加工精度对大米食用品质及风味的影响
2021-02-06安红周陈会会尹文婷何东升
安红周 陈会会,2 尹文婷 林 乾 何东升 罗 琼
(河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001) (郑州中粮科研设计院有限公司2，郑州 450001) (广州岭南穗粮谷物有限公司3，广州 510000)
从世界各国消费稻米现状来看，当下糙米多为加工成精白米后被人们广泛食用，而直接食用甚少[1]。以往研究大多采用碾减率(Degree of milling，DOM)表征加工精度，但在实际生产中碾减率很难准确测定，故而大大降低了其对实际生产的指导意义[2]。GB/T 1354—2018《大米》中推荐采用留皮度，即试样平放，残留皮层、米胚投影面积之和占试样投影面积的百分率，作为加工精度的判定依据[3]。
不同加工精度的大米在理化特性、营养特性和食用品质等方面存在较大差异，大米碾磨过程中会去除大部分纤维和脂肪，从而可显著改善其感官特性及储藏稳定性[1,4]。有研究表明：色泽随碾减率的增加而逐渐改善，但当碾减率增加至一定程度时(碾减率为10.9%～12.8%)，感官评分不再有明显增加[4]。此外，加工精度还会对精米率、稻米淀粉糊化和遭受虫害时的抵御能力等产生影响[5]。Roy等[6]报道了加工条件对短粒和长粒稻米加工能耗和品质的影响，指出较低的碾减率不仅可以节约水稻生命周期中的能量并提高稻米的总产量，而且能够保留更多的营养组分。
日本食粮研究所研究表明，米饭食味的影响因素中，主要包括物理特性(a，味道、外观、口感)和化学特性(b，香气、美味成分)，其中影响比例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区别风味物质，具有类似爆米花香味，2-AP、2-乙酰基吡咯及α-吡咯烷酮和吡啶可以提高消费者对稻米的喜爱度，而己醛、乙酸和戊酸这种脂质氧化产物可能会对消费者的可接受性产生负面影响，且己醛已被用于检测大米中的异味[8-10]。风味物质定性分析主要采用三种方法，NIST谱库比对法、正构烷烃保留指数比对法和风味物质标准品比对法[11,12]。大多研究中，仅采用第一种或前两种方法，本研究采用三种方法对风味物质进行了综合分析。
本实验以河南地区具有地域代表性的香糙米作为研究对象，研究碾磨时间对加工精度的影响，系统探究了加工精度对食味、质构及风味的影响，采用同时蒸馏提取和气相色谱-质谱联用法(SDE-GC-MS)定性定量分析米饭挥发性风味物质，初步分析了不同加工精度大米的品质差异，从而为粳糙米的适度加工提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
原阳新丰2号香糙米；伊红-亚甲基蓝染色液；C7-C30系列正构烷烃；无水乙醇、乙醚、正戊烷、2-甲基-3-庚酮(96%)、风味物质标品(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%、2,3-二氢苯并呋喃99%)。
1.2 仪器与设备
SATAKE TM05C砂辊碾米机，MM1D精白度计，STA1B型米饭食味计，RHS1A型硬度黏度仪，WRC-IH408Y电饭煲，浦运全智能精米机，JMJT-12大米加工精度检测仪，Agilent 7890B气相色谱-质谱联用仪(配有NIST11.L数据库及HP-5毛细管柱)，同时蒸馏萃取装置，CYNS-50型氮吹仪。
1.3 方法
1.3.1 不同碾减率大米样品的制备及留皮度测定
原料经去杂质、不完善粒后得净糙米。取净糙200 g，采用砂辊铁辊结合碾米的方式，选用36号砂辊，经砂辊碾米机开糙20 s后(转速1 060 r/min)，后通过反复试验，确定碾磨压力和碾磨时间。实验用精米机碾制得：碾减率分别为0%、2.89%、4.36%、5.90%、7.96%、10.00%、11.98%、14.25%的样品，编号为1～8号样品，过10目筛筛去糠粉，4 ℃下保存至密封聚乙烯袋中备用。留皮度参照GB/T 5502—2018测定，留皮度分别为：100.0%、49.1%、20.8%、5.4%、0.9%、0.2%、0.1%、0.2%。
碾减率公式见式(1)。
(1)
1.3.2 米饭食味值及质构特性的测定
取白米30 g，用自来水洗米约30 s，直至洗净表面附着的糠粉，浸泡30 min，蒸制50 min(水米质量比=1.38)，焖制10 min后得到新鲜米饭。米饭经20 min的强制通风冷却后，再进行100 min的室温自然冷却。取8 g米饭，用压饭器压成标准饭团后，先后于米饭食味计和硬度黏度仪测定食味值及质构特性，实验平行测定4次[13]。
1.3.3 米饭挥发性风味物质测定
1.3.3.1 同时蒸馏萃取(SDE)
选用1号糙米样品(留皮度100.0%)、4号样品(DOM 5.90%，留皮度5.4%)和6号样品(DOM 10.0%，留皮度0.2%)，分析其米饭风味组成及含量。米饭制备参照GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》。在1 L烧瓶中装入50 g现蒸米饭及200 mL蒸馏水，加入15 μL浓度为5 μg/mL的2-甲基-3-庚酮作为内标物。加入90 mL有机溶剂(乙醚60 mL，正戊烷30 mL)于250 mL圆底烧瓶中。1 L和250 mL烧瓶分别在150 ℃的恒温油浴锅和45 ℃恒温水浴锅中加热，样品加热至沸腾，同时蒸馏萃取5 h后收集有机溶剂，经无水硫酸钠除水、氮吹浓缩后进行GC-MS分析，所有实验重复3次[11]。
1.3.3.2 GC-MS分析条件
GC条件：采用HP-5毛细管柱，载气(He)流速1.8 mL/min。升温程序为：初温40 ℃，保持3 min，以1.5 ℃ /min升温到60 ℃，保持2 min，以1.5 ℃/min升温到120 ℃，再以20 ℃ /min升到230 ℃，保持5 min，分流比1∶1；MS条件：电子电离源，电子能量70 eV，传输线温度280 ℃，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，质量扫描范围m/z55～500[14]。
定性分析： 测定到的挥发性物质与NIST11.L数据库比对(匹配度≥80%)；将由正构烷烃(C6-C30)计算所得到的保留指数(RI)与NIST官网该物质的RI值比较；风味物质标准品的保留时间比对。RI值计算见式(2)。
(2)
式中：ta、tn和t(n+1)分别为待测挥发物、含n及n+1个碳原子的正构烷烃的保留时间/min。
定量分析：选定2-甲基-3-庚酮为内标物，计算公式见式(3)。
(3)
式中：Ci、Cis分别是风味化合物浓度、内标物浓度；Ai、Ais分别是化合物色谱峰面积、内标物色谱峰面积。
1.3.4 米饭感官评价
米饭品评选用10名感官灵敏度高，并有1年以上品评经验的食品专业研究生作为感官评价员。在品评前，通过开展预实验，发现精度过高或过低的大米品质较差，且品相及感官接受度较低。故缩小加工精度范围，碾制以下5个精度样品：分别为精度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%精度范围内米饭感官品质差异。米饭制备及感官品评参照GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》进行。
1.3.5 数据处理
采用SPSS16.0进行数据分析，显著性分析采用Duncan多重检验，P<0.05判断为显著。
2 结果与讨论
2.1 碾磨时间对碾减率和留皮度的影响
不同碾磨时间对大米碾减率和留皮度的影响如图1所示。结果表明，碾减率达到7.96%所需碾磨时间为12s；随碾磨时间的增加，其碾减率并不呈线性增加，可以拟合为一条二次曲线(R2=0.997 3)和一条线性方程(R2=0.992 5)(图1a)。Juliano等[15]研究表明，糙米果皮层占自身重量的1%～2%，种皮层和糊粉层总共占4%～6%。糠层的硬度从外层到内层(果皮、种皮、糊粉层)依次降低，而不同的胚乳组分(外胚乳和中胚乳)的硬度相似[16]。DOM≤7.96%时，即碾磨时间为0～12 s时，当逐渐碾除柔软的外部糠层后，其斜率逐渐减小，这表明达到同样碾减率所需的碾磨时间显著增加。7.96%
图1 碾磨时间对碾减率和留皮度的影响
2.2 不同加工精度米饭食味值及质构特性
图2为不同加工精度对大米食味值的影响。实验结果表明，1～8号大米样品碾减率不断升高，且DOM>7.96%时，其留皮度均<1.0%，大米粒面皮层已基本去净。随加工精度的提高，米饭食味值呈增大趋势，但达到一定精度(DOM 7.96%，留皮度0.9%)后，5、6、7号米饭样品食味值无显著性差异(P>0.05)，且7号和8号米饭样品食味值无显著性差异(P>0.05)。
图2 不同加工精度米饭食味值变化
米饭的质构特性是淀粉膨胀、细胞壁机械强度、蛋白质含量和皮层条件共同作用的结果[17]。米粒在蒸煮过程中，细胞内的淀粉发生糊化和溶胀，细胞壁被破坏，储存的淀粉、破坏的细胞壁等溶解在水中，当水最终一部分由米粒吸收，一部分蒸发完后，溶解的物质浓缩在米饭粒面，导致饭粒表面富有黏性。而随加工精度提高(见表1)，水分更易渗透到大米中，米饭逐渐吸水膨胀，米饭硬度减小。皮层含量与米饭黏度相关，随加工精度提高，大米皮层不断被碾除，米粒中胚乳含量逐渐增大，淀粉含量升高，糊化作用明显，米饭黏度增大[18]；而弹性为0.68～0.71，说明加工精度对弹性无显著影响；平衡度(黏度/硬度)随加工精度提高而增大，米饭口感黏度增大而硬度减小，从而食味值提高。然而，在硬度黏度方面，不是越软粘越好，而是硬度黏度适中的大米更受欢迎，即饭粒硬而有滑润感，软而有饭粒感为硬度适中；有黏性但不粘牙为黏度适中[19]。
表1 不同加工精度米饭质构特性变化
2.3 米饭挥发性风味化合物成分变化
通过SDE-GC-MS法对1号糙米样品、4号样品、6号样品米饭中挥发性风味化合物进行定性定量分析，并结合正构烷烃保留指数比对，共鉴定出44种挥发性风味化合物(见表2)。其中，有醛类8种，酚类3种，醇类9种，酮类5种，酯类8种，酸类1种，其他10种，采用风味物质标准品确认了8种挥发性风味化合物的存在。
表2 不同加工精度米饭挥发性风味化合物SDE-GC-MS分析结果
1号、4号、6号样品米饭中样品风味化合物分别为31、24、26种。其中，有3种挥发性风味化合物仅在4号米饭样品中检出，分别为：2-丙基-1-戊醇、苯甲醇、2-吡咯烷酮；有10种挥发性风味化合物仅在6号米饭样品中检出，分别为：3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛、醇类(1,2-乙二醇、2-乙基-1-己醇、2,3,4-三甲基戊醇)、酮类(2,4,6-辛烯酮、2-十七烷酮、法尼基丙酮)、酯类(亚硫酸己基十六基酯、棕榈酸甲酯、对甲氧基肉桂酸辛酯)。这可能由于米经碾磨后表面脂质暴露，米糠脂肪酶将脂质转化为游离脂肪酸，而此类游离脂肪酸不稳定，迅速被氧化产生不饱和脂肪酸，一系列反应导致大米中挥发性化合物种类的增加；或随加工精度提高，碎米增多，大米表面积增大，在相同的提取条件下，蛋白质、氨基酸、脂肪酸等更易分解为小分子风味成分[20,21]。
稻米的表面脂肪含量通常与其碾磨程度有关[22]。醛类、醇类物质来源于氨基酸及脂质反应产物。米饭风味主要得益于醛类物质，有己醛、苯甲醛、辛醛等，其含量随加工精度提高而显著下降(P<0.05)。大米中60%以上的脂肪酸，为不饱和脂肪酸，是脂肪酸氧化产物的前体物质。己醛含量是表征亚油酸二次氧化的指标，如4号米饭和6号米饭中己醛(青草味)含量比糙米饭分别降低了49.3 %、67.1 %[21]。然而，亚麻酸和亚油酸的次级氧化产物2-戊基呋喃的含量也随加工精度的提高而显著降低(P<0.05)。通常，脂质分解产物越多，米饭越可能产生异味或酸臭味。因此，碾磨可以一定程度去除脂质氧化产物，以减少不愉快气味。
另外，醇类、酚类物质可以给米饭带来愉快的香气，如甜味，花香味或水果味。由于SDE加热温度较高，小分子醇类物质沸点较低不易提取，故而醇类物质较少，且2-丁醇、糠醇、1,4-丁二醇在糙米中的含量均显著高于加工后的精米(P<0.05)。相对于糙米饭，4号米饭和6号米饭中4-乙烯基-2-甲氧基苯酚含量分别降低了43.3%、85.5%。文献报道，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鉴定为所有3种香米(Jasmine、Basmati和Jasmati)共有的芳香活性化合物[23]。2-AP是香米中主要挥发性风味物质，呈现爆米花香味，对米饭风味有着决定性作用，但加工过程使得2-AP大量损失。2,3-二氢苯并呋喃呈现甜香坚果味，在糙米米饭样品中含量高达12 610.96 μg/kg，经加工后其含量减少高达90.7%。综上，较之1号糙米饭，4号米饭和6号米饭样品挥发性风味物质总量分别减少了34.4%和71.9%。
2.4 米饭感官评价
为进一步验证仪器法测定食味值的科学性和保证米饭品评的准确性，进行感官品评，评价结果如图3和图4所示。米饭感官评价与仪器法测定米饭食味值结论基本一致，即随加工精度提高，其感官评分呈上升趋势。而DOM>6.81%，留皮度≤2.2%时，提高加工精度后，米饭感官评分变化不显著(P>0.05)。米饭品评特性指标雷达图表明：随加工精度提高，其滋味及气味评分有所升高，这是由于糙米或存在令人不愉悦的气味，经加工后得以改善。评价员对精度4样品米饭外观结构最高(16.1分)，而精度5米饭样品外观结构评分与精度2和精度3相当(12.3～12.9分)，外观略差于精度4米饭，这是由于大米加工精度过高，米饭饭粒完整性差，出现爆花。从适口性而言，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)，表明适度留皮的米饭具有良好的适口性，可满足食用需求。同时，加工对其冷饭质地影响不大。
图3 不同加工精度米饭样品感官评分
图4 不同加工精度米饭样品品评指标雷达图
3 结论
大米梯度碾磨实验表明，DOM>7.96%时，大米粒面皮层基本完全去除。糙米加工后大米食用品质发生显著变化，而达到一定加工精度(DOM 6.81%～7.96%，留皮度0.9%～2.2%)后影响不显著(P>0.05)。随着加工精度的提高，米饭硬度逐渐减小，米饭黏度和米饭平衡度增大，而加工精度对米饭弹性无显著影响。通过SDE-GC-MS分析，6号米饭(碾减率10.0%，留皮度0.2%)中的风味物质含量显著低于糙米饭和4号米饭(碾减率 5.9%、留皮度5.4%)(P<0.05)，仅保留糙米中不足三分之一的风味物质。然而，4号米饭风味物质含量约为6号米饭的2倍多。因此，在不影响大米食味的前提下，大米要进行适度加工，可提高出米率，保证其具有较好的食用品质以及保留更多的风味。
