糙米碾磨度與營養品質關系研究

周軍琴,年　芳,李愛科,陳　曦,韓　飛,第文龍,陸　暉

(1.甘肅農業大學理學院,甘肅蘭州 730070;國家糧食局科學研究院,北京 100037)

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糙米碾磨度與營養品質關系研究

周軍琴1,2,年芳1,*,李愛科2,陳曦2,韓飛2,第文龍2,陸暉2

(1.甘肅農業大學理學院,甘肅蘭州 730070;國家糧食局科學研究院,北京 100037)

選取黃花粘、湘晚13、金優207、早秈四個品種的糙米,研究了碾磨度(DM)對營養及感官品質的影響,通過DM與相關營養指標的回歸分析,預測了滿足營養要求的適宜DM。結果表明:糙米的碾磨時間與DM呈線性相關,且品種間變化趨勢存在顯著差異(p<0.05)。隨著糙米DM的提高,與營養相關的蛋白質、脂肪、灰分、植酸等化學成分含量降低,而影響感官品質的亮度值逐漸升高;DM與植酸、蛋白質、灰分、脂肪、黃藍色調(b*)、紅綠色調(a*)、亮度(L*)相關性順序為:植酸>脂肪>黃藍色調b*>灰分>亮度L*>蛋白質>紅綠色調a*。秈米在加工過程的DM應控制在14.0%～17.0%為宜。

秈米,碾磨度,植酸,蛋白,脂肪,灰分,色度

稻谷經礱谷去殼得到糙米[1-2],糙米籽粒結構主要包括米糠(6%～7%)、胚乳(90%)和胚芽(2%～3%)[3]。研究表明,糙米中營養成分大部分主要分布在米糠和胚芽中,但在碾磨的過程中米糠和胚芽存在不同程度損失[4-5],會導致營養成分不同程度的損失[6-7]。

目前的文獻報道主要集中在糙米加工成精米過程中營養物質含量的損失方面[8-11],而對于適宜加工精度的研究較少,因此,根據加工精度與各營養品質之間的關系,系統分析確保稻米營養品質需要的適宜加工精度,具有積極的現實意義。本文設計不同加工時間,研究不同品種秈米的碾磨度(DM)對其營養成分、植酸及色度的影響及回歸關系,分析DM與各品質間的相關性,通過DM與各營養指標的回歸關系預測大米較為適宜的DM值,為探究滿足稻米營養品質需要的適宜加工精度提供數據基礎。

1　材料和方法

1.1材料與儀器

黃花粘、金優207、湘晚13號、早秈四個品種秈稻湖南長沙、常德。

JDMZ100型稻谷出米率檢測儀北京東孚久恒儀器技術有限公司;杜馬斯燃燒法快速定氮儀德國elementar;CR-400/410色差儀日本柯尼卡;Soxtec索氏抽提儀FOSS;ML204電子天平梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;TU-1810紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責任公司;HY-2調速多用振蕩器常州國華電器有限公司。

表1　不同品種糙米的物理性質Table 1　Physical properties of different indica rice

注:NS:表示品種間沒有顯著性差異,*:表示各品種之間在p<0.05水平上差異顯著；表2同。

1.2實驗方法

1.2.1樣品制備人工去除稻谷中的不完善粒,在實驗室條件下得到糙米,分別將糙米在預設的5、7、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、75 s碾磨時間段進行碾米,得到60個不同糙米出白率的大米樣品,記錄DM,粉碎過40目篩,4 ℃保存,備用。DM的計算公式如下:

1.2.2物理性質測定每個品種糙米取30個平行樣,用精確度為0.02 mm的游標卡尺測量其長度(L)、寬度(W)、厚度(T)。

長寬比Ra(%)、當量直徑Dp(mm)、體積V(mm3)、表面積S(mm2)、直徑D(mm)、千粒重TWK(g)按照Wang等[12]方法計算。

容積密度(ρb)為樣品質量與其總體積的比率,即將糙米裝入容積為1000 mL的具有刻度的容器里,刮平表面再稱重,用kg/m3表示,每個樣品做5個平行。

球形度(Ψ)采用Mohseni的方法計算[13]。

1.2.3植酸(PA)含量的測定參照《GB/T 5009.153-2003植物性食品中植酸的測定》,結果以mg/g表示[14]。

1.2.4粗蛋白含量測定參照《GB 5009.5-2010食品安全國家標準 食品中蛋白質的第三測定法》測定方法[15]。

1.2.5粗脂肪含量測定參照《GB/T 5512-2008糧油檢驗 糧食中粗脂肪含量測定》測定方法[16]。

1.2.6粗灰分含量測定參照《GB/T 5505-2008灰分測定法》測定方法[17]。

1.2.7色度測定參照Srikham[18]的方法進行顏色的測定,其中參數L*是明度,數值從0(黑)～100(白);a*值代表紅-綠色,+a*值為紅色,-a*值為綠色;b*值代表黃-藍色,+b*值為黃色,-b*為藍色[19]。每個樣品重復測量2次取其平均值。

1.3數據處理

數值均以平均值±標準差表示,采用Statistics 19(SPSS)軟件對數據進行相關性及顯著性分析,其中p<0.05表示存在顯著性差異,p<0.01表示存在極顯著性差異。

2　結果與分析

2.1糙米的物理性質

人工去除四個品種秈稻稻谷中的不完善粒,經過礱谷之后得到糙米,四種糙米的物理性質如表1所示。

在各品種糙米的物理性質中,除體積(V)外,其余物理性質均存在顯著差異(p<0.05),其中湘晚13糙米的長度最長(7.53 mm),早秈最短(5.44 mm)。根據文獻[12]將上述四種糙米分屬為長細粒型(金優207、湘晚13)、中等粒型(黃花粘)和短粗粒型(早秈)。

2.2碾磨時間與DM的關系

碾磨時間與DM的變化關系如表2所示。當碾磨時間為75 s時,黃花粘、金優207、湘晚13、早秈四種秈米的DM分別為25.80%、19.47%、21.65%、26.15%,碾磨過程中各品種的DM值的變化趨勢相似,但品種之間在同一碾磨時間DM值存在很大區別,即相同DM值時,早秈(短粗型)所需時間最短,其次是黃花粘(中等長度型),湘晚13和金優207(細長型)需要更長的時間才能達到相同DM值,說明在同一時間內短粗型的糙米品種的DM值較大,較易被碾磨,而細長型品種的DM值較小,不易被碾磨。糙米物理特性對DM值的影響是顯著的;碾磨時間相同時,長粒米的DM值低于中等型與粗短粒型稻米。

表2　不同碾磨時間內4個品種稻米的DMTable 2　The DM of four varieties of rice in different milling time

因為粗短型稻米的比表面積大于細長粒型,在碾磨過程中,受力面積也越大,導致越易被碾磨,這與Liang[20]的研究結論相一致。

以碾磨時間為橫坐標,四個品種的平均碾削量(即四個品種在同一時間的平均DM)為縱坐標作圖,得碾磨時間對四種秈米的平均DM的關系如圖1所示。當碾磨時間在0～15 s范圍時,DM值與碾磨時間的線性回歸方程為:y=0.656x+0.265,R2=0.9936;當碾磨時間在15～75s時,DM值與碾磨時間的線性回歸方程為:y=0.2786x+5.7916,R2=0.9926。由此方程得到,碾磨時間在0～15 s范圍時的DM大于碾磨時間在15～75 s時的DM。Wang[12]等研究粳稻的物理性質與加工DM的關系時得出,當DM值在0%～9%范圍時,DM與碾磨時間呈二次函數關系;當DM值在9%～25%范圍時,DM與碾磨時間呈線性關系。其原因是米糠層質地松軟,硬度從外向內增大而導致的。Wadsworth[21]與Singh[22]研究表明,糙米的表面米糠層硬度比內胚乳的硬度小,而在內胚乳部分的硬度是相對均勻分布的。Resurreccion等[23]和Liu等[24]研究表明,糙米表面的15%左右為米糠層,其密度比內胚乳小。

圖1　碾磨時間對四種秈米的平均DM的影響Fig.1　The influence of the Milling time to the average DM of four kinds of rice

2.3DM對植酸含量的影響

植酸是所有植物種子的成分之一,通常以混合態的Ca-Mg-K鹽的形式存在于種子的不同部位[25],在種子生長過程中提供植物生長所需的營養元素,而在人體內植酸的大量存在會影響人和動物對二價金屬離子(鐵、鋅等)的吸收,人體大量攝入小麥、大豆等谷物植酸含量較高的谷物產品,會導致鐵、鋅缺乏病癥的出現[26]。

不同品種稻米的DM值與植酸含量的關系如圖2所示。DM值為0時，黃花粘、金優207、湘晚13、早秈糙米中的植酸含量分別為9.23、8.43、7.70、7.85 mg/g,不同品種糙米的植酸含量變異度為8.35%。Wei等[27]研究了29個粳稻品種的植酸含量范圍為6.99～10.34 mg/g。Liang等[20]研究了3種秈米的植酸含量范圍為7.8～11.1 mg/g,說明不同稻米中植酸含量的變異是比較大的。圖2顯示當DM<15%時,四種秈米植酸含量的減少量顯著高于DM>15%的減少量。當DM為15%時,黃花粘的損失率最大(53.77%),早秈的損失率最低(34.87%)。隨著碾磨時間的增加,植酸含量的損失也隨之增大,這與Itani等[28]的研究結果一致。隨著DM的增大,植酸含量呈下降趨勢。植酸含量與DM關系為2次多項式,且四種秈米的回歸系數也各不相同,其中黃花粘和湘晚13的回歸模型方程分別為:y=0.0109x2-0.6501x+9.4881,y=0.0128x2-0.6277x+7.928,式中,y為植酸含量,x為DM。

圖2　稻米植酸含量與DM的關系Fig.2　The relationship between the content of phytic acid and DM of rice

Liang等[20]研究植酸在長粒、中等粒與粗短型品種中的分布時表明25%的植酸都分布在外胚乳中,且由于品種的不同,植酸在外胚乳的分布也不盡相同,導致這樣的結果是由于稻米品種基因型及生長環境造成的[11,29],這與本實驗的結果一致。

2.4DM對蛋白質含量的影響

稻米蛋白是谷物蛋白質中生理價值最高的一種,其氨基酸組成比較平衡、低過敏性,在生物體中利用率比其他谷物要高[30]。不同品種稻米經不同程度碾磨后蛋白含量的變化如圖3所示。在四種糙米中,當DM為0時，黃花粘的蛋白質含量最高(9.15%),金優207的蛋白質含量最低(8.14%)。隨著DM的增加,四種秈米的蛋白含量都是線性下降的。其中湘晚13的蛋白含量變化與DM的相關性最低,早秈的蛋白含量與DM的相關性最高,這可能與稻米的生長環境及內部結構有關[29]。碾磨時間不同而得到的大米,其蛋白質含量也會有一定的差別,其主要原因是蛋白質在稻谷籽粒的不同部位分布不均勻[29]。Flávia Fernandes Paiva等[31]研究不同加工對稻米化學成分的影響時表明,蛋白質主要分布在胚乳的外胚層,而在內胚層蛋白含量的分布是比較均勻的。

圖3　稻米蛋白含量與DM的關系Fig.3　The relationship between the content of protein and DM of rice

2.5DM對脂肪含量的影響

脂肪含量是影響米飯適口性的重要因素,油脂含量越高,米飯的光澤性越好[32]。四種秈米的脂肪含量隨著DM的變化趨勢如圖4所示。DM為0時，黃花粘、金優207、湘晚13、早秈四種糙米的脂肪含量分別為:2.66%、2.5%、2.35%、2.58%,四種糙米的脂肪含量與DM的關系呈二次項函數關系,早秈的脂肪含量與DM的相關性最大。當DM<15%時,四種秈米的脂肪含量下降非常明顯;金優207和湘晚13在DM>15%時,脂肪含量的減小趨勢非常平緩,而黃花粘和早秈在DM>20%時脂肪下降趨勢達到平緩。當DM為15%時,四種秈米的脂肪含量均<0.5%;當碾磨時間達到75 s時,四種糙米的脂肪含量損失率為80.4%～93.61%。Perdon等[6]在研究大米DM的關系時認為:表面脂肪之所以有這么大的損失是因為脂肪主要存在與糙米的表面(米糠),米糠的脂肪含量是內胚乳里脂肪含量的5～10倍;當DM為15%時,米糠基本上全被碾除了[29]。碾磨的過程中不飽和脂肪酸也會導致大量的損失[32],這將嚴重影響大米的營養價值,因此,適當的DM有利于營養成分的保留。

圖4　稻米脂肪含量與DM的關系Fig.4　The relationship between the content of fat and DM of rice

2.6DM對粗灰分含量的影響

DM對不同品種糙米粗灰分的影響如圖5所示。DM為0時，早秈糙米的灰分含量最高(1.4%),并顯著高于其它三種糙米的灰分含量,金優207的灰分含量最低(1.15%)。不同品種灰分含量與DM的關系均呈二次方程的關系,其中早秈的R2最高為0.995,金優207的R2最低為0.985。Juliano等[33]研究表明:灰分在糙米的米糠層中含量顯著高于胚乳層;糙米里米糠層越厚,其灰分含量也會越多[31]。

隨著DM的增大,四種糙米的灰分變化與其它的營養成分呈現相似的下降趨勢。當DM增大到15%左右時,四種糙米的平均灰分含量小于0.5%,即損失率約63%。Lamberts等[32]研究了長精米中DM對色度和營養品質時表明:稻米里60%的灰分都分布在米糠里,這與本實驗的結果相吻合。Singh等[22]在研究不同品種大米加工精度與灰分的關系時表明:在同一碾磨時間里,DM越大的品種,其灰分的損失率也將越高。在碾磨時間為75s時,黃花粘的損失率最大為86%,早秈最低為71%,這與Singh等[22]的結果不一致,這可能與生長環境有關。

圖5　稻米灰分含量與DM的關系Fig.5　The relationship between the content of ash and DM of rice

2.7DM對色度的影響

色度參數中的亮度L*值表示大米的明暗程度,L*越接近100表示大米越白、越亮,L*接近于0表示大米表面顏色越黑、越暗。對于一般大米,如果表面顏色越白、越亮,表明大米DM越高,如果表面顏色比較暗黑表明大米的DM越低或者大米被陳化了[32]。

本實驗采用色度儀對四種糙米進行色度測定,圖6為不同品種糙米的亮度L*與DM的關系,其中早秈糙米的亮度L*(L*=85.46)顯著高于其它三種;四種糙米的L*值與DM呈二次函數關系,其中金優207的L*與DM的正相關性最高。四種糙米的L*隨著DM的增大而增大。當DM<15%時,亮度的變化顯著增大;當DM>15%時,亮度呈現平緩的上升趨勢。當碾磨時間為75 s時,四種秈米的L*值都接近于92。表明大米的白度隨著碾磨時間的增大由快速上升到平緩狀態,即在碾磨到一定時間后,大米的白度不會隨著時間的增大而增大。

表3　DM與各指標的相關性Table 3　The correlation between DM and other parameters

注:**:表示兩個指標在p<0.01水平上差異顯著。

圖6　稻米L*(亮度)與DM的相關關系圖Fig.6　The correlation between color parameters L*(brightness)and DM of rice

DM與紅綠色調(a*)和黃藍色調(b*)的關系如圖7和圖8所示。二者與DM的關系也呈二次函數關系,但呈現的是負相關性。四種糙米的紅綠色調值存在著顯著的差異,隨著碾磨時間的增大,湘晚13和金優207的a*值將不存在顯著性,但都隨著DM的增大,a*值也在減小;DM為0時，對于b*值來說,黃花粘、金優207、湘晚13、早秈四個糙米的b*值分別為11.33、11.3、12.49、10.87,隨著DM的增大而下降。當碾磨時間為75 s時,黃花粘糙米的b*值為3.74,損失率為67%,顯著低于其他三種糙米。Saikia等[18]研究表明:色度(L*、a*、b*)主要存在于糙米的表面即糠粉層和糊粉層,并且在胚乳中色素的分布是比較均勻的[34]。

圖7　稻米a*(紅-綠)值與DM的相關關系圖Fig.7　The correlation between Color parameters a*(red-green)and DM of rice

圖8　稻米b*(黃-藍)值與DM的相關關系圖Fig.8　The correlation between Color parameters b*(yellow-blue)and DM of rice

2.8DM與各指標的相關性分析

稻米的DM與其物理化學性質的相關性分析如表3所示。碾磨時間(s)與DM(%)、稻米營養成分及色度均存在著極顯著的相關性(p<0.01),碾磨時間與DM間存在極顯著正相關性(r=0.939),碾磨時間與稻米亮度L*之間亦存在極顯著的正相關,與其余指標之間存在極顯著負相關。測定指標與DM相關性順序為:植酸>脂肪>色度b*>灰分>亮度L*>蛋白>色度a*。Fla’via Fernandes Paiva[31]在研究黑米與紅米的DM與營養成分的函數關系時,得出與DM相關性最顯著的是色度L*值,其相關系數達到0.99,這與本文的結果有區別,是由于品種不同導致的。

2.9糙米適宜DM的預測

由上述實驗結果匯總,糙米的DM與各指標間的回歸關系如表4所示。

表4　糙米DM與各指標的回歸方程Table 4　Regression for relationship of DM of rice to other parameters

文獻報道目前市場銷售大米加工度較高,營養價值比較低[22,27]。由表4可知,植酸、脂肪、灰分含量與糙米DM的相關性均大于0.90,因此可通過這三項指標的營養需要量預測適宜的DM。Ulrich Schlemmer[35]等研究表明食用大米里的植酸含量不超過2.5 mg/g。根據中國食物成分表的數據[36],目前被大家認可的可食用的秈米的營養成分中脂肪含量為1.1%,灰分為0.3%。將這些數值代入上述植酸、脂肪、灰分回歸方程,得到DM值分別為:13.34%、9.68%和17.90%,欲滿足上述營養需要量,糙米DM(%)的范圍應在9.68%～17.90%,平均DM(%)為13.64%,實驗室測得市售黃花粘、金優207與湘晚13號三種特級米營養成分的平均值分別為:植酸1.08 mg/g,脂肪0.3%,灰分0.47%。將此數據代入表4植酸、脂肪和灰分的回歸方程,得DM(%)分別為:18.57%、18.18%、14.00%,平均值為16.92%。綜合上述計算,在秈米的加工過程中可控制DM值為14.00%～17.00%為宜,此時大米的亮度在90～91之間,這樣既不影響大米的感官品質,又保留了較多的基本營養成分和功能性營養成分。

3　結論

不同品種同一碾磨時間的DM間存在顯著性差異,短粗型糙米品種較長細型品種易被碾磨;當碾磨時間小于15 s時,碾磨時間與DM呈高斜率線性回歸關系;當碾磨時間在15s～75 s范圍時,碾磨時間與DM呈低斜率線性回歸關系;DM與糙米植酸、蛋白、灰分、脂肪、黃藍色調指標間存在極顯著的負相關性,與亮度存在極顯著的正相關;植酸、蛋白、灰分、脂肪、黃藍色調b*、紅綠色調a*、亮度與DM的相關性順序為:植酸>脂肪>黃藍色調b*>灰分>亮度L*>蛋白>紅綠色調a*;由稻米營養指標與DM的回歸關系得出:食用秈米的DM控制在14.00%～17.00%為宜。

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Study on the relationship of indica rice milling degree to its nutritional quality

ZHOU Jun-qin1,2,NIAN Fang1,*,LI Ai-ke2,CHEN Xi2,HAN Fei2,DI Wen-long2,LU Hui2

(1.College of Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Academy of State Administration of Grain,Beijing 100037,China)

In this study,four types of indica rice such as huanghua sticky rice,xiangwan 13,jinyou 207 and early indica rice were selected to investigate the effects of milling degree on the nutritional and sensory quality. The better grinding degree in which rice was capable of satisfying the nutritional requirement was predicted by analyzing the correlation between the nutrient values and DM of rice. Results showed that the relationship between milling time and degree of milling of indica rice which was linear,the variation was significant differences(p<0.05)in different varieties. With the increasing DM of indica rice,the chemical ingredients such protein,fat,ash,phytic acid and other nutritional components in indica rice decreased,but the brightness value(L*)affecting the sensory quality of indica rice increased gradually. The relevance was in order of phytic acid(PA)>fat>chromab*value>ash>BrightnessL*>protein>chromaa*value. Furthermore,DM value should be controlled within 14.0%～17.0% during processing of indica rice.

indica rice;degree of milling(DM);phytic acid;protein;fat;ash content;chromaticity

2016-01-04

周軍琴(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：糧油營養，E-mail：zhoujunqin163@163.com。

年芳(1976-)，女，博士，副教授，研究方向：飼料營養與分析化學，E-mial：nianf@gsau.edu.cn。

糧食公益性行業科研專項(201313011-6)。

TS212

A

1002-0306(2016)14-0128-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.017