华南地区主栽籼型糙米食用品质比较分析

李 亚, 李健雄, 张名位, 刘 光, 魏振承,张 雁,唐小俊, 刘志霞, 王佳佳, 钟立煌,廖 娜,邓媛元

(广东海洋大学食品科技学院1,湛江 524088) (广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所2,广州 510507) (广东省农业科学院水稻研究所3,广州 510635)

糙米的皮层和胚芽聚集了稻谷质量分数60%～70%的营养物质,并且富含多酚、γ-氨基丁酸、谷维素等活性物质,对慢性代谢性疾病具有改善作用[1]。评价籼稻做为全谷物糙米消费的原料适应性,比较分析品种间食用品质差异,可以为其分类利用提供参考依据。

关于大米食味品质的研究以精白米为主,大部分研究认为蛋白质、脂肪、直链淀粉与大米蒸煮食味品质呈负相关,其原因在于蛋白质和脂肪能与淀粉颗粒相互作用,促进淀粉分子内部凝胶网络的形成从而影响淀粉的吸水膨胀,导致米饭硬度高,食味值低,而直链淀粉高则会导致米粒糊化温度高延伸性不好,从而使米饭硬度高黏性差[2]。但也有学者指出大米中蛋白质含量与米饭食味间的相关性不明显,品种间差异影响更大[3]。糙米皮层中含有丰富的纤维素等,蒸煮时间较长,口感粗糙,食味品质受到多种因素影响。有学者指出,糙米中直链淀粉和蛋白质含量越高,米饭硬度越大[4]。但刘艳香等[5]研究认为化学组成和皮层结构是影响糙米蒸煮品质的主要因素。姚亚静等[6]研究发现糙米皮层中存在大量的不溶性膳食纤维,在蒸煮过程中会阻碍水分迁移,导致糙米难蒸煮、口感差。关桦楠等[7]采用清水浸泡和复合酶浸泡的前处理方式,发现两者均可提高糙米吸水率,通过酶解使糙米外糠层降解变薄,出现明显的疏松多孔结构,促进蒸煮过程中化学组分溶出,降低米饭硬度,从而改善糙米食味品质。籼稻加工碎米率较高,若作为全谷物糙米食用能更好地提高资源利用率。目前不同籼稻品种的糙米食味品质分析研究较少,不同品种间理化及结构特征对食用品质的影响不明确。研究以8个广东省主栽籼稻品种为研究对象,从糙米外观品质、皮层厚度、理化特性、蒸煮品质、糊化特性、质构特征等方面对比分析品质差异,揭示影响糙米食味品质的主要因素,并根据其质构特征进行品种筛选分类。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

8个广东主栽丝苗米品种(籼稻):粤禾丝苗(广东惠州)、象牙香占(广东惠州)、南优占(广东惠州)、象竹香丝苗(广东惠州)、竹稻(广东惠州)、19香(广东惠州)、野香优莉丝(广东梅州)、美香占2号(广东梅州)。所有品种稻谷品质完好,2021年11月收获后保存于4 ℃冷库。

氢氧化钠、盐酸、硼酸、石油醚、碘、碘化钾,均为分析纯;直链淀粉标准品。

1.2 仪器与设备

THU35C型实验用砻谷机,JMCT12大米外观品质分析仪,DHG-9425A电热恒温鼓风干燥箱,TA-XT.PLUS物性分析仪,Starch Master2型RVA快速黏度仪,SOX416-脂肪测定仪,DSC200F3差示扫描量热仪,UV-1800紫外可见分光光度计,S-3400N-II扫描电子显微镜。

1.3 实验方法

1.3.1 糙米样品的制备

取100 g稻谷,放入砻谷机中进行脱壳处理得到糙米样品,用粉碎机磨粉过80目筛,反复多次直到全部过筛,得到糙米粉,糙米样品及糙米粉置于4 ℃保存以便后续测定。

1.3.2 糙米外观指标的测定

采用JMCT12大米外观品质分析仪测定糙米的不完善粒、长度、宽度以及长宽比。

糙米皮层及表观形态:取样位置固定于米粒中轴部位,用刀片切割制得米粒的横截面,所得样品经真空喷镀金膜后,于放大倍数600倍、加速电压5 kV条件下用扫描电子显微镜进行扫描观察。

1.3.3 糙米理化指标的测定

含水量测定参照GB 5009. 3—2016进行;蛋白质含量测定参照GB 5009. 5—2016进行;直链淀粉含量测定参照GB/T 15683-2008进行;粗脂肪含量测定参照GB/T 5512—2008进行;灰分含量测定参照GB/T 5009.4—2010进行。

1.3.4 感官评价

参照 GB /T 15682—2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》,煮熟的米饭样品由训练有素的感官评价小组(30人) 进行感官评价。每个糙米样品一式三份。每个小组成员根据大米的属性及所占比重: 气味(20分)、外观结构(20分)、黏性(10分)、弹性(10分)、软硬度(10分)、滋味(25分)、冷饭质地(5分)给样品打分。

1.3.5 糙米蒸煮品质的测定

1.3.5.1 最适蒸煮时间的测定

参照Thirumdas等[8]的方法,并做适当修改。采用玻璃板-白芯法,添加250 mL蒸馏水于400 mL烧杯中,将烧杯置于电炉上加热至沸腾,往烧杯中倒入7 g糙米样品并开始计时,从20 min起每隔1 min钟捞出至少10粒糙米,用2块玻璃片(75 mm×25 mm)进行挤压,查看米粒中心是否有白芯,有白芯即未煮熟,记录所有米粒均煮熟(即米粒中心完全没有白芯)时间为最适蒸煮时间。

1.3.5.2 吸水率和膨胀率的测定

参考程鑫等[9]的方法。称取7.0 g干质量整糙米(计为m)置于100 mL 量筒,加入25 mL水,读取体积V1。将其倒入已知质量M0的烧杯中,自来水冲洗5遍,蒸馏水洗1次,加入120 mL 50 ℃蒸馏水,沸水锅中蒸20 min(加热即开始计时),将烧杯中米汤转移至另一干净烧杯,冷却后用于米汤干物质含量和碘蓝值的测定。装有米饭的烧杯冷却0.5 h后称重,记为M1,将已称质量的米饭转移到量筒,加入50 mL水,读取体积V2,则

1.3.5.3 米汤酸碱度及干物质的测定

待米汤冷却后用pH计测定米汤酸碱度,将米汤稀释定容至100 mL,3 000 r/min离心,15min,取10 mL上清液于已恒重的称量瓶中,置于105 ℃烘箱中烘至恒重。

式中:m0为恒重空称量瓶的质量/g;m1为样品烘干后称量瓶的质量/g;m为糙米称样质量/g,本实验中为7.0 g。

1.3.5.4 米汤碘蓝值的测定

取约50 mL蒸馏水于100 mL容量瓶中,添加米汤干物质的离心液1 mL,加入5 mL 0.5 mol/L HCl溶液和1 mL 0.2 g/100 mL碘试剂,用蒸馏水定容至100 mL摇匀,利用紫外分光光度计在 660 nm处测定吸光度。

1.3.5.5 糊化特性的测定

参照Zhang等[10]的测定方法,由1.3.1节制得的样品提前测定含水量后,按水质量分数12%校正,以确定称取样品的量,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,测定各糙米样品糊化特性的特征值。

1.3.5.6 热特性的测定

参照Xu等[11]的测定方法,准确称取糙米粉样品(约4 mg,湿重)于坩埚中,使用移液枪加入10 μL蒸馏水混合混匀,加盖经压片后密封保存,置于室温下平衡过夜。将平衡好的样品置于DSC仪器中,以空坩埚为空白对照,由25 ℃加热至120 ℃,加热速率为10 ℃/min。测试结束后通过仪器自带软件对热效应曲线进行分析处理,得到淀粉糊化时的焓值ΔH,起始温度To,峰值温度Tp和终止温度Tc。

1.3.6 糙米质构特征测定

参考Yan等[12]的方法,用相同的米水比对糙米进行蒸煮,将蒸煮焖制后的米饭打开瓶盖,将整个小铝盒放在物性分析仪的测量平台上,趁热进行质构测定。TPA测试条件测试前速度: 3.00 mm/s;测试速度:0.50 mm/s;测试后速度:1.50 mm/s;触发力:5.0 g;测量探头:P/36R。

1.3.7 数据处理

2 结果与分析

2.1 大米外观品质

2.1.1 不同品种糙米的外观品质

8个糙米的外观指标如表1所示,均属于细长粒型。糙米的粒形是影响加工品质的重要因素。一般来说,米粒越细长,在加工过程更易出现碎米,整精米率低。已有文献表明,丝苗米加工过程中出米率显著低于粳稻[13],更适合用于全谷物消费。

表1 不同品种糙米的外观指标

2.1.2 糙米皮层及表观形态

糙米皮层及表观形态的电镜观察结果见图1和表2。糙米的皮层由果皮、种皮、糊粉层3部分组成[14],其中果皮质量分数为1%～2%, 种皮和糊粉层质量分数为4%～6%(具体标定见图1中的a、b、c)。从表2可以看出,不同品种糙米皮层厚度均值存在显著差异,且各品种糙米的背部皮层厚度均大于腹部,除野香优莉丝之外,不同品种糙米的背部与腹部皮层厚度差距在8.51～13.01 μm之间。糙米皮层中含有脂肪、蛋白质、纤维素和植酸等多种成分,各成分相互交织,形成致密结构[15],皮层越厚,在蒸煮过程越难吸水,从而导致糙米蒸煮时间越长。

注：a～h为糙米横截面的扫描电镜图像,a1～h1为糙米腹部,a2～h2为糙米背部。其中a为果皮;b为种皮;c为糊粉层。放大倍数均为600倍。a～h分别为粤禾丝苗、象牙香占、南优占、象竹香丝苗、竹稻、19香、野香优莉丝、美香占2号。

2.2 糙米的营养成分及感官评价

如表3所示,各品种糙米直链淀粉含量差异较大,美香占2号最高。野香优莉丝的直链淀粉含量最低,但蛋白质和脂肪含量最高。米饭食味品质并不与单一组分成线性关系,而是受多种组分共同影响。直链淀粉含量越低,米饭越软。蛋白和脂肪能抑制淀粉颗粒吸水膨胀,导致米饭偏硬[16]。整体而言,籼型糙米饭食味较好,其中象牙香占、美香占2号和19香感官评分最高。籼糙米食味品质整体较好。

表3 不同品种糙米营养成分及食味值

2.3 大米蒸煮品质

2. 3.1 蒸煮特性

如表4所示,最适蒸煮时间最短的品种是野香优莉丝,其次为美香占2号和19香,不同品种糙米平均蒸煮时间为29.00 min。加热吸水率和体积膨胀率越高相应的蒸煮时间会越短,煮出的米饭颗粒饱满, 硬度适中,适口性较好[17]。Cristian等[18]研究发现,水分和蛋白质含量越高,大米的吸水率和膨胀率越低。本研究中象竹香丝苗结果与之相反。糙米皮层是阻止籽粒吸水的一道天然屏障[19],可能相比理化成分糙米致密的皮层厚度对米粒的吸水膨胀特性以及蒸煮时间影响更大。米汤干物质含量和碘蓝值越高,米饭食味值越好[20]。研究中野香优莉丝的米汤干物质和碘蓝值相对较高。米汤pH越接近中性,表明大米品质越好。8个糙米中粤禾丝苗米汤pH为弱碱性,竹稻和19香最接近中性,其余品种均为弱酸性。

表4 不同品种糙米的蒸煮特性

2.3.2 糊化特性

如表5所示,野香优莉丝峰值黏度最低,提示其耐蒸煮性较好。回生值较低的为粤禾丝苗、象牙香占和南优占,较高的是野香优莉丝和美香占2号。19香和野香优莉丝的糊化温度显著高于其他品种。8个糙米糊化特性与质构特性的相关性分析(数据未列出)表明,糊化特性主要影响米饭的黏性,峰值黏度越大,米饭黏性越小,回生现象越显著,大米食用品质就越差;反之,则大米食用品质较好,米饭在冷却后也不易回生变硬,有助于在较长时间内保持其柔软口感。不同籼稻品种间糊化特性差异较大,淀粉的结构组成和成分含量是影响糊化的首要因素。一般直链含量高、结晶度高、支链外链较长的淀粉晶体结构紧密,晶体熔解所需热量大,糊化温度也较高。此外,较高的蛋白质含量在淀粉糊化过程中会与淀粉相互作用形成复杂的网络结构,从而保护淀粉颗粒,抑制淀粉吸水膨胀,降低峰值黏度[21]。脂肪与淀粉形成淀粉—脂质复合体,也同样可以阻止淀粉颗粒的膨胀,导致黏度较小,糊化温度高[22]。本研究中19香和野香优莉丝虽然直链淀粉含量较低,但由于蛋白质和脂肪含量较高,也具有较高的糊化温度。

表5 不同品种糙米糊化参数

2.3.3 热特性

由表6可见,美香占2号的直链淀粉含量最高,糊化晗和糊化温度却较低,说明直链淀粉与糊化晗、糊化温度并不呈严格的线性关系,因为除直链淀粉外,蛋白质、脂类的含量也会影响米粉的糊化[23]。竹稻、19香、野香优莉丝、美香占2号这4种糙米的糊化温度比其余4种稍低,从其蛋白质和脂肪平均值比其余品种稍高,间接反映了蛋白质、脂类对米粉糊化的抑制。

表6 不同品种糙米热力学特性

2.4 糙米质构特性

由表7可知南优占和19香的弹性较低,而象牙香占、象竹香丝苗、野香优莉丝和竹稻弹性较好。野香优莉丝和竹稻内聚性最高,其余品种都稍低。除了南优占回复性稍低之外,其余品种差异不大。竹稻、野香优莉丝和美香占2号咀嚼性较好。

表7 不同品种糙米的质构

硬度和黏性是评价米饭食味品质的重要指标,也是区分米饭软硬的重要标准。研究以米饭硬度为指标对8个糙米进行聚类分析(图2)。结合表7可知,米饭按照硬度可分为3个亚类。第Ⅰ类是南优占,蒸煮后米饭质地较软,硬度小,弹性小,不耐咀嚼。第Ⅱ类包括粤禾丝苗、象牙香占、象竹香丝苗、竹稻、19香和野香优莉丝,糙米饭硬度适中,弹性较好,内聚性、回复性平均值偏低,但咀嚼性品种间差异较大。第Ⅲ类是美香占2号,蒸煮后硬度高,弹性、黏性、内聚性适中,回复性和咀嚼性好。研究表明,当黏性越大,米粒表面越粗糙,米饭口感越差[24]。根据黏性对8种糙米进行聚类分析(图3)可将其分为两类。第Ⅰ类包含象竹香丝苗、野香优莉丝、竹稻、19香以及美香占2号,糙米饭黏性平均值偏低,内聚性、回复性平均值较高。第Ⅱ类包括粤禾丝苗、象牙香占、南优占,糙米饭黏性平均值高,比较粘牙,内聚性、回复性平均值最低。

注:1～8分别为粤禾丝苗、象牙香占、南优占、象竹香丝苗、竹稻、19香、野香优莉丝、美香占2号,下同。

图3 米饭黏性聚类分析图

2.5 不同品种糙米理化特性与蒸煮质构特性相关性分析

2.5.1 不同品种糙米皮层厚度和蒸煮特性的相关性

糙米背部淀粉粒多为单粒,呈多面体形,结构紧密,而腹部淀粉粒多为球形,排列疏松,致使糙米籽粒的腹背部有不同的结构强度[25]。由表8可知,糙米不同部位的皮层厚度都与米汤pH呈极显著正相关,与膨胀率显著负相关,且皮层腹部厚度对最适蒸煮时间影响更大,两者呈正相关。此外,各部位皮层厚度与吸水率、碘蓝值都呈一定的负相关,说明糙米皮层越厚,在蒸煮过程的吸水膨胀越受限,糙米饭煮熟所需的蒸煮时间就会越长。

表8 不同品种糙米的皮层厚度和蒸煮特性之间的相关性

2.5.2 不同品种糙米理化成分和质构特性的相关性

米饭的硬度主要受淀粉颗粒水合作用强弱影响[26]。当样品中水分含量较高,其吸水性会稍差,导致硬度较高。由表9可见,糙米水分含量与米饭的质构呈不同程度的负相关;蛋白质含量与弹性呈显著负相关,可能是通过影响淀粉的吸水性导致糊化不完全,从而硬度高,弹性低[27]。

表9 不同品种糙米理化成分和质构特性的相关性

大米中直链淀粉与米饭硬度和感官评价呈显著负相关,但相关性不显著,可能是由于糙米中蛋白质含量由胚到糠层逐渐升高[28],蛋白质对米饭质地影响更显著。脂肪含量与米饭弹性极显著负相关,而糙米皮层平均厚度则主要影响硬度、黏性和咀嚼性,且与黏性显著负相关。整体而言,籼型糙米品种间差异较大,但弹性较好,耐咀嚼是其普遍特点,大部分品种硬度会相对较高。

3 结论

籼型糙米普遍直链淀粉含量较低,脂肪含量较高,蛋白质含量的品种间差异较大。直链淀粉主要影响米饭硬度;水分、蛋白质与脂肪主要影响弹性;皮层越厚,米饭更难蒸煮,黏性越差。整体而言,糙米饭弹性较好,耐咀嚼,食味值较高,但大部分品种硬度会相对较高。根据米饭硬度聚类分析可以分为3类:南优占质地较软,不耐咀嚼;粤禾丝苗、象牙香占、象竹香丝苗、竹稻、19香和野香优莉丝硬度适中;美香占2号较硬,耐咀嚼。根据米饭黏度聚类分析分为2类:象竹香丝苗、野香优莉丝、竹稻、19香和美香占2号,黏性低;粤禾丝苗、象牙香占、南优占黏性稍高。因此,根据消费者口感偏好和应用场景可以分类选择适宜的籼稻品种。如偏好口感软糯有黏性的可选择南优占,喜食有嚼劲的可选择美香占2号,爱好软硬适中有弹性的选择象牙香占、象竹香丝苗、竹稻和野香优莉丝。