水稻(Oryza sativa L.)是我国最重要的粮食作物,2024年总产量达2.08亿t,占全国粮食总产量的29.38%[1]。稻米加工是提升食用品质、改善口感和外观的必要环节,但当前加工企业为迎合市场需求普遍存在过度加工现象,导致严重的资源浪费和营养流失。2018年GB/T 1354—2018《大米》将加工精度划分为精碾(留皮度<2%)和适碾(留皮度2%～7%)2个等级,对适碾加工技术推广具有重要意义。李贞玉[2]研究发现,过度碾磨虽改善外观,但使留胚率下降20%～25%且未显著提升食味值。随加工精度提高,留胚率和留皮度降低,但白度与碎米率上升[3]。在营养成分方面,碾减率每增加3%会导致膳食纤维含量下降8%～10%[4],维生素B1损失率与加工精度呈显著负相关[5],当碾减率超过8%时,脂肪与矿物质损失超过80%,而适碾加工能有效保留营养成分[6-7]。在食用品质方面,张玉荣等[8]认为,在6%～8%的碾减率范围,既能保证水分渗透均匀性,又可维持良好口感,超过12%虽略微提升食味值,但会显著增加碎米率。随着碾磨时间的延长,硬度降低而黏性增加,口感呈先增加后下降的趋势[9]。然而,如何在具体生产实践中精准把握营养保留与食用品质的最佳平衡点,仍是当前亟待解决的问题。
绥粳18是黑龙江主栽优质粳稻,以其浓郁的米香、优良的口感和突出的抗病性而著称[10]。因此,本研究选取绥粳18为研究对象,通过设置留皮度6.9%(适碾上限)、3.6%(平衡值)和2.2%(适碾下限)3个加工精度,并与糙米、精米进行对比分析,研究适碾米对加工品质与食用品质的影响,为平衡大米加工过程中的营养保留与口感品质提供了科学依据,对适度加工实践具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
材料:粳稻谷品种为绥粳18,2023年12月收获于黑龙江省建三江垦区。
试剂:无水乙醇、氢氧化钠、石油醚、浓硫酸、浓盐酸(分析纯),辽宁泉瑞试剂有限公司;葡萄糖、碘、碘化钾、伊红Y-亚甲基蓝(分析纯),上海麦克林生化科技股份有限公司;三乙胺(分析纯),国药集团化学试剂有限公司;异硫氰酸苯酯(分析纯),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;DNS试剂(分析纯),北京索莱宝科技有限公司。
1.2 仪器与设备
THU35C砻谷机、TM05C砂辊碾米机,佐竹机械(苏州)有限公司;FE28 pH计,梅特勒-托利多仪器有限公司;JWCT12大米外观检测系统,东孚久恒仪器技术有限公司;MB-FB12X1-306E全智能电饭煲,广东美的生活电器制造公司;KDN-818全自动凯氏定氮仪,上海纤检仪器有限公司;U3000高效液相色谱仪,赛默飞世尔科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 稻米加工
将绥粳18稻谷经砻谷机脱壳处理后制成糙米,过2.00 mm圆口筛,人工去除杂质和不完善米粒得到净糙米。采用砂辊碾米机(30 #砂辊、转速960 r/min)碾磨70、100、120、150 s,分别得到留皮度为6.9%(适碾标准上限临界值)、3.6%(适碾标准中间平衡值)、2.2%(适碾标准上限临界值)的适碾米和0.9%(精米),该组参数可体现留皮度与米粒理化性质间的显著特性。
1.3.2 加工品质
留皮度和碾减率测定参照GB/T 5502—2018《粮油检验 大米加工精度检验》,使用大米外观检测仪测定;留胚粒率测定参照GB/T 42227—2022《留胚米》;碎米率测定参照GB/T 5503—2009《粮油检验 碎米检验法》;整精米率参照GB/T 21719—2008《稻谷整精米率检验法》。
1.3.3 营养品质
蛋白含量测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》凯氏定氮仪法进行测定。脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》索氏抽提法测定。膳食纤维含量测定参照GB 5009.88—2023《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》中总膳食纤维进行测定。维生素B1含量测定参照GB/T 5009.84—2016《食品安全国家标准 食品中维生素B1的测定》中高效液相色谱法进行测定。参考骆乐谈等[11]测定淀粉含量,利用酸水解DNS比色法进行测定稻米中淀粉含量。
1.3.4 蒸煮品质
参照周显青等[12]实验方法并稍作更改。准确称取不同加工精度的稻米样品各5.0 g,置于50 mL烧杯中,加入适量蒸馏水后先顺时针搅动10圈,再逆时针搅动10圈,重复淘洗3次后倒净余水。根据GB/T 15682—2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》,粳稻米蒸煮时米水比为1∶1.3(g∶mL),向烧杯中统一加入6.5 mL蒸馏水,将烧杯置于沸水浴电饭煲中蒸煮30 min(额定功率300 W、额定电压220 V),再焖制10 min,冷却至室温后测定稻米的吸水率、体积膨胀率、米汤pH和米汤固形物含量。
1.3.5 质构特性的测定
质构特性参照YE等[13]方法并稍作修改。采用TPA模式测定,称取8 g样品按照1.3.4节中的方法进行清洗蒸煮后冷却至室温,每次取10粒米,平行放置于质构仪测试台上,测定米饭硬度、黏性等质构特性。测定条件为:使用P/36R探头,测前速度1.0 mm/s,测中速度0.5 mm/s,测后速度1.0 mm/s,压缩比80%,触发力0.5 g。测定稻米的硬度、黏性、弹性、咀嚼性和内聚性,每个样品测试3次。
1.3.6 感官评定
参照GB/T 16291.1—2012《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分:优选评价员》,选取10名(5男,5女)具有经验的食品专业人员组成评定小组,年龄分布为25～45岁。依据GB/T 15682—2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》,采用盲测法对米饭的色泽、气味、滋味、黏性及软硬适口性进行评价。每位评价员每次测试3份米饭,以降低主观偏差。
1.4 数据统计与分析
所有实验均重复3次,以“平均值±标准差”表示。试验数据采用Excel 2019软件进行统计,用SPSS 27软件单因素方差分析,P<0.05表示差异显著。使用GraphPad.Prism.9.5软件进行绘图。
2 结果与分析
2.1 适碾加工对稻米品质的影响
2.1.1 适碾米的外观品质变化
麸皮层由果皮、种皮、珠心层和糊粉层组成,碾磨过程中通过机械摩擦作用去除该结构层[14]。如图1伊红Y-亚甲基蓝染色结果,糙米整体呈蓝绿色,留皮度6.9%适碾米呈现片状蓝绿色皮层残留,3.6%的稻米显示线状条带,2.2%的稻米以紫红色胚乳为主伴随少量浅蓝斑点,而精米完全呈现紫红色,这一差异源于皮层、胚和胚乳对染色剂亲和力的不同[15],直观反映了加工过程中皮层去除的渐进性,表明留皮度高于6.9%时皮层残留较多显著影响外观品质,留皮度低于2.2%时与精米外观接近[16]。此外,图2展示了不同加工精度稻米留皮度和碾减率的变化,碾减率随留皮度降低而呈显著上升趋势(P<0.05),精米碾减率高达11.23%,显著高于其他加工精度(P<0.05)。但留皮度2.2%的碾减率较精米低2.1%,二者在外观方面无显著差异(P>0.05)。这表明当加工精度达到一定水平后,继续提高精度虽会进一步增加质量损失,但对改善外观品质的效果不显著(P>0.05)。
a-染色前;b-染色后
图1 不同加工精度稻米染色前后外观变化
Fig.1 Changes in appearance of rice before and after dyeing with different milled degree
注:6.9%、3.6%、2.2%分别为留皮率6.9%、3.6%、2.2%的适碾米(下同)。
图2 不同加工精度稻米留皮度和碾减率的变化
Fig.2 Changes in bran degree and milling loss rate of rice with different milled degree
注:不同小写字母表示不同加工精度的差异显著(P<0.05)(下同)。
2.1.2 适碾米的留胚率变化
胚芽作为稻米营养富集部位,富含膳食纤维及抗氧化成分,具有增强免疫力和预防慢性疾病的作用,其保留程度与加工精度密切相关[14]。如图3所示,随着留皮度的降低,留胚率呈显著下降趋势(P<0.05),尤其在留皮度3.6%～2.2%阶段,由于机械碾磨作用加剧,麸皮层几乎被完全去除,导致胚芽显著减少(P<0.05);当留皮度低于2.2%后,可能由于胚芽根部连接紧密且位于米粒凹陷处的特征[15],其留胚率差异不显著(P>0.05),表明过度加工将导致胚芽营养成分的严重流失,而在留皮度小于2.2%,继续提高加工精度对胚芽保留的影响较小。
图3 不同加工精度稻米留胚率的变化
Fig.3 Changes in germ remained rate of rice with different milled degree
整精米率与碎米率随加工精度的变化如图4所示。留皮度6.9%时整精米率维持在较高水平(89.0%),碎米率仅为11.0%;当留皮度降至3.6%时,整精米率下降至83.9%,碎米率上升至16.1%;在精米加工阶段,整精米率仅为71.2%,碎米率则显著增加至28.8%(P<0.05),这一变化趋势与刘静静等[16]研究结果相似。对比分析表明,留皮度在3.6%～6.9%时,可保持整精米率在83.0%以上,而过度加工会导致米粒完整性严重受损,不仅造成出米率下降,还增加营养成分的流失。因此,在实际生产中,将加工精度控制在留皮度3.6%～6.9%,既可保证米粒完整性,又避免因度加工造成的营养损失和能耗增加。
图4 不同加工精度稻米碎米率和整精米率的变化
Fig.4 Changes in broken rice rate and head rice rate of rice with different milled degree
2.1.3 适碾米营养成分的变化
稻米主要营养成分的含量变化与加工精度呈之间存在着显著关联。稻米的营养品质如图5所示,随着留皮度降低,淀粉含量从71.1%显著增加至80.5%(P<0.05),而蛋白质和脂肪含量则分别从8.3%和2.5%下降至5.6%和0.6%,其中糙米至留皮度6.9%阶段的营养成分变化最为显著(P<0.05)。此外,膳食纤维和维生素B1作为稻米的重要功能成分,其含量随留皮度降低呈显著下降趋势,主要发生在留皮度3.6%至精米阶段,这与YANG等[17]发现碾磨过程中麸皮层被逐步去除的研究结果相似。留皮度为6.9%～2.2%时,在保留60%～80%功能性成分的同时,淀粉含量已达到精米的95.3%;而精米加工虽可最大化提升淀粉含量,却导致蛋白质和脂肪损失超过21.9% 和67.5%。表明过度加工虽可以提高淀粉含量,但显著降低稻米的蛋白质、脂肪及功能性成分含量。
A-淀粉含量;B-蛋白质含量;C-脂肪含量;D-膳食纤维含量;E-维生素B1含量
图5 不同加工精度下稻米营养品质的变化
Fig.5 Changes in nutritional quality of rice with different milled degree
2.2 适碾加工对稻米食用品质的影响
2.2.1 适碾米对蒸煮特性的影响
稻米蒸煮品质随加工精度的变化规律如图6所示。研究结果表明,米饭的吸水率、体积膨胀率和米汤固形物含量,均随留皮度降低而显著增加(P<0.05),其中糙米至留皮度6.9%阶段的变化最显著(增加了6.1%、47.9%和4.1%),相比之下,留皮度2.2%至精米阶段的体积膨胀率与米汤pH变化不显著(P>0.05),这种变化趋势与林俊帆等[18]研究结果一致。可能是因为留皮度6.9%～3.6%时,通过去除麸皮层逐渐破坏了胚乳细胞壁结构,在蒸煮过程中,引起水分通过扩散作用更有效地渗透至米粒内部,淀粉胚乳细胞因充分吸水而发生膨胀,淀粉颗粒充分糊化[19];而留皮度低于2.2% 虽进一步提高了胚乳多孔性[20],但蒸煮过程中水分已逐渐达到饱和状态,食用品质改善效果不显著(P>0.05)。其中所有样品的米汤pH值均稳定在6.4～6.7弱酸性范围,这可能与淀粉高温水解过程中产生的微量酸性物质有关。综上所述,留皮度6.9%～3.6%适碾阶段,可在保证蒸煮品质的同时避免过度加工带来的营养损失。
A-吸水率;B-体积膨胀率;C-米汤pH;D-米汤固形物含量
图6 不同加工精度蒸煮品质变化
Fig.6 Changes in cooking quality with different milled degree
2.2.2 适碾米对质构特性的影响
米饭的质构特性,如硬度、弹性和黏性,是决定食味品质和消费者接受度的关键因素,其中软硬适中、富有弹性且黏性适宜的米饭可提供最佳的食用体验[21]。不同加工精度稻米的质构特性变化如表1所示,随留皮度降低,米饭硬度从糙米的1 165.96 N显著降至精米的397.44 N(P<0.05);弹性和黏性分别从0.68和-16.21 N·s增加到0.94和-84.48 N·s,而咀嚼性由681.85 N显著降低至317.18 N(P<0.05),表明加工精度提高使米饭口感由硬变软。其中留皮度3.6%的稻米在弹性(0.90)、黏性(-54.54 N·s)等关键指标上已接近精米水平,同时保留了适度的咀嚼性,内聚性在各样品间无显著差异(P>0.05),说明皮层的适度去除促进了水分充分渗透,同时又保留了米粒的结构完整性[22]。综合来看,留皮度3.6%的适碾工艺在保证食味品质的同时,能更好地平衡米饭的软硬度与咀嚼感。
表1 不同加工精度稻米的质构特性
Table 1 texture property of different milled degree
注:同列不同小写字母表示不同加工精度的差异显著(P<0.05)。
加工精度硬度/N弹性咀嚼性/N黏性/(N·s)内聚性糙米1 165.96±37.79a0.68±0.01d681.85±11.36a-16.21±1.57a0.62±0.01a留皮度6.9%768.14±22.27b0.86±0.01c463.00±23.67b-46.37±1.49b0.62±0.02a留皮度3.6%627.95±26.26c0.90±0.03b416.86±21.34c-54.54±0.28c0.61±0.02a留皮度2.2%462.36±10.91d0.91±0.01b352.15±12.47d-61.48±1.93d0.62±0.01a精米397.44±7.38e0.94±0.01a317.18±8.76e-84.48±4.20e0.63±0.01a
2.2.3 适碾米对感官评分的影响
稻米感官品质随加工精度的变化呈显著差异(图7)。在气味值方面,由于皮层中醛类和酮类等挥发性物质的损失[23],评分随留皮度降低从糙米的19.0分显著下降至精米的15.0分(P<0.05)。而在滋味、适口性、外观结构和冷饭质地等指标上,留皮度3.6%的样品获得78.1分的综合评分,显著优于糙米(55.2分)而略低于精米(84.3分);值得注意的是,留皮度2.2%与精米在主要感官指标上无显著差异(P>0.05),这与路乐乐等[24]研究结果一致。综合分析表明,留皮度3.6%的加工精度在保留皮层风味物质的同时,可获得与精米相近的适口性和外观品质;而留皮度2.2%的加工虽然能进一步提升食味品质,但对营养物质的损失更显著(P<0.05)。因此,从营养与食味的综合平衡角度考虑,留皮度3.6%的适碾米更具应用价值。
A-感官评分雷达图;B-感官得分
图7 不同加工精度米饭的感官评定
Fig.7 Sensory evaluation of rice with different milled degree
3 结论与讨论
本研究以绥粳18稻米为研究材料,探究了不同加工精度(留皮度6.9%、3.6%和2.2%)对稻米品质的影响。结果显示,加工精度显著影响稻米的加工特性与食用品质(P<0.05)。其中,留皮度3.6%的适碾加工展现出最佳的品质平衡性:在加工品质方面,其碾减率和碎米率较精米显著降低(P<0.05),留胚率(79.3%)较精米(57.3%)提高22.0%,且加工能耗和资源浪费降低。在营养品质方面,蛋白质(6.5%)、脂肪(0.8%)、膳食纤维(3.2 g/100 g)和维生素B1(0.9 mg/100 g)含量保留率显著高于精米(P<0.05);在食用品质方面,淀粉含量(76.7%)和感官评分(78.1分)与精米无显著差异(P>0.05),同时蒸煮特性和质构特性较糙米得到显著改善(P<0.05)。综合分析表明,留皮度3.6%的适碾加工在保证加工效率的同时,实现了营养保留、食用品质和经济效益的最佳平衡,未来研究可进一步探讨该加工精度在不同稻米品种中的适用性,以推动稻米适度加工技术的广泛应用。
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