四种黑米储藏期理化指标及食用品质的测定和研究

陈 涛 孙术国 唐 倩 林亲录 肖华西 任 灼

(中南林业科技大学食品科学与工程学院1， 长沙 410004)(湖南省湘粮机械制造有限公司2，长沙 410004)

黑米(Oryza sativa L)是一种特殊的水稻品种，自古以来就被中国和其他东亚地区的国家消费，它被视为花色苷含量视为最丰富的食品之一黑米具有天然的色、香、味且营养丰富具有食疗价值。黑米是色素在果皮上沉积的结果，多数黑米的果皮呈紫黑色，胚乳则为白色，只有少数黑米的胚乳为浅黑色[1]。黑米品种繁多、有籼型、粳型、糯型，还有香稻，品种不同，色泽有所差异，现有的对黑米的研究主要集中在黑米提取方法及生物活性方面，对黑米储藏品质研究较少。黑米在储藏过程中，为了维持其基本的生物活性，其体内会发生一些的新陈代谢活动，从而影响黑米体内酶活或营养成分，进而影响黑米的品质。

本研究除了测定并研究了四种黑米在储藏期间颜色、水分含量、总花色苷含量、脂肪酸值、总酚含量变化情况外，还研究了其食用品质包括质构、糊化特性，对黑米储藏品质的鉴定具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

粮田黑1405(黑籼粘米)、粮田黑1501(黑粳糯米)、粮田黑1301(黑粳糯米)、粮田黑1505(黑籼粘米)；甲醇(分析纯)、浓盐酸(分析纯)、乙酸钠(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、碳酸钠(分析纯)、95%乙醇(分析纯)、碘(分析纯)、碘化钾(分析纯)、酚酞(指示剂)、考马斯亮蓝G250(指示剂)、邻苯二甲酸氢钾(分析纯)；没食子酸(标准品)；PBS缓冲液：自配。

1.2 仪器与设备

DHG-9123A型电热鼓风干燥箱，PRX-150A型智能人工气候箱，JGMJ9098型砻谷机，XL-600B型多功能粉碎机，MS105DU型电子分析天平，SHZ-B型双功能水浴恒温振荡器，Minispin高速离心机，FE20型实验室pH计，UV-2600紫外可见分光光度计，CR-10型色差仪，NMI120型核磁共振成像分析仪，T70型智能电位滴定仪，DK-S24型电热恒温水浴锅，80-2型台式离心机，7890B-7000C型气相色谱串联质谱-质谱联用仪，65 μm PDMS/DVB固相微萃取头，PK1型SPME手柄，SHZ-B型双功能水浴恒温振荡器，TA XT Plu型质构仪，Super3型RVA黏度测定仪。

1.3 方法

1.3.1 样品处理方法

将黑稻谷经干燥，砻谷后筛选出符合标准的一级黑米进行实验，将每份重量为1 kg的样品存放在密闭的聚乙烯包装袋中，每一品种的每一储藏时期各自准备3袋，均置于恒温恒湿人工培养箱中储藏210 d，储藏温度(27±0.5) ℃，相对湿度为65%，分别在储藏第0、30、60、90、120、180、210 d取样观察并测定各项指标。每次取100 g稻谷样品磨粉，过100目筛，用自封袋密封存于4 ℃冰箱保存，色泽、水分含量、脂肪酸值在取出当天进行测定。

1.3.2 黑米中总花色苷含量的测定

总花色苷含量参照李建伟的pH差示法测定[2]。简言之，在黑暗条件下，用总计15 mL甲醇：1 mol/L HCL(85∶15)，用摇床三次提取0.5 g米粉，然后在4 100 g下在室温下离心15分钟，清澈的上清液即为花色苷提取液。用移液管精密量取上述提取的花色苷溶液5.0 mL样品溶液2份，分别置50 mL容量瓶中，分别在pH 1.0的缓冲液(1.49%KCl水缓冲液，用HCL酸化)和pH 4.5的缓冲液(1.64%乙酸钠水缓冲液，用HCL酸化)中稀释得到供试溶液，分别在520 nm和700 nm处测量每个样品的吸光度。总花色苷含量以矢车菊素-3-葡萄糖苷当量表达，计算如下：

总花色苷含量(mg/L)=A×MW×DF×1 000/(ε×m)

(1)

式中：A的吸光度计算为：A=(A520 nm-A700 nm)pH 1.0-(A520 nm-A700 nm)pH 4.5，MW是矢车菊素-3-葡萄糖苷(449.2 g/mol)的分子量，DF是稀释因子，ε是矢车菊素-3-葡萄糖苷[269 00 L/(cm×mol)]的摩尔吸光度，L是细胞路径长度/1 cm，m是所称取的黑米样品的质量，此处为0.5 g。

1.3.3 色泽的测定

参照杨丹等[3]的方法进行，使用CR-10型色差仪对色泽进行测定，测定前，先将黑板进行校正，选用Lab表色系，每次测量色差计显示L*(明度)、a*(红度)、b*(黄度)3个数值。每个样品从不同的角度分别读数，测10次，取其平均值，以ΔE表示稻谷总色差，定义为

(2)

1.3.4 水分含量的测定

参照GB 5009.3—2010中的105 ℃直接干燥法。

1.3.5 水分存在状态的测定

采用CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill) 脉冲序列得到自由诱导指数衰减曲线，反演曲线得到T2谱。具体实验方法：各品种取3个平行样本，每次取3.0 g样品置于永久磁场中心位置的射频线圈的中心，进行CPMG脉冲序列测定样品的横向弛豫时间T2。

CPMG脉冲序列的参数设置为：主频SF=18 MHz，90°脉冲射频脉宽P1=14 μs，180°脉冲射频脉宽P2=27 μs，偏移频率O1=418 330.6 kHz，重复采样等待时间TW=1 000 ms，信号采样点数TD=90 810，回波个数NECH=4 000，重复采样次数NS=32。NMR数据处理采用SAS8.0软件MARQUARDT算法来进行多指数拟合。

(3)

式中：A(t)为衰减到时间t时的幅值大小；A0为平衡时的幅值大小；T2i为第i个组分的自旋-自旋弛豫时间。

1.3.6 脂肪酸值的测定

根据GB/T 15684—2015来测定脂肪酸值的变化。

1.3.7 总酚含量的测定

参照刘长龙等[4]的方法测定总酚含量的变化。

1.3.8 质构品质

参照王红亮等[5]的方法对黑米的质构品质进行测定。

1.3.9 糊化特性

参照周建新等[6]的方法对黑米的糊化特性进行测定。

1.3.10 数据统计与分析

每个指标各组实验均取3个平行样品测定，数据的表达方式为平均值±标准偏差，所有图片均由origin 2018绘制，所有数据采用IBM SPSS Statistics 20软件进行分析，相关性分析采用pearson’s法，组间比较采用方差分析，当P<0.05时认为组间差异显著，当P<0.01时认为组间差异极其显著。

2 结果与分析

2.1 黑米储藏过程中总花色苷含量的变化

由图1可知，不同品种的黑米中总花色苷含量不同，四种黑米中粮田黑1501和粮田黑1505的总花色苷含量显著高于粮田黑1405和粮田黑1301，其中粮田黑1501中总花色苷含量最高，为94.6 mg/g，粮田黑1405中总花色苷含量最低，为16.7 mg/g，两个品种差值高达77.9 mg/g，有助于加工食品选用，作为大米销售优质优价。且随着储藏时间的延长，总花色苷含量先增加后下降，均在储藏30 d时达到最高峰，其中粮田黑1501和1505的减少量与粮田黑1405和1301相比较多，且粮田黑1501和1505中的总花色苷含量均显著高于粮田黑1405和1301(P<0.01)。于刚[7]对蓝莓品质及贮藏性的影响研究表明，不同品种蓝莓的花色苷含量均呈现先增加后下降的变化趋势。刘华[8]对于蓝莓储藏加工技术的研究也出现了同样的规律。本实验中储藏前期总花色苷含量增加可能是由于黑米中原花色苷分解为花色苷所致，而后期含量下降可能是由于花色苷清除储藏过程中产生的自由基及过氧化物的所致。

图1 不同黑米储藏期间总花色苷含量的变化

2.2 黑米储藏过程中色泽的变化

黑米储藏过程中，色泽的变化如图2所示，储藏的过程中L、a、b、ΔE值都随着时间呈现增长的趋势，其中粮田黑1501和1505的增幅小于粮田黑1301和1405，且粮田黑1405的L、a、b、E值变化波动最大，增幅也最大；粮田黑1501的变化L、a、b、ΔE值变化波动最小，增幅也最小。值得注意的是粮田黑1405的a值、b值在180 d后猛增，粮田黑1301的b值突增。本实验中黑米储藏过程中a、b、ΔE值的变化与杨慧萍等[9]对粳稻谷储藏过程中表面颜色变化出现的趋势一致，而本研究中L值的增加可能是因为黑米发生垩白所致。

注： —粮田黑1501 —粮田黑1405 —粮田黑1301 —粮田黑1505。图2 不同黑米在储藏期间色泽的变化

2.3 黑米储藏过程中水分的变化

图3 为不同黑米在储藏期间水分含量、结合水含量的变化

黑米储藏过程中，水分含量的变化如图3a所示，水分含量随着储藏时间的增长呈下降趋势，且90 d的变化速率较快，其中粮田黑1501和1505的降幅小于粮田黑1301和1405。进一步的分析发现，粮田黑1405的水分含量变化波动最大，降幅最大；粮田黑1501水分含量变化波动最小，降幅最小。结合水在90 d显著减少，其一是水分含量在90 d骤减，造成结合水大量流失，王若晖等[10]的研究表明水分含量变化波动越大，稻谷代谢越剧烈，说明四个品种的黑米在90 d的代谢增加，蛋白质、淀粉等组分氧化，产生自由基导致结构发生变化，失去吸附水的能力，故结合水容易流失。除了水分含量的变化，水分子的存在状态也反映了黑米的储藏品质变化，因此需要进一步研究不同黑米在老化期间水分子的变化情况。

黑米的水分横向弛豫时间(T2)变化趋势如图4所示，a～d分别为不同稻谷在储藏期间的水分分布变化情况，T2变化范围为0.1～1 000 ms，可分为三种存在状态：0.1～10 ms为结合水，10～100 ms为半结合水，100～1 000 ms为自由水。在储藏期间四种黑米中的水分状态主要以结合水为主，随着储藏时间的延长，结合水比例逐渐减小，而半结合水和自由水比例基本保持不变或变化不大，其中粮田黑1501和1505结合水的波动低于粮田黑1301和1405，且粮田黑1405的结合水变化波动最大；粮田黑1501的结合水变化波动最小。

图4 不同黑米储藏期间水分横向弛豫时间T2分布图

图3b表示不同黑米在储藏期间结合水的变化情况，结合图4可知，在储藏期间，黑米中结合水的含量均呈下降的趋势，其中粮田黑1501和1505的降幅低于粮田黑1301和1405，且粮田黑1405的降幅最大，粮田黑1501的降幅最小。结合水的含量在3个月后显著下降，粮田黑1501和1505的降幅高于粮田黑1301和粮田黑1405。粮田黑1505的降幅最大，下降了65.75个百分点，粮田黑1301的降幅最小，下降162.15个百分点。Chen等[11]对于水稻储藏的研究表明随着储藏时间的延长，水稻水分含量降低，是结合水含量的减少。综上所述，在储藏过程中，粮田黑1501和1505中的结合水的流失少于粮田黑1301和1405，并且粮田黑1405的结合水流失最多，粮田黑1501的结合水流失最少。水分含量减少及结合水的大量流失，影响黑米的储藏品质。

2.4 黑米储藏过程中脂肪酸值的变化

黑米储藏过程中，脂肪酸值的变化如图5a所示，脂肪酸值随着储藏时间延长呈上升趋势，其中粮田黑1501和1505的增幅小于粮田黑1301和1405，且粮田黑1405的增幅最大，增量为24.93 mg KOH/100 g，粮田黑1501的增幅最小，增量为14.21 mg KOH/100 g。储藏过程中脂肪酸值的增加可能是由于在储藏过程中稻谷细胞中三酰甘油酯和磷脂中的结合脂肪酸在脂肪酶的和氧化酶的作用下不断水解，并伴随着细胞中酸度的改变等原因所致。李东坤[12]对于粳稻谷储藏期间品质变化研究表明，粳米的脂肪酸值随着时间的延长呈不同程度上的上升趋势，周显青等[13]对于稻谷储藏的研究也出现了类似的结果。

图5 不同黑米储藏期间脂肪酸值、总酚含量的变化

2.5 黑米储藏过程中总酚含量的变化

黑米储藏过程中，总酚含量的变化如图5b所示，总酚含量呈现先下降后缓慢增加的变化趋势。其中粮田黑1501和1505的变化小于粮田黑1301和1405，且粮田黑1405和1501的变化分别为最大和最小，下降的百分点分别为35.57%、16.63%。储藏前期总酚含量降低可能是由于酶促或非酶促作用以及微生物和代谢消化的等共同作用所致的。而储藏后期总酚含量有细微的回升可能是细胞膜的通透性和细胞膜结合酶的活性发生了改变，诱导羟化肉桂酰基奎尼酸转移酶和苯基丙氨酸脱氢酶活性的增强，这些酶参与类黄酮和绿原酸的合成[14]，它们同属于酚类物质的一种，故此消彼涨之下，使得总酚含量有一定程度增加。王雪梅等[15]研究表明稻谷在不同相对湿度储藏下结合总酚含量随储藏时间的变化情况可以看出，随着储藏时间的延长，结合总酚含量下降。朱伟[16]的研究表明芹菜储藏过程中总酚含量的变化与本实验中总酚含量的变化规律一致。

2.6 黑米储藏过程中质构特性的变化

黑米储藏过程中，弹性、回复性、咀嚼性和回复性的变化如图6所示，随储藏时间的延长弹性和回复性呈现下降趋势，其中花色苷含量较高的粮田黑1501和1505在储藏前后的弹性的分别下降了17.70、20.00，回复性分别下降了7.76、8.55，花色苷含量较低粮田黑1301和1405的弹性分别下降了31.45、26.79，回复性分别下降了14.35、18.82。说明花色苷含量高的黑米在储藏前后弹性与回复性的变化幅度低于花色苷含量低的黑米，并且花色苷含量越高，黑米弹性与回复性变化越小。黑米储藏过程中弹性的变化可能与黑米水分含量、淀粉细胞间隙等综合因素有关，回复性的变化可能与脂肪的水解，蛋白质的氧化，以及蛋白质、脂类与淀粉的结合等因素的综合作用相关。夏吉庆等[17]研究表明稻谷随着储藏时间的增加，米粒结构会变得更加松散，进而使得水分更容易进入细胞中，从而导致米饭的弹性降低，影响口感。黑米储藏过程中侯耀玲等[18]对不同包装材料对大米质构品质的研究表明，在储藏期间不同包装材料的大米样品的回复性均呈现随着储藏时间的延长而下降的规律。

四种不同品种的黑米的咀嚼性和硬度随储藏时间的延长呈现上升趋势，其中花色苷含量较高的粮田黑1501和粮田黑1505的咀嚼性在储藏前后的分别增长了17.70、20.00，硬度分别上升了71.60、90.24，花色苷含量较低粮田黑1301和粮田黑1405的弹性在储藏前后的分别增长了31.45、26.79，分别下降了123.81、159.94。说明储藏过程中花色苷含量高的黑米在储藏前后咀嚼性与硬度的变化幅度低于花色苷含量低的黑米，并且花色苷含量越高，黑米咀嚼性和硬度变化越小。黑米储藏过程中咀嚼性上升可能与直链淀粉含量的增高导致网络凝胶强度的增大有关。这与张玉荣等[19]对稻谷陈化及其米制品咀嚼性的研究相一致。硬度的变化可能与脂肪的水解，蛋白质的氧化，以及蛋白质、脂类与淀粉的结合等因素的综合作用相关。栾琳琳等[20]提出薏苡仁在储藏前期硬度的增加是由于在储藏过程中其内部所含有的脂类物质氧化，不断生成甘油和脂肪酸，导致游离脂肪酸增加，游离脂肪酸能包藏在直链淀粉的螺旋结构进而形成淀粉-脂类复合物所致。

图6 不同黑米储藏期间咀嚼性、弹性、硬度与回复性的变化

2.7 黑米储藏过程中糊化特性的变化

储藏过程中，峰值黏度的变化如图7所示，四种黑米的峰值黏度、崩解值随储藏时间的延长呈现上升趋势，其中花色苷含量较高的粮田黑1501和1505的峰值黏度在储藏前后的分别上升了 383.00、437.00，崩解值分别上升了185.00、201.00，而含量较低粮田黑1301和1405则分别上升了579.00、528.00，崩解值分别上升212.00、183.00。说明花色苷含量高的黑米在储藏前后峰值黏度和崩解值的变化幅度低于花色苷含量低的黑米，且含量越高，变化越小。黑米储藏过程中峰值黏度的变化可能a-淀粉酶活性的缓慢减弱有关。胡寰翀等[21]对稻谷储藏的研究与本实验结果一致，稻谷在储藏期间峰值黏度随着储藏时间的延长而增大。

如图7所示，峰谷黏度、回生值在储藏过程中随时间的延长呈现上升趋势，其中花色苷含量较高的粮田黑1501和1505的峰谷黏度在储藏前后的分别上升了285.00、313.00，回生值分别上升了185.00、201.00，而含量较低的粮田黑1301和1405峰谷黏度分别上升了367.00、345.00，回生值分别上升了261.00、238.00。说明花色苷含量高的黑米在储藏前后峰谷黏度和回生值的变化幅度低于花色苷含量低的黑米，并且花色苷含量越高，变化越小。黑米储藏过程中峰谷黏度的变化可能与温度和混合的程度或施加到混合物的剪切力及物料自身的性质相关。张玉荣等[22]对不同谷外糙米含量的籼稻储藏过程中的糊化品质的研究表明最低黏度随着储藏时间的延长总体上缓慢增加的趋势。黑米储藏过程中回生值的变化可能与样品本身特质、储藏环境中水分含量等相关。吴晓娟等[23]研究储藏过程中两种不同品种稻谷的品质变化时发现回生值随储藏时间呈现增大的趋势，与本实验中黑米回生值变化趋势一致。

图7 不同黑米储藏期间峰值黏度、峰谷黏度、崩解值和回生值的变化

3 结论

通过比较四种黑米在储藏期间的理化指标和食用品质的变化情况，可知在相同储藏条件下，不同品种黑米的各个指标的变化趋势相同。具体结论如下：

由四种黑米总花色苷含量的测定可得，粮田黑1501和1505总花色苷含量较高，粮田黑1405和1301总花色苷含量较低，粮田黑1501中总花色苷含量最高，为94.6 mg/g，粮田黑1405中总花色苷含量最低，为16.7 mg/g，差值高达77.9 mg/g。因此，总花色苷含量可作为黑米商品定价主要指标之一。储藏过程中，黑米中总花色苷含量呈现下降趋势，粮田黑1501和1505下降最多，分别下降了10.1 mg/g和10.4 mg/g，粮田黑1405和1301下降较少，分别为3.7 mg/g和3.6 mg/g。

随着储藏时间的延长，四种黑米的质构品质变化和糊化特性趋势一致，弹性、回复性、峰值黏度和回生值随着储藏时间的延长呈现下降趋势，而咀嚼性、硬度、峰谷黏度和崩解值呈现上升趋势。

脂肪酸值随储藏时间的延长呈逐渐增加的趋势；水分含量随着随储藏时间的延长呈逐渐下降的趋势；颜色变化的L和ΔE值随储藏时间的延长均呈现先增加后下降的趋势，a、b值随储藏时间的延长呈逐渐增加的趋势，不同品种在同一储藏期的各个理化指标数值不同，整个储藏期的变化幅度也不同。

根据理化指标及食用品质的测定数据的总体规律，150 d为大部分黑米品种的储藏保鲜期。对于不同储藏时期的黑米，建议如下：储藏1个月的黑米，建议包装出售，此时期的黑米营养与口感最好；储藏3个月的黑米，品质略有下降，可制成即食黑米罐头、黑米糕等产品；储藏6个月的黑米，可制作对口感与营养要求不高的产品如黑米米花糖等。