸（分析純）：上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

HPX-160BS恒溫恒濕箱：上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；TA XT plus質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將稻谷中麥芒、碎石等雜質(zhì)挑選出來，用壟谷機進行脫殼得到糙米。再對糙米進行挑選，棄去蟲米碎米，保留顆粒完整、光澤度好、色澤均一的米粒。

將5種大米樣品用紗布袋分裝。每袋300 g左右，做好標記。采用模擬加速陳化試驗，恒溫恒濕箱溫度、濕度的設置模擬我國典型高溫高濕地區(qū)的氣候條件（40℃，RH80%），參數(shù)設定后將樣品放入恒溫恒濕箱中，每隔 7 d（0、7、14、21、28 d）取樣，按不同陳化時間表示陳化度。

1.3.2 基本成分含量的測定

水分含量測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》，蛋白質(zhì)含量測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質(zhì)的測定》，脂肪含量測定參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》，淀粉含量測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標準食品中淀粉的測定》，測定灰分參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》。多酚含量參照邵佩等[10]的方法進行測定，在其基礎上略作調(diào)整。將吸光度代入標準曲線中計算3個陳化度下5種大米的多酚含量，標準曲線方程為y=0.001x+0.026 9（R2=0.999 7）。

1.3.3 蒸煮特性分析

1.3.3.1 吸水率

稱取完整米粒不同陳化度的樣品m1，置于鋁盒中，沖洗數(shù)次后淘去米糠，向鋁盒中加入120 mL的50℃蒸餾水。于沸水鍋中蒸制20 min，取出鋁盒至不再有米湯滴下，冷卻30 min后稱重記為m2，按下列公式計算不同精度樣品的吸水率。

1.3.3.2 膨脹體積

將10 g未蒸煮的不同陳化度糯米裝入10 mL量筒內(nèi)，記錄體積為V1，再將1.3.3.1中已蒸好的糯米裝入10 mL量筒內(nèi)，記錄體積為V2，按下列公式計算不同精度樣品的膨脹體積。

1.3.3.3 米湯pH值

將鋁盒取出，待大米米湯冷卻至室溫（25℃），用pH計測定其pH值。

1.3.4 質(zhì)構(gòu)特性分析

取不同陳化度的完整糯米50 g，沖洗3次，加入75 mL蒸餾水，浸泡30 min后放入蒸鍋中，蒸制30 min，停止后靜置15 min取出，冷卻至室溫（25℃）。

測定條件：運行模式為測定下壓時的力；測前速度為1.0 mm/s；測試速度為0.5 mm/s；測后速度為0.5 mm/s；試樣受壓變形為70%；觸發(fā)力為5.0 g；探頭為P/36R。測試時，在米飯樣品中間隨機取完整米粒3粒，每個樣品測定多次，除最大和最小的兩個測定結(jié)果外，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 陳化度對基本成分含量影響

2.1.1 陳化度對水分含量的影響

陳化度對大米中水分含量的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 陳化度對水分含量的影響Fig.1 Effect of aging degree on moisture content

由圖1可知，隨著陳化時間的延長，大米中水分呈先減小后增大的變化趨勢，陳化0 d時，大米水分含量均在11.5%～12.5%；陳化時間為7 d時，5種大米中的水分含量均為最低，為8%～11%，這是因為陳化溫度較高，大米的游離水蒸發(fā)導致水分含量下降[11]，且麻城荊糯六號和房縣荊糯六號2種大米的水分含量減小的程度要小于其他3種大米，說明這2種大米的保水性較好；陳化14 d～28 d時測定的5種大米水分含量均在13%～16%，此時水分含量上升可能是因為大米內(nèi)部的酶，如脂肪酶和過氧化氫酶，此時活力已經(jīng)很低，其呼吸作用弱，水分不易散失[11]，且陳化濕度較高，大米重新吸附了一些空氣中的水分因此水分含量升高。

2.1.2 陳化度對脂肪含量的影響

陳化度對大米中脂肪含量的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2 陳化度對脂肪含量的影響Fig.2 Effect of aging degree on fat content

由圖2可知，隨著陳化時間的延長，5種大米的脂肪含量均呈逐漸減小的變化趨勢。陳化0 d時大米脂肪含量均在0.7%～0.9%；陳化7 d時大米脂肪含量出現(xiàn)較大差異，麻城荊糯六號和房縣荊糯六號的脂肪含量最高，貢米的脂肪含量最低；陳化時間為28 d時，5種大米中的脂肪含量最低。陳化期間脂肪含量呈下降趨勢，可能是因為大米貯藏過程中脂肪發(fā)生水解產(chǎn)生過氧化物、甘油和游離脂肪酸。脂肪酶屬水解酶類，是脂肪分解中第一個參與反應的酶，溫度越高，脂肪酶活力下降越多[11-12]。

2.1.3 陳化度對蛋白質(zhì)含量的影響

陳化度對大米中蛋白質(zhì)含量的影響結(jié)果如圖3所示。

圖3 陳化度對蛋白質(zhì)含量的影響Fig.3 Effect of aging degree on protein content

由圖3可知，隨著陳化時間的延長，5種大米的蛋白質(zhì)含量均呈先增加后減小的變化趨勢。陳化7 d時，除麻城荊糯六號外，其他大米蛋白質(zhì)含量均最高；陳化28 d時蛋白質(zhì)含量最低；整個陳化過程中，5種大米的蛋白質(zhì)含量均在5%～7%，變化幅度不大，這與孫保祥[8]和趙卿宇等[11]的研究結(jié)論類似，不同貯藏條件下，對大米蛋白質(zhì)含量的影響并不大，這可能是因為大米中的蛋白質(zhì)水解酶和肽類酶含量較少。

2.1.4 陳化度對淀粉含量的影響

陳化度對大米中淀粉含量的影響結(jié)果如圖4所示。

圖4 陳化度對淀粉含量的影響Fig.4 Effect of aging degree on starch content

由圖4可知，隨著陳化時間的延長，5種大米的淀粉含量均在50%～70%；5種大米的淀粉含量呈不同的變化趨勢，且在陳化21 d時出現(xiàn)最大值，原因可能是在陳化過程中，由于脫支酶的作用使得其中一部分支鏈淀粉連接鏈斷開變成直鏈淀粉，從而導致直鏈淀粉含量增加，當大米發(fā)生霉變以后霉菌產(chǎn)生淀粉酶，水解了一部分淀粉，因此直鏈淀粉含量又稍微下降[8]。由此可見，大米在儲存過程中產(chǎn)生的微生物可以導致淀粉含量發(fā)生變化。

2.1.5 陳化度對灰分含量的影響

陳化度對大米中灰分含量的影響結(jié)果如圖5所示。

圖5 陳化度對灰分含量的影響Fig.5 Effect of aging degree on ash content

由圖5可知，隨著陳化時間的延長，麻城荊糯六號、貢米及糯兩優(yōu)561 3種大米的灰分含量均呈逐漸減小的變化趨勢；羅田糯米的灰分含量呈先增大后減小的變化趨勢；房縣荊糯六號的灰分含量呈先增大后減小的變化趨勢。陳化0 d時大米灰分含量最大的為麻城荊糯六號和糯兩優(yōu)561；陳化7 d時大米灰分含量最大的為房縣荊糯六號；陳化14 d時大米灰分含量最高的為羅田糯米。5種大米的灰分含量均在1.2%～1.6%，均未出現(xiàn)較大波動；這說明高溫高濕條件對大米中灰分含量變化影響較小。

2.2 陳化度對蒸煮特性的影響

2.2.1 陳化度對米湯pH值的影響

大米蒸煮之后對米湯pH值進行測定，陳化度對米湯pH值影響的結(jié)果如圖6所示。

圖6 陳化度對米湯pH值影響Fig.6 Effect of aging degree on pH value of rice soup

由圖6可知，陳化0 d～14 d時，5種大米的米湯pH值呈下降的變化趨勢，且變化幅度較大；陳化14 d～28 d時，羅田糯米和房縣荊糯六號呈略微上升的變化趨勢，其他3種大米呈略微下降的變化趨勢。未陳化的米樣米湯呈弱堿性，隨著陳化時間的延長，pH值逐漸降低呈弱酸性，這可能是由于隨著儲藏時間的延長，大米內(nèi)部脂肪酸值含量增加，內(nèi)部游離的脂肪酸易被氧化成酮、醛等酸性物質(zhì)，此外，蛋白質(zhì)易分解成氨基酸，大米內(nèi)少量的氨基酸也可能會生成磷酸，導致酸性物質(zhì)增加，最終使得大米的pH值降低[13]。

2.2.2 陳化度對米飯吸水率的影響

大米蒸煮之后對米飯吸水率進行測定，陳化度對米飯吸水率影響的結(jié)果如圖7所示。

圖7 陳化度對米飯吸水率影響Fig.7 Effect of aging degree on water absorption of rice

由圖7可知，隨著陳化時間的延長，米飯的吸水率呈先減小后增大的變化趨勢。陳化0 d～7 d時，吸水率呈大幅降低的變化趨勢，陳化7 d～28 d時，吸水率呈緩慢上升的變化趨勢。這是因為隨著陳化時間的延長，淀粉晶束結(jié)構(gòu)加強，難以糊化，同時大米中果膠、纖維素等物質(zhì)中細胞壁不同程度失水，使大米吸水能力增強，使大米的吸水率在下降后發(fā)生不同程度的回升[13]。

2.2.3 陳化度對米飯膨脹體積的影響

大米蒸煮之后對米飯膨脹體積進行測定，陳化度對米飯膨脹體積影響的結(jié)果如圖8所示。

圖8 陳化度對米飯膨脹體積影響Fig.8 Effect of aging degree on expansion volume of rice

由圖8可知，隨著陳化時間的延長，除貢米外其余4種大米的膨脹體積都呈逐漸增大的變化趨勢，貢米呈先減小后增大的變化趨勢。這可能是因為大米膨脹率增加的化學實質(zhì)是淀粉變性所致[13]，而貢米屬于秈米，支鏈淀粉含量較低，另外4種米為糯米，支鏈淀粉含量較高，因此貢米的膨脹體積較低。

2.3 陳化度對米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響

大米蒸煮之后對米飯的質(zhì)構(gòu)特性進行測定，陳化度對米飯質(zhì)構(gòu)特性影響的結(jié)果如圖9所示。

圖9 米飯質(zhì)構(gòu)特性分析Fig.9 Effect of aging degree on texture characteristics of rice

由圖9可知，隨著陳化時間的延長，除貢米外，其余4種大米米飯硬度呈先上升后下降的變化趨勢，且陳化14 d時，硬度最大。硬度增加可能是淀粉老化與蛋白質(zhì)二硫鍵網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的相互作用加強，淀粉分子上的羥基和蛋白質(zhì)的電荷基團形成靜電復合物，使硬度增加[14]；脂肪酶對大米中的脂肪進行催化分解，使其變?yōu)楦视秃陀坞x脂肪酸，游離脂肪酸與直鏈淀粉形成復合物，因此在對大米進行蒸煮時，導致水分子難以滲入，淀粉顆粒便會強度升高，硬度增加[15-16]。硬度下降可能是因為陳化后期，大米無法保持其顆粒完整性，大米經(jīng)蒸煮之后，會發(fā)生膨脹，吸水率也有所提高，米飯會因此散開導致其硬度下降[17]。

隨著陳化時間的延長，5種大米米飯黏著性呈下降的變化趨勢。黏著性越低表示米飯越松散，食味品質(zhì)越低[18]。黏著性下降一方面是因為大米陳化導致細胞壁變得堅固，蒸煮過程中不易破裂；另一方面可能是因為大米內(nèi)部的淀粉粒被游離脂肪酸包裹，導致淀粉膨化困難[19]；此外，直鏈淀粉的黏著性較支鏈淀粉差，支鏈淀粉含量越多，米飯黏著性越大[20]，大米在貯藏過程中由于支鏈淀粉在酶的作用下發(fā)生脫支作用，導致直鏈淀粉含量增加，支鏈淀粉含量下降，因此米飯的黏著性下降[9]。

米飯的彈性能反映米飯的滋味，彈性越大的米飯越有嚼勁[11]，且彈性通常與大米的品種有關(guān)。有研究表明，大米彈性下降，是因為其腹部與背部的吸水存在很大差異，這樣就會使米粒表面發(fā)生龜裂現(xiàn)象，使得淀粉從裂紋中大規(guī)模地涌出，米飯也就逐漸失去彈性[21-22]。金達麗等[9]、趙卿宇等[11]的研究表明，大米在陳化過程中其制作的米飯彈性也會發(fā)生變化，均是隨陳化時間的延長而逐漸減小。

3 結(jié)論

隨著陳化時間的延長，大米中的水分含量先減少后增加：陳化0 d時，大米水分含量均在11.5%～12.5%；陳化時間為7 d時，5種大米中的水分含量均為最低，在8%～11%；陳化14 d～28 d時測定的5種大米水分含量均在14%～16%。隨著陳化時間的延長，脂肪含量逐漸減少：陳化0 d時大米脂肪含量均在0.7%～0.9%；陳化時間為28 d時，5種大米中的脂肪含量最低。陳化度對蛋白質(zhì)、淀粉和灰分含量影響較小。大米蒸煮后的米湯的pH值和吸水率會隨著陳化時間的延長而逐漸降低，而膨脹體積會隨著陳化時間的延長逐漸增加。質(zhì)構(gòu)品質(zhì)分析結(jié)果表明，大米硬度隨著陳化時間的延長呈先增大后減小的變化趨勢，黏著性和彈性隨著陳化時間的延長呈下降的變化趨勢。