天津“小站稻”储藏过程中的品质变化

刘晗，刘诗佳，刘金光，戈立新，张新阁，石磊，刘元，王玥玮，梁辰*，周中凯*

（1.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457；2.天津利达粮油储运有限公司，天津 300110；3.天津市食品研究所有限公司，天津 301699）

大米作为全国50%以上居民的日常主食，是我国重要的粮食作物之一[1]，它提供了人体所需的碳水化合物和矿物质等营养素。近年来，随着农业科技的发展，大米年产量持续提高，粮仓收储量也不断增加，但仓内温度、湿度等储藏环境的变化，以及籽粒呼吸作用和内部酶促作用致使其品质随着储藏时间的延长而不断劣变，甚至完全失去食用品质和商业价值，给国家和仓储企业带来不可估量的损失[2]。

仓储环境中温度是影响大米储藏品质的重要因素之一，考虑到储藏温度上升是造成大米品质快速下降的原因之一，而37 ℃又被看作是大米发生品质变化的临界温度。例如，Liu 等[3]在37 ℃储藏稻谷的研究中发现，随着储藏时间的延长，大米的起始糊化温度、峰值糊化温度和结束糊化温度升高。赵卿宇等[4]研究表明，大米于37 ℃储藏过程中蒸煮吸水率和体积膨胀率逐渐上升，但米汤固形物含量逐渐下降；米饭硬度呈增加趋势，米饭弹性和黏着性呈现下降趋势。李肖肖等[5]研究表明37 ℃储藏过程中米粉糊化崩解值和回复性呈现上升趋势。

“小站稻”是天津市具有地域特色的品牌，以其特有的营养品质而名扬中外，深受大众喜爱。相关研究发现，相比我国北方地区种植的其他粳稻品种，“小站稻”具有蛋白质含量高、米饭质地松软、弹性好且冷凉后不易变硬的特点[6]。本文研究天津“小站稻”储藏过程中糊化特性、蒸煮特性和质构特性等理化性质的变化规律，以期为“小站稻”采后安全保藏提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

“小站稻”大米（u99）：天津利达粮油有限公司；浓硫酸、无水乙醇、氢氧化钾、氢氧化钠（均为分析纯）：天津市致远化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Kjeltec 8400 全自动凯氏定氮仪：丹麦FOSS 公司；TecMaster 快速黏度仪：Newport Scientific 公司；MARS60动态流变仪：德国哈克公司；STAIA/IB RHSIA RFDMIA食味测定装置：日本佐竹公司；TA.XT.Plus 质构分析仪：英国Stable Micro Symstems 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 储藏试验

试验所用“小站稻”大米采收于天津市津南区国家农业科技园。将一级粳米真空包装，放入37 ℃、50%相对湿度的恒温恒湿培养箱中进行180 d 储藏试验，前90 d，每隔15 d 取样一次，后90 d，每隔30 d 取样一次。

1.3.2 蛋白质含量测定

储藏过程中大米蛋白质含量测定采用凯氏定氮法。称取1.0 g 碾磨后过100 目筛的米粉至250 mL 消化管中，再加入0.8 g CuSO4和7 g K2SO4，加入12 mL浓硫酸，轻轻晃动将样品浸湿，放入消解炉中采用三段式加热3 h，至消化管中液体呈绿色透明状，取出并冷却0.5 h，使用全自动凯氏定氮仪完成自动加液、蒸馏、滴定和记录滴定数据[7]。

1.3.3 胶稠度测定

大米样品碾磨成米粉，过100 目筛后装入自封袋中冷冻储藏备用。称取100 mg 米粉放入试管中，加入0.2 mL 95% 乙醇溶液（含有0.025 g/100 mL 麝香草酚蓝），再加0.2 mol/L 氢氧化钾溶液2.0 mL，置于旋涡混合器上混匀，沸水浴加热8 min，至管内悬浮液溅沸高度至管的2/3 处，取出试管静置5 min 后，0 ℃冰水浴中冷却15 min，立即取出置于水平操作台（铺有毫米格纸）上，使试管底部与标记的起始线对齐，在（25±2）℃条件下静置1 h，读数，平行3 组试验[8]。

1.3.4 糊化特性测定

采用美国谷物化学协会提出的标准方法进行测定[9]。准确称取3 g 碾磨后过100 目筛的米粉于铝罐中，加入25 mL 蒸馏水制备试样，搅拌均匀后放入快速黏度仪中测定。程序设置：50 ℃下保持1 min，以12 ℃/min 升温至95 ℃，然后95 ℃保持2.5 min，之后以12 ℃/min 降温至50 ℃，保持1.4 min。起始10 s 内搅拌器的转速为960 r/min，之后保持160 r/min[10]。使用快速黏度仪的配套软件对数据进行记录。

1.3.5 流变学特性测定

利用快速黏度仪制样，测试样品降至室温后测试动态与静态流变特性。

1.3.5.1 动态黏弹性测定

取少量米糊置于测试平台上，平板磨具为35 mm，扫描程序选择扫描幅度，刮去多余样品，涂上硅油以防止样品中水分流失，加盖[11]。频率为10 Hz/min，进行振幅扫描，确定米糊的线性黏弹区振荡频率。扫描应变为0.5%，频率范围为0.1～100 Hz，测量样品储能模量（G′）、损耗模量（G″）随振荡频率增加的变化规律[12]。

1.3.5.2 静态流变学特性测定

按照1.3.5.1 的步骤加样品，设置红外流变联用仪测定温度为25 ℃，剪切速率在3 min 内从0 s-1增加到300 s-1，之后在3 min 内从300 s-1降低到0 s-1，测定剪切应力随剪切速率的变化，得到由上曲线和下曲线形成的触变环[13]。

1.3.6 蒸煮特性测定

1.3.6.1 加热吸水率

称取7.0 g 大米样品，置于已知质量的铝制小瓶中，使用蒸馏水冲洗大米至少5 遍除去杂质，蒸馏水冲洗后置于200 mL 高型烧杯中，加50 ℃蒸馏水洗至120 mL，蒸20 min（100 ℃开始计时，用2 000 W 电炉加热）后取出，直至烧杯上不再有米汤滴下，然后将蒸熟的米饭置于洁净的干纱布上冷却0.5 h，称其质量（取小数点后一位），按公式（1）计算吸水率。

式中：X为大米吸水率，%；G1为大米质量，g；G2为米饭质量，g。

1.3.6.2 体积膨胀率

测量蒸煮前大米体积和蒸煮后铜丝笼中米饭体积（大米和米饭体积用排水法在量筒内测定），按公式（2）计算体积膨胀率。

式中：W为体积膨胀率，%；V1为蒸煮前大米体积，mL；V2为蒸煮后米饭体积，mL。

1.3.6.3 米汤pH 值测定

取出铜丝笼之后，待1.3.6.1 步骤里200 mL 高型烧杯中的米汤冷却至室温后，用pH 计测定其pH 值[14]。

1.3.7 食味值测定

称取大米30 g 加入不锈钢罐内，加水浸泡30 min，将不锈钢罐接上洗米装置，用水冲洗约30 s，沥干。按米水质量比1∶1.4 加水，使用滤纸封口，并用橡皮筋密封。之后，将不锈钢罐放入蒸锅中，浸泡完成后蒸煮30 min，焖饭10 min，搅拌后放入冷却箱冷却20 min。焖饭结束2 h 后，测定样品。

称取8 g 米饭使用成型器具制成米饼，借助食味测定装置测定米饭外观评分、口感评分和综合评分。

1.3.8 质构特性测定

采用1.3.7 方法制样，使用质构分析仪进行质构特性测定，探头为P/100，测定参数：测前速度2 mm/s；测试速度1 mm/s；测后速度1 mm/s，压缩比为50%[15]。

1.4 数据处理

采用Origin Pro 9.0 以及SPSS 19 对试验数据进行处理及显著性统计分析，显著性差异水平为p＜0.05，且所有试验均重复3 次。

2 结果与分析

2.1 储藏过程中蛋白质含量的变化规律

蛋白质含量随储藏时间的变化见图1。

图1 蛋白质含量随储藏时间的变化Fig.1 Change of protein content with storage time

如图1所示，随着储藏时间的延长，蛋白质含量呈现先增加后降低的趋势，本研究结论与蔡沙等[16]的研究结论一致。储藏90 d 的大米样品蛋白质含量最高，而未储藏的大米样品蛋白质含量最低，表明37 ℃储藏环境可以提升大米中蛋白质的含量。

2.2 储藏过程中胶稠度的变化规律

胶稠度随储藏时间的变化见图2。

图2 胶稠度随储藏时间的变化Fig.2 Change of paste viscosity with storage time

胶稠度是影响大米蒸煮品质、米饭软硬和口感的重要因素，其可以表征大米淀粉糊化和冷却后的回升趋势。如图2所示，取样大米的胶稠度均大于61 mm，属于软胶稠度，在180 d 储藏期间，随着时间的延长，取样大米的胶稠度逐渐降低，表明大米的硬度增加、口感变差。

2.3 储藏过程中黏度特性的变化规律

黏度特性随储藏时间的变化见表1 和图3。

表1 黏度特性参数随储藏时间的变化Table 1 Change of viscosity characteristic parameters with storage time

图3 黏度特性随储藏时间的变化Fig.3 Change of viscosity characteristics with storage time

淀粉糊化特性可以体现淀粉的糊化、崩解、膨胀和凝胶特性，广泛用于评价大米在食品基产品中的蒸煮特性和食用品质[17]。如图3 和表1所示，随着储藏时间的延长，大米的峰值黏度逐渐增大，峰值黏度的高低表征淀粉颗粒与水结合的能力和溶胀程度，结果表明180 d 储藏过程中大米的吸水膨胀能力逐渐提升，Zhou等[18]和周显青等[2]研究表明，采后稻谷储藏后一定时间内峰值黏度高于新鲜稻谷。此外，研究还发现储藏180 d 后大米样本的峰值黏度和谷值黏度均最高，说明大米中淀粉颗粒分子间缔合与交联程度最高、排列最紧密，由此推断，随着储藏时间的延长，大米内部结构更加紧密。

2.4 储藏过程中流变特性的变化规律

2.4.1 动态黏弹性

动态黏弹性随储藏时间的变化见图4。

图4 动态流变特性随储藏时间的变化Fig.4 Change of dynamic rheological characteristics with storage time

大米的黏弹性可以反映大米形成凝胶的网络结构特征，如图4所示，储藏过程中取样大米的G′和G″都随着频率的增加而增大，G′均大于G″且无交叉，米粉所形成的凝胶网络具有较强的弹性特征，呈现为弱凝胶体系[19]。G′代表米粉糊在形变过程中由于弹性所引起的能量储存，反映了凝胶网络的刚性和弹性，由图4a 可知，储能模量随储藏时间延长呈现增大的趋势，表明大米的弹性增强；G″代表淀粉糊由于黏性变形过程中所损失的能量，反映凝胶网络的黏性特征[20]，由图4b 可知，损耗模量呈现下降的趋势，表明大米的黏性降低，这与糊化特性结果相一致。由图4c 中可以看出，损耗正切角（tanδ）均＜1，表明大米形成的凝胶更类似于固体，且tanδ 随着频率的增加整体逐渐增加，表明大米在高频率下呈现出更黏的凝胶网络结构，此外，随着储藏时间的延长，tanδ 逐渐降低，表明G′的增长速率高于G″，流动性减弱[21]。

2.4.2 静态流变学特性

静态流变学特性随储藏时间的变化见图5。

图5 静态流变特性随储藏时间的变化Fig.5 Change of static rheological characteristics with storage time

如图5所示，取样大米糊化后形成凝胶的触变特性。高速剪切作用下，测试样品的内部网络结构受到破坏，当剪切速率降低时，在短时间内样品不能恢复到原始的状态，因而形成一个闭合的触变环[22]。触变环面积的大小代表样品受破坏的程度，面积越大表明受到破坏程度越大，越难以恢复到原来的状态[12]。由图5 可知，米粉的剪切应力在低剪切速率下急速增加，分子间氢键断裂，凝胶网络结构遭到破坏，并在高频率下逐渐稳定，表明分子从开始的网络结构转为定向流动，表现出剪切稀化行为[21]。此外，随储藏时间的延长，触变环面积越来越小，表明大米所形成的凝胶网络越来越不易被破坏，抗剪切力强。

2.5 储藏过程中蒸煮品质的变化规律

2.5.1 米饭吸水率

米饭吸水率随储藏时间的变化见图6。

图6 米饭吸水率随储藏时间的变化Fig.6 Change of water absorption of rice with storage time

如图6所示，180 d 储藏期内，随着时间的延长，煮后米饭吸水率逐渐增加。这是由于储藏高温环境下，籽粒内部果胶蛋白质、纤维素等物质的细胞壁结构受到不同程度的损伤，导致细胞吸水性提升；此外，储藏高温条件改变了大米内部淀粉的微晶结构，表现为大米蒸煮时吸水率增加[4]。

2.5.2 体积膨胀率

体积膨胀率随储藏时间的变化见图7。

图7 大米体积膨胀率随储藏时间的变化Fig.7 Volume expansion rate of rice with storage time

如图7所示，随着储藏时间的延长，蒸煮后米饭体积膨胀率逐渐提升。原因是大米储藏期间，大米淀粉中支链淀粉的含量不断升高，导致米饭体积膨胀率增加[15]。

2.5.3 米汤pH 值

米汤pH 值随储藏时间的变化见图8。

图8 米汤pH 值随储藏时间的变化Fig.8 Change of pH of rice soup with storage time

由图8 可知，大米储藏过程中，随着储藏时间的延长，取样大米蒸煮后米汤pH 值逐渐降低。这是由于储藏过程中，籽粒内部脂类物质降解生成游离脂肪酸、有机酸类等，导致米汤pH 值逐渐降低[4]。另外，还可能是因为籽粒中蛋白质降解为氨基酸，并进一步降解为磷酸，致使米汤pH 值降低[15]。

2.6 储藏过程中食味值的变化规律

食味值随储藏时间的变化见表2。

表2 米饭食味值随储藏时间的变化Table 2 Change of rice taste quality with storage time

如表2所示，随着储藏时间延长，米饭外观评分和口感评分均整体逐渐降低，进而导致米饭综合评分逐渐下降。可能的原因是随着储藏时间的延长，米饭吸水率和体积膨胀率皆提升，导致米饭外观亮度、透光率降低，米饭食味测定装置测定原理是米饭对近红外光、可见光波段的反射和透过进行分光测定，因此，外观评分降低。结合图6 和图7 可以看出，随着储藏时间的延长，米饭吸水率和体积膨胀率逐渐升高，导致米饭硬度降低、松弛性提高，因此，口感评分降低。

2.7 储藏过程中质构特性的变化规律

米饭的质构特性是体现米饭食用品质的重要理化指标，包括硬度、黏着性、弹性、咀嚼性和回复性。

米饭的质构特性随储藏时间的变化见表3。

表3 质构特性随储藏时间的变化Table 3 Change of texture characteristics with storage time

由表3 可以看出，随着储藏时间的延长，米饭硬度逐渐增大。原因是大米于37 ℃储藏过程中，储藏高温环境导致大米淀粉加速老化，淀粉的羟基与蛋白质分子电荷基团发生相互作用形成复合物，导致米饭硬度增加[4]。随着储藏时间延长，米饭黏着性整体降低。原因是大米储藏过程中米饭吸水率和体积膨胀率逐渐提升，大量的水分进入米粒导致其内部结构改变，进而表现为黏着性降低。此外，37 ℃储藏条件下，大米内部淀粉酶的催化导致直链淀粉与支链淀粉的比例改变，直链淀粉的含量提升导致米饭黏着性下降[15]。本研究结论与赵卿宇等[4]研究结果一致。

本研究还发现随着储藏时间的延长，米饭的弹性和咀嚼性整体逐渐降低。原因是储藏过程中取样大米蒸煮后米饭吸水率和体积膨胀率皆提升，蒸煮时籽粒大量吸水导致表面破裂，进而表现为米饭弹性和咀嚼性降低。

3 结论

本文研究天津“小站稻”储藏过程中的品质变化特征规律。结果表明：大米于37 ℃环境条件储藏过程中，随着储藏时间的延长，大米中蛋白质的含量先升高后降低，但大米胶稠度逐渐降低，储藏180 d 后，大米呈现出更高的峰值黏度和谷值黏度，表明其内部结构变得更加紧密；流变学特性显示随着储藏时间延长，大米形成的凝胶网络结构具有较强的弹性和较弱的黏性。储藏高温条件改变了大米淀粉的内部微晶结构，蒸煮特性显示储藏期间米饭吸水率和体积膨胀率逐渐增大，但由于储藏过程中大米内部脂类物质降解生成游离脂肪酸、有机酸类等，导致米汤pH 值逐渐减小。随着储藏时间延长，米饭综合评分逐渐降低，质构特性显示米饭硬度逐渐增大，但黏着性整体减小。综上，大米随储藏时间的延长，硬度增加，结构愈紧密，黏性降低。本研究可为天津小站稻的安全储藏提供参考。