天津“小站稻”儲藏過程中的品質(zhì)變化

劉晗，劉詩佳，劉金光，戈立新，張新閣，石磊，劉元，王玥瑋，梁辰*，周中凱*

（1.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2.天津利達糧油儲運有限公司，天津 300110；3.天津市食品研究所有限公司，天津 301699）

大米作為全國50%以上居民的日常主食，是我國重要的糧食作物之一[1]，它提供了人體所需的碳水化合物和礦物質(zhì)等營養(yǎng)素。近年來，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，大米年產(chǎn)量持續(xù)提高，糧倉收儲量也不斷增加，但倉內(nèi)溫度、濕度等儲藏環(huán)境的變化，以及籽粒呼吸作用和內(nèi)部酶促作用致使其品質(zhì)隨著儲藏時間的延長而不斷劣變，甚至完全失去食用品質(zhì)和商業(yè)價值，給國家和倉儲企業(yè)帶來不可估量的損失[2]。

倉儲環(huán)境中溫度是影響大米儲藏品質(zhì)的重要因素之一，考慮到儲藏溫度上升是造成大米品質(zhì)快速下降的原因之一，而37 ℃又被看作是大米發(fā)生品質(zhì)變化的臨界溫度。例如，Liu 等[3]在37 ℃儲藏稻谷的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著儲藏時間的延長，大米的起始糊化溫度、峰值糊化溫度和結(jié)束糊化溫度升高。趙卿宇等[4]研究表明，大米于37 ℃儲藏過程中蒸煮吸水率和體積膨脹率逐漸上升，但米湯固形物含量逐漸下降；米飯硬度呈增加趨勢，米飯彈性和黏著性呈現(xiàn)下降趨勢。李肖肖等[5]研究表明37 ℃儲藏過程中米粉糊化崩解值和回復(fù)性呈現(xiàn)上升趨勢。

“小站稻”是天津市具有地域特色的品牌，以其特有的營養(yǎng)品質(zhì)而名揚中外，深受大眾喜愛。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，相比我國北方地區(qū)種植的其他粳稻品種，“小站稻”具有蛋白質(zhì)含量高、米飯質(zhì)地松軟、彈性好且冷涼后不易變硬的特點[6]。本文研究天津“小站稻”儲藏過程中糊化特性、蒸煮特性和質(zhì)構(gòu)特性等理化性質(zhì)的變化規(guī)律，以期為“小站稻”采后安全保藏提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“小站稻”大米（u99）：天津利達糧油有限公司；濃硫酸、無水乙醇、氫氧化鉀、氫氧化鈉（均為分析純）：天津市致遠化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Kjeltec 8400 全自動凱氏定氮儀：丹麥FOSS 公司；TecMaster 快速黏度儀：Newport Scientific 公司；MARS60動態(tài)流變儀：德國哈克公司；STAIA/IB RHSIA RFDMIA食味測定裝置：日本佐竹公司；TA.XT.Plus 質(zhì)構(gòu)分析儀：英國Stable Micro Symstems 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 儲藏試驗

試驗所用“小站稻”大米采收于天津市津南區(qū)國家農(nóng)業(yè)科技園。將一級粳米真空包裝，放入37 ℃、50%相對濕度的恒溫恒濕培養(yǎng)箱中進行180 d 儲藏試驗，前90 d，每隔15 d 取樣一次，后90 d，每隔30 d 取樣一次。

1.3.2 蛋白質(zhì)含量測定

儲藏過程中大米蛋白質(zhì)含量測定采用凱氏定氮法。稱取1.0 g 碾磨后過100 目篩的米粉至250 mL 消化管中，再加入0.8 g CuSO4和7 g K2SO4，加入12 mL濃硫酸，輕輕晃動將樣品浸濕，放入消解爐中采用三段式加熱3 h，至消化管中液體呈綠色透明狀，取出并冷卻0.5 h，使用全自動凱氏定氮儀完成自動加液、蒸餾、滴定和記錄滴定數(shù)據(jù)[7]。

1.3.3 膠稠度測定

大米樣品碾磨成米粉，過100 目篩后裝入自封袋中冷凍儲藏備用。稱取100 mg 米粉放入試管中，加入0.2 mL 95% 乙醇溶液（含有0.025 g/100 mL 麝香草酚藍），再加0.2 mol/L 氫氧化鉀溶液2.0 mL，置于旋渦混合器上混勻，沸水浴加熱8 min，至管內(nèi)懸浮液濺沸高度至管的2/3 處，取出試管靜置5 min 后，0 ℃冰水浴中冷卻15 min，立即取出置于水平操作臺（鋪有毫米格紙）上，使試管底部與標記的起始線對齊，在（25±2）℃條件下靜置1 h，讀數(shù)，平行3 組試驗[8]。

1.3.4 糊化特性測定

采用美國谷物化學(xué)協(xié)會提出的標準方法進行測定[9]。準確稱取3 g 碾磨后過100 目篩的米粉于鋁罐中，加入25 mL 蒸餾水制備試樣，攪拌均勻后放入快速黏度儀中測定。程序設(shè)置：50 ℃下保持1 min，以12 ℃/min 升溫至95 ℃，然后95 ℃保持2.5 min，之后以12 ℃/min 降溫至50 ℃，保持1.4 min。起始10 s 內(nèi)攪拌器的轉(zhuǎn)速為960 r/min，之后保持160 r/min[10]。使用快速黏度儀的配套軟件對數(shù)據(jù)進行記錄。

1.3.5 流變學(xué)特性測定

利用快速黏度儀制樣，測試樣品降至室溫后測試動態(tài)與靜態(tài)流變特性。

1.3.5.1 動態(tài)黏彈性測定

取少量米糊置于測試平臺上，平板磨具為35 mm，掃描程序選擇掃描幅度，刮去多余樣品，涂上硅油以防止樣品中水分流失，加蓋[11]。頻率為10 Hz/min，進行振幅掃描，確定米糊的線性黏彈區(qū)振蕩頻率。掃描應(yīng)變?yōu)?.5%，頻率范圍為0.1～100 Hz，測量樣品儲能模量（G′）、損耗模量（G″）隨振蕩頻率增加的變化規(guī)律[12]。

1.3.5.2 靜態(tài)流變學(xué)特性測定

按照1.3.5.1 的步驟加樣品，設(shè)置紅外流變聯(lián)用儀測定溫度為25 ℃，剪切速率在3 min 內(nèi)從0 s-1增加到300 s-1，之后在3 min 內(nèi)從300 s-1降低到0 s-1，測定剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化，得到由上曲線和下曲線形成的觸變環(huán)[13]。

1.3.6 蒸煮特性測定

1.3.6.1 加熱吸水率

稱取7.0 g 大米樣品，置于已知質(zhì)量的鋁制小瓶中，使用蒸餾水沖洗大米至少5 遍除去雜質(zhì)，蒸餾水沖洗后置于200 mL 高型燒杯中，加50 ℃蒸餾水洗至120 mL，蒸20 min（100 ℃開始計時，用2 000 W 電爐加熱）后取出，直至燒杯上不再有米湯滴下，然后將蒸熟的米飯置于潔凈的干紗布上冷卻0.5 h，稱其質(zhì)量（取小數(shù)點后一位），按公式（1）計算吸水率。

式中：X為大米吸水率，%；G1為大米質(zhì)量，g；G2為米飯質(zhì)量，g。

1.3.6.2 體積膨脹率

測量蒸煮前大米體積和蒸煮后銅絲籠中米飯體積（大米和米飯體積用排水法在量筒內(nèi)測定），按公式（2）計算體積膨脹率。

式中：W為體積膨脹率，%；V1為蒸煮前大米體積，mL；V2為蒸煮后米飯體積，mL。

1.3.6.3 米湯pH 值測定

取出銅絲籠之后，待1.3.6.1 步驟里200 mL 高型燒杯中的米湯冷卻至室溫后，用pH 計測定其pH 值[14]。

1.3.7 食味值測定

稱取大米30 g 加入不銹鋼罐內(nèi)，加水浸泡30 min，將不銹鋼罐接上洗米裝置，用水沖洗約30 s，瀝干。按米水質(zhì)量比1∶1.4 加水，使用濾紙封口，并用橡皮筋密封。之后，將不銹鋼罐放入蒸鍋中，浸泡完成后蒸煮30 min，燜飯10 min，攪拌后放入冷卻箱冷卻20 min。燜飯結(jié)束2 h 后，測定樣品。

稱取8 g 米飯使用成型器具制成米餅，借助食味測定裝置測定米飯外觀評分、口感評分和綜合評分。

1.3.8 質(zhì)構(gòu)特性測定

采用1.3.7 方法制樣，使用質(zhì)構(gòu)分析儀進行質(zhì)構(gòu)特性測定，探頭為P/100，測定參數(shù)：測前速度2 mm/s；測試速度1 mm/s；測后速度1 mm/s，壓縮比為50%[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin Pro 9.0 以及SPSS 19 對試驗數(shù)據(jù)進行處理及顯著性統(tǒng)計分析，顯著性差異水平為p＜0.05，且所有試驗均重復(fù)3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 儲藏過程中蛋白質(zhì)含量的變化規(guī)律

蛋白質(zhì)含量隨儲藏時間的變化見圖1。

圖1 蛋白質(zhì)含量隨儲藏時間的變化Fig.1 Change of protein content with storage time

如圖1所示，隨著儲藏時間的延長，蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，本研究結(jié)論與蔡沙等[16]的研究結(jié)論一致。儲藏90 d 的大米樣品蛋白質(zhì)含量最高，而未儲藏的大米樣品蛋白質(zhì)含量最低，表明37 ℃儲藏環(huán)境可以提升大米中蛋白質(zhì)的含量。

2.2 儲藏過程中膠稠度的變化規(guī)律

膠稠度隨儲藏時間的變化見圖2。

圖2 膠稠度隨儲藏時間的變化Fig.2 Change of paste viscosity with storage time

膠稠度是影響大米蒸煮品質(zhì)、米飯軟硬和口感的重要因素，其可以表征大米淀粉糊化和冷卻后的回升趨勢。如圖2所示，取樣大米的膠稠度均大于61 mm，屬于軟膠稠度，在180 d 儲藏期間，隨著時間的延長，取樣大米的膠稠度逐漸降低，表明大米的硬度增加、口感變差。

2.3 儲藏過程中黏度特性的變化規(guī)律

黏度特性隨儲藏時間的變化見表1 和圖3。

表1 黏度特性參數(shù)隨儲藏時間的變化Table 1 Change of viscosity characteristic parameters with storage time

圖3 黏度特性隨儲藏時間的變化Fig.3 Change of viscosity characteristics with storage time

淀粉糊化特性可以體現(xiàn)淀粉的糊化、崩解、膨脹和凝膠特性，廣泛用于評價大米在食品基產(chǎn)品中的蒸煮特性和食用品質(zhì)[17]。如圖3 和表1所示，隨著儲藏時間的延長，大米的峰值黏度逐漸增大，峰值黏度的高低表征淀粉顆粒與水結(jié)合的能力和溶脹程度，結(jié)果表明180 d 儲藏過程中大米的吸水膨脹能力逐漸提升，Zhou等[18]和周顯青等[2]研究表明，采后稻谷儲藏后一定時間內(nèi)峰值黏度高于新鮮稻谷。此外，研究還發(fā)現(xiàn)儲藏180 d 后大米樣本的峰值黏度和谷值黏度均最高，說明大米中淀粉顆粒分子間締合與交聯(lián)程度最高、排列最緊密，由此推斷，隨著儲藏時間的延長，大米內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密。

2.4 儲藏過程中流變特性的變化規(guī)律

2.4.1 動態(tài)黏彈性

動態(tài)黏彈性隨儲藏時間的變化見圖4。

圖4 動態(tài)流變特性隨儲藏時間的變化Fig.4 Change of dynamic rheological characteristics with storage time

大米的黏彈性可以反映大米形成凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，如圖4所示，儲藏過程中取樣大米的G′和G″都隨著頻率的增加而增大，G′均大于G″且無交叉，米粉所形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)具有較強的彈性特征，呈現(xiàn)為弱凝膠體系[19]。G′代表米粉糊在形變過程中由于彈性所引起的能量儲存，反映了凝膠網(wǎng)絡(luò)的剛性和彈性，由圖4a 可知，儲能模量隨儲藏時間延長呈現(xiàn)增大的趨勢，表明大米的彈性增強；G″代表淀粉糊由于黏性變形過程中所損失的能量，反映凝膠網(wǎng)絡(luò)的黏性特征[20]，由圖4b 可知，損耗模量呈現(xiàn)下降的趨勢，表明大米的黏性降低，這與糊化特性結(jié)果相一致。由圖4c 中可以看出，損耗正切角（tanδ）均＜1，表明大米形成的凝膠更類似于固體，且tanδ 隨著頻率的增加整體逐漸增加，表明大米在高頻率下呈現(xiàn)出更黏的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此外，隨著儲藏時間的延長，tanδ 逐漸降低，表明G′的增長速率高于G″，流動性減弱[21]。

2.4.2 靜態(tài)流變學(xué)特性

靜態(tài)流變學(xué)特性隨儲藏時間的變化見圖5。

圖5 靜態(tài)流變特性隨儲藏時間的變化Fig.5 Change of static rheological characteristics with storage time

如圖5所示，取樣大米糊化后形成凝膠的觸變特性。高速剪切作用下，測試樣品的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞，當剪切速率降低時，在短時間內(nèi)樣品不能恢復(fù)到原始的狀態(tài)，因而形成一個閉合的觸變環(huán)[22]。觸變環(huán)面積的大小代表樣品受破壞的程度，面積越大表明受到破壞程度越大，越難以恢復(fù)到原來的狀態(tài)[12]。由圖5 可知，米粉的剪切應(yīng)力在低剪切速率下急速增加，分子間氫鍵斷裂，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞，并在高頻率下逐漸穩(wěn)定，表明分子從開始的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為定向流動，表現(xiàn)出剪切稀化行為[21]。此外，隨儲藏時間的延長，觸變環(huán)面積越來越小，表明大米所形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)越來越不易被破壞，抗剪切力強。

2.5 儲藏過程中蒸煮品質(zhì)的變化規(guī)律

2.5.1 米飯吸水率

米飯吸水率隨儲藏時間的變化見圖6。

圖6 米飯吸水率隨儲藏時間的變化Fig.6 Change of water absorption of rice with storage time

如圖6所示，180 d 儲藏期內(nèi)，隨著時間的延長，煮后米飯吸水率逐漸增加。這是由于儲藏高溫環(huán)境下，籽粒內(nèi)部果膠蛋白質(zhì)、纖維素等物質(zhì)的細胞壁結(jié)構(gòu)受到不同程度的損傷，導(dǎo)致細胞吸水性提升；此外，儲藏高溫條件改變了大米內(nèi)部淀粉的微晶結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為大米蒸煮時吸水率增加[4]。

2.5.2 體積膨脹率

體積膨脹率隨儲藏時間的變化見圖7。

圖7 大米體積膨脹率隨儲藏時間的變化Fig.7 Volume expansion rate of rice with storage time

如圖7所示，隨著儲藏時間的延長，蒸煮后米飯體積膨脹率逐漸提升。原因是大米儲藏期間，大米淀粉中支鏈淀粉的含量不斷升高，導(dǎo)致米飯體積膨脹率增加[15]。

2.5.3 米湯pH 值

米湯pH 值隨儲藏時間的變化見圖8。

圖8 米湯pH 值隨儲藏時間的變化Fig.8 Change of pH of rice soup with storage time

由圖8 可知，大米儲藏過程中，隨著儲藏時間的延長，取樣大米蒸煮后米湯pH 值逐漸降低。這是由于儲藏過程中，籽粒內(nèi)部脂類物質(zhì)降解生成游離脂肪酸、有機酸類等，導(dǎo)致米湯pH 值逐漸降低[4]。另外，還可能是因為籽粒中蛋白質(zhì)降解為氨基酸，并進一步降解為磷酸，致使米湯pH 值降低[15]。

2.6 儲藏過程中食味值的變化規(guī)律

食味值隨儲藏時間的變化見表2。

表2 米飯食味值隨儲藏時間的變化Table 2 Change of rice taste quality with storage time

如表2所示，隨著儲藏時間延長，米飯外觀評分和口感評分均整體逐漸降低，進而導(dǎo)致米飯綜合評分逐漸下降?？赡艿脑蚴请S著儲藏時間的延長，米飯吸水率和體積膨脹率皆提升，導(dǎo)致米飯外觀亮度、透光率降低，米飯食味測定裝置測定原理是米飯對近紅外光、可見光波段的反射和透過進行分光測定，因此，外觀評分降低。結(jié)合圖6 和圖7 可以看出，隨著儲藏時間的延長，米飯吸水率和體積膨脹率逐漸升高，導(dǎo)致米飯硬度降低、松弛性提高，因此，口感評分降低。

2.7 儲藏過程中質(zhì)構(gòu)特性的變化規(guī)律

米飯的質(zhì)構(gòu)特性是體現(xiàn)米飯食用品質(zhì)的重要理化指標，包括硬度、黏著性、彈性、咀嚼性和回復(fù)性。

米飯的質(zhì)構(gòu)特性隨儲藏時間的變化見表3。

表3 質(zhì)構(gòu)特性隨儲藏時間的變化Table 3 Change of texture characteristics with storage time

由表3 可以看出，隨著儲藏時間的延長，米飯硬度逐漸增大。原因是大米于37 ℃儲藏過程中，儲藏高溫環(huán)境導(dǎo)致大米淀粉加速老化，淀粉的羥基與蛋白質(zhì)分子電荷基團發(fā)生相互作用形成復(fù)合物，導(dǎo)致米飯硬度增加[4]。隨著儲藏時間延長，米飯黏著性整體降低。原因是大米儲藏過程中米飯吸水率和體積膨脹率逐漸提升，大量的水分進入米粒導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變，進而表現(xiàn)為黏著性降低。此外，37 ℃儲藏條件下，大米內(nèi)部淀粉酶的催化導(dǎo)致直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例改變，直鏈淀粉的含量提升導(dǎo)致米飯黏著性下降[15]。本研究結(jié)論與趙卿宇等[4]研究結(jié)果一致。

本研究還發(fā)現(xiàn)隨著儲藏時間的延長，米飯的彈性和咀嚼性整體逐漸降低。原因是儲藏過程中取樣大米蒸煮后米飯吸水率和體積膨脹率皆提升，蒸煮時籽粒大量吸水導(dǎo)致表面破裂，進而表現(xiàn)為米飯彈性和咀嚼性降低。

3 結(jié)論

本文研究天津“小站稻”儲藏過程中的品質(zhì)變化特征規(guī)律。結(jié)果表明：大米于37 ℃環(huán)境條件儲藏過程中，隨著儲藏時間的延長，大米中蛋白質(zhì)的含量先升高后降低，但大米膠稠度逐漸降低，儲藏180 d 后，大米呈現(xiàn)出更高的峰值黏度和谷值黏度，表明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加緊密；流變學(xué)特性顯示隨著儲藏時間延長，大米形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有較強的彈性和較弱的黏性。儲藏高溫條件改變了大米淀粉的內(nèi)部微晶結(jié)構(gòu)，蒸煮特性顯示儲藏期間米飯吸水率和體積膨脹率逐漸增大，但由于儲藏過程中大米內(nèi)部脂類物質(zhì)降解生成游離脂肪酸、有機酸類等，導(dǎo)致米湯pH 值逐漸減小。隨著儲藏時間延長，米飯綜合評分逐漸降低，質(zhì)構(gòu)特性顯示米飯硬度逐漸增大，但黏著性整體減小。綜上，大米隨儲藏時間的延長，硬度增加，結(jié)構(gòu)愈緊密，黏性降低。本研究可為天津小站稻的安全儲藏提供參考。