一種大米的保鮮品質(zhì)變化及評價模型的建立

楊海晴, 姚倩儒, 徐躍峰, 奉檐麗, 付正凱, 亓盛敏, 李 慧, 張連慧, 黃 金

(中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司1,北京 102209)

(營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室2,北京 102209)

(中糧國際(北京)有限公司3,北京 100020)

大米作為主食,消費者對于大米需求已經(jīng)從吃飽到吃好的轉(zhuǎn)變。市售大米通常標(biāo)注“新糧”“優(yōu)質(zhì)”和“好吃”等醒目字樣標(biāo)識。然而,關(guān)于如何量化評價新鮮程度及優(yōu)質(zhì)口感研究仍然不足,因此保鮮大米的評價方法顯得尤為重要。保鮮大米是在新鮮大米的基礎(chǔ)上保留了大米原有的營養(yǎng)比例及優(yōu)質(zhì)口感[1],故保鮮大米的保鮮期要短于大米的保質(zhì)期。大米保鮮則是為保持大米新鮮品質(zhì)而開發(fā)的技術(shù)方法。

GB/T 15682—2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》、GB/T 5492—2008《糧油檢驗 糧食、油料的色澤、氣味、口味鑒定》與GB/T 20569—2006《稻谷儲存品質(zhì)判定規(guī)則》中規(guī)定稻谷、大米的感官品質(zhì)應(yīng)由專業(yè)品評人員通過鑒定生米及米飯的氣味、外觀結(jié)構(gòu)、適口性、滋味及冷飯質(zhì)地等指標(biāo),以專業(yè)品評人員的綜合評分均值來表示最終評定結(jié)果。最終的感官評價結(jié)果適宜用于判斷米種的優(yōu)劣和稻谷的儲存水平,為改善米種口感、改良稻谷儲存環(huán)境提供了參考。但當(dāng)前鮮見關(guān)于保鮮大米及保鮮大米等級的評定標(biāo)準(zhǔn)。

日本的食味鑒定值是將大米外觀、口感、鮮度與感官評價結(jié)果相結(jié)合,客觀評定大米綜合品質(zhì),但食味鑒定值僅適用于日本粳稻米的評價,不適用于中國粳稻米和秈稻米的評價,且食味鑒定值并未對保鮮大米標(biāo)準(zhǔn)進行評定。

當(dāng)前保鮮大米研究多以品質(zhì)變化[2-5]、風(fēng)味變化[6,7]、保鮮技術(shù)[8,9]為主,市售保鮮大米則多以300～500 g小規(guī)格馬口鐵罐裝或PE復(fù)合膜為主。趙卿宇等[10]研究發(fā)現(xiàn),隨著儲藏時間的延長,大米的理化性質(zhì)、外觀特性、質(zhì)構(gòu)、蒸煮和糊化特性均發(fā)生明顯改變,且儲藏溫度越高,變化越大。Monsoor等[11,12]檢測發(fā)現(xiàn),陳米中己醛、戊醛含量明顯高于鮮大米,且在碎米中含量更高,是揮發(fā)性香味氧化后的重要組成部分,導(dǎo)致大米香氣下降,出現(xiàn)陳化臭味。鮮有保鮮大米評價方法及保鮮大米評價模型建立的相關(guān)研究報道。

吉宏六號是吉林地域粳稻的標(biāo)志性產(chǎn)品,是吉林省孕育成的香型中晚熟粳稻品種,具有綜合抗性強、香味濃、產(chǎn)量高、蒸煮食用品質(zhì)好的特點,并在黏度和回生性方面表現(xiàn)出色。

實驗以吉宏六號(粳米)為主要研究對象,以300 g/罐馬口鐵罐裝為主要包裝形式,以感官、理化、糊化特性等指標(biāo)檢測為基礎(chǔ),分析其在25 ℃,60%RH儲藏條件下保鮮品質(zhì)變化,并基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立保鮮大米品質(zhì)評價模型,以期為篩選優(yōu)質(zhì)口感的新鮮大米提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2020年收獲吉宏六號(粳稻),產(chǎn)地:吉林。

包裝形式:馬口鐵罐裝,不充氣。

1.2 儀器與設(shè)備

LG12-JLGJ2.5實驗型礱谷機,TM05C實驗型碾米機,JSWL大米食味計,STA1A硬度黏度儀,STA1B米飯食味計,MM1D精白度計,RVA4500快速黏度分析儀,GZX-9140 MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱,HWS-288型恒溫恒濕箱,DZGD40A1小熊電蒸鍋。

1.3 實驗方法

1.3.1 大米處理及儲藏

利用實驗型礱谷機將吉宏六號稻谷脫殼得到吉宏六號糙米,再利用實驗型碾米機將糙米制成符合GB/T 1354—2018《大米》的標(biāo)準(zhǔn)一等大米,以300 g/罐規(guī)格進行馬口鐵罐裝不充氣包裝,置于25 ℃,60%RH的恒溫恒濕培養(yǎng)箱中放置200 d,每隔20 d取樣,共計取樣11次。

1.3.2 理化指標(biāo)檢測

水質(zhì)量分?jǐn)?shù)根據(jù) GB/T 5009.3—2016 《食品中水分的測定》常壓恒溫烘干法測定;脂肪酸含量根據(jù)GB/T 5510—2011《糧油檢驗 糧食、油料脂肪酸值測定》索氏抽提法測定;白度、透過度、精白度根據(jù)MM1D精白度計測定;新鮮度根據(jù)GB/T 5502—2018《糧油檢驗 大米加工精度檢驗》、LS/T 6118—2017《糧油檢驗 稻谷新鮮度測定與判別》測定。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)特性和米飯食味

稱取30 g大米樣品置于用中速濾紙封口的鋁盒中,流水淘洗30 s;淘洗完成后按米水質(zhì)量比1.0 ∶1.4的比例向鋁盒中補充水分;從大米接觸水開始計時,浸泡30 min后,在蒸飯鍋內(nèi)蒸煮30 min,后停止加熱,保溫燜制10 min;燜制完成后,翻攪米飯,放入冷卻箱冷卻20 min,冷卻完成后拆掉濾紙蓋,更換為鋁盒盒蓋。燜飯完成2 h后開始實驗,每次取8 g樣品置于不銹鋼圓環(huán)內(nèi),使用壓飯器將米飯壓成飯餅,后置于STA1A硬度黏度儀、STA1B米飯食味計測定米飯硬度黏度、彈性及米飯食味,每個樣品測定5次重復(fù)。

1.3.4 糊化特性

糊化特性根據(jù)GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性測定 快速黏度儀法》測定。樣品制備方法:20 g大米粉碎后過40目篩,保留篩下物進行測定。

1.3.5 感官評價

感官評價根據(jù)GB/T 15682—2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》測定。專業(yè)評價人員數(shù)量為12人,年齡在25～45歲之間,男女各6人。

1.3.6 三點檢驗

三點檢驗根據(jù)GB/T 12311—2012《感官分析方法 三點檢驗》中差別檢驗方法測定。評價人員數(shù)量為36人,測定結(jié)果依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中表A.1分析(α=0.05)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析,實驗數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,n=3,組間平均值比較采用Duncan多重比較法分析顯著性差異(以P<0.05表示差異顯著)。所有圖像均采用 JMP Pro 16.0 軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 多元相關(guān)性分析結(jié)果

各項理化指標(biāo)詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。各項理化指標(biāo)多元相關(guān)性熱圖矩陣如圖1所示,矩陣下三角形為多個變量之間的雙向趨勢線圖,矩陣上三角形為變量對之間的相關(guān)性熱圖。

圖1 各項理化指標(biāo)多元相關(guān)性熱圖矩陣

結(jié)果表明,吉宏六號在儲藏期間,感官評價、新鮮度、米飯食味值、白度、精白度、黏度、峰值時間、水分呈顯著下降趨勢,脂肪酸值、硬度、衰減值、糊化溫度呈顯著上升趨勢,透過度、彈性、最低黏度趨勢變化不明顯。

感官評價是評定大米食用品質(zhì)最重要的一種方式,是篩選優(yōu)質(zhì)口感保鮮大米的最主要指標(biāo)。儲藏時間在0～20 d時,依據(jù)GB/T 15682—2008描述,感官評價為優(yōu);儲藏時間在20～80 d時,感官評價為好;儲藏時間在80～140 d時,感官評價為較好;儲藏時間在140～60 d時,感官評價為一般;儲藏時間為160～200 d時,感官評價為差,此時大米品質(zhì)劣變程度最嚴(yán)重。在P<0.05的置信區(qū)間內(nèi),感官評價與新鮮度、米飯食味值、米飯食味外觀、米飯食味口感、黏度、精白度呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.83、0.93、0.96、0.92、0.94、0.91;與儲藏時間、脂肪酸值、衰減值、回升值呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.98、-0.80、-0.85、-0.88,即隨著儲藏時間的增加,感官評價逐漸降低,新鮮度、米飯食味值、米飯食味外觀、米飯食味口感、黏度、精白度均呈現(xiàn)降低趨勢,脂肪酸值、衰減值、回升值則出現(xiàn)上升趨勢。這與前人相關(guān)研究相同[9,15]。

由圖1可知,米飯食味值與黏度呈顯著正相關(guān),與衰減值、糊化溫度呈顯著負(fù)相關(guān)。米飯食味值是由內(nèi)置光源對壓縮飯餅進行照射,通過檢測反射光量與透過光量的值來測定的。米飯反射光量越少,透過光量越多,則證明米飯表面光澤度越高且接近透明狀態(tài),米飯食味外觀、口感值就越高,米飯糊化程度越高,米飯食味值越高。因此米飯食味值也常用于優(yōu)質(zhì)稻米的判斷與選擇。當(dāng)前研究表明[13-17],隨著儲藏時間的增加,大米的糊化特性會受到嚴(yán)重影響,淀粉黏度降低,導(dǎo)致大米飯糯性下降,米飯黏度降低,硬度增加[18-21],口感變劣,感官評價呈下降趨勢,更多的游離脂肪酸生成并包裹淀粉粒,抑制淀粉糊化,同時淀粉無定形區(qū)發(fā)生變化,淀粉分子間的結(jié)締狀態(tài)發(fā)生改變,淀粉酶活性降低,導(dǎo)致淀粉糊化受阻,糊化溫度升高[22-25],飯餅透明度降低。脂質(zhì)分解,大米表面顏色加深變暗,飯餅光澤度降低。

白度、透過度、精白度可反映生米的外觀顏色和透亮光澤程度。由圖1可知,白度、精白度與脂肪酸值、峰值黏度、衰減值、回升值、糊化溫度呈顯著負(fù)相關(guān),即隨著儲藏時間的延長,大米表面的脂類物質(zhì)會在溫度、濕度的影響下發(fā)生氧化,脂肪酸值升高,糊化率降低,大米顏色變黃,并出現(xiàn)脫糠、起筋現(xiàn)象,大米表面粗糙程度增加,白度、精白度下降。

脂肪酸值、新鮮度是評定大米新鮮程度最重要的指標(biāo)。由圖1可得,新鮮度與脂肪酸值呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.9,即隨著儲藏時間的增加,大米新鮮度降低,脂肪酸值呈上升趨勢。由表1數(shù)據(jù)可得,吉宏六號儲藏100 d后,新鮮度維持在70分以下,且120～200 d樣品無顯著性差異(P<0.05),可認(rèn)為,吉宏六號儲藏100 d后,新鮮度下降趨勢趨于平緩,大米品質(zhì)劣變速度變慢,因此推斷儲藏100 d為吉宏六號保鮮期的終點,此時吉宏六號感官評價為79.7分,依據(jù)GB/T 15682—2008描述,感官評價在71～80分為較好。當(dāng)前新鮮度的檢測方法主要通過將規(guī)定加工精度等級的大米與顯色劑反應(yīng),根據(jù)不同新鮮程度的大米含有的醛、酮類物質(zhì)的量不同,顯示不同的顏色特征,通過光譜分析顏色差異,得到新鮮度值。新鮮大米中,醛、酮類物質(zhì)的量較少,隨著儲藏時間的增加,大米中的脂類通過水解產(chǎn)生游離脂肪酸,并在脂肪氧化酶的作用下產(chǎn)生氫過氧化物,并進一步分解產(chǎn)生醛、酮類等小分子產(chǎn)物,大米中醛、酮類物質(zhì)的量增加,大米新鮮度逐漸降低。

2.2 三點檢驗結(jié)果

三點檢驗可用于測試2個樣品間是否存在可感覺到的感官差別或相似。因此,三點檢驗常用于2個完全同類的樣品在差別特性未確定時(即差別既不是由樣品間差別的大小和范圍確定,也沒有代表差別的任何特征顯示),一種或多種感官指標(biāo)是否存在差別的判定。

將不同儲藏時間樣品分別與原始樣品進行三點檢驗,記錄每次三點檢驗正確人數(shù),見表2,三點檢驗結(jié)果顯示,與初始樣品相比,儲藏80 d樣品與原始樣品無顯著性差異,儲藏100 d樣品與原始樣品存在顯著性差異,故認(rèn)為儲藏100 d為大米保鮮期終點(α=0.05)。這與表1數(shù)據(jù)中新鮮度結(jié)果相符。

表2 不同儲藏天數(shù)樣品與原始樣品三點檢驗結(jié)果

2.3 模型擬合

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量的、簡單的處理單元(稱為神經(jīng)元)廣泛的互相連接而形成的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)路系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是以神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)描述的,其具有高度魯棒性和容錯能力,能充分逼近復(fù)雜的非線性關(guān)系。目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型多用于系統(tǒng)辨識、模式識別、智能控制等領(lǐng)域。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,以感官、理化、糊化特性等指標(biāo)建立保鮮大米品質(zhì)評價模型,具體模型如圖2所示。

圖2中的圓圈為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的基本組成單位-神經(jīng)元。

Y=77.4-9.2×H1-1- 0.2×H1-2+9.4×H1-3

H1-1=0.5×(54.99+0.01×儲藏時間+0.03×新鮮度-0.77×水分-0.01×脂肪酸值+0.24×硬度+0.55×黏度-18.65×彈性+0.14×米飯食味外觀-0.32×米飯食味口感-0.05×米飯食味值-52.59×白度-169.04×透過度-0.13×精白度-0.01×峰值黏度+0.01×最低黏度-0.01×衰減值+0.01×最終黏度+0.01×回生值+0.90×峰值時間+0.08×糊化溫度)

H1-2=0.5×(-14.13+0.01×儲藏時間-0.01×新鮮度-0.06×水分+0.01×脂肪酸值+0.05×硬度+0.02×黏度+5.52×彈性+0.13×米飯食味外觀+0.19×米飯食味口感-0.03×米飯食味值+2.06×白度+46.86×透過度-0.01×精白度+0.01×峰值黏度-0.01×最低黏度+0.01×衰減值+0.01×最終黏度-0.01×回生值+0.36×峰值時間+0.18×糊化溫度)

H1-3=0.5×(-17.27-0.01×儲藏時間+0.04×新鮮度+0.07×水分-0.05×脂肪酸值-0.03×硬度+2.36×黏度-12.39×彈性+0.70×米飯食味外觀+0.93×米飯食味口感+0.09×米飯食味值+23.44×白度+107.84×透過度+0.03×精白度-0.01×峰值黏度+0.01×最低黏度-0.01×衰減值+0.01×最終黏度+0.01×回生值+1.18×峰值時間-0.35×糊化溫度)

式中:Y為感官評價;H1-1、H1-2、H1-3分別為圖3中的神經(jīng)元。

圖3 決策樹圖示

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)劣由驗證模型下的R2所決定(表3)。

表3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合模型分析

2.4 決策樹分析

決策樹是一種運用概率與圖論中的樹對決策中的不同方案進行比較,從而獲得最優(yōu)方案的風(fēng)險性決策方法。決策樹具有邏輯簡單、算法高效、強解釋性的特點,常用于判斷及篩選多個變量中的關(guān)鍵性指標(biāo)及監(jiān)督分層。因此可以采取利用決策樹來判斷篩選保鮮大米評價方法中的關(guān)鍵性影響指標(biāo),并將其用于保鮮大米評價方法中保鮮大米的等級分割。

圖3決策樹中的所有行代表包括儲藏時間、感官評價、新鮮度、米飯食味值在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)。決策樹模型R2為0.86。

依據(jù)決策樹結(jié)果可知,新鮮度為決策樹第一節(jié)點,即新鮮度為保鮮大米品質(zhì)評價方法的第一關(guān)鍵性指標(biāo),當(dāng)新鮮度=70時,儲藏時間為100 d,與三點檢驗結(jié)果、新鮮度結(jié)果相符,因此,可以進一步推斷,儲藏時間為100 d時,為保鮮期終點。

米飯食味值為決策樹第二節(jié)點,因此,米飯食味值為保鮮大米品質(zhì)評價方法第二關(guān)鍵性指標(biāo)。當(dāng)米飯食味值=80分時,儲藏時間為160 d。由表1可得,當(dāng)儲藏時間為160 d時,脂肪酸值質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到峰值,為32.8 mg KOH/100 g。脂肪酸值是大米儲藏品質(zhì)變化的重要指標(biāo)之一,脂肪酸是脂類在酶的作用下,與水和空氣發(fā)生水解反應(yīng)和氧化反應(yīng)產(chǎn)生的。由于病原微生物的生長產(chǎn)生的脂肪酶加速大米脂類的分解,從而使脂肪酸值上升,而后微生物繼續(xù)生長又消耗脂肪酸使得脂肪酸值呈現(xiàn)下降趨勢。脂肪酸值越高,哈敗味越明顯。因此,一般認(rèn)為脂肪酸值達到峰值的時間為大米的保質(zhì)期終點。故而推斷儲藏時間為160 d時,為保質(zhì)期終點。

因此,可以推斷,新鮮度為保鮮大米品質(zhì)評價方法的第一關(guān)鍵性指標(biāo),米飯食味值為保鮮大米品質(zhì)評價方法的第二關(guān)鍵性指標(biāo),大米保鮮期約為100 d,大米保質(zhì)期約為160 d。

結(jié)合圖3、圖4,依據(jù)決策樹結(jié)果可對保鮮大米進行等級評定,具體分級為:

當(dāng)新鮮度≥70分,米飯食味值≥82分,預(yù)測感官評分≥80分時,為一級保鮮大米,此時大米處于保鮮期內(nèi),新鮮度高且口感更佳;

當(dāng)新鮮度≥70分,82分>米飯食味值≥80分,80分>預(yù)測感官評分≥60分時,為二級保鮮大米此時大米處于保質(zhì)期內(nèi),新鮮度高但口感一般;

當(dāng)新鮮度<70分,米飯食味值<80分,儀器感官評分<60分時,為非保鮮大米,此時大米超過保質(zhì)期,新鮮度與口感均差。

3 總結(jié)

吉宏六號在儲藏期間,感官評價、新鮮度、米飯食味值、白度、精白度、黏度、峰值時間、水分呈顯著下降趨勢,脂肪酸值、硬度、衰減值、糊化溫度呈顯著上升趨勢,透過度、彈性、最低黏度趨勢變化不明顯?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,建立以感官、理化、糊化特性等指標(biāo)的保鮮大米品質(zhì)評價模型,模型具體為:Y=77.4-9.2×H1-1- 0.2×H1-2+9.4×H1-3,R2為0.99,擬合線性較優(yōu),并依據(jù)決策樹模型篩選出新鮮度、米飯食味值為保鮮大米品質(zhì)評價的關(guān)鍵性指標(biāo),并建立分級機制,最終確定當(dāng)新鮮度≥70分,米飯食味值≥82分,預(yù)測感官評分≥80分時,此時大米處于保鮮期內(nèi),新鮮度高且口感更佳。

實驗主要以粳米為分析對象,且當(dāng)前大米品種繁多,包裝及儲藏條件多變,因此后續(xù)可持續(xù)搜集更多粳米及秈米品種,探究其在不同包裝及儲藏條件下的品質(zhì)變化,擴大數(shù)據(jù)庫,完善保鮮大米品質(zhì)評價模型。