四種黑米儲藏期理化指標及食用品質的測定和研究

陳 濤 孫術國 唐 倩 林親錄 肖華西 任 灼

(中南林業科技大學食品科學與工程學院1， 長沙 410004)(湖南省湘糧機械制造有限公司2，長沙 410004)

黑米(Oryza sativa L)是一種特殊的水稻品種，自古以來就被中國和其他東亞地區的國家消費，它被視為花色苷含量視為最豐富的食品之一黑米具有天然的色、香、味且營養豐富具有食療價值。黑米是色素在果皮上沉積的結果，多數黑米的果皮呈紫黑色，胚乳則為白色，只有少數黑米的胚乳為淺黑色[1]。黑米品種繁多、有秈型、粳型、糯型，還有香稻，品種不同，色澤有所差異，現有的對黑米的研究主要集中在黑米提取方法及生物活性方面，對黑米儲藏品質研究較少。黑米在儲藏過程中，為了維持其基本的生物活性，其體內會發生一些的新陳代謝活動，從而影響黑米體內酶活或營養成分，進而影響黑米的品質。

本研究除了測定并研究了四種黑米在儲藏期間顏色、水分含量、總花色苷含量、脂肪酸值、總酚含量變化情況外，還研究了其食用品質包括質構、糊化特性，對黑米儲藏品質的鑒定具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糧田黑1405(黑秈粘米)、糧田黑1501(黑粳糯米)、糧田黑1301(黑粳糯米)、糧田黑1505(黑秈粘米)；甲醇(分析純)、濃鹽酸(分析純)、乙酸鈉(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、碳酸鈉(分析純)、95%乙醇(分析純)、碘(分析純)、碘化鉀(分析純)、酚酞(指示劑)、考馬斯亮藍G250(指示劑)、鄰苯二甲酸氫鉀(分析純)；沒食子酸(標準品)；PBS緩沖液：自配。

1.2 儀器與設備

DHG-9123A型電熱鼓風干燥箱，PRX-150A型智能人工氣候箱，JGMJ9098型礱谷機，XL-600B型多功能粉碎機，MS105DU型電子分析天平，SHZ-B型雙功能水浴恒溫振蕩器，Minispin高速離心機，FE20型實驗室pH計，UV-2600紫外可見分光光度計，CR-10型色差儀，NMI120型核磁共振成像分析儀，T70型智能電位滴定儀，DK-S24型電熱恒溫水浴鍋，80-2型臺式離心機，7890B-7000C型氣相色譜串聯質譜-質譜聯用儀，65 μm PDMS/DVB固相微萃取頭，PK1型SPME手柄，SHZ-B型雙功能水浴恒溫振蕩器，TA XT Plu型質構儀，Super3型RVA黏度測定儀。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理方法

將黑稻谷經干燥，礱谷后篩選出符合標準的一級黑米進行實驗，將每份重量為1 kg的樣品存放在密閉的聚乙烯包裝袋中，每一品種的每一儲藏時期各自準備3袋，均置于恒溫恒濕人工培養箱中儲藏210 d，儲藏溫度(27±0.5) ℃，相對濕度為65%，分別在儲藏第0、30、60、90、120、180、210 d取樣觀察并測定各項指標。每次取100 g稻谷樣品磨粉，過100目篩，用自封袋密封存于4 ℃冰箱保存，色澤、水分含量、脂肪酸值在取出當天進行測定。

1.3.2 黑米中總花色苷含量的測定

總花色苷含量參照李建偉的pH差示法測定[2]。簡言之，在黑暗條件下，用總計15 mL甲醇：1 mol/L HCL(85∶15)，用搖床三次提取0.5 g米粉，然后在4 100 g下在室溫下離心15分鐘，清澈的上清液即為花色苷提取液。用移液管精密量取上述提取的花色苷溶液5.0 mL樣品溶液2份，分別置50 mL容量瓶中，分別在pH 1.0的緩沖液(1.49%KCl水緩沖液，用HCL酸化)和pH 4.5的緩沖液(1.64%乙酸鈉水緩沖液，用HCL酸化)中稀釋得到供試溶液，分別在520 nm和700 nm處測量每個樣品的吸光度?？偦ㄉ蘸恳允杠嚲账?3-葡萄糖苷當量表達，計算如下：

總花色苷含量(mg/L)=A×MW×DF×1 000/(ε×m)

(1)

式中：A的吸光度計算為：A=(A520 nm-A700 nm)pH 1.0-(A520 nm-A700 nm)pH 4.5，MW是矢車菊素-3-葡萄糖苷(449.2 g/mol)的分子量，DF是稀釋因子，ε是矢車菊素-3-葡萄糖苷[269 00 L/(cm×mol)]的摩爾吸光度，L是細胞路徑長度/1 cm，m是所稱取的黑米樣品的質量，此處為0.5 g。

1.3.3 色澤的測定

參照楊丹等[3]的方法進行，使用CR-10型色差儀對色澤進行測定，測定前，先將黑板進行校正，選用Lab表色系，每次測量色差計顯示L*(明度)、a*(紅度)、b*(黃度)3個數值。每個樣品從不同的角度分別讀數，測10次，取其平均值，以ΔE表示稻谷總色差，定義為

(2)

1.3.4 水分含量的測定

參照GB 5009.3—2010中的105 ℃直接干燥法。

1.3.5 水分存在狀態的測定

采用CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill) 脈沖序列得到自由誘導指數衰減曲線，反演曲線得到T2譜。具體實驗方法：各品種取3個平行樣本，每次取3.0 g樣品置于永久磁場中心位置的射頻線圈的中心，進行CPMG脈沖序列測定樣品的橫向弛豫時間T2。

CPMG脈沖序列的參數設置為：主頻SF=18 MHz，90°脈沖射頻脈寬P1=14 μs，180°脈沖射頻脈寬P2=27 μs，偏移頻率O1=418 330.6 kHz，重復采樣等待時間TW=1 000 ms，信號采樣點數TD=90 810，回波個數NECH=4 000，重復采樣次數NS=32。NMR數據處理采用SAS8.0軟件MARQUARDT算法來進行多指數擬合。

(3)

式中：A(t)為衰減到時間t時的幅值大??；A0為平衡時的幅值大??；T2i為第i個組分的自旋-自旋弛豫時間。

1.3.6 脂肪酸值的測定

根據GB/T 15684—2015來測定脂肪酸值的變化。

1.3.7 總酚含量的測定

參照劉長龍等[4]的方法測定總酚含量的變化。

1.3.8 質構品質

參照王紅亮等[5]的方法對黑米的質構品質進行測定。

1.3.9 糊化特性

參照周建新等[6]的方法對黑米的糊化特性進行測定。

1.3.10 數據統計與分析

每個指標各組實驗均取3個平行樣品測定，數據的表達方式為平均值±標準偏差，所有圖片均由origin 2018繪制，所有數據采用IBM SPSS Statistics 20軟件進行分析，相關性分析采用pearson’s法，組間比較采用方差分析，當P<0.05時認為組間差異顯著，當P<0.01時認為組間差異極其顯著。

2 結果與分析

2.1 黑米儲藏過程中總花色苷含量的變化

由圖1可知，不同品種的黑米中總花色苷含量不同，四種黑米中糧田黑1501和糧田黑1505的總花色苷含量顯著高于糧田黑1405和糧田黑1301，其中糧田黑1501中總花色苷含量最高，為94.6 mg/g，糧田黑1405中總花色苷含量最低，為16.7 mg/g，兩個品種差值高達77.9 mg/g，有助于加工食品選用，作為大米銷售優質優價。且隨著儲藏時間的延長，總花色苷含量先增加后下降，均在儲藏30 d時達到最高峰，其中糧田黑1501和1505的減少量與糧田黑1405和1301相比較多，且糧田黑1501和1505中的總花色苷含量均顯著高于糧田黑1405和1301(P<0.01)。于剛[7]對藍莓品質及貯藏性的影響研究表明，不同品種藍莓的花色苷含量均呈現先增加后下降的變化趨勢。劉華[8]對于藍莓儲藏加工技術的研究也出現了同樣的規律。本實驗中儲藏前期總花色苷含量增加可能是由于黑米中原花色苷分解為花色苷所致，而后期含量下降可能是由于花色苷清除儲藏過程中產生的自由基及過氧化物的所致。

圖1 不同黑米儲藏期間總花色苷含量的變化

2.2 黑米儲藏過程中色澤的變化

黑米儲藏過程中，色澤的變化如圖2所示，儲藏的過程中L、a、b、ΔE值都隨著時間呈現增長的趨勢，其中糧田黑1501和1505的增幅小于糧田黑1301和1405，且糧田黑1405的L、a、b、E值變化波動最大，增幅也最大；糧田黑1501的變化L、a、b、ΔE值變化波動最小，增幅也最小。值得注意的是糧田黑1405的a值、b值在180 d后猛增，糧田黑1301的b值突增。本實驗中黑米儲藏過程中a、b、ΔE值的變化與楊慧萍等[9]對粳稻谷儲藏過程中表面顏色變化出現的趨勢一致，而本研究中L值的增加可能是因為黑米發生堊白所致。

注： —糧田黑1501 —糧田黑1405 —糧田黑1301 —糧田黑1505。圖2 不同黑米在儲藏期間色澤的變化

2.3 黑米儲藏過程中水分的變化

圖3 為不同黑米在儲藏期間水分含量、結合水含量的變化

黑米儲藏過程中，水分含量的變化如圖3a所示，水分含量隨著儲藏時間的增長呈下降趨勢，且90 d的變化速率較快，其中糧田黑1501和1505的降幅小于糧田黑1301和1405。進一步的分析發現，糧田黑1405的水分含量變化波動最大，降幅最大；糧田黑1501水分含量變化波動最小，降幅最小。結合水在90 d顯著減少，其一是水分含量在90 d驟減，造成結合水大量流失，王若暉等[10]的研究表明水分含量變化波動越大，稻谷代謝越劇烈，說明四個品種的黑米在90 d的代謝增加，蛋白質、淀粉等組分氧化，產生自由基導致結構發生變化，失去吸附水的能力，故結合水容易流失。除了水分含量的變化，水分子的存在狀態也反映了黑米的儲藏品質變化，因此需要進一步研究不同黑米在老化期間水分子的變化情況。

黑米的水分橫向弛豫時間(T2)變化趨勢如圖4所示，a～d分別為不同稻谷在儲藏期間的水分分布變化情況，T2變化范圍為0.1～1 000 ms，可分為三種存在狀態：0.1～10 ms為結合水，10～100 ms為半結合水，100～1 000 ms為自由水。在儲藏期間四種黑米中的水分狀態主要以結合水為主，隨著儲藏時間的延長，結合水比例逐漸減小，而半結合水和自由水比例基本保持不變或變化不大，其中糧田黑1501和1505結合水的波動低于糧田黑1301和1405，且糧田黑1405的結合水變化波動最大；糧田黑1501的結合水變化波動最小。

圖4 不同黑米儲藏期間水分橫向弛豫時間T2分布圖

圖3b表示不同黑米在儲藏期間結合水的變化情況，結合圖4可知，在儲藏期間，黑米中結合水的含量均呈下降的趨勢，其中糧田黑1501和1505的降幅低于糧田黑1301和1405，且糧田黑1405的降幅最大，糧田黑1501的降幅最小。結合水的含量在3個月后顯著下降，糧田黑1501和1505的降幅高于糧田黑1301和糧田黑1405。糧田黑1505的降幅最大，下降了65.75個百分點，糧田黑1301的降幅最小，下降162.15個百分點。Chen等[11]對于水稻儲藏的研究表明隨著儲藏時間的延長，水稻水分含量降低，是結合水含量的減少。綜上所述，在儲藏過程中，糧田黑1501和1505中的結合水的流失少于糧田黑1301和1405，并且糧田黑1405的結合水流失最多，糧田黑1501的結合水流失最少。水分含量減少及結合水的大量流失，影響黑米的儲藏品質。

2.4 黑米儲藏過程中脂肪酸值的變化

黑米儲藏過程中，脂肪酸值的變化如圖5a所示，脂肪酸值隨著儲藏時間延長呈上升趨勢，其中糧田黑1501和1505的增幅小于糧田黑1301和1405，且糧田黑1405的增幅最大，增量為24.93 mg KOH/100 g，糧田黑1501的增幅最小，增量為14.21 mg KOH/100 g。儲藏過程中脂肪酸值的增加可能是由于在儲藏過程中稻谷細胞中三酰甘油酯和磷脂中的結合脂肪酸在脂肪酶的和氧化酶的作用下不斷水解，并伴隨著細胞中酸度的改變等原因所致。李東坤[12]對于粳稻谷儲藏期間品質變化研究表明，粳米的脂肪酸值隨著時間的延長呈不同程度上的上升趨勢，周顯青等[13]對于稻谷儲藏的研究也出現了類似的結果。

圖5 不同黑米儲藏期間脂肪酸值、總酚含量的變化

2.5 黑米儲藏過程中總酚含量的變化

黑米儲藏過程中，總酚含量的變化如圖5b所示，總酚含量呈現先下降后緩慢增加的變化趨勢。其中糧田黑1501和1505的變化小于糧田黑1301和1405，且糧田黑1405和1501的變化分別為最大和最小，下降的百分點分別為35.57%、16.63%。儲藏前期總酚含量降低可能是由于酶促或非酶促作用以及微生物和代謝消化的等共同作用所致的。而儲藏后期總酚含量有細微的回升可能是細胞膜的通透性和細胞膜結合酶的活性發生了改變，誘導羥化肉桂?；崴徂D移酶和苯基丙氨酸脫氫酶活性的增強，這些酶參與類黃酮和綠原酸的合成[14]，它們同屬于酚類物質的一種，故此消彼漲之下，使得總酚含量有一定程度增加。王雪梅等[15]研究表明稻谷在不同相對濕度儲藏下結合總酚含量隨儲藏時間的變化情況可以看出，隨著儲藏時間的延長，結合總酚含量下降。朱偉[16]的研究表明芹菜儲藏過程中總酚含量的變化與本實驗中總酚含量的變化規律一致。

2.6 黑米儲藏過程中質構特性的變化

黑米儲藏過程中，彈性、回復性、咀嚼性和回復性的變化如圖6所示，隨儲藏時間的延長彈性和回復性呈現下降趨勢，其中花色苷含量較高的糧田黑1501和1505在儲藏前后的彈性的分別下降了17.70、20.00，回復性分別下降了7.76、8.55，花色苷含量較低糧田黑1301和1405的彈性分別下降了31.45、26.79，回復性分別下降了14.35、18.82。說明花色苷含量高的黑米在儲藏前后彈性與回復性的變化幅度低于花色苷含量低的黑米，并且花色苷含量越高，黑米彈性與回復性變化越小。黑米儲藏過程中彈性的變化可能與黑米水分含量、淀粉細胞間隙等綜合因素有關，回復性的變化可能與脂肪的水解，蛋白質的氧化，以及蛋白質、脂類與淀粉的結合等因素的綜合作用相關。夏吉慶等[17]研究表明稻谷隨著儲藏時間的增加，米粒結構會變得更加松散，進而使得水分更容易進入細胞中，從而導致米飯的彈性降低，影響口感。黑米儲藏過程中侯耀玲等[18]對不同包裝材料對大米質構品質的研究表明，在儲藏期間不同包裝材料的大米樣品的回復性均呈現隨著儲藏時間的延長而下降的規律。

四種不同品種的黑米的咀嚼性和硬度隨儲藏時間的延長呈現上升趨勢，其中花色苷含量較高的糧田黑1501和糧田黑1505的咀嚼性在儲藏前后的分別增長了17.70、20.00，硬度分別上升了71.60、90.24，花色苷含量較低糧田黑1301和糧田黑1405的彈性在儲藏前后的分別增長了31.45、26.79，分別下降了123.81、159.94。說明儲藏過程中花色苷含量高的黑米在儲藏前后咀嚼性與硬度的變化幅度低于花色苷含量低的黑米，并且花色苷含量越高，黑米咀嚼性和硬度變化越小。黑米儲藏過程中咀嚼性上升可能與直鏈淀粉含量的增高導致網絡凝膠強度的增大有關。這與張玉榮等[19]對稻谷陳化及其米制品咀嚼性的研究相一致。硬度的變化可能與脂肪的水解，蛋白質的氧化，以及蛋白質、脂類與淀粉的結合等因素的綜合作用相關。欒琳琳等[20]提出薏苡仁在儲藏前期硬度的增加是由于在儲藏過程中其內部所含有的脂類物質氧化，不斷生成甘油和脂肪酸，導致游離脂肪酸增加，游離脂肪酸能包藏在直鏈淀粉的螺旋結構進而形成淀粉-脂類復合物所致。

圖6 不同黑米儲藏期間咀嚼性、彈性、硬度與回復性的變化

2.7 黑米儲藏過程中糊化特性的變化

儲藏過程中，峰值黏度的變化如圖7所示，四種黑米的峰值黏度、崩解值隨儲藏時間的延長呈現上升趨勢，其中花色苷含量較高的糧田黑1501和1505的峰值黏度在儲藏前后的分別上升了 383.00、437.00，崩解值分別上升了185.00、201.00，而含量較低糧田黑1301和1405則分別上升了579.00、528.00，崩解值分別上升212.00、183.00。說明花色苷含量高的黑米在儲藏前后峰值黏度和崩解值的變化幅度低于花色苷含量低的黑米，且含量越高，變化越小。黑米儲藏過程中峰值黏度的變化可能a-淀粉酶活性的緩慢減弱有關。胡寰翀等[21]對稻谷儲藏的研究與本實驗結果一致，稻谷在儲藏期間峰值黏度隨著儲藏時間的延長而增大。

如圖7所示，峰谷黏度、回生值在儲藏過程中隨時間的延長呈現上升趨勢，其中花色苷含量較高的糧田黑1501和1505的峰谷黏度在儲藏前后的分別上升了285.00、313.00，回生值分別上升了185.00、201.00，而含量較低的糧田黑1301和1405峰谷黏度分別上升了367.00、345.00，回生值分別上升了261.00、238.00。說明花色苷含量高的黑米在儲藏前后峰谷黏度和回生值的變化幅度低于花色苷含量低的黑米，并且花色苷含量越高，變化越小。黑米儲藏過程中峰谷黏度的變化可能與溫度和混合的程度或施加到混合物的剪切力及物料自身的性質相關。張玉榮等[22]對不同谷外糙米含量的秈稻儲藏過程中的糊化品質的研究表明最低黏度隨著儲藏時間的延長總體上緩慢增加的趨勢。黑米儲藏過程中回生值的變化可能與樣品本身特質、儲藏環境中水分含量等相關。吳曉娟等[23]研究儲藏過程中兩種不同品種稻谷的品質變化時發現回生值隨儲藏時間呈現增大的趨勢，與本實驗中黑米回生值變化趨勢一致。

圖7 不同黑米儲藏期間峰值黏度、峰谷黏度、崩解值和回生值的變化

3 結論

通過比較四種黑米在儲藏期間的理化指標和食用品質的變化情況，可知在相同儲藏條件下，不同品種黑米的各個指標的變化趨勢相同。具體結論如下：

由四種黑米總花色苷含量的測定可得，糧田黑1501和1505總花色苷含量較高，糧田黑1405和1301總花色苷含量較低，糧田黑1501中總花色苷含量最高，為94.6 mg/g，糧田黑1405中總花色苷含量最低，為16.7 mg/g，差值高達77.9 mg/g。因此，總花色苷含量可作為黑米商品定價主要指標之一。儲藏過程中，黑米中總花色苷含量呈現下降趨勢，糧田黑1501和1505下降最多，分別下降了10.1 mg/g和10.4 mg/g，糧田黑1405和1301下降較少，分別為3.7 mg/g和3.6 mg/g。

隨著儲藏時間的延長，四種黑米的質構品質變化和糊化特性趨勢一致，彈性、回復性、峰值黏度和回生值隨著儲藏時間的延長呈現下降趨勢，而咀嚼性、硬度、峰谷黏度和崩解值呈現上升趨勢。

脂肪酸值隨儲藏時間的延長呈逐漸增加的趨勢；水分含量隨著隨儲藏時間的延長呈逐漸下降的趨勢；顏色變化的L和ΔE值隨儲藏時間的延長均呈現先增加后下降的趨勢，a、b值隨儲藏時間的延長呈逐漸增加的趨勢，不同品種在同一儲藏期的各個理化指標數值不同，整個儲藏期的變化幅度也不同。

根據理化指標及食用品質的測定數據的總體規律，150 d為大部分黑米品種的儲藏保鮮期。對于不同儲藏時期的黑米，建議如下：儲藏1個月的黑米，建議包裝出售，此時期的黑米營養與口感最好；儲藏3個月的黑米，品質略有下降，可制成即食黑米罐頭、黑米糕等產品；儲藏6個月的黑米，可制作對口感與營養要求不高的產品如黑米米花糖等。