湖南省10種早秈稻直鏈淀粉含量和糊化特性的研究

宋 偉,胡婉君,劉 兵,李東珅,楊慧萍

(南京財經(jīng)大學(xué)、江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023)

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湖南省10種早秈稻直鏈淀粉含量和糊化特性的研究

宋 偉,胡婉君,劉 兵,李東珅,楊慧萍

(南京財經(jīng)大學(xué)、江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023)

取湖南省10種廣泛種植的早秈稻樣品,采用國標方法測定其直鏈淀粉含量;用快速粘度分析儀(RVA)測定其糊化特性;使用SPSS軟件和PCA分析法對數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)果表明:不同品種早秈稻的直鏈淀粉含量和糊化特性主要特征值均有明顯差異,變異系數(shù)范圍較大(0.83%～32.30%),糊化特性參數(shù)值之間互相影響。10種早秈稻直鏈淀粉含量的變化范圍為16.12%～24.80%,依據(jù)直鏈淀粉含量劃分了10種早秈稻的歸屬類型,有高含量型、中含量型和低含量型,沒有出現(xiàn)極低含量型和糯型。采用PCA分析法把7個糊化特性參數(shù)歸于2個主成分,分別為峰值粘度因子和峰值時間因子。依據(jù)這兩個主成分作出主成分載荷圖,實現(xiàn)區(qū)分不同產(chǎn)地的樣品,以及所屬直鏈淀粉含量類型不同的樣品。

湖南省,早秈稻,糊化特性,直鏈淀粉含量,主成分分析

早秈稻是一種胚乳含少量支鏈淀粉、以直鏈淀粉為主的水稻種質(zhì)類型,不同品種早秈稻有著不同的糊化特性,這是稻谷淀粉本身的結(jié)構(gòu)特性和分析特性差異性所致,也可能是一種基因型差異的表達[1-5]。稻米淀粉的糊化特性與食用品質(zhì)密切相關(guān),有研究表明,直鏈淀粉含量和糊化特性參數(shù)對米粉絲和發(fā)糕成品品質(zhì)有很大影響[6-8]。近年來,國內(nèi)外對稻米的糊化特性影響稻米品質(zhì)的研究越來越多。沈新平等[9]研究太湖流域糯稻,發(fā)現(xiàn)稻米RVA譜差異明顯,有極高、極低峰值粘度以及秈型3種特異種質(zhì)類型的分化。Jang等[10]研究表明3種秈米的糊化特性受直鏈淀粉含量的影響,直鏈淀粉含量與糊化溫度呈正相關(guān),與峰值粘度和崩解值呈負相關(guān)。

稻米淀粉糊化特征參數(shù)是淀粉糊經(jīng)加熱、在升溫、降溫過程中,稻米黏滯力發(fā)生變化而形成圖譜的譜峰對應(yīng)數(shù)值,它是淀粉物理性質(zhì)的一種表現(xiàn)。目前研究稻米糊化特性主要用快速粘度分析儀(RVA),研究不同品種稻米糊化特征值之間的相關(guān)性、直鏈淀粉含量與RVA特征值之間的相關(guān)性[11-15],關(guān)于湖南省早秈稻直鏈淀粉和稻米糊化特性的研究較少。

表3 早秈稻樣品的糊化特性參數(shù)值及其描述性分析

注:表中同列不同的小寫字母表示p<0.05水平的差異性。本文選取湖南省10種廣泛種植的早秈稻為研究對象,測定其直鏈淀粉含量和淀粉糊化特征值,找出相關(guān)規(guī)律,為湖南省大米品質(zhì)研究和早秈稻品種培育推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗樣品 是2015年7月從農(nóng)戶直接購買當(dāng)年剛收獲的早秈稻,樣品信息見表1。

JSFM-I型糧食水分測試磨 成都施特威科技發(fā)展公司;JGMJ8098稻谷-精米檢測機 上海嘉定糧油儀器有限公司;高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;波通RVA4500快速黏度分析儀 備有專用攪拌器和鋁制樣品筒;DPCZ-II型直鏈淀粉測定儀 北京智海電子儀器廠有限公司。

表1 樣品信息表

1.2 試樣準備

稻谷經(jīng)過除雜、過篩、自然攤晾至水分13.5%,用礱谷機將稻谷樣品出糙、碾米。再將糙米和精米用萬能粉碎機磨粉,制成糙米粉和精米粉,過80目篩(孔徑180 μm),備用。

1.3 測定方法

1.3.1 直鏈淀粉含量測定 按照GB/T 15683-2008進行樣品前處理。然后再用直鏈淀粉測定儀測定,所有測定重復(fù)3次。

1.3.2 RVA糊化特性測定 采用GB/T 24852-2010 測定樣品糊化特性,所有測定重復(fù)3次。糊化程序見表2。

表2 RVA糊化程序

注:*儀器的空載溫度為50 ℃,測試結(jié)束時間為12.50 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗所得數(shù)據(jù)用SPSS17.0軟件進行方差分析和相關(guān)分析,PCA法進行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 比較不同品種早秈稻糊化特性

早秈稻樣品的糊化特性參數(shù)值及其描述性分析見表3。由表3可知,總體上來說,不同品種早秈稻糙米粉的RVA譜特征值(除了糊化溫度)之間差異性很大,說明其糊化特性之間差異較大,這種差異性與稻米等糧食用品質(zhì),加工特性直接相關(guān)[16-17]。

糊化特性參數(shù)的變異系數(shù)大小為:崩解值(32.30%)>峰值粘度(13.97%)>最低粘度(12.89%)>最終粘度(9.72%)>回生值(8.80%)>峰值時間(3.23%)>糊化溫度(0.83%)。崩解值的變異系數(shù)最大,說明這個特征值分化極其明顯;峰值時間與糊化溫度的變異系數(shù)較小,表明這兩個特征值較為穩(wěn)定。

表4 直鏈淀粉含量分析

峰值粘度以早秈89最高,湘早32最低;這可能是由于在升溫過程中早秈89淀粉顆粒膨脹程度最大,湘早32淀粉顆粒膨脹程度最小所致。

最低粘度以早秈87最高,湘早32最低;最低粘度是由于淀粉粒膨脹至極限后破裂而不再相互摩擦使糊液粘度下降所致,反映了淀粉在高溫下耐剪切能力。

崩解值反應(yīng)了淀粉的熱糊穩(wěn)定性,由表3可知,湘早32的崩解值最低,表明其淀粉顆粒溶脹后的強度大,不易破碎,熱糊穩(wěn)定性較好;而早秈89崩解值最大,其熱糊穩(wěn)定性較差。

最終粘度是由于溫度降低后被直鏈淀粉和支鏈淀粉所包圍的水分子運動變?nèi)跏购赫扯仍俣壬仙?終值粘度大,表明糊液硬度大;最終粘度以湘矮45最高,其糊液硬度較大,湘矮32最低,其糊液硬度較小。

回生值反映淀粉糊在低溫下的老化程度和冷糊的穩(wěn)定性,回生值越小,冷糊穩(wěn)定性越大,不易老化。回生值以株兩優(yōu)819最低,湘早32居次,二者冷糊穩(wěn)定性較好,不易老化,而早秈89最高,冷糊穩(wěn)定性較差,易老化。

不同品種早秈稻糊化峰值粘度到達時間在5.67～6.20之間,糊化溫度在80.70～82.78之間;其中,株兩優(yōu)819糊化峰值粘度到達時間最短,湘早32最長;湘早32的糊化溫度最高,潭兩優(yōu)83的糊化溫度最低。

程威威等[18]研究了湖南省20種早秈稻發(fā)芽糙米的食用品質(zhì),其糊化特性參數(shù)的峰值粘度范圍為57～1535 cp,最低粘度范圍為36～1034 cp,崩解值范圍為21～505 cp,最終粘度范圍為76～2226 cp,回生值范圍為-14～910 cp,峰值時間范圍為4～6 min,糊化溫度范圍為76～94 ℃。除峰值時間和糊化溫度外,其它參數(shù)與本文相比結(jié)果偏差較大(偏低)。糙米和發(fā)芽糙米中各組分含量的差異是造成二者糊化特性差異的基本原因,主要原因是糙米發(fā)芽時,淀粉分解成人體易于消化吸收的還原糖和游離氨基酸等物質(zhì)[19],導(dǎo)致其直鏈淀粉含量比糙米中低,糊化特性結(jié)果表明糙米的粘度較發(fā)芽糙米高。

2.2 根據(jù)直鏈淀粉含量建立糙米與精米分級標準

直鏈淀粉含量多少與稻米的蒸煮品質(zhì)和食用品質(zhì)有緊密聯(lián)系。參照IRRI精米直鏈淀粉含量分級標準:高,>25.0%;中,20.1%～25.0%;低,9.1%～20.0%;極低,2.1%～9.0%;糯,<2.0%共5級[20]。本研究通過測定不同品種糙米及精米的直鏈淀粉含量,試圖建立糙米中直鏈淀粉含量分級標準。10個糙米樣品和10個精米樣品中直鏈淀粉含量的測定結(jié)果見表4。

剔除糙米粉直鏈淀粉含量/精米粉直鏈淀粉含量的最高值0.9975和最低值0.7924,得平均值0.8738,即以0.8738作為糙米與精米直鏈淀粉含量的換算系數(shù),建立糙米中直鏈淀粉含量的分級標準:高,>21.85%;中,17.56%～21.85%;低,7.95%～17.48%;極低,1.83%～7.86%;糯,<1.75%。對供試的10個品種稻谷糙米的直鏈淀粉含量按建立的糙米直鏈淀粉含量分級標準進行分級,各品種的直鏈淀粉含量等級與IRRI法進行分析所得的等級一致。由表4可知湖南省早秈稻多屬于中等或高等含量型。

2.3 糊化特性參數(shù)值和直鏈淀粉含量之間的相關(guān)性研究

表5顯示了湖南省10種早秈稻的糊化特性參數(shù)值和直鏈淀粉含量之間的Person相關(guān)系數(shù)。

表5 早秈稻糙米粉糊化特性參數(shù)值之間及直鏈淀粉含量的相關(guān)分析

注:**:在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān);*:在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

表6 解釋總方差

根據(jù)表5,湖南省早秈稻糙米粉糊化特性的各個參數(shù)之間及與直鏈淀粉含量表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。峰值粘度與最低粘度、崩解值和最終粘度成較大正相關(guān)(分別為r=0.781,p≤0.01;r=0.752,p≤0.05;r=0.771,p≤ 0.01);最低粘度與最終粘度成高度正相關(guān)(r=0.942,p≤ 0.01);崩解值與峰值時間呈高度負相關(guān)(r=0.914,p≤0.01);回生值與最終粘度呈較大正相關(guān)(r=0.711,p≤0.05);直鏈淀粉含量與峰值粘度、最低粘度和最終粘度呈較大正相關(guān),只與糊化溫度呈負相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.519,0.566,0.544,-0.034;糊化溫度與峰值粘度、最低粘度、崩解值、最終粘度和回生值均成負相關(guān),只與峰值時間呈正相關(guān)相關(guān)系數(shù)分別為-0.515,-0.308,-0.488,-0.267,-0.073,0.502。

2.4 主成分分析法分析糊化特性參數(shù)

主成分分析法是一種降維或者把多個指標轉(zhuǎn)化成少數(shù)幾個綜合指標的一種多元數(shù)理統(tǒng)計方法?？梢詮亩嘣兞恐械贸鲎钪饕拓暙I最大的因子,從而觀察并比較不同樣品的主成分分析值在空間的分布差異。

2.4.1 提取主成分 主成分分析得到的特征值、特征向量及主成分載荷矩陣如下表6和表7。

表7 主成分載荷矩陣

由表6可知,根據(jù)特征值大于1的原則,共分析出2個主成分。貢獻率分別為52.426%,29.158%,兩個累計達到81.583%。所以可以用這2個成分較好的代替上述7個糊化特性參數(shù)來評價與判斷樣品糊化特性。故取前2個主成分作為數(shù)據(jù)分析的有效成分。從表7可以看出,第一主成分在峰值粘度有最大的載荷,稱其為峰值粘度因子;此外,PC1在最低粘度和最終粘度有較大的載荷。第二主成分在峰值時間有最大的載荷,稱其為峰值時間因子。

2.1.2 建立主成分分析圖 圖1和圖2為稻谷樣品揮發(fā)性成分的主成分分析圖,從圖中可以看出,數(shù)據(jù)采集點所在的位置在主成分圖中有特定的分布區(qū)域且互不重疊,各個樣品之間存在明顯區(qū)分,說明主成分分析法適用于湖南省不同品種早秈稻揮發(fā)性成分分析。

圖1 稻谷樣品得分圖Fig.1 Sample score

由圖1可知,利用PCA分析方法進行區(qū)分時,除了各個品種能夠區(qū)分外,產(chǎn)地不同的樣品和所屬直鏈淀粉含量類型的樣品也存在較明顯的區(qū)分。依據(jù)產(chǎn)地分析,源于湖南省同一個鎮(zhèn)的樣品1號和2號,9號和10號,3號和4號在主成分分析圖上分布相對集中,差異較小;而樣品5號、6號、7號和8號分別來自湖南省不同產(chǎn)地,在主成分分析圖上分布比較分散,說明稻谷種植區(qū)域?qū)Φ竟群匦杂幸欢ㄓ绊?其品種的識別指數(shù)較大。稻谷所屬直鏈淀粉含量類型不同,在主成分分析圖上的分布區(qū)域也不同。高等含量型樣品主要分布在一、四象限,3號、4號、6號和9號在主成分分析圖上分布相對集中,除了7號樣品分布比較遠;中等含量型樣品主要分布在三、四象限,1號、2號、10號在主成分分析圖上分布比較接近,除了8號樣品分布比較遠;其識別指數(shù)較大。

圖2 糊化特性參數(shù)在主成分上的載荷圖Fig.2 RVA profiles in the principal components of the load diagram

結(jié)合圖2可以看出,5號、7號和8號樣品的糊化溫度和峰值時間比較相近,峰值時間和糊化溫度參數(shù)分布在第二象限;3號和6號樣品的最低粘度、崩解值和回生值較為相近,分布在第一象限;4號樣品有著特殊的峰值粘度,結(jié)合表3,4號樣品的峰值粘度最大;9號和10號樣品有著相近的最終粘度,分布在第四象限。

3 結(jié)論

3.1 湖南省10種廣泛種植的早秈稻的糊化特性有明顯差異。糊化特性參數(shù)值變異系數(shù)范圍為0.83%～32.30%,峰值時間和糊化溫度變異系數(shù)較小(分別為3.23,0.83),比較穩(wěn)定;崩解值的變異系數(shù)最大(32.30%),最不穩(wěn)定,而崩解值受到峰值粘度和最低粘度的影響(崩解值=峰值粘度—最低粘度)。其中由于湘早32稻米的糊化溫度高,峰值粘度、崩解值和回生值低,具有良好的熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性,糊化特性較好,最適宜作為加工米粉的原料。

3.2 實驗取用的湖南省10種廣泛種植的早秈稻直鏈淀粉含量變化范圍為16.12%～24.80%,經(jīng)計算其歸屬類型為:早秈89,早秈87,湘矮454,湘早32和中早39屬于高含量型;株兩優(yōu)819,株兩優(yōu)402,早秈24和潭兩優(yōu)83屬于中含量型;只有早秈51-4屬于低含量型;沒有出現(xiàn)極低含量型和糯性型的稻谷。

3.3 糊化特性參數(shù)值之間相互影響。峰值粘度影響著最低粘度、崩解值的大小;最低粘度影響最終粘度大小;回生值大小主要取決于最終粘度的特性。因此峰值粘度可作為評價早秈稻品質(zhì)的指標。

3.4 主成分分析結(jié)果表明:在主成分分析圖上,湖南省各個早秈稻品種能夠得到較好區(qū)分,所得樣品得分圖可以區(qū)分不同產(chǎn)地的樣品,也可以區(qū)分所屬直鏈淀粉含量類型不同的樣品。

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Study on the amylose content and gelatinization characteristics of ten indica rices in Hunan province

SONG Wei,HU Wan-jun,LIU Bing,LI Dong-shen,YANG Hui-ping*

(Nanjing University of Finance and Economics,Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety,Hunan 210023,China)

Ten indica rice varieties widely grown in Hunan province were used to test amylose content by GB method,and starch pasting properties using a Rapid Viscosity Analyzer(RVA),respectively. All data were analyzed by SPSS and principal component analysis(PCA). Significant differences were found among amylose contents and RVA eigenvalues among the ten varieties of indica rice. Pasting properties parameter values have some relevance,with a wider range of variation coefficient(0.83%～32.30%).The change range of amylose content was 16.12%～24.80% in different rice cultivars,rice types were divided according to amylose content,including high type,medium type and low type,without extreme low and waxy type. The seven gelatinization characteristics were attributed to two main componentsby PCA,which were peak viscosity and peak time factor spectively. The samples collected from different regions can be distinguished,the rice types divided according to amylose content also can be distinguished.

Hunan province;indica rice;pasting property;amylose content;PCA

2016-03-30

宋偉(1957-),男,本科,教授,研究方向:糧食儲藏技術(shù),E-mail:9119821011@njue.edu.cn。

*通訊作者:楊慧萍(1957-),女,本科,教授,研究方向:糧食儲藏,E-mail:songweiy@sina.com。

江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(PAPD);糧食公益性行業(yè)科研專項(201313002)。

TS201.7

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000