粳米品質(zhì)特性及與感官質(zhì)量關(guān)系研究

趙卿宇 郭 輝 沈 群

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院;植物蛋白與谷物加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心,北京 100083)

大米是全球約一半人口的主要糧食，與其他糧食相比，由于其香氣、滋味、質(zhì)地等感官特征獨(dú)特，更受消費(fèi)者青睞。根據(jù)目前國(guó)際稻米市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，優(yōu)質(zhì)粳米的發(fā)展?jié)摿σ笥趦?yōu)質(zhì)秈米。東北的粳米品質(zhì)優(yōu)良、粒勻、味香、口感好、較其他地方粳米出飯率高[1]。

大米的品質(zhì)特性主要包括微觀結(jié)構(gòu)、外觀特性、理化性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮特性、香氣、滋味[2]等。目前，李金州[3]通過研究國(guó)外、中國(guó)北方以及江蘇3個(gè)地域優(yōu)質(zhì)粳稻，發(fā)現(xiàn)不同地域粳稻理化品質(zhì)性狀的差異在于蛋白質(zhì)含量、崩解值和回生值。張洪承等[4]指出粳稻的蒸煮食味品質(zhì)顯著優(yōu)于秈稻，而外觀品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)稍遜于秈稻。周顯青等[5]解析出胚乳微觀結(jié)構(gòu)及形態(tài)變化是導(dǎo)致粳米主要品質(zhì)變化的重要原因。人們對(duì)大米感官質(zhì)量的衡量目前主要包括感官評(píng)價(jià)和指標(biāo)評(píng)價(jià)，但感官評(píng)價(jià)主觀性較強(qiáng)。王玉珠等[6]指出直鏈淀粉含量與米飯的冷飯質(zhì)地呈顯著的負(fù)相關(guān)。夏明等[7]指出北方粳稻米飯食味得分與平衡度呈極顯著正相關(guān)。

目前關(guān)于中國(guó)粳米主產(chǎn)區(qū)東北粳米品質(zhì)特性對(duì)比分析的報(bào)道還較少，為了更加系統(tǒng)和全面地了解粳米的品質(zhì)特征，本研究以東北地區(qū)“稻花香二號(hào)”“鹽豐”和“遼星”3個(gè)地理標(biāo)志產(chǎn)品為研究對(duì)象，通過外觀特性、理化性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮性質(zhì)、香氣和感官評(píng)價(jià)全面綜合地進(jìn)行對(duì)比分析，并找出品質(zhì)特性與感官質(zhì)量的潛在關(guān)系，旨在為對(duì)地理標(biāo)志產(chǎn)品的保護(hù)，名優(yōu)大米的品質(zhì)評(píng)定和種類判別提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

“稻花香二號(hào)”“鹽豐”和“遼星”大米：中儲(chǔ)糧沈陽(yáng)直屬庫(kù)。3種大米收獲年份均為2016年；新收獲稻谷用小型礱谷機(jī)去殼得到糙米，再在碾米機(jī)上制成GB 1354—2009所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)一等大米；制得的大米在-80 ℃冰箱儲(chǔ)藏直至研究結(jié)束。3種大米樣品信息見表1。

表1 3種大米的樣品信息

1.2 儀器與設(shè)備

7890A-5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀，30 m×0.25 mm×0.25 μm DB-WAX柱，F(xiàn)OX4000電子鼻系統(tǒng)，Color QuestXE色差儀，KDY-9820凱氏定氮儀，V1800可見分光光度計(jì)，F(xiàn)E20K pH計(jì)，TX-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀。

1.3 方法

1.3.1 色澤的測(cè)定

約50 g大米倒進(jìn)色差儀石英皿中，通過標(biāo)準(zhǔn)光源照射即可測(cè)得L*、a*、b*值。

1.3.2 理化性質(zhì)測(cè)定

含水量根據(jù)GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定方法》；蛋白質(zhì)含量根據(jù)GB/T 5511—2008《谷物和豆類 氮含量測(cè)定和粗蛋白質(zhì)含量計(jì)算 凱氏法》；脂肪含量根據(jù)GB/T 5512—2008《糧油檢驗(yàn) 糧食中粗脂肪含量》；脂肪酸值含量根據(jù)GB/T 5510—2011《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料脂肪酸值》。

巰基含量測(cè)定：75 mg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處測(cè)吸光值。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)性質(zhì)測(cè)定

參數(shù)設(shè)定：P36/R探頭；測(cè)試模式：TPA模式；測(cè)試類型：壓縮；測(cè)試前速度：1 mm/s，測(cè)試速度：0.5 mm/s，測(cè)試后速度：1 mm/s，壓縮比：70%。

測(cè)試步驟：稱取10 g大米于鋁盒中，以1∶3的比例加入蒸餾水，靜置10 min；沸水蒸制40 min，保溫10 min，取出鋁盒冷卻至室溫。測(cè)定時(shí)去除表面米粒，從中心部位隨機(jī)取米粒平行放在載物臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，平行測(cè)定3次。

1.3.4 蒸煮性質(zhì)測(cè)定

參照王肇慈[8]蒸煮特性實(shí)驗(yàn)，測(cè)定大米吸水率、大米膨脹體積和米湯pH。

1.3.5 電子鼻參數(shù)條件

稱取3 g樣品放入10 mL進(jìn)樣瓶，壓蓋密封。每個(gè)樣品做4 次平行。電子鼻系統(tǒng)參數(shù)：頂空產(chǎn)生溫度70 ℃，頂空產(chǎn)生時(shí)間1 200 s，頂空注射體積2.5 mL，獲取時(shí)間120 s, 載氣為合成干燥空氣，流速設(shè)置為150 mL/min。

1.3.6 固相微萃取

取3 g大米于20 mL頂空瓶中，加入3.9 mL飽和食鹽水。在70 ℃下攪拌平衡40 min，萃取60 min后拔出，插入氣相色譜進(jìn)樣口，熱解吸5 min。

1.3.7 GC-MS參數(shù)條件及分析

1.3.7.1 氣相色譜條件

DB-WAX毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為氦氣，流速1 mL/min。無分流模式，進(jìn)樣口溫度250 ℃。初始柱溫40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min上升至230 ℃并保持4.5 min。

1.3.7.2 質(zhì)譜條件

接口溫度為250 ℃，離子源為EI，離子源溫度200 ℃，電子能量70 e V，掃描范圍(m/z) 33 amu～450 amu，采用全掃描采集模式。

1.3.7.3 定性與定量分析

定性方法：未知化合物通過對(duì)比保留指數(shù)、計(jì)算機(jī)檢索與NIST14標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)匹配得到。

定量方法：采用峰面積歸一化法，求各香氣成分的相對(duì)含量；同時(shí)以2,4,6-三甲基吡啶為內(nèi)標(biāo)，利用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。

1.3.8 香氣活性成分

在各種香氣組分定量的基礎(chǔ)上，根據(jù)各物質(zhì)在水中的香氣閾值，計(jì)算氣味活性值(OAV)。

OAVi=Ci/OTi

式中：Ci為化合物濃度/μg/kg；OTi為化合物在水中的嗅聞閾值/μg/kg。將OAV ≥ 1的化合物定義為大米的香氣活性成分

1.3.9 感官評(píng)價(jià)

參考GB/T 15682—2008《糧油食品檢驗(yàn) 稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》，采用其中的綜合評(píng)分法。

1.3.10 數(shù)據(jù)分析

3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，并以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，其中組間平均值比較采用Duncan分析(P<0.05)。電子鼻數(shù)據(jù)分析采用Alpha SOFTV9.1軟件。圖像采用OriginPro 9.0處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 物理特性分析

由表2可看出，3種大米的L*、a*、b*、彈性、黏著性、咀嚼性、吸水率、pH沒有顯著性差異(P>0.05)，脂肪酸值和巰基含量則差異顯著(P<0.05)。在蛋白質(zhì)含量、硬度和回復(fù)性上，稻花香二號(hào)和遼星大于鹽豐。蛋白質(zhì)是大米的第二大組成部分[9]，主要分布于胚乳中。有研究認(rèn)為蛋白質(zhì)含量和米飯的硬度呈正相關(guān)關(guān)系[10]，蛋白質(zhì)含量高，使得米粒結(jié)構(gòu)緊密，吸水速度慢，導(dǎo)致蒸煮時(shí)淀粉不能充分糊化，米飯較硬[11]。在水分含量上，遼星大于稻花香二號(hào)和鹽豐，但在膨脹率上卻較小。水分是米粒內(nèi)部發(fā)生各種生化反應(yīng)的介質(zhì)，米粒內(nèi)部物的分解、運(yùn)轉(zhuǎn)和合成都需要在有水的情況下才可以進(jìn)行。當(dāng)大米含水量低于14%時(shí)，蒸煮時(shí)米粒腹部急速吸水與背部產(chǎn)生水分差，引起表面龜裂，米粒淀粉粒從龜裂處涌出，從而使口感變差[12]。此外，在脂肪含量上，鹽豐大于稻花香二號(hào)和遼星。大米中的脂肪與淀粉作用，降低淀粉的脹潤(rùn)吸水能力，從而使淀粉難以糊化[13]。同一區(qū)域大米的性狀會(huì)由于品種的差異而有所不同，這主要是因?yàn)檫z傳差異、生長(zhǎng)環(huán)境以及栽培措施等因素導(dǎo)致的[14]。

表2 3種粳米物理特性分析

2.2 香氣分析

2.2.1 電子鼻分析

通過電子鼻傳感器信號(hào)值進(jìn)行判別因子分析，從圖1看出，DF1貢獻(xiàn)率為96.282%，DF2貢獻(xiàn)率為3.718%，貢獻(xiàn)率總和為100%，說明該結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映出樣品香氣成分的信息。3種大米的分布具有顯著差異，說明判別因子分析適用于不同粳米香氣成分分析。

圖1 電子鼻判別因子分析

利用電子鼻能把3種粳米區(qū)分開，但電子鼻只能對(duì)香氣的整體特征作出響應(yīng)，不能對(duì)每一種香氣物質(zhì)作出響應(yīng)，因此需用GC-MS進(jìn)一步分析，以找出不同粳米香氣上的具體差異。

2.2.2 GC-MS分析

2.2.2.1 香氣種類和相對(duì)含量

香氣差異主要體現(xiàn)在香氣成分種類、相對(duì)含量差異以及品種特有香氣成分上。本實(shí)驗(yàn)共鑒定得到53種化合物(對(duì)風(fēng)味沒有貢獻(xiàn)作用的烷烴未列出)：醛類7種、醇類7種、酯類15種、酮類5種、酸酚類5種和雜環(huán)以及其他類14種。稻花香二號(hào)、鹽豐和遼星中分別檢測(cè)到38、28、28種香氣物質(zhì)，其中有15種物質(zhì)在3種粳米中同時(shí)出現(xiàn)。稻花香二號(hào)香氣成分以酯類所占比例較大，部分酯類化合物具有花香、甜香、果香、焦糖等氣味，其中相對(duì)含量較高的十六烷酸甲酯具有烤香、甜香屬性；鹽豐香氣成分以酮類所占比例較大，通常酮類化合物具有果香、辛辣、脂肪等氣味，其中6,10,14-三甲基-2-十五烷酮具有茶葉香；遼星香氣成分以雜環(huán)及其他類所占比例較大，其中哌嗪相對(duì)含量較高。在品種特有香氣成分上，2-乙酰-1-吡咯啉對(duì)作為香米的稻花香二號(hào)十分重要。2-乙酰-1-吡咯啉是一種關(guān)鍵的揮發(fā)性化合物，可以區(qū)分香米和非香米[15]。報(bào)道表明香米中的2-乙酰-1-吡咯啉的濃度低于100 μg/kg[16]。隨后的報(bào)告顯示2-乙酰-1-吡咯啉的濃度范圍從幾百μg/kg到幾千μg/kg。當(dāng)其濃度達(dá)到幾百μg/kg時(shí)，2-乙酰-1-吡咯啉使稻米具有堅(jiān)果或爆米花香氣，而稻米被稱為香米[16]。但2-乙酰-1-吡咯啉在非香米中的濃度僅為幾μg/kg[17,18]。

2.2.2.2 主成分分析

根據(jù)53種香氣成分的相對(duì)含量作主成分分析得分和載荷圖，其中第一主成分的貢獻(xiàn)率為59.025%，第二主成分的貢獻(xiàn)率為40.975%，2個(gè)成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到100%，說明這2個(gè)成分可以解釋變量中全部的信息，符合PCA要求。由圖2可知，影響稻花香二號(hào)的香氣成分主要是乙醛、4-乙氧基-3-茴香醛、1-丁醇、1-辛烯-3-醇、1-辛醇、壬基氯甲酸酯、14-甲基-十七烷酸甲酯、3,5,5-三甲基-2(5H)-呋喃酮、十四烷酸、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚、2-乙酰-1-吡咯啉、香蘭素、1-十六烯、1-十八碳烯、吲哚。影響鹽豐的香氣成分主要是1-十四烷醇、亞硫酸丁基十四烷基酯。影響遼星的香氣成分主要是2,4-二羥基苯甲醛、2-己基-1-癸醇、碳酸癸基十四烷基酯、2,6-雙(1,1-二甲基乙基)苯酚、1-(4-硝基苯基)哌嗪、二十烷基異丙醚、1-苯磺酰基-1H-吡咯。

圖2 3種粳米香氣成分主成分分析

表3 粳米的揮發(fā)性成分相對(duì)含量及保留指數(shù)

續(xù)表3

由于香氣成分的相對(duì)含量與風(fēng)味特征并沒有直接關(guān)系，其對(duì)總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)由香氣組分在風(fēng)味體系中的濃度和感覺閾值共同決定。因此，需要引入香氣活性值探究3種粳米中香氣活性物質(zhì)的差異。

2.2.2.3 香氣活性成分

基于食品基質(zhì)和空氣之間的平衡，OAV能提供合理的香氣效力評(píng)估[19]。如表4所示，有7種化合物的OAV大于1，包括4種醛類物質(zhì)，2種醇類物質(zhì)，1種酚類物質(zhì)，它們對(duì)大米的整體風(fēng)味有貢獻(xiàn)作用。3個(gè)品種共有的香氣活性組分有壬醛(薄荷/柑橘)和癸醛(綠茶爽快的香氣)。除此之外，稻花香二號(hào)具有的香氣活性組分還有5種，分別為乙醛(似蘋果香氣)、己醛(刺激性青鮮氣味)、1-辛烯-3-醇(蘑菇味)、1-辛醇(草香,甜橙香)、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚(丁香類)；鹽豐還有己醛；遼星則未檢測(cè)到其他香氣活性成分。綜合來看，鹽豐和遼星的香氣活性組分較為相似，都是醛類。稻花香二號(hào)的香氣活性組分相比前2種豐富。

表4 不同粳米OAV分析結(jié)果

本研究中經(jīng)OAV法鑒定的香氣活性物質(zhì)結(jié)果與Yang等[20]報(bào)道的己醛、壬醛、癸醛、1-戊醇、1-辛烯-3-醇、1-辛醇對(duì)大米特征香氣具有較大貢獻(xiàn)作用的結(jié)論一致。Maraval等[21]曾報(bào)道2-甲氧基-4-乙烯基苯酚對(duì)大米的風(fēng)味有貢獻(xiàn)。雖然OAV沒有考慮香氣成分之間的協(xié)作和抑制作用，但其仍然是目前較為客觀的香氣評(píng)價(jià)方法。

2.3 品質(zhì)特性與感官質(zhì)量關(guān)系分析

感官評(píng)價(jià)的結(jié)果見表5，綜合分值從高到低依次為稻花香二號(hào)、遼星和鹽豐。氣味、外觀結(jié)構(gòu)、適口性和滋味最佳的是稻花香二號(hào)，而氣味、外觀結(jié)構(gòu)、滋味和冷飯質(zhì)地最差的是鹽豐，感官評(píng)價(jià)結(jié)果表明3種粳米存在差異。

表5 不同粳米感官評(píng)價(jià)/分

從表6可以看出，脂肪酸值和脂肪含量與感官綜合評(píng)分呈顯著負(fù)相關(guān)。其中當(dāng)游離脂肪酸增多時(shí)可以與直鏈淀粉形成復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致淀粉的膨潤(rùn)受到限制[23]，繼而影響感官評(píng)分。此外，巰基含量、硬度和黏著性與感官綜合評(píng)分呈顯著正相關(guān)。Nishizawa等[24]在大米中加入氧化劑碘酸鉀(使巰基氧化為二硫鍵)能夠使米飯的硬度顯著增加，從而影響感官評(píng)分。

表6 粳米品質(zhì)特性與感官綜合評(píng)分Pearson相關(guān)性分析

3 結(jié)論

東北地區(qū)3種地理標(biāo)志粳米“稻花香二號(hào)”、“鹽豐”和“遼星”的L*、a*、b*、彈性、黏著性、咀嚼性、吸水率、pH值沒有顯著性差異(P>0.05)，水分含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、脂肪酸值、巰基含量、硬度、回復(fù)性和膨脹性則差異顯著(P<0.05)。在香氣上，電子鼻可明顯區(qū)分3種大米香氣輪廓，進(jìn)一步通過GC-MS從稻花香二號(hào)、鹽豐和遼星中分別檢測(cè)到38、28、28種香氣成分。其中有15種物質(zhì)在3種大米中同時(shí)出現(xiàn)，2-乙酰-1-吡咯啉可以區(qū)分香米和非香米。以O(shè)AV為依據(jù)，篩選得到7種香氣活性物質(zhì)，其中稻花香二號(hào)為乙醛、己醛、壬醛、癸醛、1-辛烯-3-醇、1-辛醇和2-甲氧基-4-乙烯基苯酚，鹽豐為己醛、壬醛和癸醛，遼星為壬醛和癸醛。感官評(píng)價(jià)表明3種大米綜合分值從高到低依次為稻花香二號(hào)、遼星和鹽豐，其中脂肪酸值和脂肪含量與感官綜合評(píng)分呈顯著負(fù)相關(guān)，巰基含量、硬度和黏著性與感官綜合評(píng)分呈顯著正相關(guān)。本研究?jī)H以東北地區(qū)3個(gè)地理標(biāo)志大米品種為依據(jù)，未來需補(bǔ)充更多的研究對(duì)象，使粳米品質(zhì)特性及其與感官質(zhì)量關(guān)系的相關(guān)研究更為全面。