加工精度對(duì)大米食用品質(zhì)及風(fēng)味的影響

安紅周 陳會(huì)會(huì),2 尹文婷 林 乾 何東升 羅 瓊

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院1，鄭州 450001) (鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司2，鄭州 450001) (廣州嶺南穗糧谷物有限公司3，廣州 510000)

從世界各國消費(fèi)稻米現(xiàn)狀來看，當(dāng)下糙米多為加工成精白米后被人們廣泛食用，而直接食用甚少[1]。以往研究大多采用碾減率(Degree of milling，DOM)表征加工精度，但在實(shí)際生產(chǎn)中碾減率很難準(zhǔn)確測(cè)定，故而大大降低了其對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)意義[2]。GB/T 1354—2018《大米》中推薦采用留皮度，即試樣平放，殘留皮層、米胚投影面積之和占試樣投影面積的百分率，作為加工精度的判定依據(jù)[3]。

不同加工精度的大米在理化特性、營養(yǎng)特性和食用品質(zhì)等方面存在較大差異，大米碾磨過程中會(huì)去除大部分纖維和脂肪，從而可顯著改善其感官特性及儲(chǔ)藏穩(wěn)定性[1,4]。有研究表明：色澤隨碾減率的增加而逐漸改善，但當(dāng)碾減率增加至一定程度時(shí)(碾減率為10.9%～12.8%)，感官評(píng)分不再有明顯增加[4]。此外，加工精度還會(huì)對(duì)精米率、稻米淀粉糊化和遭受蟲害時(shí)的抵御能力等產(chǎn)生影響[5]。Roy等[6]報(bào)道了加工條件對(duì)短粒和長粒稻米加工能耗和品質(zhì)的影響，指出較低的碾減率不僅可以節(jié)約水稻生命周期中的能量并提高稻米的總產(chǎn)量，而且能夠保留更多的營養(yǎng)組分。

日本食糧研究所研究表明，米飯食味的影響因素中，主要包括物理特性(a，味道、外觀、口感)和化學(xué)特性(b，香氣、美味成分)，其中影響比例a∶b=7∶3[7]。芳香化合物2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)是香米和非香米的主要區(qū)別風(fēng)味物質(zhì)，具有類似爆米花香味，2-AP、2-乙酰基吡咯及α-吡咯烷酮和吡啶可以提高消費(fèi)者對(duì)稻米的喜愛度，而己醛、乙酸和戊酸這種脂質(zhì)氧化產(chǎn)物可能會(huì)對(duì)消費(fèi)者的可接受性產(chǎn)生負(fù)面影響，且己醛已被用于檢測(cè)大米中的異味[8-10]。風(fēng)味物質(zhì)定性分析主要采用三種方法，NIST譜庫比對(duì)法、正構(gòu)烷烴保留指數(shù)比對(duì)法和風(fēng)味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品比對(duì)法[11,12]。大多研究中，僅采用第一種或前兩種方法，本研究采用三種方法對(duì)風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了綜合分析。

本實(shí)驗(yàn)以河南地區(qū)具有地域代表性的香糙米作為研究對(duì)象，研究碾磨時(shí)間對(duì)加工精度的影響，系統(tǒng)探究了加工精度對(duì)食味、質(zhì)構(gòu)及風(fēng)味的影響，采用同時(shí)蒸餾提取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(SDE-GC-MS)定性定量分析米飯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，初步分析了不同加工精度大米的品質(zhì)差異，從而為粳糙米的適度加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原陽新豐2號(hào)香糙米；伊紅-亞甲基藍(lán)染色液；C7-C30系列正構(gòu)烷烴；無水乙醇、乙醚、正戊烷、2-甲基-3-庚酮(96%)、風(fēng)味物質(zhì)標(biāo)品(己醛98%、苯甲醛99.5%、辛醛99%、壬醛96%、癸醛97%、反,反-2,4-癸二烯醛90%、2-戊基呋喃98%、2,3-二氫苯并呋喃99%)。

1.2 儀器與設(shè)備

SATAKE TM05C砂輥碾米機(jī)，MM1D精白度計(jì)，STA1B型米飯食味計(jì)，RHS1A型硬度黏度儀，WRC-IH408Y電飯煲，浦運(yùn)全智能精米機(jī)，JMJT-12大米加工精度檢測(cè)儀，Agilent 7890B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(配有NIST11.L數(shù)據(jù)庫及HP-5毛細(xì)管柱)，同時(shí)蒸餾萃取裝置，CYNS-50型氮吹儀。

1.3 方法

1.3.1 不同碾減率大米樣品的制備及留皮度測(cè)定

原料經(jīng)去雜質(zhì)、不完善粒后得凈糙米。取凈糙200 g，采用砂輥鐵輥結(jié)合碾米的方式，選用36號(hào)砂輥，經(jīng)砂輥碾米機(jī)開糙20 s后(轉(zhuǎn)速1 060 r/min)，后通過反復(fù)試驗(yàn)，確定碾磨壓力和碾磨時(shí)間。實(shí)驗(yàn)用精米機(jī)碾制得：碾減率分別為0%、2.89%、4.36%、5.90%、7.96%、10.00%、11.98%、14.25%的樣品，編號(hào)為1～8號(hào)樣品，過10目篩篩去糠粉，4 ℃下保存至密封聚乙烯袋中備用。留皮度參照GB/T 5502—2018測(cè)定，留皮度分別為：100.0%、49.1%、20.8%、5.4%、0.9%、0.2%、0.1%、0.2%。

碾減率公式見式(1)。

(1)

1.3.2 米飯食味值及質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

取白米30 g，用自來水洗米約30 s，直至洗凈表面附著的糠粉，浸泡30 min，蒸制50 min(水米質(zhì)量比=1.38)，燜制10 min后得到新鮮米飯。米飯經(jīng)20 min的強(qiáng)制通風(fēng)冷卻后，再進(jìn)行100 min的室溫自然冷卻。取8 g米飯，用壓飯器壓成標(biāo)準(zhǔn)飯團(tuán)后，先后于米飯食味計(jì)和硬度黏度儀測(cè)定食味值及質(zhì)構(gòu)特性，實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定4次[13]。

1.3.3 米飯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)測(cè)定

1.3.3.1 同時(shí)蒸餾萃取(SDE)

選用1號(hào)糙米樣品(留皮度100.0%)、4號(hào)樣品(DOM 5.90%，留皮度5.4%)和6號(hào)樣品(DOM 10.0%，留皮度0.2%)，分析其米飯風(fēng)味組成及含量。米飯制備參照GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》。在1 L燒瓶中裝入50 g現(xiàn)蒸米飯及200 mL蒸餾水，加入15 μL濃度為5 μg/mL的2-甲基-3-庚酮作為內(nèi)標(biāo)物。加入90 mL有機(jī)溶劑(乙醚60 mL，正戊烷30 mL)于250 mL圓底燒瓶中。1 L和250 mL燒瓶分別在150 ℃的恒溫油浴鍋和45 ℃恒溫水浴鍋中加熱，樣品加熱至沸騰，同時(shí)蒸餾萃取5 h后收集有機(jī)溶劑，經(jīng)無水硫酸鈉除水、氮吹濃縮后進(jìn)行GC-MS分析，所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次[11]。

1.3.3.2 GC-MS分析條件

GC條件：采用HP-5毛細(xì)管柱，載氣(He)流速1.8 mL/min。升溫程序?yàn)椋撼鯗?0 ℃，保持3 min，以1.5 ℃ /min升溫到60 ℃，保持2 min，以1.5 ℃/min升溫到120 ℃，再以20 ℃ /min升到230 ℃，保持5 min，分流比1∶1；MS條件：電子電離源，電子能量70 eV，傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，質(zhì)量掃描范圍m/z55～500[14]。

定性分析： 測(cè)定到的揮發(fā)性物質(zhì)與NIST11.L數(shù)據(jù)庫比對(duì)(匹配度≥80%)；將由正構(gòu)烷烴(C6-C30)計(jì)算所得到的保留指數(shù)(RI)與NIST官網(wǎng)該物質(zhì)的RI值比較；風(fēng)味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間比對(duì)。RI值計(jì)算見式(2)。

(2)

式中：ta、tn和t(n+1)分別為待測(cè)揮發(fā)物、含n及n+1個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間/min。

定量分析：選定2-甲基-3-庚酮為內(nèi)標(biāo)物，計(jì)算公式見式(3)。

(3)

式中：Ci、Cis分別是風(fēng)味化合物濃度、內(nèi)標(biāo)物濃度；Ai、Ais分別是化合物色譜峰面積、內(nèi)標(biāo)物色譜峰面積。

1.3.4 米飯感官評(píng)價(jià)

米飯品評(píng)選用10名感官靈敏度高，并有1年以上品評(píng)經(jīng)驗(yàn)的食品專業(yè)研究生作為感官評(píng)價(jià)員。在品評(píng)前，通過開展預(yù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)精度過高或過低的大米品質(zhì)較差，且品相及感官接受度較低。故縮小加工精度范圍，碾制以下5個(gè)精度樣品：分別為精度1(DOM 4.00%、留皮度21.1%)、精度2(DOM 5.62%、留皮度5.4%)、精度3(DOM 6.81%、留皮度2.2%)、精度4(DOM 8.36%、留皮度0.6%)和精度5(DOM 10.0%、留皮度0.2%)，探究DOM 4.0%～10.0%、留皮度0.2%～21.1%精度范圍內(nèi)米飯感官品質(zhì)差異。米飯制備及感官品評(píng)參照GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，顯著性分析采用Duncan多重檢驗(yàn)，P<0.05判斷為顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 碾磨時(shí)間對(duì)碾減率和留皮度的影響

不同碾磨時(shí)間對(duì)大米碾減率和留皮度的影響如圖1所示。結(jié)果表明，碾減率達(dá)到7.96%所需碾磨時(shí)間為12s；隨碾磨時(shí)間的增加，其碾減率并不呈線性增加，可以擬合為一條二次曲線(R2=0.997 3)和一條線性方程(R2=0.992 5)(圖1a)。Juliano等[15]研究表明，糙米果皮層占自身重量的1%～2%，種皮層和糊粉層總共占4%～6%?？穼拥挠捕葟耐鈱拥絻?nèi)層(果皮、種皮、糊粉層)依次降低，而不同的胚乳組分(外胚乳和中胚乳)的硬度相似[16]。DOM≤7.96%時(shí)，即碾磨時(shí)間為0～12 s時(shí)，當(dāng)逐漸碾除柔軟的外部糠層后，其斜率逐漸減小，這表明達(dá)到同樣碾減率所需的碾磨時(shí)間顯著增加。7.96%7.96%時(shí)，糠層被碾除，碾減率不斷提高，導(dǎo)致出米率下降。由圖1b可得，留皮度隨碾磨時(shí)間增加而明顯降低，其變化為先迅速降低后基本不變。隨碾磨時(shí)間的增加，留皮度可擬合為一條函數(shù)方程(R2=0.998 1)。且當(dāng)DOM>7.96%時(shí)，其留皮度接近于0，即皮層幾乎已完全碾除，同樣的留皮度可能對(duì)應(yīng)不同的碾減率，僅采用留皮度來表征大米加工精度并非嚴(yán)謹(jǐn)(見圖1b)。因此，研究中采用留皮度和碾減率結(jié)合表征加工精度更為準(zhǔn)確。

圖1 碾磨時(shí)間對(duì)碾減率和留皮度的影響

2.2 不同加工精度米飯食味值及質(zhì)構(gòu)特性

圖2為不同加工精度對(duì)大米食味值的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，1～8號(hào)大米樣品碾減率不斷升高，且DOM>7.96%時(shí)，其留皮度均<1.0%，大米粒面皮層已基本去凈。隨加工精度的提高，米飯食味值呈增大趨勢(shì)，但達(dá)到一定精度(DOM 7.96%，留皮度0.9%)后，5、6、7號(hào)米飯樣品食味值無顯著性差異(P>0.05)，且7號(hào)和8號(hào)米飯樣品食味值無顯著性差異(P>0.05)。

圖2 不同加工精度米飯食味值變化

米飯的質(zhì)構(gòu)特性是淀粉膨脹、細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度、蛋白質(zhì)含量和皮層條件共同作用的結(jié)果[17]。米粒在蒸煮過程中，細(xì)胞內(nèi)的淀粉發(fā)生糊化和溶脹，細(xì)胞壁被破壞，儲(chǔ)存的淀粉、破壞的細(xì)胞壁等溶解在水中，當(dāng)水最終一部分由米粒吸收，一部分蒸發(fā)完后，溶解的物質(zhì)濃縮在米飯粒面，導(dǎo)致飯粒表面富有黏性。而隨加工精度提高(見表1)，水分更易滲透到大米中，米飯逐漸吸水膨脹，米飯硬度減小。皮層含量與米飯黏度相關(guān)，隨加工精度提高，大米皮層不斷被碾除，米粒中胚乳含量逐漸增大，淀粉含量升高，糊化作用明顯，米飯黏度增大[18]；而彈性為0.68～0.71，說明加工精度對(duì)彈性無顯著影響；平衡度(黏度/硬度)隨加工精度提高而增大，米飯口感黏度增大而硬度減小，從而食味值提高。然而，在硬度黏度方面，不是越軟粘越好，而是硬度黏度適中的大米更受歡迎，即飯粒硬而有滑潤感，軟而有飯粒感為硬度適中；有黏性但不粘牙為黏度適中[19]。

表1 不同加工精度米飯質(zhì)構(gòu)特性變化

2.3 米飯揮發(fā)性風(fēng)味化合物成分變化

通過SDE-GC-MS法對(duì)1號(hào)糙米樣品、4號(hào)樣品、6號(hào)樣品米飯中揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行定性定量分析，并結(jié)合正構(gòu)烷烴保留指數(shù)比對(duì)，共鑒定出44種揮發(fā)性風(fēng)味化合物(見表2)。其中，有醛類8種，酚類3種，醇類9種，酮類5種，酯類8種，酸類1種，其他10種，采用風(fēng)味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品確認(rèn)了8種揮發(fā)性風(fēng)味化合物的存在。

表2 不同加工精度米飯揮發(fā)性風(fēng)味化合物SDE-GC-MS分析結(jié)果

1號(hào)、4號(hào)、6號(hào)樣品米飯中樣品風(fēng)味化合物分別為31、24、26種。其中，有3種揮發(fā)性風(fēng)味化合物僅在4號(hào)米飯樣品中檢出，分別為：2-丙基-1-戊醇、苯甲醇、2-吡咯烷酮；有10種揮發(fā)性風(fēng)味化合物僅在6號(hào)米飯樣品中檢出，分別為：3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲醛、醇類(1,2-乙二醇、2-乙基-1-己醇、2,3,4-三甲基戊醇)、酮類(2,4,6-辛烯酮、2-十七烷酮、法尼基丙酮)、酯類(亞硫酸己基十六基酯、棕櫚酸甲酯、對(duì)甲氧基肉桂酸辛酯)。這可能由于米經(jīng)碾磨后表面脂質(zhì)暴露，米糠脂肪酶將脂質(zhì)轉(zhuǎn)化為游離脂肪酸，而此類游離脂肪酸不穩(wěn)定，迅速被氧化產(chǎn)生不飽和脂肪酸，一系列反應(yīng)導(dǎo)致大米中揮發(fā)性化合物種類的增加；或隨加工精度提高，碎米增多，大米表面積增大，在相同的提取條件下，蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸等更易分解為小分子風(fēng)味成分[20,21]。

稻米的表面脂肪含量通常與其碾磨程度有關(guān)[22]。醛類、醇類物質(zhì)來源于氨基酸及脂質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物。米飯風(fēng)味主要得益于醛類物質(zhì)，有己醛、苯甲醛、辛醛等，其含量隨加工精度提高而顯著下降(P<0.05)。大米中60%以上的脂肪酸，為不飽和脂肪酸，是脂肪酸氧化產(chǎn)物的前體物質(zhì)。己醛含量是表征亞油酸二次氧化的指標(biāo)，如4號(hào)米飯和6號(hào)米飯中己醛(青草味)含量比糙米飯分別降低了49.3 %、67.1 %[21]。然而，亞麻酸和亞油酸的次級(jí)氧化產(chǎn)物2-戊基呋喃的含量也隨加工精度的提高而顯著降低(P<0.05)。通常，脂質(zhì)分解產(chǎn)物越多，米飯?jiān)娇赡墚a(chǎn)生異味或酸臭味。因此，碾磨可以一定程度去除脂質(zhì)氧化產(chǎn)物，以減少不愉快氣味。

另外，醇類、酚類物質(zhì)可以給米飯帶來愉快的香氣，如甜味，花香味或水果味。由于SDE加熱溫度較高，小分子醇類物質(zhì)沸點(diǎn)較低不易提取，故而醇類物質(zhì)較少，且2-丁醇、糠醇、1,4-丁二醇在糙米中的含量均顯著高于加工后的精米(P<0.05)。相對(duì)于糙米飯，4號(hào)米飯和6號(hào)米飯中4-乙烯基-2-甲氧基苯酚含量分別降低了43.3%、85.5%。文獻(xiàn)報(bào)道，己醛，辛醛，2-AP，反,反-2,4-壬烯醛，反-2-壬烯醛，4-乙烯基-2-甲氧基苯酚和吲哚被鑒定為所有3種香米(Jasmine、Basmati和Jasmati)共有的芳香活性化合物[23]。2-AP是香米中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，呈現(xiàn)爆米花香味，對(duì)米飯風(fēng)味有著決定性作用，但加工過程使得2-AP大量損失。2,3-二氫苯并呋喃呈現(xiàn)甜香堅(jiān)果味，在糙米米飯樣品中含量高達(dá)12 610.96 μg/kg，經(jīng)加工后其含量減少高達(dá)90.7%。綜上，較之1號(hào)糙米飯，4號(hào)米飯和6號(hào)米飯樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量分別減少了34.4%和71.9%。

2.4 米飯感官評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步驗(yàn)證儀器法測(cè)定食味值的科學(xué)性和保證米飯品評(píng)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行感官品評(píng)，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3和圖4所示。米飯感官評(píng)價(jià)與儀器法測(cè)定米飯食味值結(jié)論基本一致，即隨加工精度提高，其感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)。而DOM>6.81%，留皮度≤2.2%時(shí)，提高加工精度后，米飯感官評(píng)分變化不顯著(P>0.05)。米飯品評(píng)特性指標(biāo)雷達(dá)圖表明：隨加工精度提高，其滋味及氣味評(píng)分有所升高，這是由于糙米或存在令人不愉悅的氣味，經(jīng)加工后得以改善。評(píng)價(jià)員對(duì)精度4樣品米飯外觀結(jié)構(gòu)最高(16.1分)，而精度5米飯樣品外觀結(jié)構(gòu)評(píng)分與精度2和精度3相當(dāng)(12.3～12.9分)，外觀略差于精度4米飯，這是由于大米加工精度過高，米飯飯粒完整性差，出現(xiàn)爆花。從適口性而言，精度4(23.1分)>精度3(22.8分)>精度5(22.7分)>精度2(22.3分)>精度1(20.1分)，表明適度留皮的米飯具有良好的適口性，可滿足食用需求。同時(shí)，加工對(duì)其冷飯質(zhì)地影響不大。

圖3 不同加工精度米飯樣品感官評(píng)分

圖4 不同加工精度米飯樣品品評(píng)指標(biāo)雷達(dá)圖

3 結(jié)論

大米梯度碾磨實(shí)驗(yàn)表明，DOM>7.96%時(shí)，大米粒面皮層基本完全去除。糙米加工后大米食用品質(zhì)發(fā)生顯著變化，而達(dá)到一定加工精度(DOM 6.81%～7.96%，留皮度0.9%～2.2%)后影響不顯著(P>0.05)。隨著加工精度的提高，米飯硬度逐漸減小，米飯黏度和米飯平衡度增大，而加工精度對(duì)米飯彈性無顯著影響。通過SDE-GC-MS分析，6號(hào)米飯(碾減率10.0%，留皮度0.2%)中的風(fēng)味物質(zhì)含量顯著低于糙米飯和4號(hào)米飯(碾減率 5.9%、留皮度5.4%)(P<0.05)，僅保留糙米中不足三分之一的風(fēng)味物質(zhì)。然而，4號(hào)米飯風(fēng)味物質(zhì)含量約為6號(hào)米飯的2倍多。因此，在不影響大米食味的前提下，大米要進(jìn)行適度加工，可提高出米率，保證其具有較好的食用品質(zhì)以及保留更多的風(fēng)味。