加工精度對大米食用品質及風味的影響

安紅周 陳會會,2 尹文婷 林 乾 何東升 羅 瓊

(河南工業大學糧油食品學院1，鄭州 450001) (鄭州中糧科研設計院有限公司2，鄭州 450001) (廣州嶺南穗糧谷物有限公司3，廣州 510000)

從世界各國消費稻米現狀來看，當下糙米多為加工成精白米后被人們廣泛食用，而直接食用甚少[1]。以往研究大多采用碾減率(Degree of milling，DOM)表征加工精度，但在實際生產中碾減率很難準確測定，故而大大降低了其對實際生產的指導意義[2]。GB/T 1354—2018《大米》中推薦采用留皮度，即試樣平放，殘留皮層、米胚投影面積之和占試樣投影面積的百分率，作為加工精度的判定依據[3]。

不同加工精度的大米在理化特性、營養特性和食用品質等方面存在較大差異，大米碾磨過程中會去除大部分纖維和脂肪，從而可顯著改善其感官特性及儲藏穩定性[1,4]。有研究表明：色澤隨碾減率的增加而逐漸改善，但當碾減率增加至一定程度時(碾減率為10.9%～12.8%)，感官評分不再有明顯增加[4]。此外，加工精度還會對精米率、稻米淀粉糊化和遭受蟲害時的抵御能力等產生影響[5]。Roy等[6]報道了加工條件對短粒和長粒稻米加工能耗和品質的影響，指出較低的碾減率不僅可以節約水稻生命周期中的能量并提高稻米的總產量，而且能夠保留更多的營養組分。

日本食糧研究所研究表明，米飯食味的影響因素中，主要包括物理特性(a，味道、外觀、口感)和化學特性(b，香氣、美味成分)，其中影響比例a∶b=7∶3[7]。芳香化合物2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)是香米和非香米的主要區別風味物質，具有類似爆米花香味，2-AP、2-乙酰基吡咯及α-吡咯烷酮和吡啶可以提高消費者對稻米的喜愛度，而己醛、乙酸和戊酸這種脂質氧化產物可能會對消費者的可接受性產生負面影響，且己醛已被用于檢測大米中的異味[8-10]。風味物質定性分析主要采用三種方法，NIST譜庫比對法、正構烷烴保留指數比對法和風味物質標準品比對法[11,12]。大多研究中，僅采用第一種或前兩種方法，本研究采用三種方法對風味物質進行了綜合分析。

本實驗以河南地區具有地域代表性的香糙米作為研究對象，研究碾磨時間對加工精度的影響，系統探究了加工精度對食味、質構及風味的影響，采用同時蒸餾提取和氣相色譜-質譜聯用法(SDE-GC-MS)定性定量分析米飯揮發性風味物質，初步分析了不同加工精度大米的品質差異，從而為粳糙米的適度加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原陽新豐2號香糙米；伊紅-亞甲基藍染色液；C7-C30系列正構烷烴；無水乙醇、乙醚、正戊烷、2-甲基-3-庚酮(96%)、風味物質標品(己醛98%、苯甲醛99.5%、辛醛99%、壬醛96%、癸醛97%、反,反-2,4-癸二烯醛90%、2-戊基呋喃98%、2,3-二氫苯并呋喃99%)。

1.2 儀器與設備

SATAKE TM05C砂輥碾米機，MM1D精白度計，STA1B型米飯食味計，RHS1A型硬度黏度儀，WRC-IH408Y電飯煲，浦運全智能精米機，JMJT-12大米加工精度檢測儀，Agilent 7890B氣相色譜-質譜聯用儀(配有NIST11.L數據庫及HP-5毛細管柱)，同時蒸餾萃取裝置，CYNS-50型氮吹儀。

1.3 方法

1.3.1 不同碾減率大米樣品的制備及留皮度測定

原料經去雜質、不完善粒后得凈糙米。取凈糙200 g，采用砂輥鐵輥結合碾米的方式，選用36號砂輥，經砂輥碾米機開糙20 s后(轉速1 060 r/min)，后通過反復試驗，確定碾磨壓力和碾磨時間。實驗用精米機碾制得：碾減率分別為0%、2.89%、4.36%、5.90%、7.96%、10.00%、11.98%、14.25%的樣品，編號為1～8號樣品，過10目篩篩去糠粉，4 ℃下保存至密封聚乙烯袋中備用。留皮度參照GB/T 5502—2018測定，留皮度分別為：100.0%、49.1%、20.8%、5.4%、0.9%、0.2%、0.1%、0.2%。

碾減率公式見式(1)。

(1)

1.3.2 米飯食味值及質構特性的測定

取白米30 g，用自來水洗米約30 s，直至洗凈表面附著的糠粉，浸泡30 min，蒸制50 min(水米質量比=1.38)，燜制10 min后得到新鮮米飯。米飯經20 min的強制通風冷卻后，再進行100 min的室溫自然冷卻。取8 g米飯，用壓飯器壓成標準飯團后，先后于米飯食味計和硬度黏度儀測定食味值及質構特性，實驗平行測定4次[13]。

1.3.3 米飯揮發性風味物質測定

1.3.3.1 同時蒸餾萃取(SDE)

選用1號糙米樣品(留皮度100.0%)、4號樣品(DOM 5.90%，留皮度5.4%)和6號樣品(DOM 10.0%，留皮度0.2%)，分析其米飯風味組成及含量。米飯制備參照GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》。在1 L燒瓶中裝入50 g現蒸米飯及200 mL蒸餾水，加入15 μL濃度為5 μg/mL的2-甲基-3-庚酮作為內標物。加入90 mL有機溶劑(乙醚60 mL，正戊烷30 mL)于250 mL圓底燒瓶中。1 L和250 mL燒瓶分別在150 ℃的恒溫油浴鍋和45 ℃恒溫水浴鍋中加熱，樣品加熱至沸騰，同時蒸餾萃取5 h后收集有機溶劑，經無水硫酸鈉除水、氮吹濃縮后進行GC-MS分析，所有實驗重復3次[11]。

1.3.3.2 GC-MS分析條件

GC條件：采用HP-5毛細管柱，載氣(He)流速1.8 mL/min。升溫程序為：初溫40 ℃，保持3 min，以1.5 ℃ /min升溫到60 ℃，保持2 min，以1.5 ℃/min升溫到120 ℃，再以20 ℃ /min升到230 ℃，保持5 min，分流比1∶1；MS條件：電子電離源，電子能量70 eV，傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，質量掃描范圍m/z55～500[14]。

定性分析： 測定到的揮發性物質與NIST11.L數據庫比對(匹配度≥80%)；將由正構烷烴(C6-C30)計算所得到的保留指數(RI)與NIST官網該物質的RI值比較；風味物質標準品的保留時間比對。RI值計算見式(2)。

(2)

式中：ta、tn和t(n+1)分別為待測揮發物、含n及n+1個碳原子的正構烷烴的保留時間/min。

定量分析：選定2-甲基-3-庚酮為內標物，計算公式見式(3)。

(3)

式中：Ci、Cis分別是風味化合物濃度、內標物濃度；Ai、Ais分別是化合物色譜峰面積、內標物色譜峰面積。

1.3.4 米飯感官評價

米飯品評選用10名感官靈敏度高，并有1年以上品評經驗的食品專業研究生作為感官評價員。在品評前，通過開展預實驗，發現精度過高或過低的大米品質較差，且品相及感官接受度較低。故縮小加工精度范圍，碾制以下5個精度樣品：分別為精度1(DOM 4.00%、留皮度21.1%)、精度2(DOM 5.62%、留皮度5.4%)、精度3(DOM 6.81%、留皮度2.2%)、精度4(DOM 8.36%、留皮度0.6%)和精度5(DOM 10.0%、留皮度0.2%)，探究DOM 4.0%～10.0%、留皮度0.2%～21.1%精度范圍內米飯感官品質差異。米飯制備及感官品評參照GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》進行。

1.3.5 數據處理

采用SPSS16.0進行數據分析，顯著性分析采用Duncan多重檢驗，P<0.05判斷為顯著。

2 結果與討論

2.1 碾磨時間對碾減率和留皮度的影響

不同碾磨時間對大米碾減率和留皮度的影響如圖1所示。結果表明，碾減率達到7.96%所需碾磨時間為12s；隨碾磨時間的增加，其碾減率并不呈線性增加，可以擬合為一條二次曲線(R2=0.997 3)和一條線性方程(R2=0.992 5)(圖1a)。Juliano等[15]研究表明，糙米果皮層占自身重量的1%～2%，種皮層和糊粉層總共占4%～6%。糠層的硬度從外層到內層(果皮、種皮、糊粉層)依次降低，而不同的胚乳組分(外胚乳和中胚乳)的硬度相似[16]。DOM≤7.96%時，即碾磨時間為0～12 s時，當逐漸碾除柔軟的外部糠層后，其斜率逐漸減小，這表明達到同樣碾減率所需的碾磨時間顯著增加。7.96%7.96%時，糠層被碾除，碾減率不斷提高，導致出米率下降。由圖1b可得，留皮度隨碾磨時間增加而明顯降低，其變化為先迅速降低后基本不變。隨碾磨時間的增加，留皮度可擬合為一條函數方程(R2=0.998 1)。且當DOM>7.96%時，其留皮度接近于0，即皮層幾乎已完全碾除，同樣的留皮度可能對應不同的碾減率，僅采用留皮度來表征大米加工精度并非嚴謹(見圖1b)。因此，研究中采用留皮度和碾減率結合表征加工精度更為準確。

圖1 碾磨時間對碾減率和留皮度的影響

2.2 不同加工精度米飯食味值及質構特性

圖2為不同加工精度對大米食味值的影響。實驗結果表明，1～8號大米樣品碾減率不斷升高，且DOM>7.96%時，其留皮度均<1.0%，大米粒面皮層已基本去凈。隨加工精度的提高，米飯食味值呈增大趨勢，但達到一定精度(DOM 7.96%，留皮度0.9%)后，5、6、7號米飯樣品食味值無顯著性差異(P>0.05)，且7號和8號米飯樣品食味值無顯著性差異(P>0.05)。

圖2 不同加工精度米飯食味值變化

米飯的質構特性是淀粉膨脹、細胞壁機械強度、蛋白質含量和皮層條件共同作用的結果[17]。米粒在蒸煮過程中，細胞內的淀粉發生糊化和溶脹，細胞壁被破壞，儲存的淀粉、破壞的細胞壁等溶解在水中，當水最終一部分由米粒吸收，一部分蒸發完后，溶解的物質濃縮在米飯粒面，導致飯粒表面富有黏性。而隨加工精度提高(見表1)，水分更易滲透到大米中，米飯逐漸吸水膨脹，米飯硬度減小。皮層含量與米飯黏度相關，隨加工精度提高，大米皮層不斷被碾除，米粒中胚乳含量逐漸增大，淀粉含量升高，糊化作用明顯，米飯黏度增大[18]；而彈性為0.68～0.71，說明加工精度對彈性無顯著影響；平衡度(黏度/硬度)隨加工精度提高而增大，米飯口感黏度增大而硬度減小，從而食味值提高。然而，在硬度黏度方面，不是越軟粘越好，而是硬度黏度適中的大米更受歡迎，即飯粒硬而有滑潤感，軟而有飯粒感為硬度適中；有黏性但不粘牙為黏度適中[19]。

表1 不同加工精度米飯質構特性變化

2.3 米飯揮發性風味化合物成分變化

通過SDE-GC-MS法對1號糙米樣品、4號樣品、6號樣品米飯中揮發性風味化合物進行定性定量分析，并結合正構烷烴保留指數比對，共鑒定出44種揮發性風味化合物(見表2)。其中，有醛類8種，酚類3種，醇類9種，酮類5種，酯類8種，酸類1種，其他10種，采用風味物質標準品確認了8種揮發性風味化合物的存在。

表2 不同加工精度米飯揮發性風味化合物SDE-GC-MS分析結果

1號、4號、6號樣品米飯中樣品風味化合物分別為31、24、26種。其中，有3種揮發性風味化合物僅在4號米飯樣品中檢出，分別為：2-丙基-1-戊醇、苯甲醇、2-吡咯烷酮；有10種揮發性風味化合物僅在6號米飯樣品中檢出，分別為：3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲醛、醇類(1,2-乙二醇、2-乙基-1-己醇、2,3,4-三甲基戊醇)、酮類(2,4,6-辛烯酮、2-十七烷酮、法尼基丙酮)、酯類(亞硫酸己基十六基酯、棕櫚酸甲酯、對甲氧基肉桂酸辛酯)。這可能由于米經碾磨后表面脂質暴露，米糠脂肪酶將脂質轉化為游離脂肪酸，而此類游離脂肪酸不穩定，迅速被氧化產生不飽和脂肪酸，一系列反應導致大米中揮發性化合物種類的增加；或隨加工精度提高，碎米增多，大米表面積增大，在相同的提取條件下，蛋白質、氨基酸、脂肪酸等更易分解為小分子風味成分[20,21]。

稻米的表面脂肪含量通常與其碾磨程度有關[22]。醛類、醇類物質來源于氨基酸及脂質反應產物。米飯風味主要得益于醛類物質，有己醛、苯甲醛、辛醛等，其含量隨加工精度提高而顯著下降(P<0.05)。大米中60%以上的脂肪酸，為不飽和脂肪酸，是脂肪酸氧化產物的前體物質。己醛含量是表征亞油酸二次氧化的指標，如4號米飯和6號米飯中己醛(青草味)含量比糙米飯分別降低了49.3 %、67.1 %[21]。然而，亞麻酸和亞油酸的次級氧化產物2-戊基呋喃的含量也隨加工精度的提高而顯著降低(P<0.05)。通常，脂質分解產物越多，米飯越可能產生異味或酸臭味。因此，碾磨可以一定程度去除脂質氧化產物，以減少不愉快氣味。

另外，醇類、酚類物質可以給米飯帶來愉快的香氣，如甜味，花香味或水果味。由于SDE加熱溫度較高，小分子醇類物質沸點較低不易提取，故而醇類物質較少，且2-丁醇、糠醇、1,4-丁二醇在糙米中的含量均顯著高于加工后的精米(P<0.05)。相對于糙米飯，4號米飯和6號米飯中4-乙烯基-2-甲氧基苯酚含量分別降低了43.3%、85.5%。文獻報道，己醛，辛醛，2-AP，反,反-2,4-壬烯醛，反-2-壬烯醛，4-乙烯基-2-甲氧基苯酚和吲哚被鑒定為所有3種香米(Jasmine、Basmati和Jasmati)共有的芳香活性化合物[23]。2-AP是香米中主要揮發性風味物質，呈現爆米花香味，對米飯風味有著決定性作用，但加工過程使得2-AP大量損失。2,3-二氫苯并呋喃呈現甜香堅果味，在糙米米飯樣品中含量高達12 610.96 μg/kg，經加工后其含量減少高達90.7%。綜上，較之1號糙米飯，4號米飯和6號米飯樣品揮發性風味物質總量分別減少了34.4%和71.9%。

2.4 米飯感官評價

為進一步驗證儀器法測定食味值的科學性和保證米飯品評的準確性，進行感官品評，評價結果如圖3和圖4所示。米飯感官評價與儀器法測定米飯食味值結論基本一致，即隨加工精度提高，其感官評分呈上升趨勢。而DOM>6.81%，留皮度≤2.2%時，提高加工精度后，米飯感官評分變化不顯著(P>0.05)。米飯品評特性指標雷達圖表明：隨加工精度提高，其滋味及氣味評分有所升高，這是由于糙米或存在令人不愉悅的氣味，經加工后得以改善。評價員對精度4樣品米飯外觀結構最高(16.1分)，而精度5米飯樣品外觀結構評分與精度2和精度3相當(12.3～12.9分)，外觀略差于精度4米飯，這是由于大米加工精度過高，米飯飯粒完整性差，出現爆花。從適口性而言，精度4(23.1分)>精度3(22.8分)>精度5(22.7分)>精度2(22.3分)>精度1(20.1分)，表明適度留皮的米飯具有良好的適口性，可滿足食用需求。同時，加工對其冷飯質地影響不大。

圖3 不同加工精度米飯樣品感官評分

圖4 不同加工精度米飯樣品品評指標雷達圖

3 結論

大米梯度碾磨實驗表明，DOM>7.96%時，大米粒面皮層基本完全去除。糙米加工后大米食用品質發生顯著變化，而達到一定加工精度(DOM 6.81%～7.96%，留皮度0.9%～2.2%)后影響不顯著(P>0.05)。隨著加工精度的提高，米飯硬度逐漸減小，米飯黏度和米飯平衡度增大，而加工精度對米飯彈性無顯著影響。通過SDE-GC-MS分析，6號米飯(碾減率10.0%，留皮度0.2%)中的風味物質含量顯著低于糙米飯和4號米飯(碾減率 5.9%、留皮度5.4%)(P<0.05)，僅保留糙米中不足三分之一的風味物質。然而，4號米飯風味物質含量約為6號米飯的2倍多。因此，在不影響大米食味的前提下，大米要進行適度加工，可提高出米率，保證其具有較好的食用品質以及保留更多的風味。