我国稻米品质标准及检测技术创新概述

卢林 孙成效 朱智伟 于永红

（中国水稻研究所/农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心，杭州 310006；*通讯作者：yongh_yu@hotmail.com）

稻米是重要的粮食作物，是全世界约1/2人口的主食。作为世界主要的稻米生产国和消费国，我国约有2/3人口以稻米为主食，常年消费量在2亿t 左右[1]。随着人们生活水平的提高，稻米品质越来越受到重视。稻米品质标准和检测技术是确保稻米品质的重要环节。稻米品质标准的制定与实施以及检测技术的创新研究与应用，对指导我国稻米品质改良、加快品种结构调整、发展优质品种产业与规范稻米市场秩序等方面，均具有极其重要的意义。

1 稻米品质标准概况

1.1 标准的定义、分类

根据国际标准化组织ISO 对标准的定义，标准是为由一个公认的机构制定和批准的文件。它对活动或活动的结果规定了规则、导则或特殊值，供共同和反复使用，以实现在预定领域内最佳秩序的效果。根据《中华人民共和国标准化法》第二条，标准是指农业、工业、服务业以及社会事业等领域需要统一的技术要求。GB/T 20000.1-2014 给出的定义是，通过标准化活动，按照规定的程序经协商一致制定，为各种活动或其结果提供规则、指南或特性，共同使用的和重复使用的文件。

我国标准制订应当遵循以下原则：1）应当有利于合理利用国家资源，有利于产品的通用互换，做到技术上先进，经济上合理；2）应当做到有关标准的协调配套；3）应当有利于促进对外经济技术合作和对外贸易；4）应当发挥行业协会、科学研究机构和学术团体的作用。

我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准、企业标准和团体标准。我国标准与ISO标准存在以下两点不同[2]：1）数量有差异。国内标准体系较为全面、完善，涵盖面广、数量多，而国际性标准具有较强普适性，标准精炼，故数量较少；2）侧重点不同。ISO标准主要聚焦在最终产品的质量安全上，对产品生产过程控制及其相关配套没有过多细节规定。我国标准除了以最终产品为主，同时也对生产过程涉及到的各环节进行可控规定。在水稻种植上，我国存在区域性差异，需要制定一系列对应的行业标准及地方标准，用于指导和规范其标准化生产。

1.2 稻米品质标准发展及现状

我国稻米品质标准的研究和制定虽起步较晚，但发展较快，经历了从无到有、不断完善的过程。1981年中国水稻研究所成立后，引进了国际水稻研究所（IRRI）对于稻米品质的评价标准。1985年原农业部在长沙召开优质稻米座谈会后，于1986年颁布NY 20-1986《优质食用稻米》标准，同年国家标准化管理委员会颁布了GB 1354-1986《大米》标准。1988年，国家出台《中华人民共和国标准化法》。1999年，原农业部和财政部启动了“农业行业标准制修订专项计划”，我国水稻标准制定进入了快速发展阶段，先后颁布了一系列稻米标准。截至2021年11月，稻米品质标准涵盖了国家标准58 项、农业行业标准24 项以及2 项商检行业标准。这些标准中基础标准3 项，产品质量标准11项，检测技术标准70 项（表1）。

表1 我国常用稻米品质标准

2 稻米品质评价

稻米品质的鉴定与改良是水稻领域的重要研究方向，品质评价是极其关键的环节。稻米品质评价主要从加工品质、外观品质、蒸煮品质、食味品质及营养品质五个方面开展。

稻米加工品质用来评估水稻的加工质量，包括糙米率、精米率和整精米率。糙米指稻谷去除颖壳后的形态，去除糙米外观的糊粉层后的纯白胚乳一般被认为是精米，也就是日常食用部分，包含丰富的淀粉、蛋白质等营养成分。部分精米会在加工过程中发生断裂，超过精米长度四分之三及以上的精米为整精米。整精米率是决定水稻品种市场价值和生产效益的重要指标之一。外观品质是指糙米或精米籽粒的外表物理特性，决定了稻米的商品价值与营养价值，其主要指标包括粒型、垩白和透明度。近5年来，我国糙米率、精米率、粒长、长宽比和透明度的平均值差异较小；整精米率平均值有所增加，垩白粒率和垩白度平均值呈现逐年递减的趋势，说明我国稻米加工、外观品质已有提升。

蒸煮品质是指稻米蒸煮过程中表现的理化特性，而食味品质是指稻米成为米饭后在其食用过程中表现的感官特征[3]。蒸煮品质主要包括胶稠度、直链淀粉含量、碱消值等。食味品质评价是依据国家标准，以人工感官品评为主，是品评人员通过眼、鼻、口、舌等器官对米饭的气味、颜色、光泽、饭粒完整性、粘性、弹性、软硬度和滋味等方面进行评价。近年来，国内外研究者非常重视研究影响稻米蒸煮和食味品质的主要因素[4-6]。直链淀粉含量被普遍认为是大米蒸煮最重要的特征点之一[7]。直链淀粉含量高的大米米饭蓬松，黏性和延伸性较差，糊化温度较高，米饭冷却后会显硬；相反，直链淀粉含量较低的大米，饭粒稍软、黏性大。抗性淀粉是指难消化淀粉，虽然在健康人体的小肠中不被酶解吸收，但对人体有许多特殊的生理功能。PARK等[8]对4个不同直链淀粉含量的水稻品种的淀粉进行了理化和结构特征研究，结果表明，高直链淀粉稻米的不易消化淀粉分子量较低，支链平均长度较长，黏度较低；消化率低的抗性淀粉含量相对较高。MA等[9]分析了不同直链淀粉含量的大米淀粉混合物的热特性、糊化特性和消化率，结果显示，低直链淀粉有利于共混物凝胶结构的致密化，这可能是由于小部分直链淀粉链被淋溶，抑制了膨胀淀粉颗粒之间的相互作用；峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值和糊化焓与直链淀粉的浸出呈显著负相关。

稻米含有丰富的营养成分，主要有淀粉、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素、氨基酸及酚类等。稻米中蛋白质组成及其含量是营养品质的重要指标。与小麦、玉米相比，虽然稻米的蛋白质含量较低，但其利用率和消化率较高，更易被人体吸收[10]。稻米蛋白质由谷蛋白、球蛋白、清蛋白和醇溶蛋白组成。据报道，中、长粒两种粒型稻米的球蛋白含量差异不大，长粒米的谷蛋白平均含量高于中粒；中、长粒稻谷中醇溶蛋白的平均含量相近，但中粒醇溶蛋白的含量变化较大[11]。酚类化合物是稻米中存在的营养物质之一，尤其是有色米。国内外已有许多针对各类有色品种中酚类化合物的研究[12-13]。与非有色稻米相比，有色稻米含有更高的总酚含量和花青素、原花青素，抗氧化活性水平也较高。与其他酚类化合物相比，原花青素、花青素、花青素3-葡萄糖苷和牡丹素3-葡萄糖苷受生长位置的影响显著。研究发现，种植地点对酚类成分和抗氧化活性有显著影响[13]。此外，有色稻米的磷、铁、铜、锰、锌等元素含量均高于普通白米[14]。

稻米食味品质与蒸煮品质密切相关，并且也与其营养成分中的淀粉、蛋白质等密切相关[15-16]。稻米的直链淀粉含量、蛋白质含量及其热力学性质和游离氨基酸在品种间、地区间存在显著差异。根据相关性分析，稻米整体的食味品质与蛋白质含量呈负相关，与凝胶硬度呈正相关[17]。说明蛋白质含量和凝胶硬度是决定粳稻食味品质的重要理化指标。石吕等[18]研究了不同品种稻米的蛋白质含量与其食味品质间的关系，结果表明，籼稻和粳稻的总蛋白质含量都与胶稠度呈极显著负相关；籼稻的蛋白质含量与食味值、最高黏度呈极显著负相关，与崩解值呈负相关，与回复值、消减值呈正相关或显著正相关；粳稻的蛋白质含量与食味值和崩解值呈极显著负相关，与最高黏度呈显著负相关，与回复值、消减值呈正相关。籼稻食味值与清蛋白含量呈极显著负相关，粳稻未达显著水平，但均与球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量显著负相关。

3 稻米品质检测技术创新进展

借助现代化仪器检测稻米品质是新趋势。近些年发展起来的稻米品质检测技术主要有质构分析技术、近红外光谱技术、快速黏度分析技术、色谱分析技术、扫描电镜技术、智能感官技术等[19]。

3.1 质构分析技术

稻米的质构特性对其食味品质极为重要，直接影响消费者对米饭的接受度[20]。米饭质地可由受过训练的专家通过感官测试来评估，但这种方法存在劳动强度大、主观偏差等缺点。目前，国内外研究者越来越多利用质构仪来测定米饭的质构特性。质构特性主要包括硬度、黏度、弹性、回复性、剪切力、咀嚼性等[21-22]。熟米饭的硬度和粘附性[23-24]同样可使用质构仪来测定。ONMANKHONG等[25]研究发现，稻米的硬度、韧性与直链淀粉含量呈负相关，与脂肪含量呈正相关。LIU等[26]利用一种装有多挤压细胞探针的质构分析仪，模拟稻米在口腔中的过程，监测力和功的变化，以评价稻米的食味品质。

3.2 近红外光谱技术

近红外光谱技术已经成为分析稻米品质的重要手段。与传统分析方法相比，近红外光谱分析技术具有样品无损、分析快速等优点[27]。国内外已有运用近红外模型来测定稻米蛋白质含量的研究报道[28-29]。SIRIPHOLLAKUL等[30]利用近红外光谱预测稻米直链淀粉含量。NATSUGA等[31]利用近红外光谱测定稻米品质属性，用偏最小二乘回归模型预测糙米水分和蛋白质含量的相关系数分别为0.98和0.96，精米的崩解值和峰值黏度的相关系数分别为0.91和0.87。BAO等[32]研究了近红外光谱法测定稻米淀粉酶含量和糊化特性，包括消减值、崩解值和糊化温度。

3.3 快速黏度分析技术

快速黏度分析技术用于分析稻米的糊化特性。快速黏度分析仪（RVA）曲线是以米粉匀浆在加热高温冷却过程中黏度的一系列变化为特征的曲线。峰值黏度、崩解值、消减值、最低黏度等指标与稻米的蒸煮和食味品质存在一定相关性，可作为评价稻米品质的重要指标[33-34]。稻米的RVA 特性主要受遗传控制，同时也受到环境的影响[35-36]。FAHAD等[37]研究发现，稻米RVA 特征谱随种植地点、播种时间和海拔高度的变化而变化。一种新型高温型快速黏度分析方法被用来评价米饭的硬度和回生性[38]；一种基于RVA 测定所得糊化特性估算稻米直链淀粉和抗性淀粉的算法已被开发出来，可以评估大米粉的淀粉特性和加工特性[39]。此外，利用糙米RVA 特征谱预测其油酸和亚油酸含量的方法也已建立，可方便、快速地预测稻米的营养品质[40]。

3.4 色谱分析技术

色谱分析技术是在分子水平上对稻米及其成分中的有机化合物进行详细检测和分析的一种常用技术。色谱与固相微萃取（SPME）相结合是一种成熟且常用的检测方法，可用于多种检测程序。顶空固相微萃取是基于样品基质、进样瓶顶空和固相微萃取纤维之间的平衡[41]。挥发物从样品中扩散到顶空，然后吸附到纤维上，最后在气相色谱进样口热解吸进行分析。萃取时间、萃取温度、萃取介质、纤维、化合物化学性质的变化会影响其平衡，从而影响回收的重现性。SPME 是一种基于分析物扩散的简单、灵敏、稳健、可靠的技术，结合了静态和动态顶空的优点[42]。气相色谱/质谱联用技术（GC/MS）是评价稻米挥发性化合物的重要研究工具，而稻米的香气强烈影响消费者的偏好和决定。GC/MS结合SPME 被广泛用于稻米中2-AP 的定量测定[43-44]，以及其他芳香化合物的定性和定量分析[45-46]。超高效液相色谱法（UPLC-MS）[47]及超高效液相色谱-串联质谱法（UPLC-MS/MS）[48]均可用于鉴定和分析稻米中酚酸类化合物的组成及其含量，UPLC-MS 也可用来测定有色稻米中花色苷的含量[49]。

3.5 扫描电镜技术

借助扫描电镜可观察稻米胚乳显微结构、大米淀粉粒表面等，从微观结构观察不同品种、不同个体间的微小表观差异。LEETHANAPANICH等[50]利用扫描电镜在10 kv 加速电压下观察了半透明、白垩和处理过的稻米的形态，以分析浸泡和干燥条件对稻米垩白的影响，结果显示，在25℃下浸泡不会去除稻米垩白，也不会引起淀粉颗粒的形态变化；当浸泡温度从25℃提高到65℃、70℃和75℃时，垩白度分别从100%下降到34.1%、29.7%和15.9%。在高于淀粉玻璃化转变温度但低于糊化温度的温度下浸泡大米，由于淀粉颗粒的重新排列和蛋白质变性来填充垩白区域的空隙，降低了垩白度；在浸泡过程中，淀粉颗粒的形态也由圆变角；在高于淀粉玻璃化转变温度的温度下干燥也促进了淀粉颗粒的重排，进一步降低了稻米的垩白度。MLLER等[51]通过扫描电镜观察糙米、精米的形态，结合理化指标分析，研究施肥水平对糙米、精米品质的影响，结果表明，在高施肥水平下，稻米淀粉的结晶特性得以保持，与表现出高淀粉含量的精米有关，然而，抛光颗粒显示出更多的孔隙和空穴，故其表面的渗透率更大。

3.6 智能感官技术

在稻米品质分析上应用到的智能感官技术，主要有电子鼻和电子舌。电子鼻/舌是一种基于传感器阵列和合适的模式识别方法，能够模拟人类嗅觉/味觉来评价食品质量的系统。与传统的化学分析方法相比，它们评价稻米品质更加简便、快速。电子鼻能检测到样本挥发性成分的微小变化，用于辨别气味存在差异的稻米。电子鼻常被用于分析稻米的储藏时间[52-53]。国内不少研究人员利用电子鼻检测不同储藏条件下的稻米气味，以分析稻米劣变、霉变的情况[54-56]。电子鼻还可实现动态过程中香气化合物的变化监测[57]。近几年，电子舌已被用于稻米食味品质评价，其预测结果与人工感官品评结果较为接近[58-60]。

4 展望

稻米品质评价方法、品质标准以及品质检测技术密不可分。我国稻米品质标准的建立是基于科学、合理的评价方法和检测技术，评价方法和检测技术成为标准是体现其成熟性和可操作性的最佳标志。我国稻米品质标准上的评价方法和检测技术很长一段时间徘徊在常规理化指标方面，甚少对更深入的未知指标进行标准化研究。稻米营养品质的检测技术和评价方法占稻米品质标准的比例较少。因此，开展和发掘新的品质检测标准方法极为重要，以完善我国稻米品质标准体系。

稻米品质检测技术一直是热门的研究方向，伴随着人们对稻米品质要求的提升，品质检测技术的创新难题也不断涌现。在自动化、智能化的时代发展趋势中，快速、准确、便捷的稻米品质检测技术更适合行业发展。以稻米外观品质为例，外观测定仪已成功替代费时费力的人工检测，成为了一种行业标准方法。稻米食味品质和营养品质的自动化、智能化检测技术的研发，将会成为未来稻米品质检测技术的发展趋势。