再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)與糊化特性、淀粉晶體結(jié)構(gòu)研究

曠 娜 周 蔚 張 相 鄭華斌 唐啟源

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

稻米的蒸煮食味品質(zhì)是決定其市場(chǎng)接受度和價(jià)格的重要因素[1]。蒸煮品質(zhì)通常用直鏈淀粉含量、膠稠度和糊化溫度(常以堿消值代替)等指標(biāo)來(lái)衡量。淀粉占米粒干重的90%左右，其結(jié)構(gòu)和特性直接影響稻米的蒸煮食味品質(zhì)[2]。淀粉顆粒內(nèi)部是由結(jié)晶層與無(wú)定形層交替而形成的層狀結(jié)構(gòu)，在糊化升溫過(guò)程中，晶體結(jié)構(gòu)將被熔解，無(wú)定型區(qū)域的結(jié)構(gòu)較松散，容易被破壞，而結(jié)晶區(qū)由于其晶體結(jié)構(gòu)較緊密而使其糊化所需晶體熔解能較大，糊化溫度也較高[3,4]。研究表明結(jié)晶度與糊化溫度呈顯著正相關(guān)，與直鏈淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)[3,5]。另一方面，淀粉的晶體特性、晶體結(jié)構(gòu)對(duì)淀粉糊化的回生性有影響[6,7]。此外，稻米淀粉RVA 譜特征值(特別是崩解值、消減值、回復(fù)值等)與稻米蒸煮品質(zhì)及食味品質(zhì)有密切關(guān)系[8]。

再生稻是頭季水稻收割后，利用稻樁重新發(fā)苗、長(zhǎng)穗，再收一季的一種兩收水稻種植模式。與頭季相比，再生季水稻的生長(zhǎng)環(huán)境有利于米質(zhì)的形成[1,9]。Alizadeh等[10]報(bào)道再生季稻米外觀品質(zhì)、食味品質(zhì)明顯優(yōu)于頭季。相關(guān)研究指出再生稻頭季和再生季稻米的直鏈淀粉含量存在顯著差異[11,12]。

不同品種的稻米品質(zhì)、淀粉的形態(tài)特征、糊化特性和晶體特性已有相關(guān)研究，然而再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)、米粉的糊化特性及晶體結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系卻鮮見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)研究不同品種再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)和淀粉及其特性的關(guān)系，以期進(jìn)一步揭示再生稻再生季稻米品質(zhì)的形成基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

4個(gè)高產(chǎn)雜交秈稻：隆兩優(yōu)1307、和兩優(yōu)1號(hào)、隆兩優(yōu)1308、創(chuàng)兩優(yōu)豐占及4個(gè)優(yōu)質(zhì)雜交秈稻：晶兩優(yōu)1468、畾優(yōu)1068、鑫隆優(yōu)3號(hào)、泰優(yōu)390。各品種直鏈淀粉含量處于15.2%～17.4%之間，均屬于低直鏈淀粉含量品種[13]。種植地點(diǎn)為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)衡陽(yáng)實(shí)驗(yàn)基地，各品種均收取再生季成熟籽粒。

1.2 方法

1.2.1 蒸煮食味品質(zhì)測(cè)定

收取待測(cè)品種再生季成熟籽粒，風(fēng)曬至水分約為14%。按NY/T 83—2017《米質(zhì)測(cè)定方法》測(cè)定[14]。直鏈淀粉含量測(cè)定采用碘藍(lán)比色法，制作直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)吸光度和標(biāo)準(zhǔn)曲線確定待測(cè)樣品的含量。膠稠度測(cè)定用米膠延伸法，即測(cè)定米膠在冷卻時(shí)的粘稠度。糊化溫度測(cè)定采用堿消值法，即以整粒精米在堿溶液中的崩解度為主進(jìn)行分級(jí)。

1.2.2 淀粉提取

取適量精米4 ℃下超純水浸泡過(guò)夜，充分研磨，4層紗布過(guò)濾，所得溶液分別過(guò)200目，400目篩，濾液3 000 g離心20 min，棄上清液，加4倍體積0.4%的NaOH溶液，室溫下振蕩4 h(THZ-320臺(tái)式恒溫振蕩器)。3 000 g離心20 min，棄上清液，加超純水充分懸浮后，3 000 g離心20 min，棄上清，重復(fù)一次，加超純水懸浮，用1 mol/L的鹽酸溶液調(diào)pH到7，3 000 g離心20 min，棄上清，過(guò)400 目篩，取濾液3 000 g離心20 min，棄上清，懸浮離心重復(fù)，直至上清液清澈，無(wú)水乙醇懸浮，離心洗滌兩次，得到沉淀40 ℃干燥48小時(shí)，研磨，過(guò)100目篩，淀粉備用。

1.2.3 糊化特性分析

用RVA-Super 4快速黏度分析儀測(cè)定大米淀粉的糊化特性。淀粉樣品(3.00 g，13%含水量)與25 g蒸餾水在鋁罐中混合。采用程序升溫降溫循環(huán)，50 ℃保溫1 min，4.8 min升溫至95 ℃，95 ℃保溫2.5 min。然后，將樣品在3.8 min內(nèi)冷卻至50 ℃，并在該溫度下保持1.4 min。螺旋槳的轉(zhuǎn)速在前10 s為960 r/min，然后保持160 r/min直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。記錄峰值黏度、最低黏度、最終黏度及其崩解值、消減值、糊化溫度和峰值時(shí)間。

1.2.4 淀粉結(jié)晶度測(cè)定

用XRD-6100 X射線衍射儀測(cè)定淀粉在40 kV和30 mA-Cu-Kα輻射下的結(jié)晶度。掃描范圍為5°～40°(2θ)，掃描速度為2°/min。結(jié)晶度測(cè)量為每個(gè)樣品的尖銳峰面積與X射線光譜總面積的比值。

1.2.5 淀粉結(jié)構(gòu)有序性的測(cè)定

使用Spectrum65傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)定。在800～4 000 cm-1波長(zhǎng)范圍內(nèi)，以2 cm-1的分辨率，平均16次掃描。將1 mg樣品(淀粉粉末過(guò)100目篩)與150 mg KBr混合。用OMINC 8.2對(duì)1 200～800 cm-1區(qū)域的光譜進(jìn)行了反褶積，半寬為19 cm-1，分辨率增強(qiáng)因子為1.9。從基線校正和反褶積后的光譜中獲得1 047 cm-1和1 022 cm-1處的吸光度值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

相關(guān)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013整理，采用Origin繪圖，Statistix 8.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)，采用LSD法進(jìn)行多重比較。每個(gè)樣品平行至少測(cè)2次，數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。

2 結(jié)果與分析

2.1 再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)比較

各實(shí)驗(yàn)品種再生季直鏈淀粉均高于頭季稻含量(數(shù)據(jù)未列出)，這與吳延壽等[11]的結(jié)果一致。可能是因?yàn)轭^季和再生季稻籽粒發(fā)育期間的氣候條件存在較大差異引起的。直鏈淀粉含量與蒸煮后米飯的粘性、硬度、吸水性等均有密切的相關(guān)性。Bao等[15]研究表明直鏈淀粉含量與淀粉凝膠的硬度成正比，直鏈淀粉含量越高，淀粉的吸水率越低，從而淀粉凝膠的硬度越大 。根據(jù)NY/T 593—2013食用稻品種品質(zhì)規(guī)定秈稻品種蒸煮食味品質(zhì)一級(jí)的稻米直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在13%～18%范圍內(nèi)。

膠稠度按米膠長(zhǎng)度可分為硬膠(≤40 mm)，中等(41～60 mm)，軟膠(≥61 mm)，本研究實(shí)驗(yàn)品種均屬于軟膠(表1)。米粉的膠稠度測(cè)定反映了已糊化的淀粉粒冷卻后再?gòu)?fù)原的趨向，是直鏈淀粉與支鏈淀粉兩類分子綜合作用的體現(xiàn)[16]。劉國(guó)華等[12]報(bào)道再生季稻米膠稠度的變化因品種不同而存在差異。不同品種間稻米膠稠度對(duì)溫度的響應(yīng)不同。金正勛等[17]研究報(bào)道膠稠度與味道值呈正比。

糊化溫度是指稻米淀粉顆粒在水中加熱開(kāi)始發(fā)生不可逆膨脹，失去其雙折射性和結(jié)晶性的臨界溫度，通常以堿消值來(lái)衡量。堿消值越小，糊化溫度越高，稻米蒸煮時(shí)吸水越多，溫度高，時(shí)間長(zhǎng)。和兩優(yōu)1號(hào)、晶兩優(yōu)1468、畾優(yōu)1068的堿消值≥6(表1)，具有較低的糊化溫度。

表1 不同品種再生季稻米的蒸煮食味品質(zhì)與淀粉相對(duì)結(jié)晶度、紅外特征峰比值

表2 不同品種再生季稻米R(shí)VA譜特征參數(shù)

2.2 糊化特性分析

由表2可知，隆兩優(yōu)1307、晶兩優(yōu)1468的峰值黏度顯著高于其他品種。峰值黏度反映了淀粉膨脹的程度和結(jié)合水的能力，關(guān)系到谷物的最終食用品質(zhì)[18]。較高的峰值黏度又與較高的崩解值對(duì)應(yīng)(隆兩優(yōu)1307、晶兩優(yōu)1468的崩解值顯著高于其他品種)。這表明隆兩優(yōu)1307、晶兩優(yōu)1468再生季稻米淀粉粒通過(guò)氫鍵與水結(jié)合的能力較強(qiáng)，且糊化后穩(wěn)定性較強(qiáng)。各品種最低黏度差異變化范圍不大。隆兩優(yōu)1307、和兩優(yōu)1號(hào)、隆兩優(yōu)1308、晶兩優(yōu)1468、鑫隆優(yōu)3號(hào)、泰優(yōu)390的崩解值大于1 200 cP，消減值低于300 cP。崩解值反映淀粉熱糊的穩(wěn)定性，消減值反映了淀粉冷糊的穩(wěn)定性和老化趨勢(shì)[19]。畾優(yōu)1068的峰值時(shí)間與糊化溫度均高于其他品種，隆兩優(yōu)1308的糊化溫度總體表現(xiàn)最低。舒慶堯等[20]報(bào)道蒸煮食味品質(zhì)好的稻米一般峰值黏度大、崩解值大、最終膠黏度小、消減值小和起始糊化溫度低。研究表明食味較好的水稻品種崩解值大于100 RVU(即1 200 cP)，消減值小于25 RVU(等于300 cP)[21]。從RVA譜分析，創(chuàng)兩優(yōu)豐占、畾優(yōu)1068的食味品質(zhì)要低于其他供試品種。Tangsrianugul等[19]研究發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉含量與峰值黏度、崩解值呈顯著負(fù)相關(guān)，與消減值、最終黏度黏度、峰值時(shí)間顯著正相關(guān)，本研究并未呈現(xiàn)此規(guī)律，可能因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中各品種的直鏈淀粉含量接近或再生季灌漿期間氣候條件影響淀粉合成過(guò)程中相關(guān)酶類的活性，乃至其前體或基因的表達(dá)。

總而言之，和兩優(yōu)1號(hào)、晶兩優(yōu)1468直鏈淀粉含量適中，膠稠度長(zhǎng)，糊化溫度低，且糊化時(shí)峰值黏度大、崩解值大、最終膠黏度小、消減值小、起始糊化溫度低，蒸煮食味品質(zhì)較好。

2.3 淀粉晶體結(jié)構(gòu)特性

淀粉作為稻米的主要組成成分，其晶體結(jié)構(gòu)與蒸煮食味品質(zhì)密切相關(guān)。由XRD衍射圖譜(圖1)可知，各品種稻米的衍射主峰分別為15°、17°、18°和23°，其中17°和18°衍射峰是相連的雙峰。本研究中供試品種的淀粉均呈現(xiàn)典型的A-型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。隆兩優(yōu)1307、泰優(yōu)390、創(chuàng)兩優(yōu)豐占的相對(duì)結(jié)晶度高于其他品種，和兩優(yōu)1號(hào)的相對(duì)結(jié)晶度顯著低于其他品種(表1)。相關(guān)性分析表明相對(duì)結(jié)晶度與直鏈淀粉含量、堿消值呈顯著負(fù)相關(guān)，與膠稠度呈顯著正相關(guān)(圖2)，這與Cheetham等[22]的研究結(jié)果一致。支鏈淀粉是導(dǎo)致淀粉結(jié)晶度增加的原因之一，而直鏈淀粉會(huì)削弱晶體結(jié)構(gòu)，降低結(jié)晶度[22]。韓文芳等[3]報(bào)道大米淀粉顆粒中結(jié)晶區(qū)的比例越高，則淀粉晶體結(jié)構(gòu)越致密，破壞其晶體結(jié)構(gòu)所需能量越大，導(dǎo)致其糊化溫度升高。

圖1 淀粉X-射線衍射圖譜與傅立葉紅外特征譜 (以和兩優(yōu)1號(hào)、晶兩優(yōu)1468、泰優(yōu)390為例)

FT-IR光譜中，淀粉在995 cm-1的吸光度與淀粉分子間氫鍵的結(jié)構(gòu)有關(guān)，1 047 cm-1和1 022 cm-1的吸光度是淀粉結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)的結(jié)構(gòu)特征[23]。1 047/1 022 cm-1峰強(qiáng)度比值被看作是淀粉粒有序結(jié)構(gòu)的指標(biāo)，其值反映淀粉分子的有序程度，比值越大，有序度越高。晶兩優(yōu)1468的FT-IR特征譜1 047/1 022 cm-1比值略高于其他品種(表1)，說(shuō)明其淀粉內(nèi)部分子間的交聯(lián)程度較高。淀粉分子中的有序結(jié)構(gòu)與直鏈淀粉和支鏈淀粉所形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)[24]。相關(guān)性分析表明1 047/1 022 cm-1值與最低黏度、峰值時(shí)間顯著負(fù)相關(guān)(圖2)，表明淀粉晶體結(jié)構(gòu)對(duì)糊化特性存在影響。

注：a 直鏈淀粉含量與淀粉相對(duì)結(jié)晶度的關(guān)系；b 膠稠度與淀粉相對(duì)結(jié)晶度的關(guān)系；c 堿消值與淀粉相對(duì)結(jié)晶度的關(guān)系；d 峰值時(shí)間與1 047/1 022 cm-1比值的關(guān)系；e 最低黏度與1 047/1 022 cm-1比值的關(guān)系。R為相對(duì)結(jié)晶度；AC為直鏈淀粉含量；ASV為堿消值；GC為膠稠度；PT為峰值時(shí)間； TV為最低黏度；Ratio為 1 047/1 022 cm-1比值。 *為在P<0.05水平上顯著相關(guān)。

由此可見(jiàn)，再生季稻米中直鏈淀粉含量及淀粉粒的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)糊化特性和膠稠度等產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論

不同品種再生季稻米間的蒸煮食味品質(zhì)、糊化特性和淀粉粒晶體特性存在顯著差異。實(shí)驗(yàn)所供品種的淀粉均呈A-型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。和兩優(yōu)1號(hào)的結(jié)晶度最低，晶兩優(yōu)1468的淀粉內(nèi)部有序程度最高，RVA譜特征值表明其具均有較好的食味品質(zhì)，且蒸煮食味品質(zhì)達(dá)部標(biāo)二級(jí)。相關(guān)性分析表明淀粉晶體結(jié)構(gòu)與糊化特性、蒸煮食味品質(zhì)關(guān)系密切。結(jié)果表明，再生季稻米的蒸煮食味品質(zhì)因品種不同而存在差異，直鏈淀粉含量的改變會(huì)影響淀粉的晶體結(jié)構(gòu)，引起淀粉糊化特性的變化，導(dǎo)致稻米蒸煮食味品質(zhì)的差異。