大米理化性质与其食用品质相关性研究

夏凡 董月 朱蕾 张爱静 王鹏杰 袁建 高瑀珑

【摘要】对10种不同产地的粳米、籼米以及糯米的自身理化性质与其食用品质之间的关系进行测定与分析。通过理化试验、质构试验以及RVA糊化试验进行分析测定。大米的理化指标有蛋白质含量、直链淀粉含量、脂肪酸值、粗脂肪含量，水分含量；食用品质包括峰值粘度、最终粘度、起始糊化温度、米饭的硬度、凝聚性、胶黏性、回弹性与咀嚼性等。试验结果表明，大米蛋白质含量与米汤的干物质呈显著负相关（P<0.05）；直链淀粉含量与米汤碘蓝值成极显著正相关（P<0.01）；粗脂肪含量与米饭膨胀体积成极显著负相关（P<0.01）。大米经过RVA糊化，直链淀粉含量与峰值粘度，最终粘度成显著正相关（P<0.05），与回升值成极显著正相关（P<0.01）；起始糊化温度与蛋白质含量成极显著正相关（P<0.01）；直链淀粉含量与米饭的硬度、凝聚性、胶黏性、回弹性成极显著正相关（P<0.01）；脂肪酸值与硬度、胶黏性、咀嚼性成显著负相关（P<0.05）；研究发现不同品质大米差异显著，其中大米的直链淀粉含量是影响米饭品质最关键的因素，其余理化指标也与米饭的食用品质具有一定相关性。本研究结果对快速筛选优质大米，建立大米自身品质与其食用品质直接联系有重大意义。

【关键词】大米；理化性质；蒸煮性质；RVA；质构

在亚洲地区，以大米作为主食的人数占有很高的比例，而我国是最大的大米生产国和消费国。我国是稻谷生产大国，稻米产量居世界首位。大米主要分为籼米、粳米和糯米3类。籼米由籼型非糯性稻谷制成，米粒呈长椭圆或细长形。根据籼稻的收获季节，分为早籼米和晚籼米2种。粳米由粳型非糯性稻谷制成，米粒一般呈椭圆形。根据粳稻的收获季节，分为早粳米和晚粳米2种。糯米由糯米稻谷制成，乳白色，呈半透明或不透明，黏性大，分为籼糯米和粳糯米2种：籼糯米由籼型糯性稻谷制成，米粒一般呈长椭圆形或细长形；粳糯米由粳型糯性稻谷制成，米粒一般呈椭圆形。我国稻谷品种繁多，其食用品质的优劣有很大的差异。随着我国国民生活水平的不断提高，人们对食物的品质和口感要求也不断提高，消费者在挑选大米时越来越注重米饭的营养价值、香味、粘度、弹性、口感等。决定米饭品质的主要成分有淀粉、蛋白质、水分、各种微量元素等，其中微量元素的含量与大米的营养价值和人类的健康有着密切的关系。淀粉作为大米的主成分，是决定大米食用品质的主要因素。而蛋白质是糖类与脂肪都不可替代的人体唯一氮源，大米的含水量对米饭的粘度、硬度、食味有很大的影响。因此，研究大米基本理化性质和米饭的食用品质之间的关系显然非常必要。国内外已经有专家进行了一些相关的研究工作。

Sitakali等研究表明：对于不同品种的大米，直链淀粉的含量与蒸煮大米的粘度呈负相关，而与硬度呈正相关。蛋白质含量的多少，会直接影响到大米蒸煮时米粒的吸水率。刘宜柏等研究发现，脂肪含量直接影响米饭的食味品质。Marshall等通过研究发现，脂类对大米淀粉糊化特性有不可忽视的影响。大米中所含的磷脂和糖脂部分可與大米淀粉相互作用，降低淀粉的吸水性和膨胀性，提高淀粉的糊化温度。Larsson和Marrison等认为直链淀粉与脂类形成的复合物能阻碍淀粉糊化，从而可能对蒸煮大米的质构特性产生影响。对大米品质进行评价的最基本方法是感官评价，这是最经典的方法。但是，由于评判人员因生活习惯、文化背景的差异而有着不同的食味嗜好，以及感官评判的参比点难以固定等原因，不同的评价结果可能有较大差异，且感官评判费时费力，难以对大量样品作出快速而有效的鉴定，使得这种方法的应用受到了一定程度的限制。人们希望可以通过一种仪器来有效的测定米饭的适口性。质构仪（Texture ProfileAnalysis，TPA）可通过对试样进行多次连续性压缩的机械过程，来模拟口腔牙齿咀嚼过程，从而把适口性指标数字化、客观化。目前，可用于测定米饭物性的质构仪，主要是通过模拟人口腔的阻嚼运动，并与微机连接，输出米饭的质构测试曲线，可以分析的质构特性参数包括米饭的硬度、脆性、粘性、内聚性、弹性、胶粘性、耐阻性和回复性等。米饭质构的测定方法使用最多的是饭粒法，即从米饭中随机选取适当粒数的饭粒，以不同方式（放射状、星形、平行、圆形）摆放在质构仪测定平台上进行测定。大米的质构特性是评价食味品质的重要评判标准，通过分析米饭的硬度、粘度、弹性和咀嚼性等指标，直接反应出米饭的食用特性。本研究通过对大米理化性质与其食用品质的相关性分析，可以进一步探明影响米饭食用品质的因素，为不同品质品种的大米分级评价提供理论依据。本研究选择不同地区的粳米、籼米以及糯米样品共10种，深入系统研究了大米的水分、蛋白质、粗脂肪、脂肪酸值、直链淀粉以及蛋白质含量等基本理化性质和大米的蒸煮品质、RVA糊化特性、质构特性之间的相关性。

1材料与方法

1.1试验原料

福临门苏软香大米、金龙鱼软香稻（江苏盐城）、五丰寒地东北大米（黑龙江）、金龙鱼原香稻（辽宁盘锦）、福临门油粘米（江西南昌）、国宝桥米（湖北京山）、曼泰吉臻品泰国茉莉香米（泰国）、老爷岭糯米香（东北）、深圳多喜糯米（深圳）、苏垦清香糯米（江苏南京），上述所有品种大米品质完好，无霉变虫变现象。其中金龙鱼原香稻、金龙鱼软香稻、五丰寒地东北大米、福临门苏软香大米等4种为粳米；曼泰吉臻品泰国茉莉香米、国宝桥米、福临门油粘米等3种为籼米。以上品种大米皆购自于蔬果超市。

1.2试验试剂与仪器

氢氧化钠、冰醋酸、碘、碘化钾、浓硫酸、酚酞、五水合硫酸铜、无水乙醇、无水乙醚等，以上试剂均为分析纯，购自于南京丁贝仪器有限公司。

配备0.09mol/L的NaOH溶液；lmol/L醋酸；碘试剂：2g碘，20g碘化钾用蒸馏水溶解定容至100ml后取10ml稀释至100ml。

K-360凯氏定氮仪：威海市海拓仪器生产有限公司；TAXI plus质构仪：苏州天吴仪器设备有限公司；Anke TDL-5-A离心机：上海安亭科学仪器厂；601超级恒温水浴锅：金坛市医疗仪器厂；FW100高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；DPCZ-Ⅱ型直链淀粉仪：北京智海电子仪器厂有限公司；UV-2401PC型紫外分光光度计：日本岛津公司；RVA4500波通快速粘度仪：波通瑞华科学仪器（北京）有限公司；pHS-3C pH计：上海精科仪器公司；MC电子天平：北京丹佛仪器有限公司；101-3AS电热鼓风干燥箱：上海苏进仪器设备厂。

1.3试验方法

1.3.1大米水分含量测定

参考GB 5009.3-2016食品安全国家标准食品中水分的测定方法来测定大米样品中水分含量。

1.3.2大米粗脂肪含量测定

参考GB/T 5512-2008粮油检验中粗脂肪含量的测定方法来测大米样品中粗脂肪含量。

1.3.3大米脂肪酸值测定

参考NY/T 2333-2013粮食、油料检验脂肪酸值测定的方法来测定大米样品的脂肪酸值。

1.3.4大米直链淀粉含量测定

采用直链淀粉仪法。具体操作步骤：（1）空白样品的制备：取100 ml容量瓶，依次加入0.09mol/L的NaOH溶液5mL，蒸馏水50mL，1mol/L醋酸1mL，碘试剂1mL，用蒸馏水定容至100mL，显色10min。（2）测量样品的制备：称取0.1g粗淀粉置于150mL锥形瓶中，加入1mL无水乙醇充分浸泡分散，再加入1mol/LNaOH溶液9mL，于90℃沸水浴中分散10min，迅速冷却后转移至100mL容量瓶用蒸馏水定容，作为待测样品溶液；取此待测样品溶液5mL置于100mL空容量瓶中，依次加入50mL蒸馏水，1mol/L醋酸1mL，1mL碘试剂，用蒸馏水定容至100mL，显色10min，用来测定待测样品直链淀粉含量。（3）用DPCZ-Ⅱ型直链淀粉仪测量待测样品直链淀粉含量。

1.3.5大米蛋白质含量的测定

大米经粉碎后，过100目筛，称取0.2-2g，依次加入0.5g无水硫酸铜，4.5g硫酸钾，10mL浓硫酸，消化2h，置于通风橱冷却30min，用凯氏定氮仪测定大米样品的蛋白质含量。

1.3.6米饭的蒸煮品质的测定

主要参考王肇慈的方法，并进行适当修改。具体操作步骤为：米饭的蒸煮，准确称取7g大米置于已知重量铜丝笼中，流水清洗5次，蒸馏水洗1次，将铜丝笼置于200mL烧杯中，加入50℃蒸馏水120mL，用2 000w电炉加热，沸水20min（水温达到100℃时开始计时），取出铜丝笼，置于烧杯上至不再有米汤滴下时，放置于洁净的纱布上冷却30min。

米饭膨胀体积测定：利用排水法测定蒸煮前后大米和米饭的体积。米饭膨胀体积按照公式（2）来计算：

米汤pH值测定：待烧杯中米汤冷却至室温后，利用pH计进行测定米汤的pH值。

米汤干物质测定：测定pH值后的米汤置于100mL容量瓶用蒸馏水稀释至100mL定容，离心（1500r/min，5min），取10mL上清液于洁净的培养皿中，烘干称重。米汤干物质量按照公式（3）来计算：

米汤碘蓝值测定：取米汤离心液1mL于100mL容量瓶，分別加入50mL蒸馏水，0.5mol/LHC1溶液1mL，0.2mol/L碘试剂1mL，蒸馏水定容至100mL，摇匀。利用紫外分光光度计，在600nm处测定吸光度。

1.3.7大米的RVA糊化特性测定

使用RVA4500波通快速粘度仪进行测量。大米样品磨粉，过60目筛；再根据RVA快速测定软件计算所需测量样品质量，准确称取样品含量，放人RVA4500波通快速粘度仪配套小铝杯中，加入25mL蒸馏水，快速搅拌10s后放入仪器进行测量，仪器RVA4500参数的设定如表1所示。

1.3.8米饭质构特性测定

米饭的制备参照GB/T 15682-2008粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法，利用TAXI plus质构仪测定蒸煮后米饭的硬度、弹性、咀嚼性、回弹性等，分析不同品种大米的质构特性。

质构仪参数的设定：5kg感应力，P36/R探头，测前速度0.5mm/s，测试速度lmm/s，测后速度2mm/s，压缩比70%。每次取3粒米，6次平行。

1.4数据处理

利用SPSS软件进行实验数据的相关性分析。采用Duncan新复极差法（SSR）进行多重比较，结果以x±SD表示，P<0.05为差异显著。

2结果与分析

2.1 10种不同品种大米基本理化性质分析

从表2的数据可以看出，不同品种的大米直链淀粉、蛋白质、水分、脂肪酸值以及粗脂肪的含量都存在一定的差异性。福临门苏软香大米，金龙鱼软香稻，五丰寒地东北大米以及金龙鱼原香稻属于粳米品种，它们的水分含量均约为14%；福临门油粘米，国宝桥米以及曼泰吉臻品泰国茉莉香米属于籼米，样品水分含量基本约为13%；除苏垦清香糯米外，糯米品种的水分含量显著低于粳米和籼米（P<0.05）。对于大米粗脂肪含量，从表2中可以看出不同品种之间的含量没有显著的差异（P>0.05），从总体来看所有大米样品的粗脂肪含量都未超过2%。脂肪酸值是衡量大米游离脂肪酸含量的重要指标，而脂肪酸值的变化反应了大米品质的新鲜程度与裂变程度。从表2中可以看出，粳米和籼米的样品脂肪酸值含量基本在10mg/100g～20mg/100g之间，而糯米的脂肪酸值含量较高，在30mg/100g左右，其中苏垦清香糯米的含量高达43.6mg/100g，因为苏垦清香糯米的粗脂肪的含量高，所以该品种的脂肪酸值也较高。由表中2可以知，不同大米品种之间直链淀粉含量差异显著（P<0.05），本研究选购的大米样品中粳米的直链淀粉含量在15%～16%之间；而籼米的直链淀粉含量在11%～14%；糯米的直链淀粉含量均小于1.5%。本研究的10种大米中金龙鱼原香稻蛋白质含量最低，只有6.58%，其余品种的蛋白质含量均在7%一8%左右。

2.2 10种不同品种大米的基本理化指标间相关性分析

从表3中可以看出，直链淀粉含与脂肪酸值成极显著负相关（P<0.01），相关系数R=-0.843；直链淀粉含量与水分含量有一定正相关性，相关系数R=-0.610；脂肪酸值与水分含量有一定的负相关性，相关系数R=-0.345；其它各指标之间相关性皆不显著（P>0.05）。

2.3 10种不同品种大米的蒸煮品质分析

从表4中可以看出，所有品种大米均有约3～4倍的吸水率。膨胀体积差异较为明显，其中金龙鱼软香稻的膨胀体积最小，约有2倍左右，而深圳多喜糯米膨胀体积最高，几乎接近7倍。粳米的pH值几乎都在6以上，只有金龙鱼原香稻略低，为5.5；籼米的pH值略微低于6；糯米的pH值低于粳米和籼米，只有5.5。粳米、籼米和糯米之间，米汤干物质的含量无明显的特征性差异，大多数大米米汤干物质含量在28mg，g左右，老爷岭糯米香的米汤干物质含量最高，约为71mg/g。米汤的碘蓝值是用于反映大米中可溶性淀粉含量，与其直链淀粉含量有显著的相关性。表4中，从整体上看，粳米、籼米和糯米米汤的碘蓝值差异性较为明显，粳米的碘蓝值高于籼米，糯米含量最低。

2.4 10种大米基本理化性质与蒸煮品质之间相关性分析

从表5中可以看出，大米的吸水率与其水分含量、粗脂肪含量呈负相关，与蛋白质含量呈正相关；大米膨胀体积与粗脂肪含量呈极显著负相关（P<0.01），与水分含量呈负相关，与脂肪酸值、直链淀粉和蛋白质的含量相关不显著；大米米汤pH值与直链淀粉含量呈正相关，与脂肪酸值呈负相关，与其余指标相关性不好；大米米汤干物质与蛋白质含量呈极显著负相关（P<0.01），说明大米蛋白质主要是水不溶性蛋白质。大米米汤干物质与直链淀粉、粗脂肪含量相关度较弱，与水分和脂肪酸含量基本不相关；大米米汤的碘蓝值与其直链淀粉含量相关极显著（P<0.01），与水分含量呈显著正相关（P<0.05），与脂肪酸值呈显著负相关（P<0.05），与蛋白质含量几乎没有相关性。

2.5 10种大米RVA糊化特性分析

由表6可知，不同品种大米的RVA糊化特性差异较大。粳米的峰值粘度均大于4200cP，其中五丰寒地东北大米的峰值粘度较高，达到4819cP；而籼米的峰值粘度比粳米要高，最高的泰国茉莉香米达5538cP；糯米的峰值粘度较低，在2000cP左右，其中深圳多喜糯米由于是杂交籼糯米，是造成其峰值粘度异常高的原因。对于最低粘度，粳米基本在2 100cP左右；籼米略高；而一般糯米很低，而深圳多喜糯米是杂交籼糯米，其值高，属于异常状况。从最终粘度值中可以看出，粳米和籼米的差异不明显，均在4000cP左右，而糯米较低，均在1000cP以下。对于回升值，除福临门油粘米偏高，达2225cP，其余粳米的回升值高于籼米；而糯米的回升值较低，只有几百cP。对于起始糊化温度，所有的粳米均在70℃左右；籼米在80%；糯米除了杂交籼糯米深圳多喜糯米糊化温度稍微偏高，其它两个皆小于70℃。

2.6 10种不同品种大米的基本理化性质与RVA糊化性质的相关性分析

由表7可知，大米的峰值粘度与水分没有关系，与粗脂肪和脂肪酸值呈负相关，与直链淀粉含量呈显著正相关（P<0.05，R=0.656），与蛋白质含量呈正相关。大米的最低粘度与粗脂肪含量存在一定的负相关。大米的崩解值与水分含量和粗脂肪含量呈负相关。大米的最终粘度与直链淀粉含量呈显著正相关（P<0.05），与蛋白质含量呈正相关，与粗脂肪含量和脂肪酸值含量呈负相关。大米的回升值与脂肪酸值含量呈显著负相关（P<0.05），与直链淀粉含量呈极显著正相关（P<0.01）。大米的起始糊化温度与蛋白质含量呈极显著正相关（P<0.01），与其余指标相关度不高。

2.7 10种不同品种米饭质构的分析

大米的质构是评价大米食味品质的重要指标，在相同的蒸煮条件下，10种不同品种大米质构特征的试验结果（见表8）。

由表8可知，糯米所蒸煮米饭的硬度远低于粳米和籼米的米饭。对于凝聚性，粳米较高，籼米其次，而糯米最低，但是相差不明显。对于胶黏性，从整体上看，粳米略高于籼米，糯米胶黏性显著低于粳米和籼米（P<0.05）。回弹性方面，粳米最高，基本都在0.16以上，而籼米的回弹性均在0.13-0.14之间，糯米回弹性最低，只有0.10～0.11。在咀嚼性方面，粳米最高接近400；籼米其次，略高于300；而糯米的咀嚼性最低，只有200左右。弹性方面，粳米和籼米差异性不大，而糯米较高。表明不同品种的大米确实存在质构差异性，对于消费者挑选大米有一定的参考价值。

2.8 10种不同品种大米基本理化性质与米饭质构的相关性分析

从表9中可以看出，米饭的硬度与脂肪酸值含量呈显著负相关（P<0.05），与直链淀粉含量呈极显著正相关（P<0.01），与其水分含量成正相关，与粗脂肪含量相关不大。米饭的凝聚性与直链淀粉含量呈极显著正相关（P<0.01），与水分含量呈现正相关，与脂肪酸值呈现负相关，与蛋白质含量几乎没有相关。米饭的胶黏性与脂肪酸值含量呈显著负相关（P<0.05），与直链淀粉含量呈极显著正相关（P<0.01），与水分含量成正相关，与蛋白质含量和粗脂肪含量几乎没有相关性。米饭的回弹性与水分含量呈显著正相关（（P<0.05），与脂肪酸值含量呈显著负相关（P<0.05），与直链淀粉含量呈极显著正相关性（P<0.01），与蛋白质含量基本无相关性。米饭的咀嚼性与脂肪酸值呈显著负相关（P<0.05），与直链淀粉含量呈极显著正相关（P<0.01）。米饭的弹性与各理化指标无显著的相关性。综上，通过本试验的结果，我们发现10种大米的质构特性与其基本理化性质之间存在明显的相关度。其中，影响米饭质构特性程度最大的是直链淀粉含量，脂肪酸值和水分含量对于大米的质构影响稍低于直链淀粉含量。这对通过测定大米的理化性质来快速筛选不同食用品质大米具有重要的理论和现实意义。

3讨论

通过本研究发现，10种不同品种的大米之间理化性质有着较大的差别，差异最大的是直链淀粉的含量。大米的水分含量在12%～15%，蛋白质含量在6%～9%，粗脂肪含量低于1.5%。我们发现其中水分含量粳米稍高于籼米，而蛋白质含量籼米稍高于粳米，糯米最低，由于受品种、产地和种植条件的影响，大米的理化指标存在一定程度上的差异。本研究发现米饭蒸煮特性，影响米饭吸水率的主要是大米的水分含量，水分越高吸水率越低；影响膨胀体积的主要是粗脂肪含量，粗脂肪含量越高，膨胀体积越低；影响米汤pH含量的主要是直链淀粉和脂肪酸值，直链淀粉含量越高，pH越高，脂肪酸值越高，pH越低。脂肪酸值的含量与大米的存储时间有着明显关系，存储时间越长，大米脂肪会水解产生酸败，导致pH的降低和米饭食用品质降低、劣变；影响米汤干物质含量的主要是蛋白质，蛋白质含量越高，米汤干物质含量越低，这说明了大米中的蛋白质主要是非水溶性蛋白质。朱玫等的研究表明，大米中水溶性的蛋白质含量极低，仅为0.4%～0.5%左右。芮闯等人对大米的食味品质和蛋白质的种类的研究发现，大米中主要蛋白质是清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和碱溶谷蛋白；其中只有清蛋白是水溶性蛋白质，其含量在蛋白质总含量中最低，且清蛋白含量与大米的食味品质呈负相关。米汤的碘蓝值主要与直链淀粉含量相关，碘蓝值通过直链淀粉与碘的络合能力来测定样品中直链淀粉的含量。大米的糊化是指淀粉颗粒在水中受热吸水膨胀，分子间和分子内氢键断裂时淀粉分子的扩散过程，由有序的晶体转向无序的非晶体；在冷却過程中，淀粉发生回生，由于分子势能的作用，淀粉分子从无序化逐步有序化，回生形成结晶结构。大米的糊化特性决定于淀粉含量，目前测定大米的糊化特性主要是通过快速粘度仪（RVA）。本研究发现不同品种大米的RVA糊化特性差异明显，而影响其糊化特性的主要是直链淀粉含量，影响大米糊化的峰值粘度，最终是粘度和回升值，其中直链淀粉含量与RVA回升值有极显著相关性。吴殿星等研究表明，根据消减值和崩解值等RVA谱主要特征值可以快速鉴定大米品种的直链淀粉含量高低，区分出中高直链淀粉含量与类似直链淀粉品种间的淀粉黏滞性的差异。大米的质构分析表明，不同品种大米之间质构差异显著，且与其基本理化性质相关性明显。水分含量与米饭的回弹性有着显著的正相关性（P=0.7410），水分含量较高，蒸煮时大米内部与环境水分差值不明显，不会在米饭蒸煮时由于其吸水导致饭粒的破裂，因此，回弹性较好。大米的脂肪酸值含量与米饭的硬度、粘度、回弹性等呈现负相关，这是因为脂肪酸值主要反映大米的陈化时间，存储时间越长，脂肪酸值越高，大米的整体品质下降，反映食用品质的质构特征也降低；而直链淀粉含量与米饭的质构特性正相关度最高。曾庆孝等在研究中也发现直链淀粉含量与米饭的硬度呈正相关关系，直链淀粉含量高的大米浸泡时吸水率较低，蒸煮后米饭口感较硬。本研究对于10种大米间的差异进行了对比分析，对米饭的质构特性、糊化特性和蒸煮特性与其基本理化性质进行了相关性分析，这对于快速鉴定、筛选大米品种，建立大米自身品质与食用品质的联系具有重要的科学理论和现实意义。