不同贮藏温度下籼粳杂交大米陈化规律研究

朱 麟 龚 雪 田 雨 董翼飞，3 林旭东 凌建刚，* 佟立涛，*

（1宁波市农科院农产品加工研究所/国家蔬菜加工技术研发专业中心/宁波市农产品保鲜工程重点实验室，浙江 宁波 315040；2中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100094；3沈阳农业大学食品学院，辽宁 沈阳 110866）

籼粳杂交稻（japonica/indicahybrid rice）是以籼稻为父本、粳稻为母本杂交培育出的远源杂交水稻品种，具有更强的杂种优势，在亩产及适应性等方面表现突出［1］。该品系稻种的选育也被认为是杂交稻发展的主要方向［2］。随着种植面积和产量的不断增长，籼粳杂交稻的采后仓储问题越来越受到业界重视，其陈化特性更是研究的焦点之一。因此，明确籼粳杂交大米在不同贮藏环境下的陈化特性对于其品系的拓展及粮食安全生产具有重要意义。

现有研究认为，不同品种水稻的耐储藏性存在差异，一般亚种间的耐储藏性表现为籼稻＞爪哇稻＞粳稻［3］，籼粳特异性与水稻的耐储藏性间存在极大的相关性［4］。针对各品系大米的陈化特性，学界开展了诸多研究。如张丽珂［5］、赵卿宇等［6］先后研究了特定品种籼米、粳米贮藏期间的品质变化规律；李凡［7］明确了不同包装对甬优15（偏籼）、春优84（偏粳）、春优927（偏粳）品种大米贮藏品质的影响；刘姗［8］研究了自然老化和人工老化条件下籼粳杂交稻淀粉和消化特性的变化趋势，并与籼籼杂交稻、粳粳杂交稻、常规晚粳稻等进行比较，指出籼粳杂交稻在品质特性上接近粳粳杂交稻，其陈化具有独特性。但籼粳杂交大米的陈化特性，特别是针对不同贮藏温度下籼粳杂交大米陈化规律的研究鲜有报道。

本试验以偏中性［9］的甬优1540 籼粳杂交大米为研究对象，研究其在不同温度（15、25、35 ℃）下色泽、理化性质、蒸煮特性、米饭质构特性、糊化特性相关指标的变化规律，分析指标间相关性，并结合气相-离子迁移谱（gas chromatographyion mobility spectrometry，GC-IMS）等先进检测手段分析大米的挥发性成分变化［10］，旨在为进一步明确籼粳杂交大米陈化特性提供理论依据及数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甬优1540 籼粳杂交稻谷于2020年11月采购于浙江省宁波市象山县，参照《GB/T 29890-2013 粮油储藏技术规范》［11］的方法贮藏，待用。

石油醚、酚酞试剂、氢氧化钾、结晶牛血清蛋白、硫酸铜、酒石酸钾钠、30%过氧化氢、浓硫酸、高锰酸钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、重铬酸钾、冰醋酸、乙醚、盐酸半胱氨酸、盐酸胱氨酸，均为分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；疏基含量测定试剂盒，南京建成生物工程研究所。

1.2 仪器与设备

X-Rite CI60 型色差仪，爱色丽（上海）色彩科技有限公司；SH-1000酶标仪，美国赛默飞世尔科技有限公司；TA.XT PlusC 型质构仪，英国Stable Micro Systems公司；RVA-TecMaster 快速黏度仪，瑞典Perten 公司；FE28 型pH 计，梅特勒托利多科技（中国）有限公司；HWS-250 型恒温恒湿箱，宁波赛福实验仪器有限公司；FlavourSpec®风味分析仪，德国GAS公司。

1.3 试验方法

将刚出库的甬优1540 杂交稻谷按照《GB/T 1354-2018 大米》［12］标准碾成一级大米。再将碾好的甬优1540 杂交大米（精白米）装入0.03 mm 聚乙烯（polyethylene，PE）袋中（每袋2 kg），密封后分别置于15、25、35 ℃（湿度60%）恒温恒湿箱中，每隔30 d 取样，检测理化与品质指标，分别在第0、第90、第180 天用FlavourSpec®风味分析仪开展GC-IMS 分析，每个样品平行测定3次。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 色泽测定 在一份样品的中心位置取约50 g大米装进石英皿中，采用色差仪测得L*、a*、b*值。

1.4.2 理化性质测定 水分含量根据《GB 5009.3-2016 食品安全国家标准 食品中水分的测定》［13］测定；脂肪含量根据《GB 5009.6-2016 食品安全国家标准食品中脂肪的测定》［14］测定；脂肪酶活力按照《GB/T 5523-2008 粮油检验 粮食、油料的脂肪酶活动度的测定》［15］中的碱滴定法测定；蛋白质含量按照《GB 5009.5-2016 食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》［16］测定；巯基含量根据试剂盒法测定［17］；过氧化氢酶活力参照《GB/T 5522-2008 粮油检验 粮食、油料的过氧化氢酶活动度的测定》［18］测定。

1.4.3 米饭质构特性测定 称取大米样品200 g，清洗干净后，按照1∶1.3（m∶V）加水，浸泡30 min后蒸煮，焖饭20 min，冷却10 min；取适量米饭装入10 cm 培养皿中（米饭量明显高过培养皿边沿），上盖后用500 g砝码压实5 min；之后选用P36/R 探头，选用质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式［19］测定米饭的硬度、黏度、弹性。

1.4.4 蒸煮特性测定 将约8 g大米样品（m0）放入高10 cm、直径4 cm 的已知质量的圆柱形金属笼内，将金属笼悬挂在装有160 mL 蒸馏水的烧杯中。将烧杯先用猛火煮沸1 min，然后再用文火煮28 min（水温99 ℃）。取出金属笼，沥米汤2 min 后；称取蒸煮后的米饭质量（m1）、大米蒸煮前的容积（V0）和蒸煮后米饭的容积（V1），按照公式计算吸水率和膨胀率：

将残留在烧杯中的米汤冷却至室温，用pH计测定米汤pH 值；量取定容至200 mL 的米汤10 mL，称其质量（m2），置于玻璃称量管中，于105 ℃干燥8 h，称取得到的固形物质量（m3），按照下式计算米汤固形物含量：

1.4.5 糊化特性测定 参照赵卿宇等［20］的方法，通过快速黏度测量仪测得的黏度变化曲线，记录峰值黏度、糊化温度、回生值、崩解值。

1.4.6 大米挥发性成分测定 每处理随机取5 g 样品，置于20 mL 顶空瓶中，80 ℃孵育15 min 后顶空进样，进样体积500 µL，进样针温度85 ℃，孵化转速500 r·min-1；载气为高纯氮气。用FlavourSpec®风味分析仪进行GC-IMS 分析，每个样品平行测定3 次。GCIMS测试条件参照朱麟等［21］的方法。

1.5 数据处理

每组试验重复3～6 次，结果以平均值±标准差表示；利用SPSS 20.0 软件进行数据显著性分析（oneway AVOVA）及因子分析［22］，采用Origin 2018 软件制图；采用FlavourSpec®风味分析仪内置的VOCal软件分析图谱，应用软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库对物质进行定性分析，采用Gallery Plot 插件分析指纹图谱。

2 结果与分析

2.1 不同温度对籼粳杂交大米色泽的影响

色泽是大米商品性的重要衡量指标，目前较为常用的是Lab 法［23］。图1 是不同温度下稻米色泽L*、a*、b*值的变化趋势图，从图中可以看出，随着贮藏时间的延长，3 个指标呈现不同的变化趋势，其中L*值呈现下降趋势，且3 个处理均表现为前30 d 下降较快，后期下降幅度相对较小，说明在3种温度下，甬优1540杂交大米均在一月以内快速暗化，而后期明度下降较缓慢（图1-A）；3 种处理a*值呈上升趋势，上升幅度与贮藏温度呈正比，35 ℃贮藏的大米a*值明显高于其他两个温度稻米，而25 ℃处理a*值仅在贮藏60 d 后略高于15℃贮藏的大米（图1-B），说明温度越高，籼粳杂交大米颜色向偏红方向变化越快；3种处理b*值呈反复波动的趋势，但3 种温度下籼粳杂交大米的b*值差异明显，温度越高，b*值越大（图1-C），说明贮藏温度升高在一定程度上加速了大米的黄化。

图1 不同温度对甬优1540大米贮藏期间色泽的影响Fig.1 Effect of different temperature on color of Yongyou1540 rice during storage

2.2 不同温度对籼粳杂交大米理化性质的影响

2.2.1 水分含量变化规律 适当的水分含量对于大米的贮藏具有重要作用［24］。由图2 可知，随着贮藏时间的延长，不同温度下的大米水分含量呈现缓慢下降的趋势，且温度越低，水分含量下降越慢。贮藏180 d时，15、25、35 ℃ 3 种温度贮藏的大米水分含量分别从13.98%下降至13.42%、13.19%、13.13%，分别降低了0.56、0.79 和0.85 个百分点，说明高温会在一定程度上加速籼粳杂交大米贮藏期的水分散失。

图2 不同温度对甬优1540大米贮藏期间水分含量的影响Fig.2 Effect of different temperature on water content of Yongyou1540 rice during storage

2.2.2 脂肪含量和脂肪酶活力变化规律 脂肪是大米中的重要营养物质，而脂质在脂肪酶等的作用下发生氧化、水解，被认为是导致大米陈化的最主要因素［25］。由图3 可知，随着贮藏时间的延长，3 种温度下的籼粳杂交大米脂肪含量和脂肪酶活力均呈下降趋势，且温度越高，其值下降越快，贮藏180 d，15、25、35 ℃ 3 种温度贮藏的大米脂肪含量分别下降0.07、0.09、0.11个百分点，脂肪酶活力降幅分别为27.12%、52.05%、56.86%，不同处理间差异明显。

图3 不同温度对甬优1540大米贮藏期间脂肪含量及脂肪酶活力的影响Fig.3 Effect of different temperature on fat content and lipase activity of Yongyou1540 rice during storage

2.2.3 蛋白质和巯基含量变化规律 大米中蛋白质、巯基含量是衡量蛋白质氧化程度的常用指标［26］。由图4 可知，随着贮藏时间的延长，不同温度贮藏的籼粳杂交大米蛋白质和巯基含量呈下降趋势，贮藏温度越高，其值下降越快，贮藏180 d，15、25、35 ℃ 3种温度贮藏的蛋白质和巯基含量分别下降了1.34、1.60、2.65和0.36、0.61、0.93个百分点，各处理间差异明显。

图4 不同温度对甬优1540大米贮藏期间蛋白质及疏基含量的影响Fig.4 Effect of different temperature on protein and sulfhydryl content of Yongyou1540 rice during storage

2.2.4 过氧化氢酶活力变化规律 过氧化氢酶是大米储藏过程中去除活性氧的关键酶之一，可将脂类氧化形成的H2O2分解为H2O 与O2，减少活性氧损伤［27］。由图5 可知，随着贮藏时间的延长，不同温度贮藏的籼粳杂交大米过氧化氢酶活力呈现下降趋势，贮藏温度越高，其值下降越快，贮藏180 d，15、25、35 ℃ 3种温度贮藏的过氧化氢酶活力从8.29 U·mL-1下降至6.40、5.26、2.59 U·mL-1，说明低温可在一定程度上延缓过氧化氢酶活力下降。

图5 不同温度对甬优1540大米贮藏期间过氧化氢酶活力的影响Fig.5 Effect of different temperature on catalase activity of Yongyou1540 rice during storage

2.3 不同温度对籼粳杂交大米蒸煮后质构特性的影响

大米蒸煮后的质构是其食用品质的直观体现。由图6可知，随着贮藏时间的延长，不同温度贮藏的大米蒸煮米饭都呈现硬度逐渐上升、黏着性和弹性逐渐下降的趋势，贮藏温度越高，曲线斜率越大。在图6-A中，新鲜籼粳杂交大米米饭的硬度为0.10 kg·cm-2，在15、25、35 ℃ 3种温度下贮藏180 d后，米饭硬度分别升至0.15、0.19、0.21 kg·cm-2；图6-B、C 中，新鲜籼粳杂交大米米饭的黏度和弹性为174.55和0.70，在15、25、35 ℃ 3 种温度下贮藏180 d 后，米饭黏度分别降至143.61、130.96、105.34；弹性降至0.26、0.23、0.20，各处理间均存在明显差异。

图6 不同温度对甬优1540大米贮藏期间质构特性的影响Fig.6 Effect of different temperature on texture characteristics of Yongyou1540 rice during storage

2.4 不同温度对籼粳杂交大米蒸煮特性的影响

米饭的蒸煮特性是评价大米食用品质的重要指标，其中吸水率、膨胀率、米汤pH值、米汤固形物含量与米饭的口感息息相关。图7 为不同温度的籼粳杂交大米在不同贮藏期吸水率、膨胀率、米汤pH 值及米汤固形物含量4 个指标的变化趋势图。吸水率和膨胀率随着贮藏时间的延长呈现上升趋势，其中，35 ℃贮藏的大米吸水率在前60 d 增长较快、后期升高趋势减缓，而25、15 ℃处理组在90 d 前增长缓慢，后期增速较快；25、15 ℃处理组的大米膨胀率在前30、60 d数值几乎无变化。米汤固形物含量随贮藏时间的延长呈快速下降趋势；而米汤pH值存在波动向下的变化规律。可见温度对籼粳杂交大米蒸煮特性影响明显，表现为温度越高，蒸煮特性变化幅度越大。

图7 不同温度对甬优1540大米贮藏期间蒸煮特性的影响Fig.7 Effect of different temperature on cooking characteristics of of Yongyou1540 rice during storage

2.5 不同温度对籼粳杂交大米糊化特性的影响

糊化特性是评判稻米蒸煮、食用、加工品质优劣的重要指标［28］。由图8可知，随着贮藏时间的延长，峰值黏度、崩解值、回生值、糊化温度具有相似的变化规律，其值总体呈现上升趋势，其中，15、25 ℃贮藏的大米的峰值黏度分别在第90～150 天、90～120 天时小幅下降；15 ℃贮藏的大米崩解值在150～180 d 略有下降；不同贮藏温度明显影响籼粳杂交大米的糊化品质，温度越高，其峰值黏度、崩解值、回生值、糊化温度4个指标值变化斜率越大，贮藏180 d，35 ℃贮藏的籼粳杂交大米4个糊化指标值分别由新米的2 514、987.50、975.50 mPa·s、73.50 ℃上升至3 418、1 694.00、1 843.00 mPa·s、78.20 ℃，增幅分别为35.96%、71.54%、88.93%、6.39%，而25 ℃和15 ℃贮藏大米4 个糊化指标的增幅分别为16.07%、36.41%、51.72%、3.67%和13.13%、21.32%、33.68%、3.81%。

图8 不同温度对甬优1540大米贮藏期间糊化特性的影响Fig.8 Effect of different temperature on gelatinization characteristics of Yongyou1540 rice during storage

2.6 理化指标相关性及PCA分析

对各理化指标进行相关性分析和主成分分析（principal component analysis，PCA），结果如图9～10所示。由图9 可知，各指标之间均存在相关性，除b*等少数指标外，各指标显著相关（P＜0.01）；对各处理指标进行主成分分析，提取两个公因子，其贡献率为80.49%和9.56%（累计贡献率为90.05%），分别命名为因子1 和因子2，如图10所示。结合各指标的现实意义，认为因子1 的正方向为大米品质较优的公因子，而因子2 代表其他品质的公因子。由图10 可知，米汤固形物含量、脂肪酶活力、脂肪含量、蛋白质含量、过氧化氢酶活力、黏着性、L*值、水分含量等指标在公因子1的正方向，而回生值、硬度、弹性、吸水率、膨胀率、糊化温度等指标在公因子1的负方向。

图9 各指标相关性分析Fig.9 Correlation among indicators

图10 还列出了不同温度处理甬优1540 大米综合品质得分在主成分分析图中的位置分布，结果表明，不同贮藏温度、不同贮期大米的得分点分布存在差异，其中15 ℃处理组的得分点在因子1 的正方向和因子2 的负方向（零点右下方向）较集中，25 ℃处理组的得分点分布在因子1 和因子2 的零点两侧分布（零点中心附近），而35 ℃处理组的得分点则聚集在因子1的负方向和因子2的正方向（零点左上方向），结合因子1、2代表的实际意义可知，温度越高、贮藏时间越长，稻米贮藏品质下降越明显，不同处理间的差异明显。

图10 各指标主成分分析（PCA）示意图Fig.10 Schematic diagram of principal component analysis（PCA）of each index

2.7 不同温度对籼粳杂交大米挥发性成分的影响

图11为不同温度贮藏籼粳杂交大米在0、3、6个月时的挥发性风味GC-IMS 指纹图谱，其中每一行代表一个样品中检出的挥发性物质，每一列代表同一挥发性物质在不同样品中浓度信号峰；信号峰的颜色明暗代表该物质的浓度高低，其中蓝色越深表示信号强度越弱、红色越深代表信号强度越强，黑色为背景色。通过GC-IMS 共鉴定出75 种挥发性风味物质，其中可定性58 种，主要包含醇类、醛类、酮类、萜类等物质，以及少量酯类、杂环类化合物。

从图11可以直观看出，贮藏3个月时，籼粳大米中大部分醇酮类物质含量升高、醛类物质含量降低，贮藏6 个月时，萜类物质含量明显升高；高温贮藏（35 ℃）的大米醇醛类物质含量低于中低温（25、15 ℃），而酮类物质含量高于后者。

对比不同贮藏温度下大米挥发性成分的变化，随着贮藏时间延长、贮藏温度升高，2-辛烯醛、2-戊烯醛、苯甲醛、庚醛、丁醛、3-甲基-2-丁醇、庚醇等醛醇类物质含量逐渐下降；2-丁酮、2-戊酮、柠檬烯、β-吡喃酮烯、β-蒎烯等酮烯类物质含量逐渐上升；正戊醇、正己醇、芳樟醇、1-辛烯-3-醇、2-庚烯醛、α-蒎烯、苯乙烯、乙酸乙酯等物质含量由低（或未检出）先升高再下降；戊醛、己醛、壬醛、辛醛、乙酸乙酯等物质含量先降低后升高，可见在贮藏过程中，籼粳大米挥发性物质发生极其复杂的变化，其中，酮烯类物质与大米品质陈化趋势相同，可作为大米陈化的主要风味考察指标。

3 讨论

脂类、蛋白质、淀粉等成分变化是大米发生陈化的主要原因［29］。刘姗［8］前期研究指出，籼粳杂交大米在贮藏过程中直链淀粉含量升高。本试验在其研究基础上开展深入研究发现，在陈化过程中，籼粳杂交大米脂肪、蛋白质、巯基等物质含量逐渐下降，脂肪酶、过氧化氢酶等酶活力逐渐降低，说明其组织内部发生了脂质氧化反应［3］及蛋白质结构变化（蛋白质肽链上的巯基相互反应产生新的蛋白质聚集体）［4］；组织内生化反应的外在表现为稻米的色泽变暗、变深（红黄），大米的吸水率、膨胀率上升，米汤固形物含量下降，其蒸煮米饭的硬度升高，黏着性、弹性下降，峰值黏度、崩解值、回生值、糊化温度等糊化指标均明显上升。

籼粳大米陈化中品质指标变化规律总体与籼、粳稻米相似［5-6］。但本研究发现，其在蛋白质含量变化规律方面具有自身独特性。王娜等［30］在研究矮64S品种贮藏特性时发现籼型杂交稻蛋白含量变化很小，30 ℃贮藏225 d，含量下降近0.55 个百分点。赵卿宇等［20］研究发现，辽星大米（粳米）贮藏300 d（37 ℃），蛋白质含量仅下降0.59个百分点，而本研究甬优1540杂交大米贮藏180 d（25～35 ℃），蛋白质含量下降1.60～2.65个百分点，说明籼粳大米蛋白质含量下降幅度高于籼型或粳型大米，这进一步验证了李娟等［31］的研究结论。李凡［7］研究认为，甬优15、春优84 和春优927 等3 种籼粳杂交大米的清蛋白和球蛋白含量随贮藏时间延长而逐渐降低，特别是在经历夏季高温高湿后下降尤为明显。Zhu 等［32］通过基于液相色谱-质谱的广靶代谢组学技术，筛选出19 种甬优1540 稻新、陈米之间的关键差异代谢物，指出与其代谢物差异最相关的关键途径为：缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成，半乳糖代谢、赖氨酸生物合成和降解以及谷胱甘肽代谢，说明蛋白质、氨基酸代谢在籼粳杂交大米陈化过程中起到举足轻重的作用，和常规籼、粳稻存在差异［33］。

挥发性成分（香气）是大米商品性的重要方面。崔琳琳等［34］认为，粳米和籼米中的重要风味物质主要是醛类、酮类和醇类，如己醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、2-戊基呋喃等物质。籼粳杂交大米与籼、粳米相比具有独特的风味品质特征，即醇类物质含量偏低，醛、酯类物质含量偏高［21］。毕文雅等［35］在研究甬优15 籼粳杂交米陈化时指出，随着贮藏时间的延长，其挥发性成分中的烯烃类、醇类、醛类物质含量呈上升趋势，烷烃类和酸类呈下降趋势，酮类和脂类变化不明显。而本研究发现甬优1540 杂交稻米的挥发性成分变化更为复杂，在贮藏前期（0～90 d），醇酮类物质含量升高、醛类物质含量降低，而后期（90～180 d）萜类物质含量明显升高。两种籼粳米之间存在差异，说明稻米品种不同导致其挥发性成分变化存在差异。

稻米品质与挥发性物质变化密切相关。如Wang等［29］研究指出，大米贮藏过程中糖、脂肪酸和其他代谢物含量减少，醇、醛、酚和胺含量增加，其中脂质代谢显著影响大米的品质；Yuan 等［36］利用RNA 测序技术明确了导致上述变化的遗传机制，指出大米在贮藏过程中，脂肪酶基因表达量升高，而过氧化氢酶基因表达量降低，导致稻米脂类水解和氧化加快，进而形成了一系列脂质降解产物（如脂肪酸、醛类、酮类等），降低了风味品质；而温度升高会加剧大米内的生理生化反应［37］；Zhu 等［32］进一步分析指出甬优1540 在陈化过程中，鸟苷3，5-环磷酸盐、哌可酸等与棕榈油酸相关的脂质代谢产物含量显著上升，脂质代谢是籼粳大米陈化的主要因素。本研究也进一步验证了上述结论，即籼粳大米易受高温影响而加剧陈化，其组织内的脂肪、蛋白质、淀粉等指标含量及其作用酶活力下降加快，色泽、米饭蒸煮特性、米饭质构、糊化特性等指标也随之变化。

4 结论

随着贮藏时间的延长，甬优1540 籼粳杂交大米脂肪、蛋白质、巯基等物质含量逐渐下降，脂肪酶、过氧化氢酶等酶活力逐渐降低，大米L*值下降、a*值上升，大米蒸煮吸水率、膨胀率及米饭硬度上升，米饭弹性、黏着性、米汤固形物含量下降，峰值黏度、崩解值、回生值、糊化温度等糊化特性指标均持续上升；除b*等少数指标外，各指标间相关性显著（P＜0.01）。GC-IMS 分析结果表明，甬优1540 稻米在贮藏过程中发生较复杂的变化，在贮藏前90 d，醇酮类物质含量升高、醛类物质含量降低，90～180 d 萜类物质含量明显升高。贮藏温度是影响稻米品质的重要因素，温度升高会加剧以上反应的进程，加速陈化。