低溫、準低溫、常溫對“甬優(yōu)15”質(zhì)構(gòu)特性和糊化特性的影響研究

畢文雅， 董 震， 張來林， 石天玉

(國家糧食和物資儲備局科學研究院1,北京 100037)(吉林工商學院2,長春 130062)(河南工業(yè)大學3,鄭州 450052)

低溫、準低溫儲藏是綠色控溫儲糧方式，尤其適用于優(yōu)質(zhì)稻這種變化敏感的作物，同時為保證優(yōu)質(zhì)稻的后期加工及食用，探索質(zhì)構(gòu)特性在優(yōu)質(zhì)稻儲藏期間的變化規(guī)律，獲取優(yōu)質(zhì)稻延緩品質(zhì)劣變的效果，為后續(xù)獲得更好的經(jīng)濟效益提供參考。

稻谷的食用品質(zhì)檢測測定不能單純依靠品嘗評分值等依賴感觀的方式，要應用各類儀器及理化指標進行科學評價，分析各類理化性質(zhì)結(jié)果與稻谷品質(zhì)的相關(guān)性，可有效補充感官測定之外稻谷重要質(zhì)量指標。質(zhì)構(gòu)特性中的硬度和黏性都與稻谷的食用品質(zhì)有相關(guān)性，測定米飯的質(zhì)構(gòu)特性是評價大米食用品質(zhì)的基礎(chǔ)，而物性儀則可以準確的檢測米飯的質(zhì)構(gòu)，從而可以間接評價稻谷的食用品質(zhì)。有研究利用質(zhì)構(gòu)儀對米飯的質(zhì)構(gòu)特性進行分析得到對米飯質(zhì)構(gòu)分析的一種簡便可行的評價方法[1]。稻米的糊化特性主要是指糊化過程、冷卻過程溫度的變化規(guī)律，影響稻米的黏度和食味品質(zhì)進而影響米飯的回生程度。儲藏過程中，淀粉性質(zhì)的變化對稻谷蒸煮品質(zhì)的影響其重要作用[2]。有研究認為，稻谷糊化特性變化的原因可能是淀粉(特別是直鏈淀粉)分子間的聚合，降低了大米淀粉糊化與分散的性能，故稻米的糊化特性影響稻米的黏度和食味品質(zhì)進而影響米飯的回生程度[3]。本研究利用TPA和RVA對低溫、準低溫、常溫儲藏下的“甬優(yōu)15”的質(zhì)構(gòu)特性和糊化特性變化進行分析研究。

1 材料與儀器

1.1 材料及儲藏方法

實驗原糧：“甬優(yōu)15”優(yōu)質(zhì)稻，福建南平，2015年10月產(chǎn)。

儲藏方法：將含水量為13.1%、13.8%、14.5%的“甬優(yōu)15”優(yōu)質(zhì)稻(優(yōu)質(zhì)秈稻安全水分13.5%)裝到鋁箔袋中，用熱合機封口，放入15、20、25 ℃的恒溫箱中模擬儲藏270 d。

1.2 主要儀器

HWS型智能恒溫恒濕箱，SY88-TH礱谷機，JNM-Ⅲ碾米機，TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)分析儀，JXFM110錘式旋風磨，Super3型快速黏度分析儀。

1.3 方法

米飯質(zhì)構(gòu)特性測定方法：樣品制備參照國家標準[4]；采用TPA測試：選用P-36R探頭，測前速度5.0mm/s，測試速度0.5 mm/s，測后速度5.0 mm/s，壓縮比為70%。每次測定時，在米飯樣品中間層不同部位隨機取3粒米，頭碰頭120°角的方式放置在載物臺上，每個樣品測定6次，其中去掉硬度最大和最小的2個測定結(jié)果，取4次測定結(jié)果，計算平均值和偏差[5]，每組實驗重復3次。具體指標有硬度(Hardness)-最直接反映口感的一項指標；彈性(Springiness)-米飯在被擠壓后可以回復到原始高度的比例；黏性(Adhesiveness)-米飯經(jīng)過加壓變形之后，表面有黏性，產(chǎn)生負向的力量。

米粉糊化特性測定方法：參照GB/T 24852—2010[6]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

針對所得的數(shù)據(jù)，使用SPSS軟件進行方差分析，使用Origin軟件進行數(shù)據(jù)作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫、準低溫、常溫對“甬優(yōu)15”儲藏過程中質(zhì)構(gòu)特性指標的影響

2.1.1 硬度的變化

由圖1可知，在15、20 ℃下，2種含水量(13.1%、14.5%)的“甬優(yōu)15”的米飯硬度均隨著儲藏時間的延長而上升；含水量高的優(yōu)質(zhì)稻的米飯硬度低，口感相對較好；隨著儲藏時間的延長，米飯硬度增加是因為直鏈淀粉與脂類形成復合物，使糊化所需要的水難以通過，從而淀粉粒強度增加而導致的[7]，同時米飯淀粉逐漸老化，與蛋白質(zhì)結(jié)合緊密而導致的[8]。在25 ℃下，米飯硬度先隨著儲藏時間的延長而快速上升，在儲藏180 d后開始下降；儲藏后期米飯硬度下降是因為稻谷劣變程度加劇，不能再保持其籽粒的完整性，蒸煮后米飯膨脹、松散導致的[9]。通過對硬度Y1與儲藏時間D(d)、儲藏溫度T(℃)、含水量M(%)建立線性回歸擬合方程，得到Y(jié)1=0.804D+0.338T-0.347M+665.246 (R2=0.878)，可知硬度與儲藏溫度、儲藏時間成正相關(guān)，與含水量負相關(guān)。

2.1.2 彈性的變化

米飯彈性是反映米飯食味的重要指標之一，米飯彈性越大，咀嚼時越有嚼勁。由圖2可知，兩種含水量(13.1%、14.5%)的“甬優(yōu)15”的米飯彈性均隨著儲藏時間的延長而降低，說明米飯嚼勁下降，口感變差；在15、20 ℃下儲藏，彈性的下降趨勢較25 ℃下的緩慢，說明低溫、準低溫對彈性的下降具有延緩作用；水分為14.5%的“甬優(yōu)15”彈性高于13.1%的，說明偏高水分“甬優(yōu)15”優(yōu)質(zhì)稻可以保證更好的口感。對彈性Y2與儲藏時間D(d)、儲藏溫度T(℃)、含水量M(%)建立線性回歸擬合方程，Y2=-0.863D-0.179T+0.375M+61.239(R2=0.914)，可知彈性與含水量成正相關(guān)，與儲藏時間、儲藏溫度呈負相關(guān)。

2.1.3 黏性的變化

在分析時，黏性值取絕對值后進行比較大小(以下描述均取絕對值后)。研究中認為，黏性的降低表示米飯松散，食味品質(zhì)降低[10]。由圖3可知，“甬優(yōu)15”的黏性隨儲藏時間的延長呈現(xiàn)下降趨勢，且儲藏溫度越高、含水量越低，黏性下降趨勢越大，因為隨著時間的延長，淀粉酶活力降低，蛋白質(zhì)由溶膠變?yōu)槟z，陳米細胞壁較為堅固，蒸煮時不易破裂，游離脂肪酸會包裹淀粉粒，使其膨化困難。對黏性Y3與儲藏時間D(d)、儲藏溫度T(℃)、含水量M(%)的建立線性回歸擬合方程：Y3=0.871D+0.258T-0.294M-445.343(R2=0.912)，可知米飯黏性與儲藏時間、儲藏溫度成正相關(guān)，與含水量呈負相關(guān)；隨著儲藏時間的延長，米飯黏性越來越低，含水量高的米飯黏性大，儲藏溫度越高，黏性越低。

2.2 低溫、準低溫、常溫對“甬優(yōu)15”儲藏過程中糊化特性指標的影響

RVA是一種快速測定淀粉糊化特型的方法，通過測定樣品在機械攪拌并在一定溫度條件下的黏度變化表征樣品的糊化特性(圖4)。

圖1 兩種含水量“甬優(yōu)15”的硬度變化

圖2 兩種含水量“甬優(yōu)15”的彈性變化

圖3 兩種含水量“甬優(yōu)15”的黏性變化

圖4 糊化特性曲線

2.2.1 峰值黏度黏度的變化

峰值黏度(peak viscosity)是加熱使試樣開始糊化至冷卻前達到的最大黏度值。雷玲等[11]指出峰值黏度是在溶脹和多聚體逸出導致黏度增加與破裂和多聚物重新排列導致黏度降低之間的平衡點，顯示了淀粉或混合物結(jié)合水的能力。有研究表明。在20、35 ℃下稻谷峰值黏度沒有顯著差異[10]。由圖5可知，峰值黏度大體呈現(xiàn)上升的趨勢，在1 500～3 500 cP之間變化，儲藏前90 d上升較慢，90～135 d上升較快，135 d后開始略微下降，但比初始值高，因為酶的活性減弱，淀粉顆粒的水合作用在增強導致峰值黏度上升；峰值黏度隨著含水量的升高而降低的，13.1%下的峰值黏度比其他含水量下的要高；對15、25 ℃下的含水量做方差分析，含水量對峰值黏度影響不顯著(P>0.05)；而對20 ℃下的含水量進行方差分析，含水量對稻谷峰值黏度的影響極顯著(P<0.01)，含水量13.1%的稻谷峰值黏度在1 976～3 254 cP變化，13.8%的峰值黏度在1 964～3 065 cP變化，14.5%的峰值黏度在1 944～3 385 cP變化，峰值黏度分別增加了1 278、1 101、1 441 cP；對13.1%和13.8%稻谷的峰值黏度進行差異性檢驗，得出，P=0.014，0.010.05。13.1%和14.5%初始含水量對稻谷峰值黏度的影響不顯著。在20 ℃條件下儲藏，含水量13.8%對“甬優(yōu)15”峰值黏度的影響最小，其次是14.5%、13.1%。

2.2.2 最低黏度的變化

最低黏度(minimum viscosity)是實驗達到峰值黏度后，在冷卻期間的最小黏度值。在RVA測試的保持期，樣品受到恒定高溫(95 ℃)和機械剪切力的作用，淀粉顆粒進一步崩解，淀粉分子進入溶液并重新排列。由圖6可知，“甬優(yōu)15”最低黏度在儲藏期間是緩慢上升的。對溫度做方差分析得到其對最低黏度影響不顯著(P>0.05)，而含水量影響顯著(P<0.05)，即含水量越高，最低黏度越高。含水量為13.1%的“甬優(yōu)15”，在15 、20 、25 ℃下最低黏度由初始985 cP上升到1 471、1 700、1 675 cP；含水量為13.8%的“甬優(yōu)15”，在15、20、25 ℃下最低黏度由初始955 cP上升到1 633、1 700、1 726 cP；含水量為14.5%的“甬優(yōu)15”，在15、20、25 ℃下最低黏度由初始990 cP上升到1 796、1 788、1 892 cP。在135 d后，3個含水量下的最低黏度大小為：14.5%>13.8%>13.1%，說明含水量高的優(yōu)質(zhì)稻抗剪切力強。

2.2.3 最終黏度的變化

最終黏度(final viscosity)表明了試樣在熟化并冷卻后形成黏糊或凝膠的能力。隨著混合物逐漸冷卻，在淀粉分子之間，尤其是直鏈淀粉分子之間可能會發(fā)生重聚合，可形成凝膠。由圖7可知，最終黏度隨著儲藏時間的延長呈現(xiàn)上升趨勢的。最終黏度Y4與儲藏時間T(d)和含水量M(%)的回歸方程為：

Y4=0.768T+0.212M+1699.042(R2=0.629，P<0.01)，表明最終黏度與儲藏時間和含水量呈極顯著的二元線性關(guān)系，其隨著儲藏時間的延長和含水量的增加而上升。

圖5 不同含水量下的峰值黏度的變化

圖6 不同含水量下的最低黏度的變化

圖7 不同含水量下的最終黏度的變化

2.2.4 糊化溫度的變化

糊化溫度(pasting temperature)是熟化試樣所需要的最低溫度。通常在低于50 ℃時淀粉顆粒不溶于水，但在水中被加熱超過某臨界溫度時，即達到糊化溫度，淀粉顆粒會吸收大量的水溶脹至其原體積的許多倍并受到剪切力的作用，彼此擠壓表面出現(xiàn)黏度增加的現(xiàn)象。淀粉顆粒的形狀和顆粒內(nèi)部淀粉分子間結(jié)合的緊密程度決定了淀粉糊化的難易，即糊化溫度的高低[12]。由圖8可知，糊化溫度隨著儲藏時間的延長呈現(xiàn)波動上升的趨勢；在儲藏前180 d，“甬優(yōu)15”的糊化溫度變化不顯著，但隨著繼續(xù)儲藏，上升趨勢顯著，與孫婷琳等[13]的研究結(jié)果相似；儲藏前6個月，水分對糊化溫度的影響不顯著，儲藏后期在15、20 ℃下，含水量13.1%、13.8%的糊化溫度近似且都低于14.5%下的，在270 d時，含水量13.8%的糊化溫度還略低于13.1%的，而在25 ℃下，含水量13.8%和14.5%下的糊化溫度近似且都高于13.1%的，15、20 ℃可以保證13.8%的優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)優(yōu)良。對儲藏時間和含水量做方差分析，得P時間<0.01，P含水量<0.05，說明儲藏時間和含水量對糊化溫度有顯著性差異。糊化溫度Y5與儲藏時間T(d)和含水量M(%)的回歸方程為：Y5=0.814T+0.164M+77.972(R2=0.687，P<0.01)，表明糊化溫度與儲藏時間、含水量呈極顯著的二元線性關(guān)系，其隨著儲藏時間的延長和含水量的增加而上升。

圖8 不同含水量下的糊化溫度的變化

3 結(jié)論

本研究以福建南平所產(chǎn)的“甬優(yōu)15”優(yōu)質(zhì)稻為研究對象，通過270 d的儲藏期，對其質(zhì)構(gòu)特性和糊化特性進行研究，結(jié)果表明：含水量高的“甬優(yōu)15”的硬度低、彈性高、黏性高，口感相對較好；隨著儲藏期的延長，硬度上升、彈性降低、黏性降低、咀嚼性上升；在15、20 ℃下，“甬優(yōu)15”的硬度隨著儲藏期的延長而上升；在25 ℃下“甬優(yōu)15”的硬度先隨著儲藏期的延長而快速上升，在儲藏180 d后開始下降；低溫、準低溫對彈性下降、黏性下降具有延緩作用；米飯硬度、黏性、咀嚼性與儲藏溫度、儲藏期成正相關(guān)，與含水量負相關(guān)，米飯彈性與含水量成正相關(guān)，與儲藏期、儲藏溫度呈負相關(guān)。隨著儲藏時間的延長，米粉的糊化特性中峰值黏度在儲藏期135 d時呈現(xiàn)最優(yōu)結(jié)果，最終黏度、糊化溫度與儲藏時間、含水量呈極顯著正相關(guān)，最低黏度與儲藏時間呈正相關(guān)，與含水量呈負相關(guān)。