大米蒸煮溶出淀粉对米饭质构的影响及米饭质构的电化学评价

大米蒸煮溶出淀粉对米饭质构的影响及米饭质构的电化学评价大米的蒸煮质构特性被认为是大米食味品质中最重要的因素,因为它代表着米饭的适口性（粘性、弹性、硬度等）。大米在蒸煮过程中,米粒吸水溶胀,细胞壁破裂,导致直链淀粉及支链淀粉从米粒中溶出（游离）。随着水分的蒸发,米汤中的淀粉逐渐包裹在米饭表面形成保水膜,这层保水膜与米饭的质构特性有关,是决定米饭食味的根本。米饭的质构评价方法包含主观评价和客观评价两类。由于主观评价法存在操作繁琐耗时长,主观性强等缺点。因而探寻利用客观、可靠的分析方法对米饭质构进行评价逐渐成为研究热点。本研究首先通过扫描电子显微技术表征米饭蒸煮过程中溶出的直链及支链淀粉在米饭表面的分布,解释了溶出的淀粉影响米饭质构的机制。然后利用电化学数据采集装置采集不同米样米汤的电化学信号,分析电流特征值与米饭质构的关系,在此基础上构建米汤电信号的米饭质构评价模型及大米级别判别模型,从而实现基于电化学技术对米饭质构定量检测和大米等级评价。主要研究内容及结论如下:（1）研究了大米蒸煮过程中淀粉的溶出机制及米饭粘附层的形成机理。在低于50℃条件下,附着在米粒表面的淀粉游离到米汤中。在60℃时,水分通过淀粉细胞间隙进入米粒内部同直链及支链淀粉发生水合作用,氢键被破坏,胶束区解体,淀粉溶胀糊化,直链淀粉从米胚乳组织中溶出。当温度升至70℃时,支链淀粉从米胚乳组织内溶出。溶出的直链及支链淀粉一部分停留在米粒的表面形成米饭的粘附层,大部分则游离到米汤中,米汤中的直链淀粉相互交联形成网络结构,而支链淀粉形成团块结构。伴随着蒸煮温度的升高,粘附层及米汤中淀粉含量均有增加。当达到85℃时,溶出的淀粉量达到最大值。从此刻开始,组织中不会发生新固形成分的溶出。随着温度的升高,米汤中的淀粉逐渐包裹在米饭表面形成新的粘附层,即米饭的保水膜。（2）研究了大米蒸煮中溶出的直链及支链淀粉对米饭质构及微观结构的影响。采用正丁醇-异戊醇反复结晶法,分离纯化米汤中的直链及支链淀粉,用提纯的直链及支链淀粉取代米汤进行煮饭。分离出米汤导致米饭硬度（28.45N-19.42N）及粘性（1.74N·s-1.19N·s）明显降低。随着回填的直链及支链淀粉的增多,米饭硬度及粘性逐渐增加。扫描电镜下显示,大米蒸煮中淀粉的溶出导致米粒表面产生大小不等的孔洞,使米饭的质地变得松软且不粘滑。停留在米饭表面的淀粉相互交织并形成具有空隙的“糊花”。随着水分的蒸发,米汤中的短链直链淀粉开始迁移并进入带有“糊花”的孔洞中,同时,长链直链淀粉通过氢键开始交联,形成了三维网状结构。这层网状结构覆盖在了米饭表面被填充的孔洞上。当孔洞被填平时,余下的短链直链淀粉固定到三维网状的节点上,从而导致了米饭表面凸凹不平的淀粉体结构。进入孔洞的直链淀粉通过氢键与孔洞内的支链淀粉侧链上的羟基连接,导致了米饭较硬的质地。而覆盖在被填充的孔洞上的淀粉体进一步加强了分子间的相互作用,使米饭结构更加坚实。游离出的支链淀粉通过交联形成团块,当水分蒸发时,团块相互凝聚形成了一层粘性较强的膜覆盖在凸凹的淀粉体上,导致米饭粘性增强。米饭表面的凸起物越低且上面覆盖的膜越厚越光滑,米饭硬度越小粘性越大,煮出的米饭食味品质越好。（3）对方波伏安法及循环伏安法两种电化学技术下米汤电信号与米饭硬度及粘性的关系进行了研究。直链淀粉及支链淀粉含量相近的米样,米饭的硬度及粘性差别较大。米饭硬度与米汤直链淀粉含量显著正相关（r=0.616,p<0.01）,而米饭粘性与米汤中支链淀粉含量正相关（r=0.632,p<0.01）。利用三电极数据采集转置采集不用样品的米汤电信号,Ag/AgCl电极为参比电极,Pt电极为辅助电极,工作电极为Au裸电极。利用Origin8.5软件,方波伏安法下提取电流峰I_p1、I_p2、I_p3,电流谷I_v1、I_v2、I_v3,电功率P₁、P₂、P₃及电流均值I_a10个特征值。结果表明米饭硬度与I_p1、I_v1、I_a、I_p2、I_v2（r=-0.672,-0.66,-0.577,-0.591,p<0.01;r=-0.456,p<0.05）显著负相关,而与P₃（r=0.505,p<0.05）显著正相关;米饭的粘性与I_p2、I_p3、I_v2、I_a、I_v1（r=0.734,0.636,0.742,0.727,p<0.01;r=0.449,p<0.05）显著正相关,与P₁、P₃（r=-0.730,-0.742,p<0.01）显著负相关;循环伏安法下提取氧化反应产生的电流峰值I._p1、I._p2,电流谷值I._v1、I._v2,还原反应产生电流峰值I._p3、I._p4,电流谷值I._v3、I._v4及电功率P.9个特征值。结果显示,米饭硬度与I._p1、I._v1（r=0.638,0.612,p<0.01）显著正相关,而与I._v2（r=-0.45,p<0.05）显著负相关;米饭的粘性与I._p2、P.（r=0.659,0.593,p<0.01）显著正相关,与I._v1、I._p4（r=-0.469,-0.46,p<0.05）显著负相关。（4）对基于电信号的米饭质构评价模型进行了构建及验证。利用上面筛选出的与米饭质构显著相关的电流特征值。依据多元线性回归方法,分别构建基于电信号的米饭硬度及粘性预测模型。循环伏安法下模型硬度及粘性预测的平均相对误差分别为8.84%和6.29%,估测效果均不理想。方波伏安法下模型硬度及粘性预测平均相对误差分别为4.5%和3.61%,总体误差均在理想范围内。（5）对电信号的大米级别判别模型进行了构建。依据米饭硬度及粘性,通过质心聚类分析手段将20种米样分成5级。利用筛选出与米饭质构显著相关的电流特征值,依据聚类结果,利用Fisher判别分别构建基于电信号的大米级别判别模型。两种技术下20种米样均被分为5级,分级正确率分别为70%,90%。因子分析对两种技术下的电参数进行降维处理,基于因子分析的Fisher判别分级正确率分别为80%,95%,分别高于直接电参数Fisher判别的10%,5%。因此,将电参数进行降维的因子分析更能反映