蒸煮过程中稻米糊化的形态学观察

潘 婷， 赵凌霄， 韦存虚

(扬州大学生物科学与技术学院，江苏扬州 225009)



蒸煮过程中稻米糊化的形态学观察

潘 婷， 赵凌霄， 韦存虚

(扬州大学生物科学与技术学院，江苏扬州 225009)

[目的]探明蒸煮过程中稻米的形态变化。[方法]利用树脂半薄切片法，将蒸煮过程中稻米整粒包埋切片，碘染色观察稻米形态的变化。[结果]稻米糊化从外围向内部进行，糯性稻米糊化较快。糊化过程中，淀粉粒体积增加，直链淀粉溢出，淀粉粒逐渐失去颗粒形态而相互粘连在一起。[结论]淀粉粒形态的变化可以反映稻米的糊化。

稻米；蒸煮；淀粉粒；形态变化

稻米经过蒸煮糊化后供人们食用，蒸煮稻米的形态结构与米饭的品质有着直接和紧密的联系。国内外关于稻米的蒸煮糊化已做过较多的研究。Tamura等[1]利用石蜡切片法对蒸煮过程中稻米组织结构的改变进行了研究，发现细胞壁是影响稻米糊化后质地相关特性的重要因素。Ogawa等[2]利用扫描电镜观察和分析了蒸煮稻米出现的裂缝，认为这些裂缝是蒸煮过程中水分进入米粒的通道。Lu等[3]研究了直链淀粉含量对蒸煮稻米结构和质地的影响，发现蒸煮稻米的质地特性主要受直链/支链淀粉含量比值的影响。前人虽然对稻米蒸煮过程中籽粒形态结构变化进行了研究，但主要利用石蜡切片法。虽然石蜡切片法能够观察细胞形态结构，但无法观察胚乳细胞内淀粉的糊化过程。笔者建立了谷类作物种子整粒树脂包埋半薄切片法，研究了稻米蒸煮糊化过程中的形态变化，旨在为稻米蒸煮品质的评价和利用提供参考。

1　材料与方法

1.1材料选取广陵香糯(Guang-ling-xiang-nuo,GLXN,直链淀粉含量0.1%～0.2%)、武香9915 (Wu-xiang,WX,直链淀粉含量15.2%～16.8%)和特青(Te-qing,TQ,直链淀粉含量26.1%～28.1%)3种不同直链淀粉含量的水稻品种为材料[4]。水稻种植在扬州大学试验田，按常规栽培方法进行种植和管理，成熟籽粒脱壳去糙获得精米供试验用。

1.2方法

1.2.1稻米蒸煮方法。将10粒整精米放入试管中，用5 mL去离子水中室温浸泡1 h，在沸水浴中煮5～30 min，然后冷却至室温，将水倒出，将稻米放置在滤纸上吸干多余水分，转移至2.5%戊二醛中固定过夜，4 ℃保存。

1.2.2稻米树脂包埋和切片。参考杨洋[5]的水稻种子整体LR white树脂包埋法对样品进行固定、脱水、树脂渗透和包埋，获得样品包埋块。包埋块在莱卡超薄切片机上利用玻璃刀切取2 μm厚的半薄切片，切片粘于载玻片上。

1.2.3切片染色和拍照。利用碘液对样品中的淀粉进行染色。将染色后的样品置于奥林巴斯显微镜下观察和拍照。

2　结果与分析

2.1稻米糊化过程观察为了研究水稻精米在沸水浴中糊化不同时间形态的变化，将糊化不同阶段的精米整粒固定和树脂包埋，精米中部完整横切，碘染色观察结果见图1。一般稻米的糊化即淀粉粒受热后晶体破坏，形态发生改变，淀粉粒内直链淀粉溢出。根据淀粉粒形态和碘染色情况，借助整体切片，可以分析稻米的糊化过程。广陵香糯稻米淀粉为糯性淀粉，直链淀粉含量接近0，所以未糊化稻米整粒切片碘染色呈均匀的粉红色(图1-A1)。沸水浴煮5 min后，切片碘染色变浅，外围细胞结构破坏较严重(图1-A2)。沸水浴煮10 min，广陵香糯稻米已完全糊化，稻米整粒破坏较大，无法获得完整稻米的整粒切片。武香9915和特青稻米沸水浴煮不同时间的整粒切片碘染色结果(图1-B和1-C)显示，根据碘染色的深浅，稻米的糊化从外围开始逐步向中部进行，沸水浴煮20 min稻米糊化基本完成。Chung等[6]认为糯稻淀粉主要由晶体区域组成，只需要很少的能量就可以开始融化，而普通水稻淀粉由直链淀粉和支链淀粉混合组成，这就需要更多的能量来融化。因此，广陵香糯淀粉沸水浴煮5 min，稻米糊化就基本完成，而武香9915和特青稻米沸水浴煮20 min糊化才基本完成。

注：A.广陵香糯;B.武香9915; C.特青;1.糊化0 min; 2.糊化5 min; 3.糊化10 min; 4.糊化15 min;5.糊化20 min. 标尺=500 μm。　Note:A. GLXN; B. WX 9915; C. TQ; 1,2,3,4,5. The gelatinization time for 0,5,10,15 and 20 min; Scale bar =500 μm.图1　稻米糊化过程中籽粒中部横切碘染色结果Fig.1　The results of iodine-stained transverse section at the midregion of milled rice during cooking

注：A～C.糊化0 min; D～F.糊化5 min; A、D.籽粒背部区域; B、E.籽粒腹部区域; C、F.籽粒中部区域. 标尺=20 μm。Note:A-C. The gelatinization for 0 min; D-F. The gelatinization for 5 min; A,D. The dorsal region of kernel; B,E. The ventral region of kernel; C,F. The central region of kernel; Scale bar =20 μm.图2　 广陵香糯稻米不同区域淀粉粒在糊化过程中的形态Fig.2　The morphology of starch granule in different regions of GLXN during cooking

2.2稻米不同区域淀粉粒在糊化过程中的形态变化未糊化稻米不同区域胚乳细胞充满淀粉粒，淀粉粒为多角形，棱角分明清晰，许多颗粒聚集在一起形成1个复粒淀粉(图2-A～C,图3-A～C,图4-A～C)。广陵香糯淀粉为糯性淀粉，所以呈粉红色且染色较浅，而武香9915和特青淀粉含有直链淀粉，碘染色呈蓝色，染色较深且很清晰。胚乳不同区域淀粉粒的形态无明显差异，但胚乳中部明显比外围区域充实更多淀粉粒。特青稻米因在腹部存在垩白，所以腹部区域淀粉粒多呈球形，排列疏松。

广陵香糯稻米沸水浴煮5 min后，籽粒腹部及背部的细胞壁轮廓已完全破坏，淀粉粒变成絮状，相互粘连在一起，表明淀粉已完全糊化(图2-D,2-E)。中部的细胞轮廓依然清晰，淀粉粒的形态破坏程度较小(图2-F)。沸水浴煮10 min，广陵香糯稻米所有区域的淀粉都完全糊化。

武香9915稻米沸水浴煮10 min时，籽粒背部淀粉粒体积明显增大(图3-D)。而腹部淀粉粒轮廓难以分辨，有些相互粘连在一起，在淀粉粒之间有些染色呈深蓝色的为从淀粉溢出的直链淀粉(图3-E)。籽粒中部区域细胞壁轮廓和淀粉粒的形态与未蒸煮稻米相似，表明沸水浴煮10 min对籽粒中部区域的淀粉未产生明显影响(图3-F)。武香9915稻米沸水浴煮20 min时，籽粒背部区域淀粉粒失去颗粒形态而相互粘连在一起，淀粉完全糊化，大量的直链淀粉溢出被染成深蓝色(图3-G)。籽粒腹部区域胚乳细胞已无法辨认，淀粉完全糊化(图3-H)。籽粒中部区域，淀粉粒体积明显膨大，但颗粒轮廓依然存在，表明淀粉粒已部分糊化(图3-I)。

注：A～C.糊化0 min; D～F.糊化10 min; G～I.糊化20 min; A、D、G.籽粒背部区域; B、E、H.籽粒腹部区域; C、F、I.籽粒中部区域. 标尺=20 μm.Note:A-C. The gelatinization for 0 min; D-F. the gelatinization for 10 min; G-I. The gelatinization for 20 min; A,D,G. The dorsal region of kernel; B,E,H. The ventral region of kernel; C,F,I. The central region of kernel; Scale bar =20 μm.图3　武香9915稻米不同区域淀粉粒在糊化过程中的形态Fig.3　The morphology of starch granule in different regions of WX 9915 during cooking

特青稻米沸水浴煮10 min时，籽粒背部和腹部淀粉粒体积增大，颗粒轮廓难以分辨，有些相互粘连在一起，表明淀粉已完全糊化(图3-D,3-E)。籽粒中部区域细胞壁轮廓和淀粉粒的形态与未蒸煮稻米相似，但体积增大，染色明显变浅，表明直链淀粉从淀粉粒中溢出，但淀粉粒未完全糊化(图3-F)。特青稻米沸水浴煮20 min时，籽粒背部和腹部淀粉粒已全部粘连在一起(图3-G,3-H)。籽粒中部区域胚乳细胞虽然轮廓清晰，但细胞内的淀粉已膨大失去其颗粒形态，有些相互粘连在一起，表明淀粉粒已部分糊化(图3-I)。

注：A～C.糊化0 min;D～F.糊化10 min; G～I.糊化20 min; A、D、G.籽粒背部区域; B、E、H.籽粒腹部区域; C、F、I.籽粒中部区域；标尺=20 μm.　Note: A-C. The gelatinization for 0 min; D-F. The gelatinization for 10 min; G-I. The gelatinization for 20 min; A,D,G. The dorsal region of kernel; B,E,H. The ventral region of kernel; C,F,I. The central region of kernel; Scale bar =20 μm.图4　 特青稻米不同区域淀粉粒在糊化过程中的形态Fig.4　The morphology of starch granule in different regions of TQ during cooking

3　结论

稻米糊化从外围向内部进行，糯性稻米糊化较快。糊化过程中，淀粉粒体积增加，直链淀粉溢出，淀粉粒逐渐失去颗粒形态而相互粘连在一起。蒸煮过程中，淀粉粒形态的变化可以反映稻米的糊化。

[1] TAMURA M,NAGAI T,HIDAKA Y,et al. Changes in histological tissue structure and textural characteristics of rice grain during cooking process[J].Food structure,2014,1:164-170.

[2] OGAWA Y,GLENN G M,ORTS W J,et al.Histological structures of cooked rice grain[J].Journal of agricultural and food chemistry,2003,51:7019-7023.

[3] LU S,CIK T T,LII C Y,et al.Effect of amylose content on structure,texture and α-amylase reactivity of cooked rice[J].LWT-food science and technology,2013,54:224-228.

[4] MAN J,YANG Y,HUANG J,et al.Effect of simultaneous inhibition of starch branching enzymes I and IIb on the crystalline structure of rice starches with different amylose content[J].Journal of agricultural and food chemistry,2013,61:9930-9937.

[5] 杨洋.抑制淀粉分支酶基因表达影响稻米外观品质的细胞学和发育学研究[D].扬州：扬州大学,2014:15-16.

[6] CHUNG H J,LIU Q,LEE L,et al.Relationship between the structure,physicochemical properties andinvitrodigestibility of rice starches with different amylose contents[J].Food hydrocolloids,2011,25:968-975.

Morphological Observation of Milled Rice during Cooking Process

PAN Ting,ZHAO Ling-xiao,WEI Cun-xu

(College of Bioscience and Biotechnology,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009)

[Objective] To reveal the morphological variation of milled rice during cooking process. [Method] The whole milled rice was embedded with resin during cooking process. The embed block was sectioned with semithin section method and stained with iodine. The morphological variation of milled rice was observed. [Result] The milled rice was gelatinized from the outer region to the inner region of grain. The waxy rice was quickly gelatinized. The volume of starch granule increased,the amylose was leached,and starch granules gradually lost their granule morphology and adhered together during cooking process. [Conclusion] The morphological variation of starch granule might indicate the gelatinization of milled rice.

Milled rice; Cooking; Starch granule; Morphological variation

国家自然科学基金面上项目(31270221)。

潘婷(1992- )，女，江苏苏州人，硕士研究生，研究方向：谷类作物淀粉发育和特性。

2016-06-03

S 511

A

0517-6611(2016)21-003-04