陈化度对大米成分和蒸煮品质的影响研究

蔡沙，李森，管骁，蔡芳，施建斌，隋勇，何建军，熊添，梅新*

（1.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北 武汉 430064；2.上海理工大学医疗器械与食品学院，上海 200093）

稻米是世界上最主要的粮食作物，全球约有一半的人以大米为主食[1]。我国既是大米的生产大国，也是大米的消费大国[2]。然而除了供给人们食用和加工成其它食品以外，每年都有大量的稻谷需要贮藏[3]。随着时间的延长，在储藏过程中大米会慢慢变质发生陈化，食用价值降低[4-5]。存放后的大米由于食用品质可能发生劣变，色香味较差而不能被消费者接受，最终使陈米滞销压库，给国家和企业造成巨大的经济损失[6]。研究发现，无论是稻谷还是精米的储藏，从商品流通和经营管理方面考虑都不如糙米，因此对糙米储藏的研究是非常有必要的[7]。

孙保祥等[8]研究发现，常温储存下大米受环境条件影响，失水和吸水的过程明显，且脂肪酸随温度上升明显升高，容易滋生霉菌。低温储存下水分含量降低较为缓慢，且总体降低幅度不大，保水储存效果明显。储存期间大米中蛋白质和直链淀粉含量的变化不明显。金达丽等[9]研究发现，随着贮藏时间的延长，大米中的水分和直链淀粉含量、糊化温度、膨润力和溶解度以及回生值都呈现增长趋势，而大米的碱消值、糊化冷却过程中的黏度和崩解值呈现下降趋势：其蒸煮得到的米饭硬度上升，黏性和弹性均呈下降趋势，食用品质逐渐下降。

本文研究大米在储藏过程中的品质变化，挑选与大米陈化度相关的指标进行检测，研究不同陈化度大米基本成分和蒸煮特性的差异，以期为大米商业化贮藏技术的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

麻城荆糯六号、房县荆糯六号、糯两优561、罗田糯米、贡米5个品种的稻谷：湖北省粮食企业；石油醚、盐酸、浓硫酸、乙醇、氢氧化钠等试剂（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；福林酚（生物试剂）：上海麦克林生化科技有限公司；没食子酸（分析纯）：上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

HPX-160BS恒温恒湿箱：上海新苗医疗器械制造有限公司；TA XT plus质构仪：英国Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将稻谷中麦芒、碎石等杂质挑选出来，用垄谷机进行脱壳得到糙米。再对糙米进行挑选，弃去虫米碎米，保留颗粒完整、光泽度好、色泽均一的米粒。

将5种大米样品用纱布袋分装。每袋300 g左右，做好标记。采用模拟加速陈化试验，恒温恒湿箱温度、湿度的设置模拟我国典型高温高湿地区的气候条件（40℃，RH80%），参数设定后将样品放入恒温恒湿箱中，每隔 7 d（0、7、14、21、28 d）取样，按不同陈化时间表示陈化度。

1.3.2 基本成分含量的测定

水分含量测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》，蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》，脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》，淀粉含量测定参照GB 5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》，测定灰分参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》。多酚含量参照邵佩等[10]的方法进行测定，在其基础上略作调整。将吸光度代入标准曲线中计算3个陈化度下5种大米的多酚含量，标准曲线方程为y=0.001x+0.026 9（R2=0.999 7）。

1.3.3 蒸煮特性分析

1.3.3.1 吸水率

称取完整米粒不同陈化度的样品m1，置于铝盒中，冲洗数次后淘去米糠，向铝盒中加入120 mL的50℃蒸馏水。于沸水锅中蒸制20 min，取出铝盒至不再有米汤滴下，冷却30 min后称重记为m2，按下列公式计算不同精度样品的吸水率。

1.3.3.2 膨胀体积

将10 g未蒸煮的不同陈化度糯米装入10 mL量筒内，记录体积为V1，再将1.3.3.1中已蒸好的糯米装入10 mL量筒内，记录体积为V2，按下列公式计算不同精度样品的膨胀体积。

1.3.3.3 米汤pH值

将铝盒取出，待大米米汤冷却至室温（25℃），用pH计测定其pH值。

1.3.4 质构特性分析

取不同陈化度的完整糯米50 g，冲洗3次，加入75 mL蒸馏水，浸泡30 min后放入蒸锅中，蒸制30 min，停止后静置15 min取出，冷却至室温（25℃）。

测定条件：运行模式为测定下压时的力；测前速度为1.0 mm/s；测试速度为0.5 mm/s；测后速度为0.5 mm/s；试样受压变形为70%；触发力为5.0 g；探头为P/36R。测试时，在米饭样品中间随机取完整米粒3粒，每个样品测定多次，除最大和最小的两个测定结果外，取平均值。

2 结果与分析

2.1 陈化度对基本成分含量影响

2.1.1 陈化度对水分含量的影响

陈化度对大米中水分含量的影响结果如图1所示。

图1 陈化度对水分含量的影响Fig.1 Effect of aging degree on moisture content

由图1可知，随着陈化时间的延长，大米中水分呈先减小后增大的变化趋势，陈化0 d时，大米水分含量均在11.5%～12.5%；陈化时间为7 d时，5种大米中的水分含量均为最低，为8%～11%，这是因为陈化温度较高，大米的游离水蒸发导致水分含量下降[11]，且麻城荆糯六号和房县荆糯六号2种大米的水分含量减小的程度要小于其他3种大米，说明这2种大米的保水性较好；陈化14 d～28 d时测定的5种大米水分含量均在13%～16%，此时水分含量上升可能是因为大米内部的酶，如脂肪酶和过氧化氢酶，此时活力已经很低，其呼吸作用弱，水分不易散失[11]，且陈化湿度较高，大米重新吸附了一些空气中的水分因此水分含量升高。

2.1.2 陈化度对脂肪含量的影响

陈化度对大米中脂肪含量的影响结果如图2所示。

图2 陈化度对脂肪含量的影响Fig.2 Effect of aging degree on fat content

由图2可知，随着陈化时间的延长，5种大米的脂肪含量均呈逐渐减小的变化趋势。陈化0 d时大米脂肪含量均在0.7%～0.9%；陈化7 d时大米脂肪含量出现较大差异，麻城荆糯六号和房县荆糯六号的脂肪含量最高，贡米的脂肪含量最低；陈化时间为28 d时，5种大米中的脂肪含量最低。陈化期间脂肪含量呈下降趋势，可能是因为大米贮藏过程中脂肪发生水解产生过氧化物、甘油和游离脂肪酸。脂肪酶属水解酶类，是脂肪分解中第一个参与反应的酶，温度越高，脂肪酶活力下降越多[11-12]。

2.1.3 陈化度对蛋白质含量的影响

陈化度对大米中蛋白质含量的影响结果如图3所示。

图3 陈化度对蛋白质含量的影响Fig.3 Effect of aging degree on protein content

由图3可知，随着陈化时间的延长，5种大米的蛋白质含量均呈先增加后减小的变化趋势。陈化7 d时，除麻城荆糯六号外，其他大米蛋白质含量均最高；陈化28 d时蛋白质含量最低；整个陈化过程中，5种大米的蛋白质含量均在5%～7%，变化幅度不大，这与孙保祥[8]和赵卿宇等[11]的研究结论类似，不同贮藏条件下，对大米蛋白质含量的影响并不大，这可能是因为大米中的蛋白质水解酶和肽类酶含量较少。

2.1.4 陈化度对淀粉含量的影响

陈化度对大米中淀粉含量的影响结果如图4所示。

图4 陈化度对淀粉含量的影响Fig.4 Effect of aging degree on starch content

由图4可知，随着陈化时间的延长，5种大米的淀粉含量均在50%～70%；5种大米的淀粉含量呈不同的变化趋势，且在陈化21 d时出现最大值，原因可能是在陈化过程中，由于脱支酶的作用使得其中一部分支链淀粉连接链断开变成直链淀粉，从而导致直链淀粉含量增加，当大米发生霉变以后霉菌产生淀粉酶，水解了一部分淀粉，因此直链淀粉含量又稍微下降[8]。由此可见，大米在储存过程中产生的微生物可以导致淀粉含量发生变化。

2.1.5 陈化度对灰分含量的影响

陈化度对大米中灰分含量的影响结果如图5所示。

图5 陈化度对灰分含量的影响Fig.5 Effect of aging degree on ash content

由图5可知，随着陈化时间的延长，麻城荆糯六号、贡米及糯两优561 3种大米的灰分含量均呈逐渐减小的变化趋势；罗田糯米的灰分含量呈先增大后减小的变化趋势；房县荆糯六号的灰分含量呈先增大后减小的变化趋势。陈化0 d时大米灰分含量最大的为麻城荆糯六号和糯两优561；陈化7 d时大米灰分含量最大的为房县荆糯六号；陈化14 d时大米灰分含量最高的为罗田糯米。5种大米的灰分含量均在1.2%～1.6%，均未出现较大波动；这说明高温高湿条件对大米中灰分含量变化影响较小。

2.2 陈化度对蒸煮特性的影响

2.2.1 陈化度对米汤pH值的影响

大米蒸煮之后对米汤pH值进行测定，陈化度对米汤pH值影响的结果如图6所示。

图6 陈化度对米汤pH值影响Fig.6 Effect of aging degree on pH value of rice soup

由图6可知，陈化0 d～14 d时，5种大米的米汤pH值呈下降的变化趋势，且变化幅度较大；陈化14 d～28 d时，罗田糯米和房县荆糯六号呈略微上升的变化趋势，其他3种大米呈略微下降的变化趋势。未陈化的米样米汤呈弱碱性，随着陈化时间的延长，pH值逐渐降低呈弱酸性，这可能是由于随着储藏时间的延长，大米内部脂肪酸值含量增加，内部游离的脂肪酸易被氧化成酮、醛等酸性物质，此外，蛋白质易分解成氨基酸，大米内少量的氨基酸也可能会生成磷酸，导致酸性物质增加，最终使得大米的pH值降低[13]。

2.2.2 陈化度对米饭吸水率的影响

大米蒸煮之后对米饭吸水率进行测定，陈化度对米饭吸水率影响的结果如图7所示。

图7 陈化度对米饭吸水率影响Fig.7 Effect of aging degree on water absorption of rice

由图7可知，随着陈化时间的延长，米饭的吸水率呈先减小后增大的变化趋势。陈化0 d～7 d时，吸水率呈大幅降低的变化趋势，陈化7 d～28 d时，吸水率呈缓慢上升的变化趋势。这是因为随着陈化时间的延长，淀粉晶束结构加强，难以糊化，同时大米中果胶、纤维素等物质中细胞壁不同程度失水，使大米吸水能力增强，使大米的吸水率在下降后发生不同程度的回升[13]。

2.2.3 陈化度对米饭膨胀体积的影响

大米蒸煮之后对米饭膨胀体积进行测定，陈化度对米饭膨胀体积影响的结果如图8所示。

图8 陈化度对米饭膨胀体积影响Fig.8 Effect of aging degree on expansion volume of rice

由图8可知，随着陈化时间的延长，除贡米外其余4种大米的膨胀体积都呈逐渐增大的变化趋势，贡米呈先减小后增大的变化趋势。这可能是因为大米膨胀率增加的化学实质是淀粉变性所致[13]，而贡米属于籼米，支链淀粉含量较低，另外4种米为糯米，支链淀粉含量较高，因此贡米的膨胀体积较低。

2.3 陈化度对米饭质构特性的影响

大米蒸煮之后对米饭的质构特性进行测定，陈化度对米饭质构特性影响的结果如图9所示。

图9 米饭质构特性分析Fig.9 Effect of aging degree on texture characteristics of rice

由图9可知，随着陈化时间的延长，除贡米外，其余4种大米米饭硬度呈先上升后下降的变化趋势，且陈化14 d时，硬度最大。硬度增加可能是淀粉老化与蛋白质二硫键网络结构的相互作用加强，淀粉分子上的羟基和蛋白质的电荷基团形成静电复合物，使硬度增加[14]；脂肪酶对大米中的脂肪进行催化分解，使其变为甘油和游离脂肪酸，游离脂肪酸与直链淀粉形成复合物，因此在对大米进行蒸煮时，导致水分子难以渗入，淀粉颗粒便会强度升高，硬度增加[15-16]。硬度下降可能是因为陈化后期，大米无法保持其颗粒完整性，大米经蒸煮之后，会发生膨胀，吸水率也有所提高，米饭会因此散开导致其硬度下降[17]。

随着陈化时间的延长，5种大米米饭黏着性呈下降的变化趋势。黏着性越低表示米饭越松散，食味品质越低[18]。黏着性下降一方面是因为大米陈化导致细胞壁变得坚固，蒸煮过程中不易破裂；另一方面可能是因为大米内部的淀粉粒被游离脂肪酸包裹，导致淀粉膨化困难[19]；此外，直链淀粉的黏着性较支链淀粉差，支链淀粉含量越多，米饭黏着性越大[20]，大米在贮藏过程中由于支链淀粉在酶的作用下发生脱支作用，导致直链淀粉含量增加，支链淀粉含量下降，因此米饭的黏着性下降[9]。

米饭的弹性能反映米饭的滋味，弹性越大的米饭越有嚼劲[11]，且弹性通常与大米的品种有关。有研究表明，大米弹性下降，是因为其腹部与背部的吸水存在很大差异，这样就会使米粒表面发生龟裂现象，使得淀粉从裂纹中大规模地涌出，米饭也就逐渐失去弹性[21-22]。金达丽等[9]、赵卿宇等[11]的研究表明，大米在陈化过程中其制作的米饭弹性也会发生变化，均是随陈化时间的延长而逐渐减小。

3 结论

随着陈化时间的延长，大米中的水分含量先减少后增加：陈化0 d时，大米水分含量均在11.5%～12.5%；陈化时间为7 d时，5种大米中的水分含量均为最低，在8%～11%；陈化14 d～28 d时测定的5种大米水分含量均在14%～16%。随着陈化时间的延长，脂肪含量逐渐减少：陈化0 d时大米脂肪含量均在0.7%～0.9%；陈化时间为28 d时，5种大米中的脂肪含量最低。陈化度对蛋白质、淀粉和灰分含量影响较小。大米蒸煮后的米汤的pH值和吸水率会随着陈化时间的延长而逐渐降低，而膨胀体积会随着陈化时间的延长逐渐增加。质构品质分析结果表明，大米硬度随着陈化时间的延长呈先增大后减小的变化趋势，黏着性和弹性随着陈化时间的延长呈下降的变化趋势。