黄变对大米流变特性以及内部结构的影响

稻谷在高温高湿的环境中储藏时，其籽粒容易局部或整体变为黄色、浅黄色或灰橙色，将该现象称为稻谷采后黄变。稻谷黄变是一个世界范围的问题，它会导致稻米的品质和营养功能下降，从而降低稻米的经济价值。影响稻谷黄变的因素很多，其中，水分和温度是主要因素，而氧气和二氧化碳浓度对黄变几乎没有影响，当水稻处于高温高湿环境时容易发生黄变，真菌一般不直接引起黄变；然而，在潮湿条件下的真菌（和其他微生物）呼吸作用可以导致温度升高，从而间接导致大米黄变；稻谷黄变之后，与正常米相比，黄变米的水分和蛋白质含量变化不明显，表观直链淀粉含量提高，在糊化过程中峰值黏度及峰值凝胶化温度上升。

目前，国外学者已经研究了低黄变率大米育种的诱导以及胚乳黄变的突变基因，但从食品凝胶角度解释黄变米特性的研究较少。流变学是力学的一个分支，了解流体的流动类型可以进一步明确食品的组分、内部结构和分子形态等方面性能，天津科技大学食品工程与生物技术学院的肖悦、刘敏和周中凯*等人选用两个品种的正常米以及黄变米，通过热力学性质和流变特性的分析，研究黄变米与正常米之间的结构差异，进一步揭示稻谷黄变的机制。

1 样品的色差分析结果

结果显示，所有样品偏黄色、绿色，黄变米相对于正常米来讲，4 项指标均降低，黄变米的亮度显然比正常米低，即黄变米色度比较暗，且总色差值相对正常米较低，从感官上分析，正常米白中透黄，绿度适中，比黄变米颜色好。

2 基本化学成分分析结果

结果显示，与正常米相比，黄变米的水分质量分数较高，蛋白质与脂肪质量分数较低，直链淀粉质量分数较高，支链淀粉质量分数较低，粳米黄变米与正常粳米的水分质量分数相当；黄变是在稻谷储藏过程中产生的，在此过程中，脱支酶的活性不会衰减，α-淀粉酶、β-淀粉酶也会一直作用于淀粉中，从而导致支链淀粉含量下降；当脱支酶作用于α-1,6-糖苷键时，使得支链淀粉脱支，从而导致直链淀粉含量上升。蛋白质与脂肪黄变后含量有降低趋势，推测这些变化可能由于黄变导致蛋白质与脂肪内部的结构性质发生改变，在储藏过程中，蛋白质中的二硫键与其他活性基团形成更大的蛋白分子，导致蛋白含量降低，而脂肪被氧化导致含量降低。

3 差示扫描量热分析结果

结果显示，稻谷的黄变过程会导致正常米To、Tp和Tc升高，糯米H降低，粳米黄变米与正常米间H差异不明显，黄变米的Tp相对于各自正常米Tp均出现偏移现象。

4 快速黏度分析结果

结果显示，黄变米的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度以及崩解值相对于各自的正常米均降低，糯米黄变米回生值比正常米低，粳米黄变米回生值比正常米高，表明黄变米有较高的抵抗膨胀和破裂能力。对于未黄变的大米来说，糯米回生值比粳米回生值低很多，这说明糯米本身淀粉内部分子结构不易退化与聚集；黄变之后糯米的回生值比正常米低，粳米比正常米高，说明黄变过程改变了大米的抗剪切性与内部分子结构，使糯米不易聚集，粳米之间易聚集，同时，黄变也降低了大米的长直链淀粉链和大支链淀粉分子含量。

5 流变特性分析结果

5.1 动态黏弹性分析结果

结果显示，糯米和粳米黄变米的储能模量和损耗模量均比对应的正常米低，在相同的角频率下，每个样品的储能模量都比损耗模量大，这说明两个品种黄变米的凝胶强度变弱，恢复其原始形状的能力增强，抵抗流动的能力增强，黏度降低，这与大米结构的改变密不可分。

5.2 静态流变特性（触变性）分析结果

大米淀粉糊的剪切应力随着剪切速率从0提升至300 s -1 以及从300 s-1降低至0这两个过程形成一个“滞后环”，剪切速率从0提升至300 s-1所经历的流变曲线叫上行线，从300 s -1 降低至0所经历的流变曲线叫下行线，环的面积大小代表淀粉糊受破坏的程度。触变性的不同表现为黏度恢复的快慢和程度，“滞后面积”越大，说明受到的破坏程度越大，同时较难恢复到原来的状态。黄变大幅削弱了大米的触变性能，使黄变后的大米易被剪切，易恢复。

5.3 剪切稀化分析结果

从图2A可以看出，所有样品的流变曲线均经过原点且不同程度地凸向剪切应力轴，由此可以判断其均属于非牛顿流体，随着剪切速率的逐渐增加，淀粉凝胶的剪切应力逐渐增加，表明大米淀粉凝胶具有假塑性，且均呈现剪切稀化。当剪切速率增大到某一数值后，淀粉分子来不及取向或已经充分取向，表观黏度就达到常数（图2B、C）。从图中还可以观察到，黄变米随着剪切速率的增加，其所需要的剪切应力相比正常米小，且粳米尤为明显。

结果显示，流变曲线经过Herschel-Bulkley模型的拟合之后，样品的决定系数R 2 在0.996 5～0.998 4之间，表明拟合方程与曲线有较好的相关性。屈服应力τ0表示当流体发生流变时所需要的力，稠度系数K表示凝胶的黏稠程度，黄变导致大米的屈服应力和黏稠度降低，即黄变米淀粉糊的流动性比正常米强。

6 傅里叶变换红外光谱分析结果

图3中黄变米与正常米之间的傅里叶变换红外谱图没有明显差异，在3 385 cm-1处的宽吸收峰归因于—OH的伸缩振动，1 250 cm -1 处的吸收峰对应—OH的弯曲振动，1 640～1 820 cm-1处为羰基强烈的吸收峰，1 047 cm-1处的吸收峰是淀粉在结晶区的特征吸收峰，1 022 cm-1处的吸收峰是淀粉无定形区的结构特征吸收峰，因此I1 047 cm-1/I1 022 cm-1峰强度比值常用来分析不同淀粉样品的结构以及构象，该比值愈大说明淀粉有序排列程度愈高，微晶的长程有序性强。I1 022 cm-1/I995 cm-1表示双螺旋的短程有序结构，黄变米 I 1 047 cm -1 / I 1 022 cm -1 比正常米高， I 1 022 cm -1 / I 995 cm -1 差异不明显，说明黄变使大米内部分子结构的微晶有序性提高。 大米在黄变之后，内部直链淀粉含量升高，由于直链淀粉的不稳定性、游动性较强，所以导致无定形区以及结晶区重排，使大米内部的短程有序性升高。

结 论

大米黄变后颜色变暗，偏绿、黄色方向，总色差值比正常大米低；其内部的蛋白质、脂肪质量分数降低，直链淀粉质量分数升高，支链淀粉质量分数降低。差示扫描量热分析结果显示黄变米的起始温度、峰值温度以及终止温度升高，即黄变之后的大米较难糊化；同时，黄变米黏度性质降低，崩解值降低，颗粒分子间缔合、交联程度较大，排列紧密，耐剪切性增加；黄变米的流变特性明显不同，其储能模量与损耗模量明显降低，触变面积明显减小，表现出明显的非牛顿流体的特征，且黄变米具有较强的恢复能力与抵抗外力破坏的能力。

通过傅里叶变换红外光谱可观察到，大米在黄变之后的官能团无明显变化，但I1 047 cm-1/I1 022 cm-1升高，表明黄变之后大米内部的结晶区与无定形区的排列与比例相应改变，大米内部的有序性提高，结晶区增多。大米在储藏过程中，由于外界环境的温度、湿度过高，微生物的作用和大米内部的美拉德反应导致大米黄变，黄变后内部分子结构发生变化，直链淀粉含量上升是导致结构变化的主要原因之一，有部分分子在分子之间以及分子内部发生了结晶区的重排，使其凝胶的韧性增强；虽然黄变米外观上与陈化米的形态相似，但内部结构与成分不一定发生劣变，且大米黄变与陈化不一定是相同过程，很有可能是协同过程。黄变米虽然不可食用，但在工业应用上并非毫无用处，在此方面的应用研究应加以重视。

本文《黄变对大米流变特性以及内部结构的影响》来源于《食品科学》2020年41卷11期22-27页，作者：肖悦，刘敏，刘金光，孙辉，张志平，周中凯。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190611-118。

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在成功召开“2019年动物源食品科学与人类健康国际研讨会（宁波）”的基础上，将与青海大学农牧学院于2020年10月22-23日在西宁共同举办“2020年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。研讨会将就肉、水产、禽蛋、乳制品等动物源食品科学基础研究、现代化加工技术，贮藏、保鲜及运输，质量安全与检测技术，营养及风味成分分析，副产物综合利用，法律、法规及发展政策等方面的重大理论研究展开深入探讨，交流和借鉴国外经验，为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路，指明发展方向。

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修改/编辑：袁月；责任编辑：张睿梅

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