《食品科学》：武汉轻工大学沈汪洋教授等：γ射线辐照对大米食用品质及淀粉理化特性的影响

水稻是全国种植最广泛的粮食作物之一，经过清理、砻谷、碾米等工序就加工成日常食用的大米。大米的主要化学成分包括淀粉、蛋白质和脂肪，其中，淀粉占比最大，约占75%～80%。大米加工后会因快速回生导致其复水性和口感变差等问题 。因此，在工业上，常对淀粉进行物理改性、化学改性或生物改性。食 品辐照技术作为一种非热处理的物理方法，具有耗能少、处理效率高、安全可靠、可以保持产品质量等优点。γ射线可以释放高能射线，改变淀粉的内部结构和功能特性。然而，目前针对不同剂量 60 Co-γ辐照处理大米对其食用品质及淀粉理化特性的影响缺乏较为系统性的研究。

武汉轻工大学食品科学与工程学员孙鹏伟、沈汪洋*和湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所史德芳*等 基于使用不同剂量（0、2、4、6、8、10 kGy）的 60 Co-γ辐照处理大米，对其食用品质及淀粉的理化特征、结构及消化性能等方面进行研究，以期为淀粉的改性及辐照大米制品的研究和开发提供参考。

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γ射线辐照对大米食用品质的影响

1.1 辐照大米蒸煮指标测定结果

大米的水分含量对米饭的硬度、黏度和风味都有显著影响，当米饭的含水量较低时，米饭会失去弹性并且出现严重的开花现象，同时米饭的食用品质也受其浸泡吸水率的影响。大米的加热吸水率与米饭的质构特性呈正相关关系，米饭的体积膨胀率与米饭的感官评价呈负相关关系。由表1可知，与0 kGy组相比，经过辐照处理后的大米整体上水分含量及浸泡吸水率差异不显著（P＞0.05），说明γ射线辐照并不会引起大米含水量及浸泡吸水率的变化。随着辐照剂量的增加，大米的加热吸水率与体积膨胀率对比0 kGy组均显著降低（P＜0.05）；在辐照剂量为2、4 kGy时，对比未经辐照组，大米的加热吸水率与体积膨胀率分别降低至265.14%、319.65%及257.28%、316.27%，而在10 kGy辐照剂量下，大米的加热吸水率和体积膨胀率降低程度更显著。因此，从保持大米蒸煮质量角度考量，γ射线辐照剂量不宜过高。

1.2 辐照大米米汤性质测定结果

大米米汤的pH值对大米食用品质有直接影响，米汤中固体溶出物的含量间接反映米饭黏性。碘蓝值代表溶解在米汤中的直链淀粉浓度，碘蓝值越大，表示溶解在米汤中的可溶性直链淀粉含量越高。如表2所示，随着辐照剂量的增加，大米米汤pH值、固体溶出物含量及碘蓝值均呈现出显著的下降趋势（P＜0.05）。米汤pH值的降低可能是γ射线作用于淀粉分子，使得支链淀粉断裂，淀粉分子降解产生自由基，形成羧酸所致。米汤固体溶出物含量随辐照剂量的增加呈现降低趋势，这可能是由于辐照破坏了大米淀粉中支链淀粉分子的长链结构，被破坏的支链淀粉可能与直链淀粉形成了双螺旋结构，抑制固体溶出物的溶出；经过10 kGy辐照的大米，其米汤固体溶出物含量较未处理大米显著降低（P＜0.05）。

1.3 辐照大米米饭色差测定结果

ΔE越大说明其色泽变化越大。当ΔE＜1.5时，样品与对照组无差异；当1.5＜ΔE＜3.0时，样品与对照组稍有差异；当3.0＜ΔE＜6.0时，样品与对照组有差异；当ΔE＞6.0时，样品与对照组差异显著。由表3可知，对比未辐照大米，随着辐照剂量的增加，大米ΔE明显增加。其中，在4 kGy的辐照条件下，ΔE为1.91；而8、10 kGy剂量辐照的大米ΔE高达10.43和12.53，呈现出明显的色泽变化。研究表明，较高辐照的剂量会直接影响大米的色泽，对消费者的接受程度产生影响，同时也会对米饭的食用品质（颜色）产生影响。

1.4 辐照大米米饭质构测定结果

如表4所示，经过不同剂量辐照处理后的大米黏着性、恢复性、内聚性和弹性的变化并不明显；而经过2、4 kGy辐照剂量处理后，大米硬度相比对照组显著升高（P＜0.05），由1 363.46 g分别增加到2 141.26 g和2 004.60 g。表明经过低剂量辐照后煮熟的大米硬度会得到一定程度提升，而高剂量的辐照对其硬度影响不大。直链淀粉含量是决定米饭硬度的一个因素。直链淀粉含量越高，煮熟的米饭质地越硬。因此，本研究中2、4 kGy剂量辐照后煮熟的大米其硬度增加，可能是因为γ射线辐照在一定程度上对直链淀粉的分子造成破坏，直链淀粉分子尺寸减小，表观直链淀粉含量增加，导致其硬度增加。而在6、8、10 kGy剂量辐照后的大米硬度降低，这可能是因为高剂量的辐照对淀粉分子破坏严重，在熟制过程中淀粉分子浸出，导致其硬度降低。

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γ射线辐照对大米淀粉理化性质的影响

2.1 辐照对大米淀粉糊化特性的影响

淀粉的糊化性能是影响大米品质的重要因素，而γ射线辐照处理会影响淀粉的糊化性能。经过不同辐照剂量处理后的淀粉糊化曲线及相关数据如图1和表5所示，辐照淀粉的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最终黏度及回生值均显著降低（P＜0.05），并且随着辐照剂量的增加，降低幅度逐渐减小。对比0 kGy组，4 kGy辐照剂量组淀粉的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最终黏度及回生值分别降低了67.78%、80.03%、49.38%、72.48%和63.66%，这与Ahmad等研究结果相似，可能是由于随着辐照剂量增加，淀粉分子的破坏程度加剧，淀粉颗粒在高温条件下的抗剪切能力下降，在糊状物冷却时，浸出的直链淀粉和长线型支链淀粉发生了重新排序或聚合，导致最终黏度和回生值降低。随着辐照剂量的增加，大米淀粉的糊化温度呈现上升的趋势。

2.2 辐照对大米淀粉热稳定性的影响

采用差示扫描量热法研究辐照对大米淀粉热稳定性的影响。如图2和表6所示，所有组均出现单一吸热峰；对照组的T0、Tp及Tc分别为64.48、69.99 ℃和83.39 ℃，而经过不同剂量辐照处理后的大米淀粉T0、Tp及Tc变化并不大，表明辐照处理似乎并不会影响大米淀粉的热性能，这与Mukhtar等研究结果相似；而ΔH随着辐照剂量的增加呈现降低趋势，在10 kGy的辐照剂量下，ΔH降低了41.02%，这可能是由于高剂量的辐照处理已经对淀粉的晶体结构造成了影响，淀粉分子内结晶程度受到一定的破坏。

2.3 辐照对大米淀粉流变学特性的影响

淀粉的流变特性对淀粉类食品的加工性能和食用质量起着至关重要的作用。G’代表淀粉凝胶的弹性性质，它是每个变形循环后回收的能量；G”代表淀粉凝胶的黏性性质，是每个变形周期后作为黏性耗散损失的能量。图3为不同剂量辐照处理后大米淀粉振荡应变的结果，在振荡应变0.1%～5%时，样品 G ’并未随着应变的增加而增大，表明样品处在线性黏弹区间内；而当振荡应变继续增加时， G ’逐渐减小，表明此时样品已经达到非线性黏弹区。因此，确定振荡应变为5%进行后续的动态流变学实验。

如图4所示，所有样品的G’和G”均随着振荡频率的增加呈现出上升的趋势；损耗角正切值tan δ是黏性和弹性成分对样品黏弹性相对贡献的指标。在测试频率范围内，所有样品的G’均高于G”，tan δ均小于1，表明所有的大米淀粉呈现出类固体特征。这与Sun Ying等研究大米淀粉动态流变学的结果一致。与对照组比，经过辐照处理的大米淀粉其G’、G”及tan δ均有所降低，表明辐照处理降低了淀粉的刚性和弹性，这可能是由于辐照处理对淀粉分子结构产生了影响，例如晶体类型、链长分布等。

2.4 辐照对大米淀粉结构的影响

FTIR

FTIR 是一种可用于识别分子官能团的快速技术，可以表征淀粉颗粒中主要官能团的变化。在800～1 200 cm-1范围内的光谱可以反映螺旋度、双螺旋的变化。995/1 022 cm-1和1 047/1 022 cm-1处的峰面积之比可以分别用于表征双螺旋结构程度及有序度。如图5所示，在3 400、2 930、1 647、1 000、928 cm-1处有明显的吸收峰，分别对应—OH基团的拉伸振动、C—H键的拉伸振动、淀粉颗粒无定形区所吸附水的红外谱带、形成分子内氢键的红外谱带以及C—O键的拉伸振动；其中2 930 cm-1处的吸收峰强度取决于淀粉中直链淀粉和支链淀粉的比例。对比未辐照处理的大米淀粉，处理组没有发生任何显著的变化，表明辐照并没有使得大米淀粉形成任何新的官能团及化学键。由表7可知，1 047 cm-1与1 022 cm-1处峰面积的比值（DO值）依次为1.098、1.069、1.035、1.003、0.947、0.909，随着辐照剂量的增加呈现降低的趋势，表明辐照破坏了淀粉颗粒中的化学键，导致其有序度降低，同时此结果也对差示扫描量热结果中糊化焓的降低进行了解释和说明。而995 cm-1与1 022 cm-1处峰面积之比（DD值）随着辐照剂量的增加呈现上升趋势，说明其双螺旋程度逐渐增加。

XRD分析

由图6可知，经过辐照处理及未经辐照处理的大米淀粉在衍射角（2θ）为15.3°、17.2°、18.1°及23.3°处出现峰值，是典型的A型晶体结构，表明辐照处理并未对大米淀粉的晶体结构造成影响。随着辐照剂量的增加，大米淀粉的RC逐渐降低，其中未经辐照淀粉的RC为23.68%，而经10 kGy辐照后的淀粉RC显著降低至15.69%。淀粉结晶度反映了淀粉结晶区域的完整性，结晶度的降低主要是淀粉分子内部氢键的破坏及辐照诱导产生的自由基对支链淀粉单元之间形成的有序双螺旋结构起到了解聚的作用。

2.5 辐照对大米淀粉体外消化性能的影响

淀粉分为RDS（20 min 内消化）、SDS（20～120 min内消化）及RS（120 min后未消化），而淀粉的水解率与上述组分的含量有关。如表8所示，经过γ射线辐照处理过后的大米淀粉对比未处理组，RDS含量显著降低（P＜0.05），SDS与RS含量显著提高（P＜0.05）。未经处理的大米RS质量分数为13.24%，而经过2、4 kGy辐照处理过后的大米RS质量分数分别提高至19.77%和20.22%，SDS与RS含量的增加与2.2.4.1节分析结果相印证；结合图7淀粉水解曲线可以看出，辐照处理降低了淀粉的水解率。此结果与Bazila等研究结果一致。这可能是由于辐照对支链淀粉造成了一定程度的破坏，使其支链淀粉含量降低，进而影响了淀粉的水解率。同时有相关研究表明，经过辐照大米的血糖指数较低。

结论

本实验研究了γ射线辐照处理对大米食用品质及理化性质的影响。结果表明，不同剂量辐照处理下大米的食用品质存在差异，辐照并未对大米的水分含量及浸泡吸水率产生影响，对其加热吸水率与体积膨胀率影响显著（P＜0.05）。通过对辐照大米米汤pH值、固体溶出物含量及碘蓝值的测定，发现不同辐照处理对大米的结构产生了一定的影响，并且影响程度和辐照剂量表现出正相关；高剂量的辐照对大米的色泽产生不利的影响，而2～4 kGy的辐照剂量对大米的色泽影响较小，此外，结合大米质构分析结果，也进一步表明食用大米不宜进行高剂量的辐照处理。在不同辐照剂量处理下的大米淀粉性质存在一定差异，通过FTIR和XRD探究其DO、DD值和RC，结果表明剂量越高的辐照处理使得淀粉有序度及RC越低，这也就解释了差示扫描量热测定结果中糊化焓的降低；从辐照大米淀粉糊化特性和流变学的角度分析，随着辐照剂量的增加，大米淀粉的黏度及流变学特性逐渐变差，侧面表明辐照可以降低支链淀粉的含量，影响大米淀粉的消化性；辐照在一定程度上提高了RDS、RS的含量，降低了淀粉的可消化性。

综上所述，使用γ射线辐照处理大米需要适宜剂量，高剂量的辐照会直接影响大米的食用品质，不易被消费者接纳；而使用低剂量的辐照处理大米即可影响淀粉的水解率，达到改善大米淀粉消化的目的。本研究结果可为辐照大米及其加工制品和淀粉的改性提供一定的理论依据和技术参考。

作者简介

通信作者：

沈汪洋 教授

武汉轻工大学食品科学与工程学院

博士，教授，博士生导师。武汉轻工大学教学评估中心主任，全国粮食行业青年拔尖人才，湖北省有突出贡献中青年专家，湖北省师德先进个人，武汉轻工大学优秀共产党员，优秀班主任，金龙鱼青年教师奖获得者。2008年毕业于江南大学食品科学与工程学院，粮食、油脂及植物蛋白工程专业，获工学博士学位。

主要科研成绩：目前主持国家级科研项目2 项，省部级科研项目2 项，省级教学改革项目1 项，参与国家级和省部级项目15 项；发表论文50余篇（SCI/EI/ISTP收录22 篇），参编英文著作2 部，中文著作2部；省级科技成果鉴定7 项；获得湖北省科技进步二等奖1 项，中国粮油学会科学技术三等奖1 项，湖北省高等学校教学成果三等奖1 项；湖北省省级教学团队骨干成员，湖北省优秀基层教学组织骨干成员，授权发明专利10 项。是中国粮油学会食品分会理事、湖北省食品科技协会理事、湖北省食品工业协会标准化委员会委员、中国医药教育协会食品卫生安全教育专业委员会专家委员、湖北粮食行业协会专家库成员。

史德芳 研究员

湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所

博士，研究员，硕士生导师，湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所 研究室主任。主要从事食用菌保鲜及冷链物流贮运技术开发、食用菌功能性挖掘及利用等方面的研究。近年来分别主持公益性行业科研专项课题、国家农业科技成果转化项目、农业农村部产地初加工基地建设项目、湖北省科技揭榜制项目、湖北省重点研发项目、自然科学基金项目、省农业科技创新中心项目等项目。

主要成果：成果“基于营养健康的食用菌精准加工关键技术及产业化”获得2022年湖北省科技进步二等奖1 项，成果“谷物资源高值化利用关键技术开发及产业化”获得2019年度湖北省科技进步二等奖1 项，成果“食用菌综合利用精深加工关键技术及产品创制”获得2016年度湖北省科技进步二等奖1 项，成果“农业副产物生物转化食药用菌及其深加工与产品开发” 获得2010年度湖北省科技进步一等奖1 项。完成省级科技成果评价8 项，在 Food Chemistry、 Food Chemistry: Molecular Sciences、 LWT、 Food and Bioprocess Technology、 Journal of Food Safety、食品科学、食品工业科技等国内外专业期刊上发表学术论文国内外专业期刊上发表学术论文50余篇。工作以来，致力于食用菌科技成果推广应用，多项授权国家发明专利实现转化应用，深度服务省内湖北裕国菇业、品源（现代）农业、钟祥兴利、湖北浩伟、蛹虫草健康（武汉）等10余家食用菌加工龙头/特色企业，研制开发了香菇调味液、食用菌预制调理产品、低GI香菇茶米、菌菇速溶汤、冻干菇脆、蛹虫草酒等食用菌新产品。

第一作者：

孙鹏伟 硕士研究生

武汉轻工大学食品科学与工程学院

研究方向为谷物资源开发与利用。

本文《γ射线辐照对大米食用品质及淀粉理化特性的影响》来源于《食品科学》2024年45卷13期，作者：孙鹏伟, 刘娅妮, 高虹, 范秀芝, 殷朝敏, 沈汪洋, 王展, 程世伦, 史德芳。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20230630-245。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：芳华；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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