楊海晴, 姚倩儒, 徐躍峰, 奉檐麗, 付正凱, 亓盛敏, 李 慧, 張連慧, 黃 金

(中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司1,北京 102209)

(營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室2,北京 102209)

(中糧國際(北京)有限公司3,北京 100020)

大米作為主食,消費者對于大米需求已經(jīng)從吃飽到吃好的轉變。市售大米通常標注“新糧”“優(yōu)質”和“好吃”等醒目字樣標識。然而,關于如何量化評價新鮮程度及優(yōu)質口感研究仍然不足,因此保鮮大米的評價方法顯得尤為重要。保鮮大米是在新鮮大米的基礎上保留了大米原有的營養(yǎng)比例及優(yōu)質口感[1],故保鮮大米的保鮮期要短于大米的保質期。大米保鮮則是為保持大米新鮮品質而開發(fā)的技術方法。

GB/T 15682—2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》、GB/T 5492—2008《糧油檢驗 糧食、油料的色澤、氣味、口味鑒定》與GB/T 20569—2006《稻谷儲存品質判定規(guī)則》中規(guī)定稻谷、大米的感官品質應由專業(yè)品評人員通過鑒定生米及米飯的氣味、外觀結構、適口性、滋味及冷飯質地等指標,以專業(yè)品評人員的綜合評分均值來表示最終評定結果。最終的感官評價結果適宜用于判斷米種的優(yōu)劣和稻谷的儲存水平,為改善米種口感、改良稻谷儲存環(huán)境提供了參考。但當前鮮見關于保鮮大米及保鮮大米等級的評定標準。

日本的食味鑒定值是將大米外觀、口感、鮮度與感官評價結果相結合,客觀評定大米綜合品質,但食味鑒定值僅適用于日本粳稻米的評價,不適用于中國粳稻米和秈稻米的評價,且食味鑒定值并未對保鮮大米標準進行評定。

當前保鮮大米研究多以品質變化[2-5]、風味變化[6,7]、保鮮技術[8,9]為主,市售保鮮大米則多以300～500 g小規(guī)格馬口鐵罐裝或PE復合膜為主。趙卿宇等[10]研究發(fā)現(xiàn),隨著儲藏時間的延長,大米的理化性質、外觀特性、質構、蒸煮和糊化特性均發(fā)生明顯改變,且儲藏溫度越高,變化越大。Monsoor等[11,12]檢測發(fā)現(xiàn),陳米中己醛、戊醛含量明顯高于鮮大米,且在碎米中含量更高,是揮發(fā)性香味氧化后的重要組成部分,導致大米香氣下降,出現(xiàn)陳化臭味。鮮有保鮮大米評價方法及保鮮大米評價模型建立的相關研究報道。

吉宏六號是吉林地域粳稻的標志性產(chǎn)品,是吉林省孕育成的香型中晚熟粳稻品種,具有綜合抗性強、香味濃、產(chǎn)量高、蒸煮食用品質好的特點,并在黏度和回生性方面表現(xiàn)出色。

實驗以吉宏六號(粳米)為主要研究對象,以300 g/罐馬口鐵罐裝為主要包裝形式,以感官、理化、糊化特性等指標檢測為基礎,分析其在25 ℃,60%RH儲藏條件下保鮮品質變化,并基于神經(jīng)網(wǎng)絡模型建立保鮮大米品質評價模型,以期為篩選優(yōu)質口感的新鮮大米提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2020年收獲吉宏六號(粳稻),產(chǎn)地:吉林。

包裝形式:馬口鐵罐裝,不充氣。

1.2 儀器與設備

LG12-JLGJ2.5實驗型礱谷機,TM05C實驗型碾米機,JSWL大米食味計,STA1A硬度黏度儀,STA1B米飯食味計,MM1D精白度計,RVA4500快速黏度分析儀,GZX-9140 MBE電熱鼓風干燥箱,HWS-288型恒溫恒濕箱,DZGD40A1小熊電蒸鍋。

1.3 實驗方法

1.3.1 大米處理及儲藏

利用實驗型礱谷機將吉宏六號稻谷脫殼得到吉宏六號糙米,再利用實驗型碾米機將糙米制成符合GB/T 1354—2018《大米》的標準一等大米,以300 g/罐規(guī)格進行馬口鐵罐裝不充氣包裝,置于25 ℃,60%RH的恒溫恒濕培養(yǎng)箱中放置200 d,每隔20 d取樣,共計取樣11次。

1.3.2 理化指標檢測

水質量分數(shù)根據(jù) GB/T 5009.3—2016 《食品中水分的測定》常壓恒溫烘干法測定;脂肪酸含量根據(jù)GB/T 5510—2011《糧油檢驗 糧食、油料脂肪酸值測定》索氏抽提法測定;白度、透過度、精白度根據(jù)MM1D精白度計測定;新鮮度根據(jù)GB/T 5502—2018《糧油檢驗 大米加工精度檢驗》、LS/T 6118—2017《糧油檢驗 稻谷新鮮度測定與判別》測定。

1.3.3 質構特性和米飯食味

稱取30 g大米樣品置于用中速濾紙封口的鋁盒中,流水淘洗30 s;淘洗完成后按米水質量比1.0 ∶1.4的比例向鋁盒中補充水分;從大米接觸水開始計時,浸泡30 min后,在蒸飯鍋內蒸煮30 min,后停止加熱,保溫燜制10 min;燜制完成后,翻攪米飯,放入冷卻箱冷卻20 min,冷卻完成后拆掉濾紙蓋,更換為鋁盒盒蓋。燜飯完成2 h后開始實驗,每次取8 g樣品置于不銹鋼圓環(huán)內,使用壓飯器將米飯壓成飯餅,后置于STA1A硬度黏度儀、STA1B米飯食味計測定米飯硬度黏度、彈性及米飯食味,每個樣品測定5次重復。

1.3.4 糊化特性

糊化特性根據(jù)GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性測定 快速黏度儀法》測定。樣品制備方法:20 g大米粉碎后過40目篩,保留篩下物進行測定。

1.3.5 感官評價

感官評價根據(jù)GB/T 15682—2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》測定。專業(yè)評價人員數(shù)量為12人,年齡在25～45歲之間,男女各6人。

1.3.6 三點檢驗

三點檢驗根據(jù)GB/T 12311—2012《感官分析方法 三點檢驗》中差別檢驗方法測定。評價人員數(shù)量為36人,測定結果依據(jù)標準中表A.1分析(α=0.05)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計學分析,實驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示,n=3,組間平均值比較采用Duncan多重比較法分析顯著性差異(以P<0.05表示差異顯著)。所有圖像均采用 JMP Pro 16.0 軟件進行統(tǒng)計學分析。

2 結果與分析

2.1 多元相關性分析結果

各項理化指標詳細數(shù)據(jù)見表1。各項理化指標多元相關性熱圖矩陣如圖1所示,矩陣下三角形為多個變量之間的雙向趨勢線圖,矩陣上三角形為變量對之間的相關性熱圖。

圖1 各項理化指標多元相關性熱圖矩陣

結果表明,吉宏六號在儲藏期間,感官評價、新鮮度、米飯食味值、白度、精白度、黏度、峰值時間、水分呈顯著下降趨勢,脂肪酸值、硬度、衰減值、糊化溫度呈顯著上升趨勢,透過度、彈性、最低黏度趨勢變化不明顯。

感官評價是評定大米食用品質最重要的一種方式,是篩選優(yōu)質口感保鮮大米的最主要指標。儲藏時間在0～20 d時,依據(jù)GB/T 15682—2008描述,感官評價為優(yōu);儲藏時間在20～80 d時,感官評價為好;儲藏時間在80～140 d時,感官評價為較好;儲藏時間在140～60 d時,感官評價為一般;儲藏時間為160～200 d時,感官評價為差,此時大米品質劣變程度最嚴重。在P<0.05的置信區(qū)間內,感官評價與新鮮度、米飯食味值、米飯食味外觀、米飯食味口感、黏度、精白度呈顯著正相關,相關系數(shù)分別為0.83、0.93、0.96、0.92、0.94、0.91;與儲藏時間、脂肪酸值、衰減值、回升值呈顯著負相關,相關系數(shù)分別為-0.98、-0.80、-0.85、-0.88,即隨著儲藏時間的增加,感官評價逐漸降低,新鮮度、米飯食味值、米飯食味外觀、米飯食味口感、黏度、精白度均呈現(xiàn)降低趨勢,脂肪酸值、衰減值、回升值則出現(xiàn)上升趨勢。這與前人相關研究相同[9,15]。

由圖1可知,米飯食味值與黏度呈顯著正相關,與衰減值、糊化溫度呈顯著負相關。米飯食味值是由內置光源對壓縮飯餅進行照射,通過檢測反射光量與透過光量的值來測定的。米飯反射光量越少,透過光量越多,則證明米飯表面光澤度越高且接近透明狀態(tài),米飯食味外觀、口感值就越高,米飯糊化程度越高,米飯食味值越高。因此米飯食味值也常用于優(yōu)質稻米的判斷與選擇。當前研究表明[13-17],隨著儲藏時間的增加,大米的糊化特性會受到嚴重影響,淀粉黏度降低,導致大米飯糯性下降,米飯黏度降低,硬度增加[18-21],口感變劣,感官評價呈下降趨勢,更多的游離脂肪酸生成并包裹淀粉粒,抑制淀粉糊化,同時淀粉無定形區(qū)發(fā)生變化,淀粉分子間的結締狀態(tài)發(fā)生改變,淀粉酶活性降低,導致淀粉糊化受阻,糊化溫度升高[22-25],飯餅透明度降低。脂質分解,大米表面顏色加深變暗,飯餅光澤度降低。

白度、透過度、精白度可反映生米的外觀顏色和透亮光澤程度。由圖1可知,白度、精白度與脂肪酸值、峰值黏度、衰減值、回升值、糊化溫度呈顯著負相關,即隨著儲藏時間的延長,大米表面的脂類物質會在溫度、濕度的影響下發(fā)生氧化,脂肪酸值升高,糊化率降低,大米顏色變黃,并出現(xiàn)脫糠、起筋現(xiàn)象,大米表面粗糙程度增加,白度、精白度下降。

脂肪酸值、新鮮度是評定大米新鮮程度最重要的指標。由圖1可得,新鮮度與脂肪酸值呈顯著負相關,相關系數(shù)為-0.9,即隨著儲藏時間的增加,大米新鮮度降低,脂肪酸值呈上升趨勢。由表1數(shù)據(jù)可得,吉宏六號儲藏100 d后,新鮮度維持在70分以下,且120～200 d樣品無顯著性差異(P<0.05),可認為,吉宏六號儲藏100 d后,新鮮度下降趨勢趨于平緩,大米品質劣變速度變慢,因此推斷儲藏100 d為吉宏六號保鮮期的終點,此時吉宏六號感官評價為79.7分,依據(jù)GB/T 15682—2008描述,感官評價在71～80分為較好。當前新鮮度的檢測方法主要通過將規(guī)定加工精度等級的大米與顯色劑反應,根據(jù)不同新鮮程度的大米含有的醛、酮類物質的量不同,顯示不同的顏色特征,通過光譜分析顏色差異,得到新鮮度值。新鮮大米中,醛、酮類物質的量較少,隨著儲藏時間的增加,大米中的脂類通過水解產(chǎn)生游離脂肪酸,并在脂肪氧化酶的作用下產(chǎn)生氫過氧化物,并進一步分解產(chǎn)生醛、酮類等小分子產(chǎn)物,大米中醛、酮類物質的量增加,大米新鮮度逐漸降低。

2.2 三點檢驗結果

三點檢驗可用于測試2個樣品間是否存在可感覺到的感官差別或相似。因此,三點檢驗常用于2個完全同類的樣品在差別特性未確定時(即差別既不是由樣品間差別的大小和范圍確定,也沒有代表差別的任何特征顯示),一種或多種感官指標是否存在差別的判定。

將不同儲藏時間樣品分別與原始樣品進行三點檢驗,記錄每次三點檢驗正確人數(shù),見表2,三點檢驗結果顯示,與初始樣品相比,儲藏80 d樣品與原始樣品無顯著性差異,儲藏100 d樣品與原始樣品存在顯著性差異,故認為儲藏100 d為大米保鮮期終點(α=0.05)。這與表1數(shù)據(jù)中新鮮度結果相符。

表2 不同儲藏天數(shù)樣品與原始樣品三點檢驗結果

2.3 模型擬合

神經(jīng)網(wǎng)絡是由大量的、簡單的處理單元(稱為神經(jīng)元)廣泛的互相連接而形成的復雜神經(jīng)網(wǎng)路系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡模型是以神經(jīng)元的數(shù)學模型為基礎描述的,其具有高度魯棒性和容錯能力,能充分逼近復雜的非線性關系。目前神經(jīng)網(wǎng)絡模型多用于系統(tǒng)辨識、模式識別、智能控制等領域。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡模型,以感官、理化、糊化特性等指標建立保鮮大米品質評價模型,具體模型如圖2所示。

圖2中的圓圈為神經(jīng)網(wǎng)絡模型的基本組成單位-神經(jīng)元。

Y=77.4-9.2×H1-1- 0.2×H1-2+9.4×H1-3

H1-1=0.5×(54.99+0.01×儲藏時間+0.03×新鮮度-0.77×水分-0.01×脂肪酸值+0.24×硬度+0.55×黏度-18.65×彈性+0.14×米飯食味外觀-0.32×米飯食味口感-0.05×米飯食味值-52.59×白度-169.04×透過度-0.13×精白度-0.01×峰值黏度+0.01×最低黏度-0.01×衰減值+0.01×最終黏度+0.01×回生值+0.90×峰值時間+0.08×糊化溫度)

H1-2=0.5×(-14.13+0.01×儲藏時間-0.01×新鮮度-0.06×水分+0.01×脂肪酸值+0.05×硬度+0.02×黏度+5.52×彈性+0.13×米飯食味外觀+0.19×米飯食味口感-0.03×米飯食味值+2.06×白度+46.86×透過度-0.01×精白度+0.01×峰值黏度-0.01×最低黏度+0.01×衰減值+0.01×最終黏度-0.01×回生值+0.36×峰值時間+0.18×糊化溫度)

H1-3=0.5×(-17.27-0.01×儲藏時間+0.04×新鮮度+0.07×水分-0.05×脂肪酸值-0.03×硬度+2.36×黏度-12.39×彈性+0.70×米飯食味外觀+0.93×米飯食味口感+0.09×米飯食味值+23.44×白度+107.84×透過度+0.03×精白度-0.01×峰值黏度+0.01×最低黏度-0.01×衰減值+0.01×最終黏度+0.01×回生值+1.18×峰值時間-0.35×糊化溫度)

式中:Y為感官評價;H1-1、H1-2、H1-3分別為圖3中的神經(jīng)元。

圖3 決策樹圖示

神經(jīng)網(wǎng)絡模型的優(yōu)劣由驗證模型下的R2所決定(表3)。

表3 神經(jīng)網(wǎng)絡擬合模型分析

2.4 決策樹分析

決策樹是一種運用概率與圖論中的樹對決策中的不同方案進行比較,從而獲得最優(yōu)方案的風險性決策方法。決策樹具有邏輯簡單、算法高效、強解釋性的特點,常用于判斷及篩選多個變量中的關鍵性指標及監(jiān)督分層。因此可以采取利用決策樹來判斷篩選保鮮大米評價方法中的關鍵性影響指標,并將其用于保鮮大米評價方法中保鮮大米的等級分割。

圖3決策樹中的所有行代表包括儲藏時間、感官評價、新鮮度、米飯食味值在內的所有數(shù)據(jù)。決策樹模型R2為0.86。

依據(jù)決策樹結果可知,新鮮度為決策樹第一節(jié)點,即新鮮度為保鮮大米品質評價方法的第一關鍵性指標,當新鮮度=70時,儲藏時間為100 d,與三點檢驗結果、新鮮度結果相符,因此,可以進一步推斷,儲藏時間為100 d時,為保鮮期終點。

米飯食味值為決策樹第二節(jié)點,因此,米飯食味值為保鮮大米品質評價方法第二關鍵性指標。當米飯食味值=80分時,儲藏時間為160 d。由表1可得,當儲藏時間為160 d時,脂肪酸值質量分數(shù)達到峰值,為32.8 mg KOH/100 g。脂肪酸值是大米儲藏品質變化的重要指標之一,脂肪酸是脂類在酶的作用下,與水和空氣發(fā)生水解反應和氧化反應產(chǎn)生的。由于病原微生物的生長產(chǎn)生的脂肪酶加速大米脂類的分解,從而使脂肪酸值上升,而后微生物繼續(xù)生長又消耗脂肪酸使得脂肪酸值呈現(xiàn)下降趨勢。脂肪酸值越高,哈敗味越明顯。因此,一般認為脂肪酸值達到峰值的時間為大米的保質期終點。故而推斷儲藏時間為160 d時,為保質期終點。

因此,可以推斷,新鮮度為保鮮大米品質評價方法的第一關鍵性指標,米飯食味值為保鮮大米品質評價方法的第二關鍵性指標,大米保鮮期約為100 d,大米保質期約為160 d。

結合圖3、圖4,依據(jù)決策樹結果可對保鮮大米進行等級評定,具體分級為:

當新鮮度≥70分,米飯食味值≥82分,預測感官評分≥80分時,為一級保鮮大米,此時大米處于保鮮期內,新鮮度高且口感更佳;

當新鮮度≥70分,82分>米飯食味值≥80分,80分>預測感官評分≥60分時,為二級保鮮大米此時大米處于保質期內,新鮮度高但口感一般;

當新鮮度<70分,米飯食味值<80分,儀器感官評分<60分時,為非保鮮大米,此時大米超過保質期,新鮮度與口感均差。

3 總結

吉宏六號在儲藏期間,感官評價、新鮮度、米飯食味值、白度、精白度、黏度、峰值時間、水分呈顯著下降趨勢,脂肪酸值、硬度、衰減值、糊化溫度呈顯著上升趨勢,透過度、彈性、最低黏度趨勢變化不明顯。基于神經(jīng)網(wǎng)絡模型,建立以感官、理化、糊化特性等指標的保鮮大米品質評價模型,模型具體為:Y=77.4-9.2×H1-1- 0.2×H1-2+9.4×H1-3,R2為0.99,擬合線性較優(yōu),并依據(jù)決策樹模型篩選出新鮮度、米飯食味值為保鮮大米品質評價的關鍵性指標,并建立分級機制,最終確定當新鮮度≥70分,米飯食味值≥82分,預測感官評分≥80分時,此時大米處于保鮮期內,新鮮度高且口感更佳。

實驗主要以粳米為分析對象,且當前大米品種繁多,包裝及儲藏條件多變,因此后續(xù)可持續(xù)搜集更多粳米及秈米品種,探究其在不同包裝及儲藏條件下的品質變化,擴大數(shù)據(jù)庫,完善保鮮大米品質評價模型。