秈稻后熟對米粉品質的影響研究進展

莫西亞 易翠平 祝 紅 李彩云

(長沙理工大學化學與食品工程學院，湖南 長沙 410114)

米粉作為中國南方及東南亞地區的米制傳統主食，據不完全統計，2017年產值已經超過100億元，并在近5年來呈逐年增長的趨勢[1]。米粉分為高水分含量的鮮濕米粉、米面、保鮮方便米粉和低水分含量的米排粉、波紋米粉、銀絲米粉、直條米粉等不同品種。一般經浸泡、熟化和成型等工序制成[2]。不同米粉雖然工藝各異，但其加工原料秈稻卻均需要經過一年及以上時間的貯藏，一般認為，貯藏過程中，稻米的脂肪酸值增加、蒸煮品質下降，所以這個過程又被稱為陳化[3]。然而對于米粉而言，稻米在陳化的同時還完成了一個“生理”上的后熟才達到加工品質的穩定。貯藏時間太短，秈稻的后熟程度不夠，米粉絲因黏性太強而無法單獨成條、斷條率高且蒸煮損失大；貯藏時間太長，雖達到秈稻的后熟要求，但原料又容易因黃曲霉毒素污染及其他品質改變等問題而不宜使用。

目前缺乏對秈稻后熟的系統研究，米粉加工企業僅憑生產經驗選擇貯藏一段時間的秈稻制作米粉，并未深入了解原料的差異性和適用性，難以保證米粉品質。品質穩定的米粉原料來源成為困擾生產者的共同難題，也是實現中國傳統米制食品工業化生產需要解決的關鍵問題。文章擬綜述秈稻后熟作用對米粉品質的影響研究進展，以期為保障米制主食的原料穩定，推進傳統米粉工業生產的現代化進程提供參考。

1 秈稻后熟對米粉品質的影響

糧食達到“收獲成熟”時被收割，但此時其生理上并未完全成熟，表現為種子發芽率低[4]，加工、食用品質差，呼吸作用強，代謝旺盛，需經過一段時間的貯藏后，才能完成內部的生理生化變化，達到生理上的完全成熟(糧食的后熟)。完成后熟作用的糧粒，呼吸作用減弱，穩定性加強，發芽率升高，品質得到改善。因此，稻谷的后熟作用實際是食用品質和加工品質逐步完善的一個生理過程[5]。

稻谷需經過后熟才能達到制作米粉的品質要求(表1)。隨貯藏年限(1～4年)延長，米粉的蒸煮損失率降低，米粉更加爽滑[6]。早、晚秈稻在(36±2)℃，相對濕度(RH)85%的條件下加速貯藏0～3個月，隨貯藏時間的延長，制備的發酵型鮮濕米粉的咀嚼性、彈性因秈稻品種不同而不同程度地增大、黏性和蒸煮損失不同程度地降低；但米粉的白度值和電子鼻所得的風味無顯著變化[7][11]18-20。稻谷在室溫下貯藏0～18個月后制備的非發酵型米排粉的質構特性隨貯藏時間的延長也得以改善，表現在抗剪切性、拉伸性和彎曲性提高，表面黏性、碎粉率、斷條率、湯汁沉淀和吐漿值降低，延長稻谷貯藏期可以降低米排粉黏性、增加硬度和勁道感[12]53-56,65-67?？傮w而言，秈稻后熟改善了米粉的品質。

表1 秈稻后熟對米粉品質的影響?

2 秈稻后熟過程中理化性質的變化

秈稻后熟過程中，受稻谷品種與貯藏時間、溫度等的影響[13-14]，其糊化特性、質構特性、水合特性等理化性質發生變化(表2)，使稻米品質改變，影響米粉等米制品品質。

表2 秈稻后熟過程中理化性質的變化?

2.1 糊化特性

糊化特性譜圖簡單且能準確反映秈米品質，可以作為衡量和預測秈米蒸煮、食用和加工品質的重要指標[21-23]，一般用快速黏度分析儀(RVA)測定。粳稻在4～40 ℃下貯藏0～4個月，峰值黏度增大，且溫度越高，變化越顯著；另外，無論在何種貯藏溫度下，粳米的崩解值均降低、回生值均增大[24]。亦有研究[25]表明，粳稻和秈稻經20 ℃或35 ℃、RH 60%貯藏0～6個月，稻米的峰值黏度、熱糊黏度、冷糊黏度和回生值增大，崩解值降低。而Yi等[7]將早、晚秈稻各3種在(36±2)℃，RH 85%的條件下加速貯藏0～3個月，稻米糊化特性的各指標都發生顯著變化，其中不同品種的回生值和糊化溫度變化趨勢最為一致，均顯著增大。并發現秈米的冷糊黏度、崩解值、回生值、溶解性與鮮濕米粉的蒸煮損失、咀嚼性、彈性和黏性顯著相關，其中冷糊黏度與鮮濕米粉黏性的相關系數最高，或許可以將冷糊黏度作為一項預測指標來選擇生產高品質鮮濕米粉的秈稻原料。

2.2 質構特性

秈米的凝膠質構特性賦予鮮濕米粉等米制品良好的黏彈性。根據流變學的觀點，凝膠是一種可以表現出一定的屈服應力、具有黏彈性和中等模量(<106Pa)的物質；從結構學角度來看，凝膠是一個由相互連接的材料與許多隙間溶劑構成的連續的基質[11]3。凝膠形態不同會導致其性質差異[26]。秈米中所含的淀粉、蛋白質和脂類等大分子物質在秈稻后熟過程中的變化會對秈米的凝膠特性產生不同程度的影響[27]，進而影響鮮濕米粉的品質。將早、晚秈稻各3種在(36±2)℃，RH 85%的條件下加速貯藏0～3個月，多數品種的秈米凝膠咀嚼性和彈性顯著提高，黏性顯著降低，秈稻的后熟作用提高了秈米的凝膠質構特性。相關性分析表明，秈米的凝膠咀嚼性和彈性與鮮濕米粉的蒸煮損失和黏性極顯著負相關，與鮮濕米粉的咀嚼性和彈性極顯著正相關；秈米的凝膠黏性與鮮濕米粉的蒸煮損失和黏性極顯著正相關[7][11]25-26,28。

2.3 水合特性

水合特性亦是反映秈米特性的重要指標之一，其與淀粉顆粒的完整性和結晶性有關[28]。貯藏后的秈米水合特性(溶解性和膨潤力)低于新收獲的秈米。(36±2)℃，RH 85%的條件下加速貯藏0～3個月的秈稻，秈米的溶解性隨后熟時間的延長顯著降低，且晚秈稻溶解性的變化程度顯著高于早秈稻[11]27。溶解性是固體在水溶液中分散或溶解的能力[29]，溶解性的降低可能是由于直鏈淀粉—支鏈淀粉、支鏈淀粉—支鏈淀粉之間的相互作用增加以及鍵的增強所致[30]。膨潤力在秈稻后熟過程中的降低也可能是相互作用鏈的增強所致[31]。相關性分析表明，秈米的溶解性和膨潤力與鮮濕米粉的蒸煮損失、咀嚼性、彈性和黏性極顯著相關[7]。

3 秈稻后熟過程中的大分子結構變化及相互作用

稻谷在貯藏過程中，宏量組分的總含量雖無顯著變化[32]，但某些成分的分子結構發生了變化(表3)。有研究認為，早秈稻的直鏈淀粉含量、膠稠度和食味品質是影響米粉凝膠質構特性的主要因素[12]94[37]；亦有研究表明，秈米熟化過程中，脂肪酶水解脂肪，形成游離脂肪酸與直鏈淀粉形成螺旋狀絡合物，抑制淀粉膨潤[38]；脂質過氧化物進一步誘導大米蛋白氧化，將游離巰基轉變為二硫鍵[39-40]，使得大米蛋白交聯度和聚集程度增加，影響米制品品質[41]。這些大分子結構變化導致秈稻品質變化，從而影響米粉品質。

表3 秈稻后熟過程中的大分子變化

3.1 淀粉及相關酶類

淀粉是米粉中含量最多的組分，其組成和結構是米粉品質的決定因子。研究報道，直鏈淀粉的含量和結構與蒸煮米飯的水分吸收、體積膨脹及蓬松度正相關，而與黏度、柔軟性和色澤負相關[37,42]。貯藏大米的品質受直鏈淀粉含量和分子量大小影響。貯藏31周后，直鏈淀粉含量較高(23%～25%)的大米比含量較低(9%～11%)的大米黏度低、硬度高[43]；直鏈淀粉鏈長較長的蒸煮米飯硬度較大[44]。而Yi等[7]研究表明，秈稻在(36±2)℃，RH 85%的條件下加速貯藏0～3個月，直鏈淀粉含量變化僅在1%～2%，并不顯著，與Baradi等[45]的研究結果相似。但不同秈稻種質資源間的直鏈淀粉含量差異較大，相關性分析表明，直鏈淀粉含量與鮮濕米粉的咀嚼性極顯著正相關，與黏性極顯著負相關。支鏈淀粉的精細結構亦影響大米凝膠的熱特性和流變學特性[46]。秈稻貯藏過程中，支鏈淀粉的短鏈Fa(聚合度6～12)和長鏈Fb3(聚合度37～60)的相對百分含量發生變化，不同秈稻品種的長鏈Fb3或者短鏈Fa的鏈長增加，并且支鏈淀粉的短鏈占比越小、長鏈占比越大，鮮濕米粉的黏性越小(圖1)[7]。這可能是在秈稻貯藏過程中，淀粉水解酶降解了淀粉，導致還原糖數量和支鏈淀粉的短鏈Fa占比增加[47]，又或者是可溶性淀粉合成酶(SSs)和脫支酶(DBEs)等酶的協調作用增加了支鏈淀粉的長鏈占比[48]。Pandey等[49]報道，大米淀粉合成酶的不同亞型控制直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量和結構，其中可溶性淀粉合成酶基因SSIIa可以延長α-葡聚糖的單位鏈長但不影響分支狀況，延長的外層鏈不溶且有結晶性(圖2)；顆粒結合淀粉合成酶GBSS1可以延長直鏈淀粉和支鏈淀粉的外鏈長度[50]。此外，α-淀粉酶亦被認為在熟化過程中通過水解作用影響大米的品質[51]。

圖1 支鏈淀粉鏈長對鮮濕米粉黏度的影響

圖2 SSIIa對葡聚糖及支鏈淀粉分子結構的影響[49]

淀粉的結晶程度也是影響鮮濕米粉品質的因素之一，秈稻經貯藏后，結晶結構沒有變化，均在2θ15°，17°，18°和23°處有明顯的衍射峰，但相對結晶度卻發生變化。糙米、黑米和紅米在不同溫度下貯藏6個月所分離的淀粉相對結晶度降低，且貯藏溫度越高，相對結晶度降低越顯著[33]。梁蘭蘭[12]100-103將汕優998稻在室溫下貯藏18個月，發現淀粉相對結晶度先降低，后穩定，再回升。相對結晶度與非發酵米排粉的最大破應力極顯著負相關，與吐漿量和斷條率顯著正相關。另有研究[11]35,37表明，隨著秈稻貯藏時間的延長，不同品種的淀粉相對結晶度呈不一致的變化趨勢，相關性分析表明，淀粉的相對結晶度與發酵米粉的黏性極顯著正相關。

3.2 蛋白質及其與淀粉的相互作用

蛋白質是秈米中含量僅次于淀粉的第二大組成成分，約占8%～11%[52]。貯藏過程中，粗蛋白含量未發生顯著變化，但蛋白質的分級組分、相對分子質量卻發生改變[53-54]。隨著貯藏時間延長，清蛋白和球蛋白含量降低[55]。有研究[56]認為，秈稻在貯藏過程中，醇溶蛋白的存在導致秈米的峰值黏度先上升后降低，而谷蛋白則顯著降低峰值黏度。貯藏蛋白(谷蛋白和醇溶蛋白)含量的降低可能與低分子量蛋白通過二硫鍵交聯形成高分子量的蛋白有關[57]。二硫鍵的增加和低分子量肽的減少使得大米蛋白的交聯和聚集程度增加，進而限制淀粉顆粒的溶脹和糊化，導致大米食用品質和蒸煮品質下降[53,58-59]。Zhao等[60]發現，粳稻貯藏后蛋白質二級結構發生改變，α-螺旋和β-折疊減少，β-轉角和無規卷曲增加(表4)。另有研究[61]發現，秈稻在45 ℃貯藏6個月后，球蛋白的α-螺旋結構、谷蛋白的無規卷曲減少，而醇溶蛋白的反平行β-折疊、清蛋白的α-螺旋結構增加，蛋白質結構的改變可能是造成秈米糊化特性變化的原因之一。

表4 貯藏時間和溫度對大米蛋白質二級結構含量的影響[60]?

而發酵鮮濕米粉的原料秈米經發酵后蛋白含量降低50%，留下的主要是60 ku和13.5 ku的蛋白亞基條帶[62]。其中，60 ku亞基一般是淀粉粒合成酶(granule-bound starch synthase，GBSS)[63]。實際上，淀粉合成酶系列在谷物加工中常常表現為淀粉粒結合蛋白(Starch granule-associated proteins，SGAPs)，與直鏈淀粉緊密結合在一起影響谷物的基本性質：降低糊的黏度，通過增加淀粉凝膠的硬度而降低由剪切引起的淀粉破損等。SGAPs一般由低分子量蛋白亞基(5～30 ku)和高分子量蛋白亞基(60～149 ku)構成，其中低分子量SGAPs是淀粉顆粒表面蛋白(starch granule-surface proteins，GSP)，能用鹽溶液提取，高分子量SGAPs是淀粉顆粒通道蛋白(starch granule-channel protein，GCP)，需要用很強的表面活性劑在淀粉粒溶脹的條件下才能被提取[63]。SGAPs與淀粉分子的結合有利于提高淀粉體系的結構穩定性，脫除GCP導致直鏈淀粉浸出率、溶解度、膨潤力增加，降低淀粉的表觀結晶度、終值黏度等；脫除GSP后，淀粉顆粒暴露，糊化過程中峰值黏度上升[64]。由于GCP與GSP的去除，更多的α-淀粉酶活性位點暴露，使淀粉水解速率提高，從而影響大米品質[65]。

3.3 脂類及其與淀粉的相互作用

稻米中的脂類，包括非淀粉脂、淀粉脂。非淀粉脂主要包括圓球體、脂肪體的脂肪以及與細胞膜、蛋白體結合的脂肪,而淀粉脂主要是與淀粉粒結合的脂肪。在稻米的脫糙、精制過程中，大部分非淀粉脂被去除，因此內胚乳中主要是以淀粉—脂類復合物形式存在的淀粉脂[12]16。大米脂肪在貯存期間易發生水解和氧化，其脂肪酸組成和含量都發生改變[41,66-67]，從而影響秈米品質。對38，8 ℃ 貯藏6個月的糙米粉進行脫脂處理，發現脫去非淀粉脂的糙米峰值黏度、終值黏度均降低[68]。亦有研究[11]35表明，秈稻在(36±2)℃，RH 85%的條件下加速貯藏0～3個月，所得淀粉在2θ為20°處的淀粉脂吸收峰略有減弱，可能是脂肪的水解或氧化導致與淀粉的結合變少，淀粉脂結構的減弱有利于淀粉吸水膨脹，形成更好的凝膠網絡結構，進而提高鮮濕米粉的品質。

淀粉和脂類的相互作用亦影響淀粉的特性和功能。在谷物中，直鏈淀粉一般以左手螺旋的空腔結構，將結合脂類包埋在其中形成直鏈淀粉—脂類復合物(圖3)，脂類的鏈長和不飽和度通過影響復合物的結構而影響谷物的熱穩定性和結晶度，從而使復合物的酶水解作用、溶解度和膨潤力降低，改變淀粉的基本特性[69]。此外，支鏈淀粉雖然沒有直接證據證明可以與脂類形成真實的復合物，但某些脂類可以通過與支鏈淀粉的相互作用，影響淀粉的特性[69]。由此可見，秈稻在貯藏過程中，脂類的氧化、脂肪酸值升高等現象必然會引起脂類結構改變從而通過與淀粉的相互作用而改變秈米的品質。

圖3 直鏈淀粉與脂類的相互作用

4 結論

秈稻的后熟作用使淀粉、蛋白質、脂類等大分子的結構及相互作用發生改變，影響秈米的理化性質，進而使米粉在口感、風味、質構等方面得到改善。了解秈稻后熟作用對米粉品質的影響，對控制秈稻的后熟及選擇優良的生產原料從而推進米粉工業生產現代化起著重要作用。然而目前關于秈稻后熟對米粉品質的影響主要集中在淀粉、風味物質等的變化，而關于秈稻后熟過程中蛋白質、脂類如何影響米粉品質的研究較少；其次，關于秈稻后熟對米粉品質的影響多局限于淀粉、蛋白質和脂類等大分子宏觀量的變化，缺乏分子結構層面的變化及他們之間相互作用的研究，這些變化對米粉品質的影響需進一步深入研究。