項(xiàng)曉月 趙金成 吳建永 鐘業(yè)俊

（南昌大學(xué)食品學(xué)院 南昌 330047）

用新收獲大米烹飪的米飯較為軟爛、黏稠，食用品質(zhì)不佳，一般自然陳化3～6 個(gè)月可以改善米飯的口感[1-2]。然而，新收獲大米進(jìn)行自然陳化不僅需要占用倉(cāng)儲(chǔ)空間，而且在儲(chǔ)藏過程中容易受到昆蟲和微生物的侵害[2]。近年來(lái)有很多研究通過物理處理的方法加速大米的陳化，這種在短時(shí)間內(nèi)處理稻米以獲得類似于自然陳化大米的過程被稱為加速陳化[3]。Jaisut 等[4]利用高溫流化床干燥糙米（130 ℃和150 ℃，干燥30～120 min），發(fā)現(xiàn)流化床干燥糙米的蒸煮和食用品質(zhì)與自然陳化7 個(gè)月的糙米發(fā)生了相似的變化。Rayaguru 等[5]通過調(diào)節(jié)環(huán)境的溫度（43.4 ℃）和濕度（71.0%）可加速香米的陳化。Sung[6]研究表明，γ 射線輻照可以縮短秈稻的陳化時(shí)間，進(jìn)而提高稻米的加工穩(wěn)定性和品質(zhì)。

微波是一種常見的物理處理手段，具有加熱迅速、應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，目前有研究表明微波處理可以加速大米的陳化，改善大米的蒸煮品質(zhì)[7-8]，然而，目前還沒有關(guān)于微波加速陳化過程中大米組織結(jié)構(gòu)變化的研究報(bào)道，組織結(jié)構(gòu)變化與理化性質(zhì)變化之間的關(guān)系亦不清楚。本研究采用微波處理加速新鮮大米的陳化，通過快速黏度分析儀（RVA）和質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定微波對(duì)的糊化性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)的影響；通過掃描電鏡觀察大米微觀結(jié)構(gòu)的變化；通過監(jiān)測(cè)大米中游離脂肪酸、二硫鍵的變化，探討組成成分變化對(duì)大米陳化的影響；同時(shí)，以自然陳化大米為參照，探究組成組分變化與理化性質(zhì)變化之間的關(guān)系，以期為解析微波加速稻米陳化的機(jī)制提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

早秈稻（品種：黃花占）為2017 年10 月收獲于江西省井岡山市郊區(qū)稻田。將新收獲稻谷運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室（江西南昌），一半稻谷在自然陳化室（年平均氣溫17.5 ℃，年平均相對(duì)濕度78.5%）自然陳化12 個(gè)月，另一部分稻谷真空包裝后置于4 ℃環(huán)境貯藏，備用。

谷胱甘肽、甘氨酸、鹽酸胍、5，5'-二硫代雙-2-硝基苯甲酸，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；其它試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

CNWB-1.62ZK 真空微波設(shè)備，昆山國(guó)晶電子有限公司；THU-35A 碾磨機(jī)、TM 05 拋光機(jī)，日本佐竹公司；FW100 型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司；快速黏度分析儀，澳大利亞Newport Scientific 公司；TA.TX2.plus 質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable 公司；Quanta-200 掃描電子顯微鏡，荷蘭FEI 公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 微波處理 將新收獲稻谷置于真空微波設(shè)備中，540 W 分別處理 30，50 s，分別標(biāo)記為MW30s 和MW50s；對(duì)照組為新收獲稻谷（fresh rice，簡(jiǎn)稱FR）和自然陳化稻谷（aged rice，簡(jiǎn)稱AR）。使用脫殼機(jī)分別對(duì)稻谷脫殼，并用碾磨機(jī)碾磨得到大米（碾磨率均為10%）。根據(jù)需要，將各組中部分大米碾磨成粉，過100 目篩，備用。

1.3.2 糊化性質(zhì)的測(cè)定 參照Molavi 等[9]的方法，利用快速黏度分析儀測(cè)定大米糊化性質(zhì)。先加入25 mL 蒸餾水于RVA 測(cè)試鋁桶中，再加入3 g 米粉（12%水分基）攪拌混合，然后進(jìn)行程序攪拌，加熱（50～95 ℃）后冷卻，總運(yùn)行時(shí)間為12.5 min，米粉被完全糊化和冷卻，得到樣品的溫度-黏度-時(shí)間雙坐標(biāo)曲線。每個(gè)樣品分析3 次，繪制平均黏度曲線，得到樣品的峰值黏度、終值黏度、回生值和糊化溫度。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 參考Park 等[10]的方法并稍作修改，將大米和水以10∶13 的比例加入電飯鍋中，蒸煮20 min，保溫10 min；趁熱取出米飯，選將3 粒大小一致的完整米飯，以環(huán)狀方式排列并置于測(cè)試平臺(tái)上，使用36 mm 圓柱探頭（P/36R）進(jìn)行2 次下壓測(cè)試，測(cè)試前、測(cè)試中和測(cè)試后速度分別為0.5，1.0，1.0 mm/s，第1 次壓縮量為40%，第2次壓縮量為75%，每個(gè)樣品測(cè)定10 次，分析得到米飯的硬度和黏度。

1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)的變化 根據(jù)Wu 等[12]的方法，采用Quanta-200 掃描電子顯微鏡觀察大米的微觀結(jié)構(gòu)。用刀片沿完整米粒的橫軸方向施加一定的力使其自然斷裂。將米粒樣品的斷裂面向上，用雙面膠帶將其固定在鋁柱上，進(jìn)行噴金處理，然后用掃描電鏡在在5 kV 的加速電壓下，觀察大米斷裂面的微觀結(jié)構(gòu)[13]。

1.3.5 游離脂肪酸定測(cè)定 參考Zhao 等[8]的方法，將10 g 大米粉加入50 mL 乙醇中，用磁力攪拌器攪拌10 min 后過濾，用蒸餾水將濾液補(bǔ)足至50 mL 后，以酚酞為指示劑，采用0.01 mol/L KOH進(jìn)行滴定。游離脂肪酸的含量即為滴定所需的KOH 的量。

1.3.6 二硫鍵含量的測(cè)定 參考Beveridge 等[14]的方法，大米的二硫鍵含量為還原后-SH 的含量與還原前-SH 含量的差值。75 mg 的米粉樣品用1 mL Tris-甘氨酸緩沖液混勻后加4.7 g 鹽酸胍，用緩沖液定容至10 mL，測(cè)定巰基時(shí)，取1 mL 該液加4 mL 脲-鹽酸胍溶液和0.05 mL Ellman’s 試劑，于412 nm 波長(zhǎng)處測(cè)吸光值。測(cè)定二硫鍵時(shí)，取1 mL 溶液，加0.05 mL 巰基乙醇和4 mL 脲-鹽酸胍溶液，于25 ℃保溫1 h，然后加入10 mL 12%三氯乙酸，繼續(xù)于25 ℃恒溫1 h，5 000×g 離心10 min，用5 mL 12%三氯乙酸清洗沉淀物2 次，將沉淀物溶于10 mL 8 mol/L 脲中，加0.04 mL Ellman’s 試劑，測(cè)取412 nm 波長(zhǎng)處的吸光值。二硫鍵的含量按式（1）、（2）計(jì)算。

式中，A412——波長(zhǎng)412 nm 處的吸光值；D——稀釋因子，值為5；C——樣品質(zhì)量濃度，mg/mL。

式中，N1——還原前巰基數(shù)；N2——還原后巰基數(shù)。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理 每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3 次除非另作說明，試驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。使用SPSS 17.0 軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用單因素方差分析（Turkey’s 檢驗(yàn)）對(duì)均值進(jìn)行兩兩比較，顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波處理對(duì)大米糊化性質(zhì)的影響

糊化性質(zhì)可以反映稻米的陳化進(jìn)程，也是決定米飯及米制品品質(zhì)的重要指標(biāo)[10，15]。從表1 可知，在自然陳化過程中，大米的峰值黏度、終值黏度、回生值和糊化溫度都顯著增加（P＜0.05），這與已有的研究[12，16]結(jié)果一致。微波處理后大米的峰值黏度、終值黏度、回生值（P＜0.05）和糊化溫度（P＞0.05）均有所增加，尤其微波處理50 s 后，大米的峰值黏度、終值黏度、回生值和糊化溫度繼續(xù)增加（P＜0.05）；可見，微波處理對(duì)大米糊化性質(zhì)的影響與自然陳化相同。實(shí)際上，峰值黏度是評(píng)估稻米陳化過程的敏感指標(biāo)[17-18]，陳化大米通常具有更高的峰值黏度[19]，即陳化大米在糊化過程中具有更強(qiáng)的抗溶脹能力；回生值也是反映稻米陳化程度的重要指標(biāo)[20]，陳化過程中淀粉回生值的增加導(dǎo)致大米硬度增加、黏性降低[21]。此外，終值黏度和回生值是預(yù)測(cè)直條米粉質(zhì)量的重要參數(shù)[17]，終值黏度和回生值的增加，有利于提高直條米粉的質(zhì)量，這是因?yàn)榻K值黏度和回生值增加，使米粉的凝膠硬度增加、黏度降低，從而避免新鮮大米生產(chǎn)直條米粉時(shí)易出現(xiàn)的米粉粘連，不易成形等問題[22]。因此，微波處理加速大米陳化，還可用于直條米粉的原料制備和優(yōu)化。

表1 微波處理對(duì)大米糊化性質(zhì)的影響Table 1 Effect of microwave treatment on the pasting properties of rice

2.2 微波處理對(duì)大米米飯質(zhì)構(gòu)的影響

由圖1 可知，陳化后米飯的硬度增加，黏度降低（P＜0.05），這與Tananuwong 等[18]的研究結(jié)果相同。這是由于陳化過程中大米的組織結(jié)構(gòu)不斷增強(qiáng)[23]，造成大米糊化時(shí)淀粉顆粒更難吸水和溶脹，顯示出更強(qiáng)的抗溶脹能力[18，20]。從圖1 可知，與自然陳化大米米飯的質(zhì)構(gòu)變化一樣，微波處理后米飯的硬度增加、黏度降低（P＜0.05），且微波處理時(shí)間延長(zhǎng)硬度進(jìn)一步增大，黏度降低。這可能是因?yàn)槲⒉ㄌ幚頃r(shí)，樣品中具有極性基團(tuán)的分子（如羥基極性基團(tuán)和氨基極性基團(tuán)）在磁場(chǎng)作用下發(fā)生定向[8]，從而加強(qiáng)了淀粉和其它組分的相互作用[7]，使淀粉顆粒與大米中其它組分更難分離，淀粉顆粒的抗溶脹能力增強(qiáng)[24]。

圖1 微波處理對(duì)大米米飯質(zhì)構(gòu)的影響Fig.1 Effect of microwave treatment on the textural properties of cooked rice

2.3 微波處理對(duì)大米微觀結(jié)構(gòu)的影響

用刀片在完整米粒中部區(qū)域輕微施壓，米粒會(huì)從中間應(yīng)力斷裂，形成橫截面（圖2）；在米粒橫截面上有兩種不同類型的區(qū)域，一種是由緊密排列的復(fù)合淀粉顆粒和具有鋒利邊角的單淀粉顆粒組成的粗糙面（如圖2a 中空心箭頭所示），這主要是由于胚乳細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度弱于胚乳細(xì)胞之間的黏附強(qiáng)度，造成的細(xì)胞內(nèi)斷裂；另一種是光滑區(qū)域，由平整光滑的細(xì)胞壁組成（如圖2a 中實(shí)心箭頭所示），主要是由于胚乳細(xì)胞之間的黏附強(qiáng)度弱于細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度而發(fā)生了細(xì)胞間斷裂[12-13，25]。從圖2 可知，F(xiàn)R 米粒截面上粗糙區(qū)域和光澤區(qū)域所占比例差不多（圖2a），而AR 米粒的粗糙區(qū)域所占比例高于光澤區(qū)域（圖2b），表明新鮮大米陳化后細(xì)胞間裂解增加[12]。相比于FR，圖2c 和2d 中的粗糙區(qū)域都明顯增加，表明微波處理也可以增加米粒的細(xì)胞內(nèi)裂解。實(shí)際上，微波加熱時(shí)物料的除水速度非常快，物料內(nèi)部瞬間失水可能導(dǎo)致大量的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁紊亂[7]，且微波處理過程中谷物水分的損失容易引起細(xì)胞膜的解體[26]，因此微波處理導(dǎo)致的細(xì)胞內(nèi)裂解增加，可能是由于微波處理影響了胚乳細(xì)胞壁，造成細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度降低。值得一提的是，細(xì)胞內(nèi)裂解增加，會(huì)引起大米胚乳細(xì)胞的內(nèi)聚強(qiáng)度降低，進(jìn)而造成米粒在烹飪過程中更易爆裂[25]，這也可能是適度陳化大米的食用品質(zhì)優(yōu)于新收獲大米的原因。

圖2 微波處理對(duì)大米微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effect of microwave treatment on the microstructure of rice

2.4 微波處理對(duì)大米中游離脂肪酸的影響

大米在陳化過程中，脂質(zhì)會(huì)發(fā)生酸敗，導(dǎo)致大米及其米制品的食用品質(zhì)變差[27]。由圖3 可知，與新收獲大米相比，自然陳化大米的游離脂肪酸含量顯著上升（P＜0.05），而微波處理大米的游離脂肪酸含量則有所降低。實(shí)際上，已有研究表明微波輻射可降低大米中游離脂肪酸含量[14]，部分原因是由于微波處理引起脂肪酶和脂氧化酶的失活[14，28]。因此，微波處理可以減少稻米中的游離脂肪酸，避免稻米自然陳化過程中因脂肪氧化導(dǎo)致的酸敗問題，有利于提升大米及米制品的品質(zhì)。

圖3 微波處理對(duì)大米中游離脂肪酸和二硫鍵的影響Fig.3 Effect of microwave treatment on free fatty acids and disulfide bond of rice

2.5 微波處理對(duì)大米中二硫鍵的影響

研究表明，陳化過程中稻米糊化特性的變化主要是由于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[17，19，23]。由圖3 可知，與FR 相比，AR 的二硫鍵含量顯著增加，同時(shí)，微波處理30 s 或50 s 樣品的二硫鍵含量也顯著增加，表明微波處理可以與自然陳化一樣增加稻米二硫鍵的含量。在一般的糊化過程中，稻米中蛋白可能會(huì)展開，暴露出更多的反應(yīng)基團(tuán)，與浸出的淀粉結(jié)合，形成淀粉-蛋白質(zhì)復(fù)合物，黏附在溶脹淀粉顆粒表面，形成一層糊化層（該糊化層與糊化產(chǎn)物的黏度密切相關(guān)）[29]；同時(shí)，二硫鍵會(huì)穩(wěn)定球狀蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，阻止蛋白質(zhì)的完全展開[18]。因此，二硫鍵的增加，會(huì)抑制淀粉-蛋白質(zhì)的相互作用，使糊化層變薄，從而影響米飯的質(zhì)構(gòu)。另外，在蛋白質(zhì)凝膠化狀態(tài)下，分子間二硫鍵的增加會(huì)延長(zhǎng)蛋白多肽鏈，從而限制多肽的相對(duì)熱運(yùn)動(dòng)并且強(qiáng)化蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性[8]，同時(shí)降低溶脹淀粉顆粒的脆性使溶脹顆粒不易破裂[17]。因此自然陳化和微波處理造成稻米二硫鍵增加，迫使稻米糊化后形成的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，造成米飯硬度增加，黏度下降[6，18]。

3 結(jié)論

新收獲稻米的食用品質(zhì)不佳（軟爛、粘稠），自然陳化（3～6 個(gè)月）可以改善米飯的口感，而采用物理方法不僅可以加速稻米陳化還能節(jié)省陳化時(shí)間，降低倉(cāng)儲(chǔ)成本。本研究采用適度的微波處理加速了稻米陳化，主要是微波處理降低了稻米胚乳細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度，蛋白質(zhì)的二硫鍵增多，強(qiáng)化了大米在糊化過程中的抗溶脹能力，造成米飯硬度提高、黏度降低。值得注意的是，與自然陳化過程中游離脂肪酸含量逐漸上升的變化不同，微波處理后大米中的游離脂肪酸含量降低，從而減少哈敗味的產(chǎn)生。采用微波加速陳化的大米用于生產(chǎn)直條米粉，不僅可以避免新鮮大米生產(chǎn)直條米粉時(shí)易出現(xiàn)的米粉粘連，不易成形等問題，還可避免產(chǎn)品游離脂肪酸含量過高等問題。