天津“小站稻”儲藏過程中的品質變化

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.天津科技大學食品科學與工程學院，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等營養素。近年來，隨著農業科技的發展，大米年產量持續提高，糧倉收儲量也不斷增加，但倉內溫度、濕度等儲藏環境的變化，以及籽粒呼吸作用和內部酶促作用致使其品質隨著儲藏時間的延長而不斷劣變，甚至完全失去食用品質和商業價值，給國家和倉儲企業帶來不可估量的損失[2]。

倉儲環境中溫度是影響大米儲藏品質的重要因素之一，考慮到儲藏溫度上升是造成大米品質快速下降的原因之一，而37 ℃又被看作是大米發生品質變化的臨界溫度。例如，Liu 等[3]在37 ℃儲藏稻谷的研究中發現，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性呈現上升趨勢。

“小站稻”是天津市具有地域特色的品牌，以其特有的營養品質而名揚中外，深受大眾喜愛。相關研究發現，相比我國北方地區種植的其他粳稻品種，“小站稻”具有蛋白質含量高、米飯質地松軟、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、蒸煮特性和質構特性等理化性質的變化規律，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）：天津市致遠化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

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 質構分析儀：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國家農業科技園。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 蛋白質含量測定

儲藏過程中大米蛋白質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、滴定和記錄滴定數據[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，平行3 組試驗[8]。

1.3.4 糊化特性測定

采用美國谷物化學協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 內攪拌器的轉速為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據進行記錄。

1.3.5 流變學特性測定

利用快速黏度儀制樣，測試樣品降至室溫后測試動態與靜態流變特性。

1.3.5.1 動態黏彈性測定

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振蕩頻率。掃描應變為0.5%，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律[12]。

1.3.5.2 靜態流變學特性測定

按照1.3.5.1 的步驟加樣品，設置紅外流變聯用儀測定溫度為25 ℃，剪切速率在3 min 內從0 s-1增加到300 s-1，之后在3 min 內從300 s-1降低到0 s-1，測定剪切應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[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，置于已知質量的鋁制小瓶中，使用蒸餾水沖洗大米至少5 遍除去雜質，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，稱其質量（取小數點后一位），按公式（1）計算吸水率。

式中：X為大米吸水率，%；G1為大米質量，g；G2為米飯質量，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，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 質構特性測定

采用1.3.7 方法制樣，使用質構分析儀進行質構特性測定，探頭為P/100，測定參數：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 數據處理

采用Origin Pro 9.0 以及SPSS 19 對試驗數據進行處理及顯著性統計分析，顯著性差異水平為p＜0.05，且所有試驗均重復3 次。

2 結果與分析

2.1 儲藏過程中蛋白質含量的變化規律

蛋白質含量隨儲藏時間的變化見圖1。

圖1 蛋白質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，蛋白質含量呈現先增加后降低的趨勢，本研究結論與蔡沙等[16]的研究結論一致。儲藏90 d 的大米樣品蛋白質含量最高，而未儲藏的大米樣品蛋白質含量最低，表明37 ℃儲藏環境可以提升大米中蛋白質的含量。

2.2 儲藏過程中膠稠度的變化規律

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、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品中的蒸煮特性和食用品質[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合的能力和溶脹程度，結果表明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峰值黏度高于新鮮稻谷。此外，研究還發現儲藏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，大米內部結構更加緊密。

2.4 儲藏過程中流變特性的變化規律

2.4.1 動態黏彈性

動態黏彈性隨儲藏時間的變化見圖4。

圖4 動態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絡結構特征，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絡具有較強的彈性特征，呈現為弱凝膠體系[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，反映了凝膠網絡的剛性和彈性，由圖4a 可知，儲能模量隨儲藏時間延長呈現增大的趨勢，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，反映凝膠網絡的黏性特征[20]，由圖4b 可知，損耗模量呈現下降的趨勢，表明大米的黏性降低，這與糊化特性結果相一致。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出更黏的凝膠網絡結構，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 靜態流變學特性

靜態流變學特性隨儲藏時間的變化見圖5。

圖5 靜態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，測試樣品的內部網絡結構受到破壞，當剪切速率降低時，在短時間內樣品不能恢復到原始的狀態，因而形成一個閉合的觸變環[22]。觸變環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，越難以恢復到原來的狀態[12]。由圖5 可知，米粉的剪切應力在低剪切速率下急速增加，分子間氫鍵斷裂，凝膠網絡結構遭到破壞，并在高頻率下逐漸穩定，表明分子從開始的網絡結構轉為定向流動，表現出剪切稀化行為[21]。此外，隨儲藏時間的延長，觸變環面積越來越小，表明大米所形成的凝膠網絡越來越不易被破壞，抗剪切力強。

2.5 儲藏過程中蒸煮品質的變化規律

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，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境下，籽粒內部果膠蛋白質、纖維素等物質的細胞壁結構受到不同程度的損傷，導致細胞吸水性提升；此外，儲藏高溫條件改變了大米內部淀粉的微晶結構，表現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，籽粒內部脂類物質降解生成游離脂肪酸、有機酸類等，導致米湯pH 值逐漸降低[4]。另外，還可能是因為籽粒中蛋白質降解為氨基酸，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，進而導致米飯綜合評分逐漸下降。可能的原因是隨著儲藏時間的延長，米飯吸水率和體積膨脹率皆提升，導致米飯外觀亮度、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 儲藏過程中質構特性的變化規律

米飯的質構特性是體現米飯食用品質的重要理化指標，包括硬度、黏著性、彈性、咀嚼性和回復性。

米飯的質構特性隨儲藏時間的變化見表3。

表3 質構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，儲藏高溫環境導致大米淀粉加速老化，淀粉的羥基與蛋白質分子電荷基團發生相互作用形成復合物，導致米飯硬度增加[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致其內部結構改變，進而表現為黏著性降低。此外，37 ℃儲藏條件下，大米內部淀粉酶的催化導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致米飯黏著性下降[15]。本研究結論與趙卿宇等[4]研究結果一致。

本研究還發現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致表面破裂，進而表現為米飯彈性和咀嚼性降低。

3 結論

本文研究天津“小站稻”儲藏過程中的品質變化特征規律。結果表明：大米于37 ℃環境條件儲藏過程中，隨著儲藏時間的延長，大米中蛋白質的含量先升高后降低，但大米膠稠度逐漸降低，儲藏180 d 后，大米呈現出更高的峰值黏度和谷值黏度，表明其內部結構變得更加緊密；流變學特性顯示隨著儲藏時間延長，大米形成的凝膠網絡結構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部微晶結構，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部脂類物質降解生成游離脂肪酸、有機酸類等，導致米湯pH 值逐漸減小。隨著儲藏時間延長，米飯綜合評分逐漸降低，質構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，結構愈緊密，黏性降低。本研究可為天津小站稻的安全儲藏提供參考。