不同品種大米組分含量與米飯加工品質特性的關系

李枝芳，姚軼俊，張 磊，王立峰*

（南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心，江蘇 南京 210023）

大米組分主要有淀粉、蛋白質、脂肪、水和微量元素等，不同品種大米的外觀品質（如堊白度、長寬比）以及內部組分含量具有顯著差異，對其糊化性質和米飯的質構品質均有不同程度影響。有研究表明，蛋白質會使大米吸水難度增加，不利于大米的糊化[1]。此外，大米糊化過程中淀粉糊化吸熱會受到脂質鏈熔化吸熱的干擾，并且脂質會與直鏈淀粉或支鏈淀粉形成復合物放熱，降低淀粉的糊化焓[2]。經快速黏度分析（rapid visco analysis，RVA）測試，直鏈淀粉含量提高會導致大米擁有較高的回生值，直鏈淀粉含量低則會使大米有較高的糊化溫度和崩解值，并且吸水性指數也會提高[3]。大米組分對米飯質構品質也有不同程度的影響，蛋白質通過二硫鍵連接形成蛋白質網絡，使得糊化難度增加，相應米飯的硬度和咀嚼度也增加[4-5]。脂肪和脂肪酸的含量對大米的適口性無顯著影響，但是食用品質高的大米一般亞油酸含量較高[6]。一般來說，直鏈淀粉含量較高的大米所制成米飯質地較硬且黏度低，飯粒干燥松散、香味不足；而直鏈淀粉含量較低的大米所制成米飯質地過軟且彈性較差[7-8]。

目前已有相關研究通過測定不同品種大米的部分組分含量并與米飯的蒸煮品質之間構建相關性，但是對大米組分的覆蓋范圍有限，且對米飯的評價指標各異，同時比較大米糊化性質和米飯蒸煮品質的研究相對較少。因此本實驗在比較不同品種大米的組分含量和加工品質之間差異性的基礎上，通過系統分析組分含量與大米糊化特性和米飯質構的相關性，在多組分的前提下，研究對大米糊化特性和米飯質構品質影響最顯著的特征組分并分析其相關性，為大米加工的適宜性研究提供理論參考，同時還可以反向指導作物育種，選育出具有特定加工用途的大米品種。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

15 種原料水稻（沈農265、寧粳43、武運、吉粳88、兆香1號、Y兩優1號、天豐優316、豐兩優四號、天優998、南粳46、特優582、寧81、遼星1號、桂育9號、中嘉早17）由自浙江省水稻研究所提供。

氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇、碘、碘化鉀、石油醚、Tris-HCl、過硫酸銨、考馬斯亮藍、冰醋酸（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；直鏈淀粉和支鏈淀粉標準品 北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

YJ597M自動電飯煲 廣東美的生活電器制造有限公司；SOP電子天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；TA-XT plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司；TDL-5-A離心機 上海安亭科學儀器廠；HH-4數顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；101A-0電熱鼓風干燥箱 上海蘇進儀器設備廠；M2e多功能酶標儀 美谷分子儀器（上海）有限公司；真空冷凍干燥機 美國LABCONCO公司；FOX3000型電子鼻法國AlphMOS公司。

1.3 方法

1.3.1 稻谷的碾磨加工

將原料稻谷經過除雜后放入礱谷機脫去稻殼，得到的糙米放入碾米機中碾磨1 min后取出，得到精米備用。

1.3.2 大米外觀品質測定

根據NY/T 83—2017《米質測定方法》測定大米的糙米率、精米率、堊白度、長寬比等相關外觀品質。

1.3.3 大米基礎組分質量分數的測定

大米水分質量分數測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》；脂肪質量分數測定參照GB/T 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》（索氏抽提法）；蛋白質量分數測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》（凱氏定氮法）。淀粉質量分數測定參照GB/T 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》（酶水解法）。直鏈淀粉質量分數測定參照GB/T 15683—2008《大米 直鏈淀粉含量的測定》。

1.3.4 大米各級分蛋白質量分數測定

根據Osborne分級原理，配制1 mg/mL的牛血清白蛋白標準溶液，分別量取標準液0.00、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mL于具塞試管中，加蒸餾水補至1.0 mL，向每支試管分別加入5 mL考馬斯亮藍，2 min后在595 nm波長處測其吸光度，繪制標準曲線。分別用蒸餾水、質量分數5% NaCl溶液、體積分數70%乙醇溶液和0.05 mol/L NaOH溶液作提取液，按照1∶10的料液比經過磁力攪拌和離心得到含有不同級分蛋白的樣液，取1 mL提取液，按照上述操作測定其在595 nm波長處的吸光度，根據標準曲線換算各級分蛋白的質量分數。

1.3.5 大米糊化特性的測定

由1.3.1節制得的樣品提前測定好水分質量分數后，根據RVA軟件分析得到樣品所需質量，稱量樣品并放入小鋁盒中，加入25 mL蒸餾水，快速攪拌后放入RVA儀，采用系統檢測程序標準1測定，即5 ℃/min升溫至95 ℃并保持5 min；隨后樣品以5 ℃/min的速率降溫至50 ℃并保溫4 min，得到不同品種大米的糊化參數。

1.3.6 米飯蒸煮品質及氣味的測定

根據GB/T 15682—2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》制備小份米飯，質構儀經過校正，采用P36/R號探頭，以測中速率1 mm/s、壓縮比75%測定米飯的硬度、彈性等參數，每次3 粒米，8 次平行，分析比較不同大米米飯的質構參數。米飯冷卻后，稱3～5 g放入可以頂空進樣的小瓶中，每個樣品3 個平行，測定參數為：清洗時間120 s、進氣速率0.8 L/min、檢測時間120 s，每0.1 s記錄存儲1 次電子鼻數據[9]。

1.4 數據統計分析

利用SPSS軟件進行實驗數據相關性分析（Pearson相關系數法）、聚類分析和主成分分析，采用Duncan’s新復極差法進行多重比較，結果以±s表示。

2 結果與分析

2.1 不同品種大米的外觀品質及各組分質量分數

15 種大米的表觀物理性質和組分含量如表1、2所示，各品種的變異系數如表3所示。可以看出，水分、灰分、脂肪平均質量分數分別為13.03%、1.43%和3.68%，變異系數均小于10%，說明在不同品種之間上述指標差異不明顯，相比較于其他組分，這類物質在大米中的含量相對較少。堊白是大米胚乳中白色不透明的部分，由胚乳淀粉粒之間存在空隙引起透光性改變所致[10]。堊白度是大米中堊白部位的面積占米粒投影面積的比例，是大米外觀品質的重要指標之一，不同品種之間的堊白度平均值為7.79%，變異系數96.27%，數據之間離散程度高，表明不同品種大米之間品質差異明顯，大米品質差異對米飯的品質特性和氣味特性會產生影響[11]。15 個品種大米的蛋白質量分數在（6.18±0.15）%～（8.98±0.12）%之間，平均值為7.89%，大米中的蛋白質按照溶解度不同分為水溶性清蛋白、鹽溶性球蛋白、醇溶性醇溶蛋白和堿溶性谷蛋白4 級。其中清蛋白質量分數最低，平均值為0.34%，谷蛋白質量分數最高，平均值為6.80%，谷蛋白作為貯藏蛋白，是大米蛋白的主要組分。淀粉平均質量分數為69.24%，直鏈淀粉平均質量分數為17.10%。蛋白質和淀粉是大米的兩大主要營養成分，大米的食用品質受其中蛋白質和直鏈淀粉含量影響較大[12]。15 種大米的蛋白、淀粉質量分數之間存在明顯差異，品種、產地、環境等因素會導致大米組分含量有所改變。其他組分及物理品質指標中，‘遼星1號’水分質量分數最高，為（14.00±0.08）%；‘Y兩優1號’灰分質量分數最高，為（1.54±0.09）%；‘寧粳43’脂肪質量分數最高，為（4.00±0.05）%；‘兆香1號’蛋白質量分數最高，為（8.98±0.12）%；‘吉粳88’糙米率和精米率最高，分別為（20.13±0.23）%和（17.22±0.16）%；‘兆香1號’堊白粒率和堊白度最低，分別為（0.11±0.01）%和（0.15±0.01）%，‘兆香1號’長寬比最高，為（3.83±0.16）%，是典型的秈型大米；‘寧粳43’清蛋白質量分數最高，為（0.52±0.04）%；‘沈農265’球蛋白質量分數最高，為（0.61±0.04）%；‘南粳46’醇溶蛋白質量分數最高，為（0.86±0.06）%；‘寧81’谷蛋白質量分數最高，為（6.62±0.50）%；‘Y兩優1號’淀粉質量分數最高，為（76.85±5.98）%；‘中嘉早17’直鏈淀粉質量分數最高，為（25.92±5.95）%。

表1 大米表觀物理品質Table 1 Apparent physical qualities of rice

表2 大米組分含量Table 2 Contents of chemical components in rice

表3 大米理化指標分析結果Table 3 Physicochemical properties of rice

2.2 不同品種大米糊化特性

表4 大米RVA糊化參數Table 4 RVA gelatinization parameters of rice starch

不同品種大米的糊化參數如表4所示。大米經過RVA測試得到糊化曲線，由曲線可得到7 個參數值，分別為峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度、回生值、峰值時間和糊化溫度。其中崩解值是峰值黏度和谷值黏度的差值，體現糊化的差異，回生值是最終黏度和谷值黏度的差值，體現短期老化回生的差異[13]。結果顯示，峰值黏度最高為‘南粳46’（（5 057.0±41.3）cP），谷值黏度最高為‘特優582’（（2 922.0±195.4）cP），崩解值最高為‘南粳46’（（2 939.0±60.7）cP），最終黏度最高為‘特優582’（（4 945.0±73.2）cP），回生值最高為‘中嘉早17’（（2 240.0±40.6）cP），糊化溫度最高為‘Y兩優1號’（（81.17±0.45）℃）。一般來說，峰值黏度反映了淀粉顆粒的膨脹程度或者結合水的能力，常與產品的最終品質相關，通常峰值黏度越高，樣品黏滯性越強。崩解值越大，大米糊的熱穩定性越低；回生值越高，樣品冷糊穩定性越低，凝膠性越強，越易老化[14]。所以，‘南粳46’、‘兆香1號’、‘吉粳88’、‘寧81’和‘遼星1號’等熱穩定性較低，在加熱吸水過程中，顆粒更易破損，更易吸水糊化，糊化溫度也相對較低，這類品種的大米在制品加工時要注意控制水量。‘特優582’、‘中嘉早17’、‘天優998’這類大米回生值較高，更易老化，老化后氫鍵數量增多，凝膠強度增加，適合制備所需凝膠性強的食品[15]。

2.3 不同品種大米制得米飯的質構及氣味特性

將大米按照GB/T 15682—2008蒸煮方法得到的米飯用質構儀進行TPA測試[16]，得到米飯的硬度、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度和回復性如表5所示，不同品種的米飯在硬度、膠著度、咀嚼度方面差異較大，在彈性、黏聚性和回復性方面差異較小，所有米飯中，‘特優582’硬度、膠著度、咀嚼度、黏聚性和回復性均最高，分別為（3 488.09±180.35）g、（1 774.04±196.93）g、（997.92±191.25）g、0.51±0.03和0.22±0.01，‘桂育9號’和‘吉粳88’彈性最大，為0.63±0.01。不同品種之間質構參數差異性較大，說明不同地域出產的大米所制備的米飯之間存在差異性。經過比較，‘特優582’的硬度、黏聚性和咀嚼度等質構指標都優于其他大米品種，綜合品質較優。將不同品種米飯的硬度進行聚類分析，結果如圖1所示。聚類距離為5～10時，米飯的硬度可被分為3 個亞類，‘沈農265’、‘寧粳43’、‘吉粳88’、‘兆香1號’、‘Y兩優1號’、‘南粳46’、‘特優582’、‘寧81’、‘遼星1號’為一類，‘武運’、‘豐兩優四號’、‘天優998’、‘桂育9號’和‘中嘉早17’為一類，‘天豐優316’為單獨一類。說明品種間差異性導致了米飯硬度的差異性，差異性可能由特征組分含量不同導致，在同一亞類中米飯品種的特征組分可能對米飯硬度有相似的影響[17]。

表5 米飯質構特性Table 5 Textural characteristics of cooked rice

圖1 米飯硬度聚類分析圖Fig.1 Cluster analysis chart for the hardness of cooked rice from different cultivars

米飯經過電子鼻傳感器分析得到了12 個不同的揮發性成分，根據圖2可以得出，不同品種的米飯揮發性氣味組分大致相同，在含量方面存在差異。將測得的12 個成分進行主成分分析，如圖3所示，主成分1和主成分2的累計貢獻率達到98%，根據主成分1和主成分2，可以將15 種大米按照米飯氣味分類，‘天優998’、‘兆香1號’和‘豐兩優四號’可以根據氣味與其他品種米飯得到明顯區分。不同類別之間的米飯有部分重疊，說明重疊部分的米飯品種在氣味方面有一定的相似性。

圖2 米飯氣味分析雷達圖Fig.2 Radar map of odor analysis for cooked rice from different cultivars

圖3 米飯氣味主成分分析圖Fig.3 Principal component analysis of odor in cooked rice from different cultivars

2.4 不同品種大米外觀品質和組分含量與其糊化特性的相關性

表6 大米理化指標與米飯糊化性質之間的相關性Table 6 Correlation between physicochemical properties of rice and gelatinization properties of rice starch

不同品種大米外觀品質及組分含量與其糊化特性的相關性如表6所示，根據Pearson相關系數分析，發現水分質量分數和灰分質量分數與峰值黏度顯著正相關，水分質量分數與糊化溫度顯著負相關，說明水分質量分數高的樣品更易于吸水膨脹糊化，顆粒破裂達到糊化峰值。蛋白質量分數和脂肪質量分數與峰值黏度顯著負相關，這與張宏等[18]的研究結果相同。這可能是蛋白質存在于大米顆粒中會使淀粉顆粒吸水膨脹，從而降低峰值黏度；也可能是在糊化過程中，加熱使大米中的蛋白質發生變性和聚集，導致蛋白質表面積和極性氨基酸與水結合的能力降低，糊化黏度降低。谷蛋白質量分數與峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度和峰值時間顯著負相關。粗脂肪能與淀粉的螺旋結構形成復合物，限制了水分子進入淀粉內部，抑制了淀粉顆粒吸水膨脹，導致糊化過程中大米黏度特性降低。當蛋白質和脂肪含量增加時，糊化溫度升高，且糊化時間延長[19]。精米率與峰值黏度和崩解值顯著正相關，與回生值和糊化溫度顯著負相關，說明大米的加工精度也與大米的糊化相關，精米率越高，說明所含加工精度更高的米粒數量越多，加工精度越高，所除去的蛋白質、脂肪等物質越多，越有利于糊化，所以其糊化黏度更高而糊化溫度會降低[19-20]。堊白度與峰值黏度顯著負相關，堊白粒率與峰值黏度極顯著負相關，堊白部分抑制了淀粉顆粒的吸水，不利于糊化。淀粉質量分數和直鏈淀粉質量分數與最終黏度和回生值顯著正相關，直鏈淀粉容易在分子內部和分子間形成氫鍵，增強淀粉的凝膠性，導致更易老化，回生值升高[21-22]。

2.5 不同品種大米外觀品質和組分含量與米飯質構之間的相關性

表7 大米理化指標與米飯質構之間的相關性Table 7 Correlation between physicochemical indices of rice and texture properties of cooked rice

大米外觀品質及組分質量分數與米飯質構各指標間的相關性分析如表7所示，水分質量分數與米飯的硬度顯著正相關，這是因為對于水分質量分數較低的大米，在初期因蒸煮發生糊化時，米粒吸水不均導致腹部和背部產生體積差，使得米粒破裂，淀粉粒從裂縫流出，米飯的硬度、黏度和彈性等均會隨之下降[23]。脂肪質量分數與硬度、黏聚性、膠著度、咀嚼度和回復性顯著負相關。脂肪質量分數高，米飯硬度偏小，這是因為脂肪不利于淀粉的糊化膨脹，導致米飯吸水率低、偏硬，影響食味品質，因此大米脂肪與米飯的質構指標如硬度、黏聚性和咀嚼度等呈負相關[24]。堊白粒率與硬度、黏聚性和膠著度顯著正相關，與回復性極顯著正相關。堊白粒的胚乳細胞內淀粉和蛋白質積累不充分，淀粉粒排列疏松且顆粒間因充氣產生折射，導致米粒吸水不均、不能完全糊化，這應該是其適口性差的主要原因[25]。蛋白質量分數與硬度顯著正相關，與彈性和黏聚性顯著負相關，這是因為蛋白質含量高的米粒之間結合較緊密使得淀粉粒間的空隙小，蛋白質本身也會干擾淀粉顆粒吸水，導致淀粉吸水速率和吸水量下降，從而使米飯黏度低且米飯硬而松散[26]。淀粉和直鏈淀粉質量分數與米飯硬度顯著正相關，與彈性顯著負相關，直鏈淀粉質量分數與米飯回復性極顯著正相關。直鏈淀粉含量低的大米米飯軟而黏，直鏈淀粉含量高的大米米飯硬而蓬松[4,27]。直鏈淀粉含量較高時，米粒浸泡吸水率低，蒸煮后米飯質地較生硬，黏性較差，但是咀嚼度較好[28]。直鏈淀粉含量高的大米更易老化，更容易短期回生，回生值更高[29]。

3 結 論

通過對15 種不同品種大米的表觀物理品質、組分含量和氣味組成進行了測定和差異性分析，繼而分別考察了大米表觀物理品質、組分含量與大米糊化性質、米飯質構性質之間的相關性。結果表明，大米的品種之間各組分含量差異較大且對其品質有不同程度的影響，其中蛋白質和淀粉質量分數影響最為顯著。組分中總蛋白質量分數、清蛋白質量分數、球蛋白質量分數、醇溶蛋白質量分數、谷蛋白質量分數、直鏈淀粉質量分數差異較大，變異系數分別為10.84%、30.33%、12.36%、18.12%、26.18%和23.73%。不同品種的米飯揮發性氣味組成大致相同，在含量方面存在差異。蛋白質對大米的糊化和老化有阻礙作用，但是有利于水分在老化期間的均勻分布；淀粉質量分數高則有利于形成氫鍵和穩定的結構，增加凝膠的強度。‘特優582’的硬度、黏彈性和咀嚼度等質構指標都優于其他大米品種，綜合品質較優。‘南粳46’、‘兆香1號’、‘吉粳88’、‘寧81’和‘遼星1號’等熱穩定性較差，在加熱吸水過程中，顆粒更易破損，更易吸水糊化，糊化溫度也相對較低，這類品種的大米在加工時應注意控制水量。‘特優582’、‘中嘉早17’、‘天優998’這類大米回生值較高，更易老化，老化后氫鍵數量增多，凝膠強度增加，適合需凝膠性強一些的制品。這些數據都為大米加工的適宜性研究提供了理論參考。