两种香米在不同温度储存过程中理化性质 和食用品质的变化

赵卿宇，郭 辉，沈 群*

（中国农业大学食品科学与营养工程学院，国家果蔬加工工程技术研究中心，植物蛋白与谷物加工北京市重点实验室，北京 100083）

大米是世界一半以上人口，尤其是亚洲人的主食。大米是季节性产品，为了满足全年的消费需求，收获后必须在保持其品质的条件下长期储存。储存可能会影响大米的组成、外观、质构性质、糊化性质、风味等[1-2]，并且其品质劣变在很大程度上取决于储存条件，尤其是时间和温度[3]。为了最大化控制大米劣变，目前常使用低温和控制气氛的储藏方法。通常认为在低于8 ℃的冷藏温度下储存是最好的方法[4]，但该方法的冷却系统初始成本高，运行过程中能耗大。控制气氛需要特殊的包装和储存设施，同样需要投入较高成本[5]。因此，研究大米储存期间品质指标变化，避免大米劣变损失，解决大米保鲜品质具有重要的现实意义。

五常产‘稻花香二号’大米是中国著名的地理标志产品，而‘茉莉’香米是泰国最受欢迎的大米品种[6]。目前对这两种大米的研究主要集中在湿热处理[7]、高压处理[8]、 冷却方式[9]、预浸[10]、储藏[11-13]以及微波热风联合过热蒸汽干燥[14]等对大米品质的影响。而储藏研究又主要集中在淀粉[11]、水解物[11]、香气活性化合物[12]以及滋味物质变化[13]等。因此，本实验从理化特性、质构特性、蒸煮特性以及糊化特性这4 个角度分析‘稻花香二号’大米和‘茉莉’大米分别在15 ℃、室温（约20～25 ℃）和37 ℃储存过程中的变化，以期为优质大米的实际储存和流通过程提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

‘稻花香二号’大米（粳香）由中储粮沈阳直属库提供；‘茉莉’大米（籼香）由泰国农业科学院提供。两种大米收获年份均为2015年。

1.2 仪器与设备

KDY-9820凯氏定氮仪 北京通润机电技术有限公司；V1800可见分光光度计 尤尼柯（上海）仪器有限公司；FE20K pH计 上海青浦沪西仪器厂；ColorQuestXE色差仪 美国Hunter Associates Laboratory公司；TA.XT Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司；Tecmaster快速黏度测量仪 澳大利亚Newport Scientific仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 大米的处理与储藏

取新收获稻谷用小型砻谷机去壳得到糙米，再在碾米机上制成符合GB/T 1354—2018《大米》的标准一等大米；制得的大米密封于聚乙烯袋中，并置于15 ℃、室温（约20～25 ℃）和37 ℃以及50%相对湿度的气候培养箱中300 d，每隔60 d取样。

1.3.2 理化性质测定

两种大米中水分质量分数根据GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》；蛋白质量分数根据GB/T 5511—2008《谷物和豆类 氮含量测定和粗蛋白质含量计算 凯氏法》；直链淀粉的质量分数测定参照王肇慈[15]的碘比色法。根据Ellman试剂比色法[16]，测定两种大米中巯基质量分数。

色泽的测定：将约50 g大米倒进石英皿中，通过ColorQuestXE色差仪测得L*值、a*值、b*值。

1.3.3 质构特性测定

参数设定：P36/R探头；测试模式：TPA模式；测试类型：压缩；测试前速率：1 mm/s；测试速率：0.5 mm/s； 测试后速率：1 mm/s；压缩比：70%。

测试步骤：称取10 g大米于铝盒中，以料水比1∶3的比例加入蒸馏水，静置10 min；沸水蒸制40 min，保温10 min，取出铝盒冷却至室温。测定时去除表面米粒，从中心部位随机取3 粒平行放在载物台上进行测试。

1.3.4 糊化特性测定

5 g大米粉碎后过40 目筛，Tecmaster快速黏度测量仪选择Standard1程序（以水分质量分数14%为基准）进行测定。测定程序：在50 ℃下平衡1 min，再以12 ℃/min的速率升温至95 ℃，并在此温度下保持3 min，然后以 12 ℃/min的速率降至50 ℃，并保持1.5 min。搅拌器的转动速率在最初的10 s之内为960 r/min，此后保持在160 r/min。

1.3.5 蒸煮特性测定

参照王肇慈[15]的蒸煮特性实验，测定大米吸水率、膨胀率和米汤pH值。

1.4 数据统计分析

通过SPSS 22.0软件进行统计学分析，实验数据以平均值±标准差表示，n＝3，组间平均值比较采用Duncan多重比较法分析显著性差异（以P＜0.05表示差异显著）。图像采用Origin Pro 9.0和Excel 2016软件处理。

2 结果与分析

2.1 理化性质变化

水分是米粒内部发生各种生化反应的介质，米粒内部物质的分解、运转和合成都需要在有水的情况下才可以进行。大米表面的水分靠吸附作用产生，内部的水分除自身含有外，还依靠大米表面水分向内部扩散，故储藏条件影响大米水分质量分数[17]。由表1可知，随着储藏时间的延长，水分质量分数呈不断下降趋势。‘稻花香二号’大米在15 ℃、室温和37 ℃下储存300 d后，水分质量分数分别下降2.37%、8.29%和12.23%，而‘茉莉’大米分别下降17.16%、24.18%和34.96%。大米水分质量分数随储藏时间延长而下降的原因主要是大米的呼吸、新陈代谢、环境变化等因素引起[18]，其中高温促进了水分质量分数的下降，这是因为它使大米体内的游离水蒸发的速度加快。常规条件下储藏的大米水分质量分数不宜超过14%，若大米水分质量分数过高则代谢速率加快，消耗营养物质增多，霉菌繁殖速率加快，导致大米品质快速劣变。

表 1 香米储藏期间水分质量分数的变化Table 1 Changes in moisture content of fragrant rice during storage%

大米中的蛋白质量分数虽然不高，但是对大米的食用品质有着重要的影响[19]。由表2可知，‘稻花香二号’大米在15 ℃、室温和37 ℃下储存300 d后，蛋白质量分数分别下降了2.64%、8.42%和11.81%，而‘茉莉’大米分别下降了10.30%、12.90%和17.16%。有研究发现储藏期间大米球蛋白、清蛋白和醇溶性蛋白含量呈下降趋势[20]， 其中在高温条件下，球蛋白的稳定性被破坏，溶解度下降，进而导致球蛋白含量的下降[21]。在储藏过程中，大米蛋白质受空气中光和热的影响，发生水解和变性，产生游离氨基酸，酸度增加[22]。目前的研究认为大米在储藏过程中蛋白质的组成和结构发生显著变化可能是由于大米中部分挥发性羰基化合物和脂质自由基具有高度的氧化活性，使蛋白质发生氧化聚集和结构变化[23]， 而巯基质量分数的减少和羰基含量的增加能反映蛋白质的氧化程度[24]。由图1可知，在15 ℃和37 ℃下储存300 d后，‘稻花香二号’大米的巯基质量分数分别下降了33.33%和57.14%，而‘茉莉’大米分别下降了43.48%和69.57%。在大米储藏过程中蛋白质在空气、光、热作用下，巯基氧化成二硫键[25]。由于巯基减少，二硫键增多，促使形成高分子蛋白，最终导致大米热力学特性发生变化[26]。

表 2 香米储藏期间蛋白质量分数的变化Table 2 Changes in protein content of fragrant rice during storage%

图 1 香米储藏期间巯基质量分数的变化Fig. 1 Changes in sulfhydryl content of fragrant rice during storage

在大米储藏过程中，直链淀粉是容易受到环境因素的影响，同时也是影响大米品质的一个重要指标。由图2可知，15 ℃条件下，‘稻花香二号’大米和‘茉莉’大米到储藏结束时直链淀粉质量分数分别上升了16.06%和7.94%。而在37 ℃条件下，‘稻花香二号’大米和‘茉莉’大米到储藏结束时直链淀粉质量分数分别上升了38.72%和30.51%。造成这种现象的原因可能是大米中的脱支酶在储藏过程中随温度提高活性增强，进而不断作用于支链淀粉产生直链淀粉[27]。大米的质地和糊化过程受直链淀粉质量分数的影响[3]。直链淀粉与大米的硬度呈正相关[28]。直链淀粉质量分数高的大米难以糊化，且具有炉渣感[29]。当直链淀粉质量分数低时，峰值黏度和崩解值随直链淀粉质量分数的增加而增加，但当直链淀粉质量分数高时，直链淀粉质量分数的增加会降低峰值黏度和崩解值[30]。

图 2 香米储藏期间直链淀粉质量分数的变化Fig. 2 Changes in amylose content of fragrant rice during storage

在选择大米产品时，色泽给消费者提供了对产品的第一印象，因此色泽是使消费者做出决定的重要因素。L*值为明度指数，值越大表示色泽越明亮，取值从0（黑色）到100（白色）。a*值为红绿度指数，如果为正表示红色，为负则表示绿色。b*值为黄蓝度指数，b*值为负表示蓝色，为正表示黄色。如图3所示，在存储期间，L*值和a*值减小，b*值增大。实验中，‘稻花香二号’大米在15 ℃、室温和37 ℃下储存300 d后，L*值分别下降2.30%、5.76%和13.96%，而‘茉莉’大米分别下降8.06%、16.36%和18.38%；‘稻花香二号’大米在15 ℃、室温和37 ℃下储存300 d后，a*值分别下降22.31%、31.40%和55.79%，而‘茉莉’大米分别下降50.94%、131.70%和173.21%；‘稻花香二号’大米在15 ℃和37 ℃下储存300 d后，b*值分别上升48.40%和113.07%，而‘茉莉’大米在15 ℃和37 ℃下分别上升0.81%和11.92%。因此，‘茉莉’大米在L*值和a*值上比‘稻花香二号’大米的变化更明显，但在b*值上的变化弱于‘稻花香二号'大米’，并且高温下储存会对大米的外观产生更大的影响。L*值的降低可能是由于米表面上有色物质的产生，或者可能是米的表面光洁度随着存储时间的延长而降低，并且光的反射能力降低，从而降低了L*值[31]。稻米中b*值的增加可能是由于脂质氧化和美拉德反应[32]。先前的研究中发现，羰基化合物与蛋白质的反应促进了大米在储藏过程中的色泽变化[33]。

图 3 香米储藏期间L*值、a*值和b*值的变化Fig. 3 Changes in L*, a*, and b* values of fragrant rice during storage

2.2 质构特性变化

评价大米质构的相关参数包括硬度、黏着性、弹性、咀嚼性和回复性，其中硬度和黏着性是最重要和最常用的测量参数[34]。如图4所示，‘稻花香二号’大米在15 ℃、室温和37 ℃下储存300 d后，硬度分别上升45.26%、65.98%和71.88%，而‘茉莉’大米分别上升129.92%、153.82%和168.93%。Park等[32]曾报道大米在40 ℃下储存4 个月后，硬度增加。储藏米的水合作用能力下降可能导致硬度增加[35]，这与上文的水分质量分数下降的结果一致。存储过程增加了共轭酚酸的释放，导致细胞壁结构的减弱。它使相邻细胞中的淀粉颗粒或蛋白质网络易于连接，从而增加了硬度[36]。此外，储存期间在α-淀粉酶、β-淀粉酶以及脱支酶的作用下，大米中直链淀粉质量分数上升，而支链淀粉质量分数下降[20]。先前的研究报道直链淀粉的含量与硬度直接相关[37]，储藏期间直链淀粉会和脂类物质形成复合物，使糊化温度升高、淀粉强度增加，导致大米硬度增加[38]。另外，‘稻花香二号’大米在15 ℃、室温和37 ℃下储存300 d后，黏着性分别下降14.29%、26.19%和50.00%，而‘茉莉’大米分别下降23.53%、21.57%和27.45%。大米储藏过程中，直链淀粉质量分数增加，导致黏着性降低，硬度变大[27]。黏着性下降可能是由于大米劣变导致细胞壁变得坚固，蒸煮过程中不容易破裂，也可能因为大米内部的淀粉粒被游离脂肪酸包裹住，导致淀粉膨化困难[39]。此外，支链淀粉在储藏过程中由于脱支酶的影响产生比原来小得多的支链分子、直链淀粉片段或无色糊精，最终使总支链淀粉的含量下降，这也是导致大米黏着性下降的原因之一[27]。弹性在‘稻花香二号’大米储藏期间变化不显著，而‘茉莉’大米在15 ℃、室温和37 ℃下储存300 d后，弹性分别下降29.27%、41.46%和50.00%。储藏过程中水分的减少使大米在蒸煮时易龟裂，导致淀粉颗粒从裂缝中流出，降低大米弹性和黏着性[40]。此外，蛋白质氧化导致大米蛋白交联度增加，抑制淀粉颗粒吸水膨润，使淀粉不能充分糊化，当加热时大米的二硫键含量又增多，进而导致弹性下降，硬度增加[2]。咀嚼性增大是大米食味性增加的标志，大米储藏一段时间咀嚼性比原始样品好，这可以解释东南亚国家的人常把大米常温存放 2～3 个月后再吃的习惯[41-42]。‘稻花香二号’的咀嚼性最高点在储藏期的120 d前后，之后在各温度下咀嚼性逐渐下降。‘茉莉’大米的最佳咀嚼性出现在180 d左右，并且在3 个储存条件下变化较为均匀。从咀嚼性的角度来看，‘茉莉’大米的口感稳定性较高。两种大米在15 ℃储存过程中，回复性变化不显著，而‘稻花香二号’大米在室温和37 ℃下储存300 d后，回复性分别上升46.67%和120.00%，‘茉莉’大米分别上升 56.25%和62.50%。

图 4 香米储藏期间质构特性的变化Fig. 4 Changes in texture properties of fragrant rice during storage

2.3 糊化特性变化

峰值黏度和崩解值是评估大米品质劣变过程的最敏感指标[3]。峰值黏度指的是试样从加热到开始冷却前所达到的最大的黏度值，代表淀粉颗粒的膨胀性能。由 表3、4可知，两种大米在储藏早期峰值黏度逐渐上升，而储藏后期开始下降。‘稻花香二号’大米在15 ℃储藏180 d时出现峰值黏度最高值，之后开始下降。37 ℃时，储藏120 d后峰值黏度达到最大后开始下降。‘茉莉’大米分别在15 ℃和37 ℃储藏180 d时出现峰值黏度最高值，之后开始下降。储藏前期峰值黏度增加，这可能由于大米储藏前期有大量的水分子被束缚在大量完整淀粉颗粒 的周围[40]。一般来说，峰值黏度越大，米饭的食味性越好[43]。37 ℃条件下，‘稻花香二号’大米和‘茉莉’大米分别在储藏120 d和180 d后峰值黏度达到最大，此时食味性最佳，这与上文咀嚼性分析结果一致。随着储藏时间进一步延长，水分渗透细胞的能力和速度下降，大米溶胀程度受到抑制，峰值黏度下降，表明大米出现品质劣变[20]。储藏结束时，‘茉莉’大米在各个温度下的峰值黏度都远远大于‘稻花香二号’大米，这表明 ‘茉莉’香米蒸出的米饭口感较好，质地较柔软。崩解值代表内部淀粉颗粒的破裂程度，与米饭的食味性成正相关[43]。 和峰值黏度类似，储藏期间的崩解值也表现出先上升后下降的趋势。‘稻花香二号’大米在15 ℃储藏180 d时出现崩解值最高值，之后开始下降。37 ℃时，储藏120 d后崩解值达到最大后开始下降。‘茉莉’大米分别在15 ℃和37 ℃储藏180 d时出现最高崩解值，之后开始下降。崩解值增加表明大量淀粉分子在淀粉颗粒加热破裂过程中被释放，短期储藏促进淀粉颗粒溶胀破裂的程度[40]。 37 ℃条件下，‘稻花香二号’大米和‘茉莉’大米分别在储藏120 d和180 d后崩解值达到最大，此时食味性最佳，这与上文咀嚼性以及峰值黏度分析结果一致。储藏结束时，‘茉莉’大米在各个温度下的崩解值都大于‘稻花香二号’，这表明‘茉莉’香米的食味性较好，与上文峰值黏度分析结果一致。回生值反映淀粉的老化能力。大米回生能力的强弱与直链淀粉质量分数密切相关，在脱支酶的作用下，储藏期间的支链淀粉转化为直链淀粉，直链淀粉质量分数增加，回生能力增强，米饭变硬[20]。储藏结束时，‘茉莉’大米在各个温度下的回生值都远远大于‘稻花香二号’大米，表明硬度大，其与上文得出的结果一致。糊化温度呈现出较强的规律性，在储藏期间逐渐提高。储存过程中大米中二硫键含量的增加加强了蛋白质间的连接，提高了糊化温度[36]。在15 ℃、室温和37 ℃下保存300 d后，‘稻花香二号’大米的糊化温度分别提高13.13%、14.66%和26.40%，而‘茉莉’大米分别提高10.39%、15.54%和25.61%，较高的糊化温度表明溶胀较慢。

表 3 ‘稻花香二号’大米在不同储藏条件下的糊化特性Table 3 Changes in pasting properties of ‘Daohuaxiang 2’ rice under different storage conditions

表 4 ‘茉莉’大米在不同储藏条件下的糊化特性Table 4 Changes in pasting properties of ‘Jasmine’ rice under different storage conditions

2.4 蒸煮特性变化

如图5所示，在15 ℃、室温和37 ℃下保存300 d后，‘稻花香二号’大米的吸水率分别增加15.29%、22.35%和47.84%，而‘茉莉’大米分别增加16.31%、28.37%和45.39%。温度越高，吸水率的增加幅度越大。大米储藏期间吸水率增加可能是由于储藏导致大米淀粉微晶束结构增强，使其难以糊化，或者因为蛋白质、纤维素、果胶等的细胞壁在储藏过程中遭破坏，使大米细胞吸水能力增强[20]。稻米在储存过程中蛋白质水解成氨基酸，脂质降解产生游离脂肪酸以及挥发性醛酮类物质的出现导致大米pH值降低[20]。在15 ℃、室温和37 ℃下保存300 d后，‘稻花香二号’大米的米汤pH值分别降低7.04%、11.27%和14.08%，而‘茉莉’大米分别降低13.33%、17.33%和20.00%。先前的研究也报告在高温存储下，大米可以获得更高的吸水率和更低的pH值[44]。在15 ℃、室温和37 ℃下储存300 d后，‘稻花香二号’大米的膨胀率分别上升23.85%、41.54%和48.08%，而‘茉莉’大米的膨胀率分别上升15.08%、18.69%和22.62%。这可能是由于谷物黏附力的降低使煮熟的大米能充分地膨胀[45]。也有报道指出大米蒸煮时水分通过米粒淀粉间隙进入内部，而大米的背腹部淀粉间隙大小不一致。储藏过程中由于大米本身水分质量分数减少，导致蒸煮时水分快速被腹部吸收，储藏前后米粒水分质量分数差异显著，在加热的瞬间米粒龟裂，淀粉颗粒从裂缝处流出。这个过程需要吸收大量的水，因此膨胀率和吸水率增加[46]。

图 5 香米储藏期间吸水率、米汤pH值和膨胀率的变化Fig. 5 Changes in water-absorbing capacity, pH of rice soup, and swelling rate of fragrant rice during storage

3 结 论

在不同温度储藏期间，两种香米的理化、质构特性、蒸煮特性以及糊化特性均发生明显的改变，且温度越高，变化幅度越大。其中，‘茉莉’大米水分质量分数、蛋白质量分数、巯基质量分数、L*值、a*值、米汤pH值的下降幅度以及硬度的增加幅度均大于‘稻花香二号’。‘稻花香二号’大米直链淀粉质量分数、b*值和膨胀率的增加幅度均大于‘茉莉’大米。此外，香米的吸水率和糊化温度不断提高，而黏着性不断下降。在15 ℃条件下，香米的回复性变化不显著，而在其他温度条件下显著上升。‘稻花香二号’大米的弹性变化不显著，而‘茉莉’大米呈下降趋势。‘稻花香二号’大米的咀嚼性最高点在储藏期的120 d前后，之后各温度下呈下降趋势。‘茉莉’大米的最佳咀嚼性出现在180 d左右，并且在3 个储藏温度下的变化趋势相似。通过比较咀嚼性，‘茉莉’大米在储藏期间咀嚼性更稳定。香米在储藏早期峰值黏度和崩解值逐渐上升，而储藏后期开始下降。结合咀嚼性、峰值黏度、崩解值与食味性的相关性，37 ℃分别储藏120 d和180 d后，‘稻花香二号’大米和‘茉莉’大米的食味性达到最佳，且储藏结束后‘茉莉’大米的食味性高于‘稻花香二号’大米。虽然储藏期间两种重要香米品质特性的变化已经被解释，但是引起差异的根本原因尚不清楚，因此未来仍需开展大量的研究工作。