不同貯藏溫度下秈粳雜交大米陳化規律研究

朱 麟 龔 雪 田 雨 董翼飛，3 林旭東 凌建剛，* 佟立濤，*

（1寧波市農科院農產品加工研究所/國家蔬菜加工技術研發專業中心/寧波市農產品保鮮工程重點實驗室，浙江 寧波 315040；2中國農業科學院農產品加工研究所，北京 100094；3沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110866）

秈粳雜交稻（japonica/indicahybrid rice）是以秈稻為父本、粳稻為母本雜交培育出的遠源雜交水稻品種，具有更強的雜種優勢，在畝產及適應性等方面表現突出［1］。該品系稻種的選育也被認為是雜交稻發展的主要方向［2］。隨著種植面積和產量的不斷增長，秈粳雜交稻的采后倉儲問題越來越受到業界重視，其陳化特性更是研究的焦點之一。因此，明確秈粳雜交大米在不同貯藏環境下的陳化特性對于其品系的拓展及糧食安全生產具有重要意義。

現有研究認為，不同品種水稻的耐儲藏性存在差異，一般亞種間的耐儲藏性表現為秈稻＞爪哇稻＞粳稻［3］，秈粳特異性與水稻的耐儲藏性間存在極大的相關性［4］。針對各品系大米的陳化特性，學界開展了諸多研究。如張麗珂［5］、趙卿宇等［6］先后研究了特定品種秈米、粳米貯藏期間的品質變化規律；李凡［7］明確了不同包裝對甬優15（偏秈）、春優84（偏粳）、春優927（偏粳）品種大米貯藏品質的影響；劉姍［8］研究了自然老化和人工老化條件下秈粳雜交稻淀粉和消化特性的變化趨勢，并與秈秈雜交稻、粳粳雜交稻、常規晚粳稻等進行比較，指出秈粳雜交稻在品質特性上接近粳粳雜交稻，其陳化具有獨特性。但秈粳雜交大米的陳化特性，特別是針對不同貯藏溫度下秈粳雜交大米陳化規律的研究鮮有報道。

本試驗以偏中性［9］的甬優1540 秈粳雜交大米為研究對象，研究其在不同溫度（15、25、35 ℃）下色澤、理化性質、蒸煮特性、米飯質構特性、糊化特性相關指標的變化規律，分析指標間相關性，并結合氣相-離子遷移譜（gas chromatographyion mobility spectrometry，GC-IMS）等先進檢測手段分析大米的揮發性成分變化［10］，旨在為進一步明確秈粳雜交大米陳化特性提供理論依據及數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甬優1540 秈粳雜交稻谷于2020年11月采購于浙江省寧波市象山縣，參照《GB/T 29890-2013 糧油儲藏技術規范》［11］的方法貯藏，待用。

石油醚、酚酞試劑、氫氧化鉀、結晶牛血清蛋白、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、30%過氧化氫、濃硫酸、高錳酸鉀、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、重鉻酸鉀、冰醋酸、乙醚、鹽酸半胱氨酸、鹽酸胱氨酸，均為分析純，上海麥克林生化科技有限公司；疏基含量測定試劑盒，南京建成生物工程研究所。

1.2 儀器與設備

X-Rite CI60 型色差儀，愛色麗（上海）色彩科技有限公司；SH-1000酶標儀，美國賽默飛世爾科技有限公司；TA.XT PlusC 型質構儀，英國Stable Micro Systems公司；RVA-TecMaster 快速黏度儀，瑞典Perten 公司；FE28 型pH 計，梅特勒托利多科技（中國）有限公司；HWS-250 型恒溫恒濕箱，寧波賽福實驗儀器有限公司；FlavourSpec?風味分析儀，德國GAS公司。

1.3 試驗方法

將剛出庫的甬優1540 雜交稻谷按照《GB/T 1354-2018 大米》［12］標準碾成一級大米。再將碾好的甬優1540 雜交大米（精白米）裝入0.03 mm 聚乙烯（polyethylene，PE）袋中（每袋2 kg），密封后分別置于15、25、35 ℃（濕度60%）恒溫恒濕箱中，每隔30 d 取樣，檢測理化與品質指標，分別在第0、第90、第180 天用FlavourSpec?風味分析儀開展GC-IMS 分析，每個樣品平行測定3次。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 色澤測定 在一份樣品的中心位置取約50 g大米裝進石英皿中，采用色差儀測得L*、a*、b*值。

1.4.2 理化性質測定 水分含量根據《GB 5009.3-2016 食品安全國家標準 食品中水分的測定》［13］測定；脂肪含量根據《GB 5009.6-2016 食品安全國家標準食品中脂肪的測定》［14］測定；脂肪酶活力按照《GB/T 5523-2008 糧油檢驗 糧食、油料的脂肪酶活動度的測定》［15］中的堿滴定法測定；蛋白質含量按照《GB 5009.5-2016 食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》［16］測定；巰基含量根據試劑盒法測定［17］；過氧化氫酶活力參照《GB/T 5522-2008 糧油檢驗 糧食、油料的過氧化氫酶活動度的測定》［18］測定。

1.4.3 米飯質構特性測定 稱取大米樣品200 g，清洗干凈后，按照1∶1.3（m∶V）加水，浸泡30 min后蒸煮，燜飯20 min，冷卻10 min；取適量米飯裝入10 cm 培養皿中（米飯量明顯高過培養皿邊沿），上蓋后用500 g砝碼壓實5 min；之后選用P36/R 探頭，選用質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式［19］測定米飯的硬度、黏度、彈性。

1.4.4 蒸煮特性測定 將約8 g大米樣品（m0）放入高10 cm、直徑4 cm 的已知質量的圓柱形金屬籠內，將金屬籠懸掛在裝有160 mL 蒸餾水的燒杯中。將燒杯先用猛火煮沸1 min，然后再用文火煮28 min（水溫99 ℃）。取出金屬籠，瀝米湯2 min 后；稱取蒸煮后的米飯質量（m1）、大米蒸煮前的容積（V0）和蒸煮后米飯的容積（V1），按照公式計算吸水率和膨脹率：

將殘留在燒杯中的米湯冷卻至室溫，用pH計測定米湯pH 值；量取定容至200 mL 的米湯10 mL，稱其質量（m2），置于玻璃稱量管中，于105 ℃干燥8 h，稱取得到的固形物質量（m3），按照下式計算米湯固形物含量：

1.4.5 糊化特性測定 參照趙卿宇等［20］的方法，通過快速黏度測量儀測得的黏度變化曲線，記錄峰值黏度、糊化溫度、回生值、崩解值。

1.4.6 大米揮發性成分測定 每處理隨機取5 g 樣品，置于20 mL 頂空瓶中，80 ℃孵育15 min 后頂空進樣，進樣體積500 μL，進樣針溫度85 ℃，孵化轉速500 r·min-1；載氣為高純氮氣。用FlavourSpec?風味分析儀進行GC-IMS 分析，每個樣品平行測定3 次。GCIMS測試條件參照朱麟等［21］的方法。

1.5 數據處理

每組試驗重復3～6 次，結果以平均值±標準差表示；利用SPSS 20.0 軟件進行數據顯著性分析（oneway AVOVA）及因子分析［22］，采用Origin 2018 軟件制圖；采用FlavourSpec?風味分析儀內置的VOCal軟件分析圖譜，應用軟件內置的NIST 數據庫和IMS 數據庫對物質進行定性分析，采用Gallery Plot 插件分析指紋圖譜。

2 結果與分析

2.1 不同溫度對秈粳雜交大米色澤的影響

色澤是大米商品性的重要衡量指標，目前較為常用的是Lab 法［23］。圖1 是不同溫度下稻米色澤L*、a*、b*值的變化趨勢圖，從圖中可以看出，隨著貯藏時間的延長，3 個指標呈現不同的變化趨勢，其中L*值呈現下降趨勢，且3 個處理均表現為前30 d 下降較快，后期下降幅度相對較小，說明在3種溫度下，甬優1540雜交大米均在一月以內快速暗化，而后期明度下降較緩慢（圖1-A）；3 種處理a*值呈上升趨勢，上升幅度與貯藏溫度呈正比，35 ℃貯藏的大米a*值明顯高于其他兩個溫度稻米，而25 ℃處理a*值僅在貯藏60 d 后略高于15℃貯藏的大米（圖1-B），說明溫度越高，秈粳雜交大米顏色向偏紅方向變化越快；3種處理b*值呈反復波動的趨勢，但3 種溫度下秈粳雜交大米的b*值差異明顯，溫度越高，b*值越大（圖1-C），說明貯藏溫度升高在一定程度上加速了大米的黃化。

圖1 不同溫度對甬優1540大米貯藏期間色澤的影響Fig.1 Effect of different temperature on color of Yongyou1540 rice during storage

2.2 不同溫度對秈粳雜交大米理化性質的影響

2.2.1 水分含量變化規律 適當的水分含量對于大米的貯藏具有重要作用［24］。由圖2 可知，隨著貯藏時間的延長，不同溫度下的大米水分含量呈現緩慢下降的趨勢，且溫度越低，水分含量下降越慢。貯藏180 d時，15、25、35 ℃ 3 種溫度貯藏的大米水分含量分別從13.98%下降至13.42%、13.19%、13.13%，分別降低了0.56、0.79 和0.85 個百分點，說明高溫會在一定程度上加速秈粳雜交大米貯藏期的水分散失。

圖2 不同溫度對甬優1540大米貯藏期間水分含量的影響Fig.2 Effect of different temperature on water content of Yongyou1540 rice during storage

2.2.2 脂肪含量和脂肪酶活力變化規律 脂肪是大米中的重要營養物質，而脂質在脂肪酶等的作用下發生氧化、水解，被認為是導致大米陳化的最主要因素［25］。由圖3 可知，隨著貯藏時間的延長，3 種溫度下的秈粳雜交大米脂肪含量和脂肪酶活力均呈下降趨勢，且溫度越高，其值下降越快，貯藏180 d，15、25、35 ℃ 3 種溫度貯藏的大米脂肪含量分別下降0.07、0.09、0.11個百分點，脂肪酶活力降幅分別為27.12%、52.05%、56.86%，不同處理間差異明顯。

圖3 不同溫度對甬優1540大米貯藏期間脂肪含量及脂肪酶活力的影響Fig.3 Effect of different temperature on fat content and lipase activity of Yongyou1540 rice during storage

2.2.3 蛋白質和巰基含量變化規律 大米中蛋白質、巰基含量是衡量蛋白質氧化程度的常用指標［26］。由圖4 可知，隨著貯藏時間的延長，不同溫度貯藏的秈粳雜交大米蛋白質和巰基含量呈下降趨勢，貯藏溫度越高，其值下降越快，貯藏180 d，15、25、35 ℃ 3種溫度貯藏的蛋白質和巰基含量分別下降了1.34、1.60、2.65和0.36、0.61、0.93個百分點，各處理間差異明顯。

圖4 不同溫度對甬優1540大米貯藏期間蛋白質及疏基含量的影響Fig.4 Effect of different temperature on protein and sulfhydryl content of Yongyou1540 rice during storage

2.2.4 過氧化氫酶活力變化規律 過氧化氫酶是大米儲藏過程中去除活性氧的關鍵酶之一，可將脂類氧化形成的H2O2分解為H2O 與O2，減少活性氧損傷［27］。由圖5 可知，隨著貯藏時間的延長，不同溫度貯藏的秈粳雜交大米過氧化氫酶活力呈現下降趨勢，貯藏溫度越高，其值下降越快，貯藏180 d，15、25、35 ℃ 3種溫度貯藏的過氧化氫酶活力從8.29 U·mL-1下降至6.40、5.26、2.59 U·mL-1，說明低溫可在一定程度上延緩過氧化氫酶活力下降。

圖5 不同溫度對甬優1540大米貯藏期間過氧化氫酶活力的影響Fig.5 Effect of different temperature on catalase activity of Yongyou1540 rice during storage

2.3 不同溫度對秈粳雜交大米蒸煮后質構特性的影響

大米蒸煮后的質構是其食用品質的直觀體現。由圖6可知，隨著貯藏時間的延長，不同溫度貯藏的大米蒸煮米飯都呈現硬度逐漸上升、黏著性和彈性逐漸下降的趨勢，貯藏溫度越高，曲線斜率越大。在圖6-A中，新鮮秈粳雜交大米米飯的硬度為0.10 kg·cm-2，在15、25、35 ℃ 3種溫度下貯藏180 d后，米飯硬度分別升至0.15、0.19、0.21 kg·cm-2；圖6-B、C 中，新鮮秈粳雜交大米米飯的黏度和彈性為174.55和0.70，在15、25、35 ℃ 3 種溫度下貯藏180 d 后，米飯黏度分別降至143.61、130.96、105.34；彈性降至0.26、0.23、0.20，各處理間均存在明顯差異。

圖6 不同溫度對甬優1540大米貯藏期間質構特性的影響Fig.6 Effect of different temperature on texture characteristics of Yongyou1540 rice during storage

2.4 不同溫度對秈粳雜交大米蒸煮特性的影響

米飯的蒸煮特性是評價大米食用品質的重要指標，其中吸水率、膨脹率、米湯pH值、米湯固形物含量與米飯的口感息息相關。圖7 為不同溫度的秈粳雜交大米在不同貯藏期吸水率、膨脹率、米湯pH 值及米湯固形物含量4 個指標的變化趨勢圖。吸水率和膨脹率隨著貯藏時間的延長呈現上升趨勢，其中，35 ℃貯藏的大米吸水率在前60 d 增長較快、后期升高趨勢減緩，而25、15 ℃處理組在90 d 前增長緩慢，后期增速較快；25、15 ℃處理組的大米膨脹率在前30、60 d數值幾乎無變化。米湯固形物含量隨貯藏時間的延長呈快速下降趨勢；而米湯pH值存在波動向下的變化規律。可見溫度對秈粳雜交大米蒸煮特性影響明顯，表現為溫度越高，蒸煮特性變化幅度越大。

圖7 不同溫度對甬優1540大米貯藏期間蒸煮特性的影響Fig.7 Effect of different temperature on cooking characteristics of of Yongyou1540 rice during storage

2.5 不同溫度對秈粳雜交大米糊化特性的影響

糊化特性是評判稻米蒸煮、食用、加工品質優劣的重要指標［28］。由圖8可知，隨著貯藏時間的延長，峰值黏度、崩解值、回生值、糊化溫度具有相似的變化規律，其值總體呈現上升趨勢，其中，15、25 ℃貯藏的大米的峰值黏度分別在第90～150 天、90～120 天時小幅下降；15 ℃貯藏的大米崩解值在150～180 d 略有下降；不同貯藏溫度明顯影響秈粳雜交大米的糊化品質，溫度越高，其峰值黏度、崩解值、回生值、糊化溫度4個指標值變化斜率越大，貯藏180 d，35 ℃貯藏的秈粳雜交大米4個糊化指標值分別由新米的2 514、987.50、975.50 mPa·s、73.50 ℃上升至3 418、1 694.00、1 843.00 mPa·s、78.20 ℃，增幅分別為35.96%、71.54%、88.93%、6.39%，而25 ℃和15 ℃貯藏大米4 個糊化指標的增幅分別為16.07%、36.41%、51.72%、3.67%和13.13%、21.32%、33.68%、3.81%。

圖8 不同溫度對甬優1540大米貯藏期間糊化特性的影響Fig.8 Effect of different temperature on gelatinization characteristics of Yongyou1540 rice during storage

2.6 理化指標相關性及PCA分析

對各理化指標進行相關性分析和主成分分析（principal component analysis，PCA），結果如圖9～10所示。由圖9 可知，各指標之間均存在相關性，除b*等少數指標外，各指標顯著相關（P＜0.01）；對各處理指標進行主成分分析，提取兩個公因子，其貢獻率為80.49%和9.56%（累計貢獻率為90.05%），分別命名為因子1 和因子2，如圖10所示。結合各指標的現實意義，認為因子1 的正方向為大米品質較優的公因子，而因子2 代表其他品質的公因子。由圖10 可知，米湯固形物含量、脂肪酶活力、脂肪含量、蛋白質含量、過氧化氫酶活力、黏著性、L*值、水分含量等指標在公因子1的正方向，而回生值、硬度、彈性、吸水率、膨脹率、糊化溫度等指標在公因子1的負方向。

圖9 各指標相關性分析Fig.9 Correlation among indicators

圖10 還列出了不同溫度處理甬優1540 大米綜合品質得分在主成分分析圖中的位置分布，結果表明，不同貯藏溫度、不同貯期大米的得分點分布存在差異，其中15 ℃處理組的得分點在因子1 的正方向和因子2 的負方向（零點右下方向）較集中，25 ℃處理組的得分點分布在因子1 和因子2 的零點兩側分布（零點中心附近），而35 ℃處理組的得分點則聚集在因子1的負方向和因子2的正方向（零點左上方向），結合因子1、2代表的實際意義可知，溫度越高、貯藏時間越長，稻米貯藏品質下降越明顯，不同處理間的差異明顯。

圖10 各指標主成分分析（PCA）示意圖Fig.10 Schematic diagram of principal component analysis（PCA）of each index

2.7 不同溫度對秈粳雜交大米揮發性成分的影響

圖11為不同溫度貯藏秈粳雜交大米在0、3、6個月時的揮發性風味GC-IMS 指紋圖譜，其中每一行代表一個樣品中檢出的揮發性物質，每一列代表同一揮發性物質在不同樣品中濃度信號峰；信號峰的顏色明暗代表該物質的濃度高低，其中藍色越深表示信號強度越弱、紅色越深代表信號強度越強，黑色為背景色。通過GC-IMS 共鑒定出75 種揮發性風味物質，其中可定性58 種，主要包含醇類、醛類、酮類、萜類等物質，以及少量酯類、雜環類化合物。

從圖11可以直觀看出，貯藏3個月時，秈粳大米中大部分醇酮類物質含量升高、醛類物質含量降低，貯藏6 個月時，萜類物質含量明顯升高；高溫貯藏（35 ℃）的大米醇醛類物質含量低于中低溫（25、15 ℃），而酮類物質含量高于后者。

對比不同貯藏溫度下大米揮發性成分的變化，隨著貯藏時間延長、貯藏溫度升高，2-辛烯醛、2-戊烯醛、苯甲醛、庚醛、丁醛、3-甲基-2-丁醇、庚醇等醛醇類物質含量逐漸下降；2-丁酮、2-戊酮、檸檬烯、β-吡喃酮烯、β-蒎烯等酮烯類物質含量逐漸上升；正戊醇、正己醇、芳樟醇、1-辛烯-3-醇、2-庚烯醛、α-蒎烯、苯乙烯、乙酸乙酯等物質含量由低（或未檢出）先升高再下降；戊醛、己醛、壬醛、辛醛、乙酸乙酯等物質含量先降低后升高，可見在貯藏過程中，秈粳大米揮發性物質發生極其復雜的變化，其中，酮烯類物質與大米品質陳化趨勢相同，可作為大米陳化的主要風味考察指標。

3 討論

脂類、蛋白質、淀粉等成分變化是大米發生陳化的主要原因［29］。劉姍［8］前期研究指出，秈粳雜交大米在貯藏過程中直鏈淀粉含量升高。本試驗在其研究基礎上開展深入研究發現，在陳化過程中，秈粳雜交大米脂肪、蛋白質、巰基等物質含量逐漸下降，脂肪酶、過氧化氫酶等酶活力逐漸降低，說明其組織內部發生了脂質氧化反應［3］及蛋白質結構變化（蛋白質肽鏈上的巰基相互反應產生新的蛋白質聚集體）［4］；組織內生化反應的外在表現為稻米的色澤變暗、變深（紅黃），大米的吸水率、膨脹率上升，米湯固形物含量下降，其蒸煮米飯的硬度升高，黏著性、彈性下降，峰值黏度、崩解值、回生值、糊化溫度等糊化指標均明顯上升。

秈粳大米陳化中品質指標變化規律總體與秈、粳稻米相似［5-6］。但本研究發現，其在蛋白質含量變化規律方面具有自身獨特性。王娜等［30］在研究矮64S品種貯藏特性時發現秈型雜交稻蛋白含量變化很小，30 ℃貯藏225 d，含量下降近0.55 個百分點。趙卿宇等［20］研究發現，遼星大米（粳米）貯藏300 d（37 ℃），蛋白質含量僅下降0.59個百分點，而本研究甬優1540雜交大米貯藏180 d（25～35 ℃），蛋白質含量下降1.60～2.65個百分點，說明秈粳大米蛋白質含量下降幅度高于秈型或粳型大米，這進一步驗證了李娟等［31］的研究結論。李凡［7］研究認為，甬優15、春優84 和春優927 等3 種秈粳雜交大米的清蛋白和球蛋白含量隨貯藏時間延長而逐漸降低，特別是在經歷夏季高溫高濕后下降尤為明顯。Zhu 等［32］通過基于液相色譜-質譜的廣靶代謝組學技術，篩選出19 種甬優1540 稻新、陳米之間的關鍵差異代謝物，指出與其代謝物差異最相關的關鍵途徑為：纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成，半乳糖代謝、賴氨酸生物合成和降解以及谷胱甘肽代謝，說明蛋白質、氨基酸代謝在秈粳雜交大米陳化過程中起到舉足輕重的作用，和常規秈、粳稻存在差異［33］。

揮發性成分（香氣）是大米商品性的重要方面。崔琳琳等［34］認為，粳米和秈米中的重要風味物質主要是醛類、酮類和醇類，如己醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、2-戊基呋喃等物質。秈粳雜交大米與秈、粳米相比具有獨特的風味品質特征，即醇類物質含量偏低，醛、酯類物質含量偏高［21］。畢文雅等［35］在研究甬優15 秈粳雜交米陳化時指出，隨著貯藏時間的延長，其揮發性成分中的烯烴類、醇類、醛類物質含量呈上升趨勢，烷烴類和酸類呈下降趨勢，酮類和脂類變化不明顯。而本研究發現甬優1540 雜交稻米的揮發性成分變化更為復雜，在貯藏前期（0～90 d），醇酮類物質含量升高、醛類物質含量降低，而后期（90～180 d）萜類物質含量明顯升高。兩種秈粳米之間存在差異，說明稻米品種不同導致其揮發性成分變化存在差異。

稻米品質與揮發性物質變化密切相關。如Wang等［29］研究指出，大米貯藏過程中糖、脂肪酸和其他代謝物含量減少，醇、醛、酚和胺含量增加，其中脂質代謝顯著影響大米的品質；Yuan 等［36］利用RNA 測序技術明確了導致上述變化的遺傳機制，指出大米在貯藏過程中，脂肪酶基因表達量升高，而過氧化氫酶基因表達量降低，導致稻米脂類水解和氧化加快，進而形成了一系列脂質降解產物（如脂肪酸、醛類、酮類等），降低了風味品質；而溫度升高會加劇大米內的生理生化反應［37］；Zhu 等［32］進一步分析指出甬優1540 在陳化過程中，鳥苷3，5-環磷酸鹽、哌可酸等與棕櫚油酸相關的脂質代謝產物含量顯著上升，脂質代謝是秈粳大米陳化的主要因素。本研究也進一步驗證了上述結論，即秈粳大米易受高溫影響而加劇陳化，其組織內的脂肪、蛋白質、淀粉等指標含量及其作用酶活力下降加快，色澤、米飯蒸煮特性、米飯質構、糊化特性等指標也隨之變化。

4 結論

隨著貯藏時間的延長，甬優1540 秈粳雜交大米脂肪、蛋白質、巰基等物質含量逐漸下降，脂肪酶、過氧化氫酶等酶活力逐漸降低，大米L*值下降、a*值上升，大米蒸煮吸水率、膨脹率及米飯硬度上升，米飯彈性、黏著性、米湯固形物含量下降，峰值黏度、崩解值、回生值、糊化溫度等糊化特性指標均持續上升；除b*等少數指標外，各指標間相關性顯著（P＜0.01）。GC-IMS 分析結果表明，甬優1540 稻米在貯藏過程中發生較復雜的變化，在貯藏前90 d，醇酮類物質含量升高、醛類物質含量降低，90～180 d 萜類物質含量明顯升高。貯藏溫度是影響稻米品質的重要因素，溫度升高會加劇以上反應的進程，加速陳化。