不同品种大米组分含量与米饭加工品质特性的关系

李枝芳，姚轶俊，张 磊，王立峰*

（南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏 南京 210023）

大米组分主要有淀粉、蛋白质、脂肪、水和微量元素等，不同品种大米的外观品质（如垩白度、长宽比）以及内部组分含量具有显著差异，对其糊化性质和米饭的质构品质均有不同程度影响。有研究表明，蛋白质会使大米吸水难度增加，不利于大米的糊化[1]。此外，大米糊化过程中淀粉糊化吸热会受到脂质链熔化吸热的干扰，并且脂质会与直链淀粉或支链淀粉形成复合物放热，降低淀粉的糊化焓[2]。经快速黏度分析（rapid visco analysis，RVA）测试，直链淀粉含量提高会导致大米拥有较高的回生值，直链淀粉含量低则会使大米有较高的糊化温度和崩解值，并且吸水性指数也会提高[3]。大米组分对米饭质构品质也有不同程度的影响，蛋白质通过二硫键连接形成蛋白质网络，使得糊化难度增加，相应米饭的硬度和咀嚼度也增加[4-5]。脂肪和脂肪酸的含量对大米的适口性无显著影响，但是食用品质高的大米一般亚油酸含量较高[6]。一般来说，直链淀粉含量较高的大米所制成米饭质地较硬且黏度低，饭粒干燥松散、香味不足；而直链淀粉含量较低的大米所制成米饭质地过软且弹性较差[7-8]。

目前已有相关研究通过测定不同品种大米的部分组分含量并与米饭的蒸煮品质之间构建相关性，但是对大米组分的覆盖范围有限，且对米饭的评价指标各异，同时比较大米糊化性质和米饭蒸煮品质的研究相对较少。因此本实验在比较不同品种大米的组分含量和加工品质之间差异性的基础上，通过系统分析组分含量与大米糊化特性和米饭质构的相关性，在多组分的前提下，研究对大米糊化特性和米饭质构品质影响最显著的特征组分并分析其相关性，为大米加工的适宜性研究提供理论参考，同时还可以反向指导作物育种，选育出具有特定加工用途的大米品种。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

15 种原料水稻（沈农265、宁粳43、武运、吉粳88、兆香1号、Y两优1号、天丰优316、丰两优四号、天优998、南粳46、特优582、宁81、辽星1号、桂育9号、中嘉早17）由自浙江省水稻研究所提供。

氢氧化钠、盐酸、无水乙醇、碘、碘化钾、石油醚、Tris-HCl、过硫酸铵、考马斯亮蓝、冰醋酸（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；直链淀粉和支链淀粉标准品 北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

YJ597M自动电饭煲 广东美的生活电器制造有限公司；SOP电子天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；TA-XT plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司；TDL-5-A离心机 上海安亭科学仪器厂；HH-4数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；101A-0电热鼓风干燥箱 上海苏进仪器设备厂；M2e多功能酶标仪 美谷分子仪器（上海）有限公司；真空冷冻干燥机 美国LABCONCO公司；FOX3000型电子鼻法国AlphMOS公司。

1.3 方法

1.3.1 稻谷的碾磨加工

将原料稻谷经过除杂后放入砻谷机脱去稻壳，得到的糙米放入碾米机中碾磨1 min后取出，得到精米备用。

1.3.2 大米外观品质测定

根据NY/T 83—2017《米质测定方法》测定大米的糙米率、精米率、垩白度、长宽比等相关外观品质。

1.3.3 大米基础组分质量分数的测定

大米水分质量分数测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》；脂肪质量分数测定参照GB/T 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》（索氏抽提法）；蛋白质量分数测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》（凯氏定氮法）。淀粉质量分数测定参照GB/T 5009.9—2016《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》（酶水解法）。直链淀粉质量分数测定参照GB/T 15683—2008《大米 直链淀粉含量的测定》。

1.3.4 大米各级分蛋白质量分数测定

根据Osborne分级原理，配制1 mg/mL的牛血清白蛋白标准溶液，分别量取标准液0.00、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mL于具塞试管中，加蒸馏水补至1.0 mL，向每支试管分别加入5 mL考马斯亮蓝，2 min后在595 nm波长处测其吸光度，绘制标准曲线。分别用蒸馏水、质量分数5% NaCl溶液、体积分数70%乙醇溶液和0.05 mol/L NaOH溶液作提取液，按照1∶10的料液比经过磁力搅拌和离心得到含有不同级分蛋白的样液，取1 mL提取液，按照上述操作测定其在595 nm波长处的吸光度，根据标准曲线换算各级分蛋白的质量分数。

1.3.5 大米糊化特性的测定

由1.3.1节制得的样品提前测定好水分质量分数后，根据RVA软件分析得到样品所需质量，称量样品并放入小铝盒中，加入25 mL蒸馏水，快速搅拌后放入RVA仪，采用系统检测程序标准1测定，即5 ℃/min升温至95 ℃并保持5 min；随后样品以5 ℃/min的速率降温至50 ℃并保温4 min，得到不同品种大米的糊化参数。

1.3.6 米饭蒸煮品质及气味的测定

根据GB/T 15682—2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》制备小份米饭，质构仪经过校正，采用P36/R号探头，以测中速率1 mm/s、压缩比75%测定米饭的硬度、弹性等参数，每次3 粒米，8 次平行，分析比较不同大米米饭的质构参数。米饭冷却后，称3～5 g放入可以顶空进样的小瓶中，每个样品3 个平行，测定参数为：清洗时间120 s、进气速率0.8 L/min、检测时间120 s，每0.1 s记录存储1 次电子鼻数据[9]。

1.4 数据统计分析

利用SPSS软件进行实验数据相关性分析（Pearson相关系数法）、聚类分析和主成分分析，采用Duncan’s新复极差法进行多重比较，结果以±s表示。

2 结果与分析

2.1 不同品种大米的外观品质及各组分质量分数

15 种大米的表观物理性质和组分含量如表1、2所示，各品种的变异系数如表3所示。可以看出，水分、灰分、脂肪平均质量分数分别为13.03%、1.43%和3.68%，变异系数均小于10%，说明在不同品种之间上述指标差异不明显，相比较于其他组分，这类物质在大米中的含量相对较少。垩白是大米胚乳中白色不透明的部分，由胚乳淀粉粒之间存在空隙引起透光性改变所致[10]。垩白度是大米中垩白部位的面积占米粒投影面积的比例，是大米外观品质的重要指标之一，不同品种之间的垩白度平均值为7.79%，变异系数96.27%，数据之间离散程度高，表明不同品种大米之间品质差异明显，大米品质差异对米饭的品质特性和气味特性会产生影响[11]。15 个品种大米的蛋白质量分数在（6.18±0.15）%～（8.98±0.12）%之间，平均值为7.89%，大米中的蛋白质按照溶解度不同分为水溶性清蛋白、盐溶性球蛋白、醇溶性醇溶蛋白和碱溶性谷蛋白4 级。其中清蛋白质量分数最低，平均值为0.34%，谷蛋白质量分数最高，平均值为6.80%，谷蛋白作为贮藏蛋白，是大米蛋白的主要组分。淀粉平均质量分数为69.24%，直链淀粉平均质量分数为17.10%。蛋白质和淀粉是大米的两大主要营养成分，大米的食用品质受其中蛋白质和直链淀粉含量影响较大[12]。15 种大米的蛋白、淀粉质量分数之间存在明显差异，品种、产地、环境等因素会导致大米组分含量有所改变。其他组分及物理品质指标中，‘辽星1号’水分质量分数最高，为（14.00±0.08）%；‘Y两优1号’灰分质量分数最高，为（1.54±0.09）%；‘宁粳43’脂肪质量分数最高，为（4.00±0.05）%；‘兆香1号’蛋白质量分数最高，为（8.98±0.12）%；‘吉粳88’糙米率和精米率最高，分别为（20.13±0.23）%和（17.22±0.16）%；‘兆香1号’垩白粒率和垩白度最低，分别为（0.11±0.01）%和（0.15±0.01）%，‘兆香1号’长宽比最高，为（3.83±0.16）%，是典型的籼型大米；‘宁粳43’清蛋白质量分数最高，为（0.52±0.04）%；‘沈农265’球蛋白质量分数最高，为（0.61±0.04）%；‘南粳46’醇溶蛋白质量分数最高，为（0.86±0.06）%；‘宁81’谷蛋白质量分数最高，为（6.62±0.50）%；‘Y两优1号’淀粉质量分数最高，为（76.85±5.98）%；‘中嘉早17’直链淀粉质量分数最高，为（25.92±5.95）%。

表1 大米表观物理品质Table 1 Apparent physical qualities of rice

表2 大米组分含量Table 2 Contents of chemical components in rice

表3 大米理化指标分析结果Table 3 Physicochemical properties of rice

2.2 不同品种大米糊化特性

表4 大米RVA糊化参数Table 4 RVA gelatinization parameters of rice starch

不同品种大米的糊化参数如表4所示。大米经过RVA测试得到糊化曲线，由曲线可得到7 个参数值，分别为峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最终黏度、回生值、峰值时间和糊化温度。其中崩解值是峰值黏度和谷值黏度的差值，体现糊化的差异，回生值是最终黏度和谷值黏度的差值，体现短期老化回生的差异[13]。结果显示，峰值黏度最高为‘南粳46’（（5 057.0±41.3）cP），谷值黏度最高为‘特优582’（（2 922.0±195.4）cP），崩解值最高为‘南粳46’（（2 939.0±60.7）cP），最终黏度最高为‘特优582’（（4 945.0±73.2）cP），回生值最高为‘中嘉早17’（（2 240.0±40.6）cP），糊化温度最高为‘Y两优1号’（（81.17±0.45）℃）。一般来说，峰值黏度反映了淀粉颗粒的膨胀程度或者结合水的能力，常与产品的最终品质相关，通常峰值黏度越高，样品黏滞性越强。崩解值越大，大米糊的热稳定性越低；回生值越高，样品冷糊稳定性越低，凝胶性越强，越易老化[14]。所以，‘南粳46’、‘兆香1号’、‘吉粳88’、‘宁81’和‘辽星1号’等热稳定性较低，在加热吸水过程中，颗粒更易破损，更易吸水糊化，糊化温度也相对较低，这类品种的大米在制品加工时要注意控制水量。‘特优582’、‘中嘉早17’、‘天优998’这类大米回生值较高，更易老化，老化后氢键数量增多，凝胶强度增加，适合制备所需凝胶性强的食品[15]。

2.3 不同品种大米制得米饭的质构及气味特性

将大米按照GB/T 15682—2008蒸煮方法得到的米饭用质构仪进行TPA测试[16]，得到米饭的硬度、弹性、黏聚性、胶着度、咀嚼度和回复性如表5所示，不同品种的米饭在硬度、胶着度、咀嚼度方面差异较大，在弹性、黏聚性和回复性方面差异较小，所有米饭中，‘特优582’硬度、胶着度、咀嚼度、黏聚性和回复性均最高，分别为（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号’和‘吉粳88’弹性最大，为0.63±0.01。不同品种之间质构参数差异性较大，说明不同地域出产的大米所制备的米饭之间存在差异性。经过比较，‘特优582’的硬度、黏聚性和咀嚼度等质构指标都优于其他大米品种，综合品质较优。将不同品种米饭的硬度进行聚类分析，结果如图1所示。聚类距离为5～10时，米饭的硬度可被分为3 个亚类，‘沈农265’、‘宁粳43’、‘吉粳88’、‘兆香1号’、‘Y两优1号’、‘南粳46’、‘特优582’、‘宁81’、‘辽星1号’为一类，‘武运’、‘丰两优四号’、‘天优998’、‘桂育9号’和‘中嘉早17’为一类，‘天丰优316’为单独一类。说明品种间差异性导致了米饭硬度的差异性，差异性可能由特征组分含量不同导致，在同一亚类中米饭品种的特征组分可能对米饭硬度有相似的影响[17]。

表5 米饭质构特性Table 5 Textural characteristics of cooked rice

图1 米饭硬度聚类分析图Fig.1 Cluster analysis chart for the hardness of cooked rice from different cultivars

米饭经过电子鼻传感器分析得到了12 个不同的挥发性成分，根据图2可以得出，不同品种的米饭挥发性气味组分大致相同，在含量方面存在差异。将测得的12 个成分进行主成分分析，如图3所示，主成分1和主成分2的累计贡献率达到98%，根据主成分1和主成分2，可以将15 种大米按照米饭气味分类，‘天优998’、‘兆香1号’和‘丰两优四号’可以根据气味与其他品种米饭得到明显区分。不同类别之间的米饭有部分重叠，说明重叠部分的米饭品种在气味方面有一定的相似性。

图2 米饭气味分析雷达图Fig.2 Radar map of odor analysis for cooked rice from different cultivars

图3 米饭气味主成分分析图Fig.3 Principal component analysis of odor in cooked rice from different cultivars

2.4 不同品种大米外观品质和组分含量与其糊化特性的相关性

表6 大米理化指标与米饭糊化性质之间的相关性Table 6 Correlation between physicochemical properties of rice and gelatinization properties of rice starch

不同品种大米外观品质及组分含量与其糊化特性的相关性如表6所示，根据Pearson相关系数分析，发现水分质量分数和灰分质量分数与峰值黏度显著正相关，水分质量分数与糊化温度显著负相关，说明水分质量分数高的样品更易于吸水膨胀糊化，颗粒破裂达到糊化峰值。蛋白质量分数和脂肪质量分数与峰值黏度显著负相关，这与张宏等[18]的研究结果相同。这可能是蛋白质存在于大米颗粒中会使淀粉颗粒吸水膨胀，从而降低峰值黏度；也可能是在糊化过程中，加热使大米中的蛋白质发生变性和聚集，导致蛋白质表面积和极性氨基酸与水结合的能力降低，糊化黏度降低。谷蛋白质量分数与峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最终黏度和峰值时间显著负相关。粗脂肪能与淀粉的螺旋结构形成复合物，限制了水分子进入淀粉内部，抑制了淀粉颗粒吸水膨胀，导致糊化过程中大米黏度特性降低。当蛋白质和脂肪含量增加时，糊化温度升高，且糊化时间延长[19]。精米率与峰值黏度和崩解值显著正相关，与回生值和糊化温度显著负相关，说明大米的加工精度也与大米的糊化相关，精米率越高，说明所含加工精度更高的米粒数量越多，加工精度越高，所除去的蛋白质、脂肪等物质越多，越有利于糊化，所以其糊化黏度更高而糊化温度会降低[19-20]。垩白度与峰值黏度显著负相关，垩白粒率与峰值黏度极显著负相关，垩白部分抑制了淀粉颗粒的吸水，不利于糊化。淀粉质量分数和直链淀粉质量分数与最终黏度和回生值显著正相关，直链淀粉容易在分子内部和分子间形成氢键，增强淀粉的凝胶性，导致更易老化，回生值升高[21-22]。

2.5 不同品种大米外观品质和组分含量与米饭质构之间的相关性

表7 大米理化指标与米饭质构之间的相关性Table 7 Correlation between physicochemical indices of rice and texture properties of cooked rice

大米外观品质及组分质量分数与米饭质构各指标间的相关性分析如表7所示，水分质量分数与米饭的硬度显著正相关，这是因为对于水分质量分数较低的大米，在初期因蒸煮发生糊化时，米粒吸水不均导致腹部和背部产生体积差，使得米粒破裂，淀粉粒从裂缝流出，米饭的硬度、黏度和弹性等均会随之下降[23]。脂肪质量分数与硬度、黏聚性、胶着度、咀嚼度和回复性显著负相关。脂肪质量分数高，米饭硬度偏小，这是因为脂肪不利于淀粉的糊化膨胀，导致米饭吸水率低、偏硬，影响食味品质，因此大米脂肪与米饭的质构指标如硬度、黏聚性和咀嚼度等呈负相关[24]。垩白粒率与硬度、黏聚性和胶着度显著正相关，与回复性极显著正相关。垩白粒的胚乳细胞内淀粉和蛋白质积累不充分，淀粉粒排列疏松且颗粒间因充气产生折射，导致米粒吸水不均、不能完全糊化，这应该是其适口性差的主要原因[25]。蛋白质量分数与硬度显著正相关，与弹性和黏聚性显著负相关，这是因为蛋白质含量高的米粒之间结合较紧密使得淀粉粒间的空隙小，蛋白质本身也会干扰淀粉颗粒吸水，导致淀粉吸水速率和吸水量下降，从而使米饭黏度低且米饭硬而松散[26]。淀粉和直链淀粉质量分数与米饭硬度显著正相关，与弹性显著负相关，直链淀粉质量分数与米饭回复性极显著正相关。直链淀粉含量低的大米米饭软而黏，直链淀粉含量高的大米米饭硬而蓬松[4,27]。直链淀粉含量较高时，米粒浸泡吸水率低，蒸煮后米饭质地较生硬，黏性较差，但是咀嚼度较好[28]。直链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 结 论

通过对15 种不同品种大米的表观物理品质、组分含量和气味组成进行了测定和差异性分析，继而分别考察了大米表观物理品质、组分含量与大米糊化性质、米饭质构性质之间的相关性。结果表明，大米的品种之间各组分含量差异较大且对其品质有不同程度的影响，其中蛋白质和淀粉质量分数影响最为显著。组分中总蛋白质量分数、清蛋白质量分数、球蛋白质量分数、醇溶蛋白质量分数、谷蛋白质量分数、直链淀粉质量分数差异较大，变异系数分别为10.84%、30.33%、12.36%、18.12%、26.18%和23.73%。不同品种的米饭挥发性气味组成大致相同，在含量方面存在差异。蛋白质对大米的糊化和老化有阻碍作用，但是有利于水分在老化期间的均匀分布；淀粉质量分数高则有利于形成氢键和稳定的结构，增加凝胶的强度。‘特优582’的硬度、黏弹性和咀嚼度等质构指标都优于其他大米品种，综合品质较优。‘南粳46’、‘兆香1号’、‘吉粳88’、‘宁81’和‘辽星1号’等热稳定性较差，在加热吸水过程中，颗粒更易破损，更易吸水糊化，糊化温度也相对较低，这类品种的大米在加工时应注意控制水量。‘特优582’、‘中嘉早17’、‘天优998’这类大米回生值较高，更易老化，老化后氢键数量增多，凝胶强度增加，适合需凝胶性强一些的制品。这些数据都为大米加工的适宜性研究提供了理论参考。