剥蚀碾磨对陈米食用品质的影响

田文楠，郭玉宝，宁俊帆，董鹏

(安徽工程大学 生物与食品工程学院，安徽 芜湖，241000)

大米是人类食用的最主要粮食之一，一直面临着在收获后的贮藏期间发生陈化的问题。相较于新米蒸煮出的米饭，陈米蒸煮的米饭食用品质下降，其质地较硬，黏性降低，且更加蓬松缺乏嚼劲[1-2]。随着人们生活水平的日益提高，对大米食用品质的要求也越来越高，研究大米陈化的机理进而调控陈化速度，是迫切需要解决的问题。

稻米的蒸煮食用品质与淀粉颗粒的吸水、膨润、糊化等性质密切相关。TULYATHAN等[3]研究发现，稻米脂质在贮藏过程会形成挥发性羰基化合物，产生陈米霉味，但对于蒸煮品质影响不大[4]。相关的研究表明贮藏过程中直链淀粉含量略有增加、不溶性直链淀粉含量显著增加、淀粉分子微晶束加强，从而导致淀粉在热水中溶解度和糊化度下降，蒸煮米饭黏度减小、硬度增大[5-6]。TEO等[7]将陈米中淀粉分离出来，但发现陈化对淀粉糊化没有明显影响。CHRASTIL等[5]和HAMAKER[8]等研究发现陈化过程中蛋白质总含量基本不变，但蛋白质的巯基会被氧化成二硫键，在淀粉外围形成致密的网状结构，限制淀粉的吸水溶胀。尽管大米陈化劣变的机理仍不清楚，但越来越多的证据显示蛋白质在品质劣变中起到了重要作用。WU等[9]、李彤等[10]的研究发现大米中脂质氧化产生的过氧化物会进一步诱导蛋白质发生氧化。陈能等[11]和谢宏等[12]通过添加二硫代苏糖醇来打断陈米中蛋白质的二硫键，发现陈米米饭硬度下降，黏度上升，从而认为大米贮藏过程中蛋白结构的改变可影响蛋白质与淀粉相互作用，从而影响稻米蒸煮食用品质。汪健等[13]和吴伟[14]通过添加十二烷基硫酸钠、β-巯基乙醇、抗坏血酸等试剂改变蛋白质的性质，发现确实改变了陈米中淀粉的糊化。以上研究多是通过化学方法分离或破坏蛋白质进行的，可能同时也破坏了大米的内部结构和蛋白与淀粉间的结合状态。

目前在研究大米蛋白质对陈化的影响时，多是采用添加酶[15]、其他化学试剂来分解蛋白质或打断蛋白质之间的二硫键，或者添加外源蛋白质改变蛋白质的组成[16]，所得结果在一定程度上反映了蛋白质对大米糊化的影响。但是化学分离、酶或其他化学试剂对大米内部结构破坏的影响也混杂于其中，以及添加的外源蛋白质的性质与米中原位蛋白质的性质和结合状态不一定相同，可能会导致实验结果与实际不符。本实验通过碾磨原位去除米粒外层，通过质构、糊化黏度、粒度分布及扫描电镜(scanning electron microscopy，SEM)形态变化，研究蛋白质对大米食用品质的影响，进而揭示蛋白质在陈化中的作用，以期在不破坏米粒内部结构和蛋白质与淀粉间内在结合状态的条件下进行研究，为改善食用品质、调控大米陈化及陈化机理的研究提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 试验材料

粳型大米，江苏省农垦米业集团有限公司，初始含水量为(14.38±0.18)%。

1.2 仪器与设备

稻谷精米检测机(JGMJ8090)，上海嘉定粮油仪器有限公司；高速万能粉碎机(FW-100)，天津市泰斯特仪器有限公司；杜马斯定氮仪，德国元素分析系统Elementar公司；质构仪(TA.new plus)，上海保圣实业发展有限公司；快速黏度分析仪(rapod visco analuyzer,RVA)，瑞典Perten有限公司；冷场发射扫描电子显微镜(S-4800)，日本Hitachi公司；激光粒度仪(MS2000)，英国马尔文仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备

将大米分成2份，分别装入广口瓶中密封，一份在4 ℃下贮存保鲜，作为对照；另一份放置在37 ℃恒温培养箱中贮藏12个月，获得陈米[5, 17]。利用精米机对大米进行碾磨，碾磨度(degree of milling，DM)依次为0%、2%、5%、10%、15%、20%和25%，收集碾磨后得到的内核米粒和米粒外层。米粒外层取40目筛下物，内核米粒用1 mm圆孔筛去除碎米，装入自封口袋中在4 ℃下贮存备用。碾磨度计算如公式(1)所示：

(1)

1.3.2 蛋白质含量测定

将样品用高速粉碎机粉碎，取80目筛下物测定。称取250.00 mg的米粉包裹在锡箔纸内，挤压排除空气后放置在进样盘上，通过杜马斯燃烧定氮仪进行测定[18]。

1.3.3 米饭质构测定

参照DIAO等[19]的方法，取10 g的样品米放置在铝盒中，加入14 mL的蒸馏水浸泡1 h。将铝盒用锡纸包裹后放置在电饭锅的蒸屉上，蒸煮12 min后，调至保温模式保温30 min。然后放在25 ℃的恒温培养箱中冷却90 min后，进行质构测定。每次取单粒米进行测试，每个样品至少测30个平行。质构参数：5 kg传感器，圆柱探针(直径为50 mm)，测定速度2 mm/s，压缩率为90%。

1.3.4 米粉糊化特性测定

取40目下的米粉3.5 g，倒入装有25 mL蒸馏水的样品筒中，搅拌后放入快速黏度分析仪中测定[20]，可得以下特征参数：峰值黏度(peak viscosity，PV)、谷值黏度(holding strength，HS)、衰减值(breakdown，BD)、最终黏度(final viscosity，FV)、回升值(setback，SB)和成糊温度(pasting temperature，PaT)。

1.3.5 米粉糊化后粒度分布测定

将样品米粉碎后过120目和140目筛，取120～140目的米粉备用。称取0.2 g米粉于试管中，加入10 mL蒸馏水，涡旋使其分散均匀后静置10 min，然后放入90 ℃恒温水浴锅中加热5 min，取出后放置在50 ℃的恒温水浴锅中保温，防止其老化。测试条件：分散剂为水，仪器转速为1 800 r/min，超声分散，加样至遮光度在10%～20%[21]。每个样品测5次，取平均值[22]。

1.3.6 米粉糊化形态观察

糊化方法与粒度分布制样相同，糊化后将样品冻干，研磨后，用导电胶黏在样品台上进行喷金，厚度为10 nm。加速电压15 kV，放大倍数为3 000倍。

1.3.7 数据处理

数据采用SAS 8.01进行ANOVA单因素方差分析及邓肯多重比较 (Duncan′s multiple range test，P<0.05)，结果以平均值±标准差表示。图形采用 Microsoft Excel 2003进行绘制。

2 结果与分析

2.1 碾磨度对米粒蛋白含量的影响

由表1可知，随着碾磨度的增大，新米的蛋白含量总体上呈下降趋势，与SANDHU等[23]的研究结果一致；陈米的蛋白含量也有小幅下降，但碾磨度超过5%后变化不显著。说明米粒外层富含蛋白质，越是外层含量越高。

表1 不同碾磨度下米粒蛋白含量变化Table 1 Changes in protein content of rice grains with different degree of milling

2.2 碾磨度对米饭质构的影响

质构是评价米饭食用品质的一个重要方法。食用品质好的米饭黏度大，硬度小，黏硬比高[24]。碾磨对米饭质构的影响见表2和表3。随碾磨度的增大，新米和陈米的黏度都呈逐渐增大的趋势，当陈米的DM达到25%时，最接近新米0%DM的黏度；而硬度呈现逐渐减小的趋势，陈米DM达到15%时的硬度即可降低至新米0%DM的水平；黏硬比的变化趋势与黏度类似。这可能是因为随碾磨度增大，富含蛋白质的外层被逐渐去除，因此米粒吸水能力逐渐增强[25]，糊化程度增大，淀粉颗粒破裂释放出的淀粉分子增多，从而使米饭硬度减小而黏度增大，说明米粒外层具有抑制淀粉糊化的作用，是大米陈化劣变的重要原因。这与NAWAZ等[26]通过碱处理去除米粒表面蛋白从而导致米饭黏度增大的结果相一致。LI等[27]等通过蛋白酶水解去除米粒表面蛋白，也发现可促进淀粉溶出，提高米饭的黏度。

而新米与陈米对比来看，陈米的黏度远低于新米，而硬度高于新米，即使当陈米的碾磨度达到25%时，其黏硬比接近于新米但仍有一定的差距，这可能是由于大米陈化后，蛋白质氧化生成二硫键，在淀粉粒周围形成了较强的网状结构，因此淀粉颗粒的吸水溶胀受到了抑制，难以溶胀，破裂释放出的小淀粉粒减少[6]。因此陈米的黏度减小，硬度增大，食用品质差[28]。

表2 碾磨度对新米米饭质构的影响Table 2 Effect of degree of milling on texture of cooked fresh rice

表3 碾磨度对陈米米饭质构的影响Table 3 Effect of degree of milling on texture of cooked aged rice

2.3 碾磨度对糊化特性的影响

糊化特征值与食用品质间关系密切，衰减值、回升值等都可以有效区分食用品质的优劣，衰减值越大，食用品质越好[29]；而回升值越大，米饭越易老化，食用品质越差[30]。碾磨对陈米糊化特性的影响见表4和表5。

由表4可以看出，0%～25%DM，随碾磨度增大，新米的PV、HS、BD、FV总体上都呈增大的趋势；而SB和PaT变化不明显。PV代表淀粉颗粒的溶胀程度，BD代表淀粉颗粒的破裂程度，SB代表淀粉糊的老化趋势[30]。以上变化趋势说明，随碾磨度的增大，淀粉颗粒的溶胀和破裂程度逐渐增大，增加了米饭的柔软度，而老化程度不变，所以食用品质改善。这可能是因为大米外层蛋白质含量较高，与淀粉结合紧密，淀粉-蛋白质相互作用强，抑制了淀粉的吸水膨胀，从而使外层的糊化程度比内层低，去除外层后糊化时内层更容易吸水溶胀，破裂释放出小分子，贺财俊等[31]的研究结果与此一致；同时，也与蛋白质含量低的稻米食用品质更好相一致[32]。SB变化不明显说明碾磨度对新米淀粉糊的老化影响不明显。

表4 碾磨度对新米糊化特性的影响Table 4 Effect of degree of milling on pasting properties of fresh rice

由表5可以看出，除HS随碾磨度有所提高而SB有所降低外，其他特征参数随碾磨度变化不明显。但与新米相比，陈米的PV、BD都小于新米，说明陈化后蛋白质的变化使淀粉颗粒的溶胀程度和破裂程度都小于新米。谢新华等[33]也利用二硫苏糖醇打断二硫键证明了陈化后蛋白质对淀粉的糊化溶胀有抑制作用。SB大于新米，说明陈米比新米更易发生老化[30]。PV和BD降低，而SB升高，因此陈米食用品质变差。陈米的PaT要高于新米，其值越高，说明糊化需要吸收的能量越多[34]，所以同等条件下，陈米的硬度更大。

表5 碾磨度对陈米糊化特性的影响Table 5 Effect of degree of milling on pasting properties of aged rice

但是，陈米的糊化特征参数随碾磨度变化不明显，说明陈化不只是米粒外层发生变化，米粒内部也发生了陈化；也可能是因为糊化特性用米粉作为样品进行测定消除了应有的差别，因而显得米粒外层变化对糊化特性的影响不大。为此，对碾磨分离的米粒外层的糊化特性进行测定以进一步说明，结果见表6和表7。

由表6可以看出，在0%～5%DM，新米外层米粉随碾磨度增大，PV、HS、BD呈增大趋势，FV和SB变化不明显，而PaT明显降低，这说明米粒外层0%～5%DM对淀粉糊化有明显抑制作用；5%～20%DM时PV和HS变化不显著，而20%～25%DM又增大。除SB外，黏度特征参数均表现为外层低，内层波动性升高。蛋白主要分布在米粒外层，越到内层蛋白含量越低，表明蛋白对淀粉颗粒溶胀具有抑制作用。

表6 碾磨度对新米外层米粉糊化特性的影响Table 6 Effect of degree of milling on pasting properties of outer layer of fresh rice grain

由表7可以看出，随碾磨度增大，在0%～5%DM陈米外层的黏度参数都是逐渐增大的，而5%～25%DM则总体基本不变。PaT也不变，但远高于新米。这表明，0%～5%DM的外层米粉糊化溶胀程度较低，可能对内层吸水具有抑制作用，因此降低了其黏度。结合前述陈米内核米粒0%～5%DM糊化特性的变化，说明采用米粉这种形式来测定糊化特性，确实降低了米粒外层对糊化特性的影响。

表7 碾磨度对陈米外层米粉糊化特性的影响Table 7 Effect of degree of milling on pasting properties of outer layer of aged rice grain

2.4 碾磨度对粒度分布的影响

碾磨度对新米、陈米糊化后粒度分布的影响见图1和表8。由图1和表8可以看出，糊化后新米粒度分布呈现小粒径峰大而大粒径峰小的现象，说明新米糊化后大部分米粉颗粒可以分离成小淀粉颗粒，溶胀而不破裂的米粉颗粒很少。此外，碾磨度对新米的粒度分布影响不大，这是因为新米淀粉颗粒之间更容易分离。

图1 碾磨度对新米和陈米糊化后粒度分布的影响Fig.1 Effect of degree of milling on particle size distribution of gelatinized fresh and aged rice

与新米相反，陈米糊化后呈现小粒径峰小、大粒径峰大的特征(图1和表8)。可能因为陈化后，米蛋白巯基氧化成二硫键，抑制了淀粉吸水溶胀[5]，所以大多数米粉颗粒溶胀程度不足以使其分离释放出小淀粉颗粒，这在糊化黏度特征值中也表现为陈米的BD值远小于新米(表4和表5)。随碾磨度增大，陈米的小粒径峰逐渐减小，大粒径峰逐渐增大，说明越是陈米内部的淀粉颗粒之间越难分离，呈整体溶胀趋势，这可能是因为碾磨度小时，富含蛋白的米粒外层颗粒保留多，蛋白质对淀粉的吸水抑制作用大，使得米粉颗粒边缘和中间吸水溶胀差异大，易于使边缘的淀粉颗粒分离开来。随碾磨度增大，富含蛋白的米粒外层颗粒保留少，米粉颗粒内外吸水更加均匀，淀粉溶胀程度增大，但不能溶胀到足以分离的程度，因此呈整体溶胀，大颗粒增多。此外，除5%DM外，随碾磨度增加，新米的粒度分布峰变化幅度很小，而陈米的变化幅度很大，说明陈米外层对淀粉颗粒的分离有明显影响。

表8 碾磨度对新米和陈米糊化后粒度分布的影响Table 8 Effect of degree of milling on particle size distribution of gelatinized fresh and aged rice

为进一步说明米粒外层对糊化的作用，对不同碾磨度新米、陈米碾磨分离所得外层进行糊化后测定其粒度分布，结果见图2和表9。由图2和表9可见米粒外层具有与米粒内核类似的粒度分布曲线，即新米小粒峰大、大粒峰小，而陈米小粒峰小、大粒峰大。但与米粒内核相比，米粒外层的小粒峰减小、大粒径峰增大，可能是因为外层米粉蛋白质含量较高，淀粉吸水溶胀受阻[35]，米粉颗粒溶胀和分离比内层困难。随着碾磨度增大，新米外层0%～5%DM粒度分布变化不显著，而5%～25%DM小粒径峰逐渐减小，大粒径峰逐渐增大，说明随着蛋白质含量降低，米粉颗粒溶胀程度增大，颗粒内外溶胀均匀度增加，颗粒分离更困难。

图2 碾磨度对米粒外层米粉糊化后粒度分布的影响Fig.2 Effect of degree of milling on particle size distribution of gelatinized rice grain outer layer

陈米外层出现3个粒径峰，说明陈米颗粒溶胀后可能呈二级分离(大颗粒→中间颗粒→小颗粒)或两模式分离(大颗粒→小颗粒，或大颗粒→中间颗粒)。随碾磨度增大，小粒径峰和中间粒径峰逐渐变小，而大粒径峰逐渐增大，表明中间粒径颗粒分散成小颗粒不是限速步骤。随着碾磨度增大，蛋白质含量降低，对淀粉吸水的抑制作用降低，水分子在米粉颗粒内的分布更加均匀，使较大颗粒难于分离。综上所述，米粒外层对陈米内核小粒径峰的降低具有重要作用。

表9 碾磨度对米粒外层米粉糊化后粒度分布的影响Table 9 Effect of degree of milling on particle size distribution of gelatinized rice grain outer layer

2.5 碾磨度对糊化形态的影响

由图3可以看出，新米外层0%～2%DM(图3-a)和2%～5%DM(图3-b)的米粉糊化后，裸露可见的蛋白体和淀粉颗粒多数溶胀较大，而5%～25%DM裸露可见的蛋白体和淀粉颗粒变小，只有少数较大(图3-c～图3-f)。蛋白质本身具有吸水性，糊化时会与淀粉竞争吸水从而抑制淀粉的溶胀，但自身吸水不足，组织致密，透水性较差，这说明在米粒不同部位的蛋白其吸水能力不同，位于0%～5%DM的米粒外层中的蛋白其吸水能力较高。因此，随碾磨度增大，蛋白含量逐渐减少，吸水能力降低，对淀粉吸水的抑制能力减弱，透水性增大。

而陈米只有0%～2%DM(图3-a′)和2%～5%DM(图3-b′)的外层中可见少数蛋白体和淀粉颗粒溶胀较大，但也比对应新米外层中的小，5%～25%DM外层中可见的蛋白体均较小或少，这可能与陈化过程中蛋白质性质发生变化而难以吸水溶胀有关，说明大米陈化后米粒0%～5%DM的外层中蛋白体的吸水溶胀能力降低可能是大米陈化后食用品质劣变的重要原因。

a-新米外层0%～2%DM;a′-陈米外层0%～2%DM;b-新米外层2%～5%DM;b′-陈米外层2%～5%DM;c-新米外层5%～10%DM;c′-陈米外层5%～10%DM;d-新米外层10%～15%DM;d′-陈米外层10%～15%DM;e-新米外层15%～20%DM;e′-陈米外层15%～20%DM;f-新米外层20%～25%DM;f′-陈米外层20%～25%DM图3 不同碾磨度的米粒外层糊化后扫描电镜图Fig.3 Scanning electron microscopy of gelatinized outer layer of rice grains with different degree of milling

3 结 论

将大米剥蚀碾磨去除富含蛋白的米粒外层，研究碾磨对陈米食用品质的影响。随着碾磨度的增大，陈米米饭硬度逐渐减小，黏度和黏硬比逐渐增大，糊化曲线回升值有所减少，说明陈米的食用品质得到一定改善。同时，陈米米粒和外层米粉糊化后的粒度分布中小粒径峰逐渐减少，大粒径峰逐渐增加，表明米粉颗粒的溶胀程度逐渐增大，且呈整体溶胀，而淀粉颗粒间难于分离。另一方面，陈米外层的黏度特征值在0%～5%DM逐渐增大，而在5%～25%DM总体变化不明显。通过米粒外层的扫描电镜显示，陈米0%～5%DM的外层中蛋白体和淀粉颗粒的溶胀程度远低于新米，而5%～25%DM的外层中可见蛋白体和淀粉颗粒较小或少。由此可见，大米食用品质劣变的原因可能是富含蛋白的米粒外层自身吸水能力下降，溶胀度低，透水性不足，抑制了内部淀粉的吸水溶胀，使得淀粉颗粒间难于分离，进而导致糊化程度低，米饭硬而不黏。将为揭示大米陈化机理，进而调控其食用品质提供实验依据。现今，米粉已日益成为用途广泛的食品配料，调控米粉中淀粉颗粒的溶胀和分离程度，对于改善米制品品质也将具有重要的现实意义。