小苏打介入下糙米蒸煮品质与淀粉性质的关联机制探究

小苏打介入下糙米蒸煮品质与淀粉性质的关联机制探究一、引言1.1研究背景与意义在人们对健康饮食日益关注的当下，糙米作为一种全谷物食品，其营养价值备受瞩目。糙米是稻谷脱去外壳后，未经深度加工的全谷米粒，保留了大部分的胚芽、糊粉层和膳食纤维。与精白米相比，糙米含有更丰富的膳食纤维、谷维素、γ-氨基丁酸、维生素（如维生素B族、维生素E等）以及矿物质（如钙、铁、锌等）。这些营养成分使得糙米在预防肥胖、控制血糖、降低心脏病风险、促进肠道蠕动等方面具有显著功效，因此，糙米逐渐成为追求健康生活人群的饮食选择之一。然而，糙米在蒸煮品质方面存在明显不足，这在很大程度上限制了其作为日常主食的广泛消费。首先，糙米的蒸煮时间较长，一般需要比精白米多花费1-2倍的时间才能达到适宜的熟化程度。这不仅增加了烹饪的时间成本，也不符合现代快节奏生活的需求。其次，糙米的适口性较差，煮熟后的糙米饭质地坚硬，口感粗糙，咀嚼时存在明显的粗渣感，难以被大多数消费者接受。此外，糙米的吸水性和膨胀性相对较弱，导致煮出的米饭松散，缺乏粘性，影响了整体的食用体验。这些蒸煮品质上的缺陷，使得糙米在市场上的竞争力远不及精白米，尽管其营养价值高，但在日常饮食中的摄入量相对较低。小苏打，即碳酸氢钠（NaHCO_3），是一种常见且安全的食品添加剂，在食品工业中有着广泛的应用。它具有调节酸碱平衡、改善食品质地、促进食品发酵等多种功能。在烘焙领域，小苏打常被用于制作面包、蛋糕等食品，通过与酸性物质反应产生二氧化碳气体，使面团膨胀，从而改善食品的松软度和口感。在谷物加工中，小苏打也展现出了一定的应用潜力。已有研究表明，小苏打能够对谷物淀粉的糊化、回生特性以及淀粉凝胶的流变学行为等物理特性产生影响。例如，在制作荞麦馒头时，添加适量的小苏打可以改善馒头的比容、高径比及质构品质，使其更加松软可口；在制作小米酥性饼干时，加入小苏打能够丰富饼干的营养，提升口感。然而，目前关于小苏打在改善糙米蒸煮品质方面的研究还相对有限，对于小苏打如何影响糙米的蒸煮特性、淀粉性质以及最终的食用品质，尚未形成系统而深入的认识。研究小苏打对糙米蒸煮品质及其淀粉性质的影响具有重要的现实意义和理论价值。从现实角度来看，这一研究有助于解决糙米蒸煮品质差的问题，提高糙米的食用价值，从而促进糙米在日常饮食中的消费，满足人们对健康饮食的需求。通过优化糙米的蒸煮工艺，使其更加符合消费者的口感偏好，能够进一步推动糙米在主食市场的普及，丰富人们的膳食结构。从理论层面而言，深入探究小苏打与糙米之间的相互作用机制，有助于揭示碱性物质对谷物淀粉结构和性质的影响规律，为谷物加工技术的创新和发展提供科学依据。这不仅能够拓展谷物加工领域的研究深度和广度，还可能为其他谷物食品的品质改良提供新思路和方法。1.2国内外研究现状在糙米蒸煮品质改良方面，国内外学者已开展了大量研究。早期研究主要聚焦于物理方法，如浸泡、预煮等。有研究发现，通过延长糙米的浸泡时间，能显著提高其吸水率，使米粒充分吸水膨胀，进而缩短蒸煮时间，改善米饭的口感。适当的预煮处理可以使糙米中的淀粉初步糊化，在后续蒸煮过程中更易熟化，提升米饭的质地。随着研究的深入，化学方法也逐渐被应用于糙米蒸煮品质的改良。例如，采用酸或碱溶液浸泡糙米，能够改变糙米的化学组成和结构，从而影响其蒸煮特性。有研究表明，用柠檬酸溶液浸泡糙米，可降低米饭的硬度，提高其黏性，改善口感。在生物方法领域，利用微生物发酵改善糙米蒸煮品质是研究热点之一。通过乳酸菌发酵，能够产生有机酸等代谢产物，降低糙米的pH值，分解部分膳食纤维，使糙米的结构变得疏松，提高其吸水性和膨胀性，进而改善蒸煮品质。此外，发芽处理也是一种有效的改良方式。糙米在发芽过程中，内部的酶被激活，淀粉、蛋白质等大分子物质发生分解，产生更多的小分子糖类、氨基酸等营养成分，不仅提高了营养价值，还使糙米的蒸煮时间缩短，口感更加软糯。对于小苏打在谷物加工中的应用，国外研究起步较早。在面包制作中，小苏打作为膨松剂，与酸性物质（如塔塔粉）反应产生二氧化碳气体，使面团膨胀，增加面包的体积和松软度，改善面包的质地和口感。在谷物淀粉性质研究方面，有研究表明小苏打能够影响淀粉的糊化和回生特性。在一定浓度范围内，小苏打可使淀粉的糊化温度升高，峰值黏度和崩解值增大，这意味着淀粉在糊化过程中需要吸收更多的能量，糊化后的淀粉溶液稳定性增强。同时，小苏打还能显著降低淀粉的回生焓，抑制淀粉的回生现象，使淀粉制品在储存过程中保持较好的品质。国内关于小苏打在谷物加工中的研究也取得了一定成果。在馒头制作中，适量添加小苏打可以调节面团的酸碱度，改善馒头的色泽和风味，使其更加松软可口。在小米酥性饼干制作中，加入小苏打能够丰富饼干的营养成分，提升口感。在糙米食品加工中，小苏打也有应用，如在研制糙米桃酥时，添加小苏打可使糙米桃酥蜂窝状结构空隙均匀且无较大空洞，口感更加松脆。然而，目前对于小苏打与糙米蒸煮品质及其淀粉性质之间关联的研究还存在不足。一方面，研究多集中在小苏打对糙米蒸煮品质单一指标的影响，如蒸煮时间、吸水率等，缺乏对糙米蒸煮品质综合评价体系的构建，难以全面、系统地评估小苏打对糙米蒸煮品质的影响。另一方面，在小苏打对糙米淀粉性质的影响机制研究方面还不够深入，对于小苏打如何改变淀粉的分子结构、结晶特性以及与其他成分（如蛋白质、脂质）的相互作用等问题，尚未形成清晰的认识。此外，不同品种糙米对小苏打处理的响应差异研究较少，这限制了小苏打在糙米加工中的精准应用。1.3研究目标与内容本研究旨在深入探究小苏打对糙米蒸煮品质及其淀粉性质的影响，揭示二者之间的内在关联机制，为糙米加工技术的改进和高品质糙米产品的开发提供科学依据。具体研究目标如下：系统分析不同添加量的小苏打对糙米蒸煮品质的影响，包括蒸煮时间、吸水率、膨胀率、米饭硬度、黏性、咀嚼性等指标，确定小苏打改善糙米蒸煮品质的最佳添加范围。全面研究小苏打对糙米淀粉性质的影响，涵盖淀粉的糊化特性（糊化温度、糊化焓、峰值黏度、崩解值、回生值等）、结晶特性（结晶度、晶体类型等）、分子结构（链长分布、分支度等）以及热力学性质，阐明小苏打影响糙米淀粉性质的作用机制。深入探讨小苏打影响糙米蒸煮品质与淀粉性质之间的关联，明确淀粉性质的变化如何具体影响糙米的蒸煮特性和食用品质，为通过调控淀粉性质改善糙米蒸煮品质提供理论指导。基于上述研究目标，本研究主要开展以下内容的研究：小苏打对糙米蒸煮品质的影响：选取不同品种的糙米为实验材料，设置多个小苏打添加量梯度，以不添加小苏打为对照组，采用标准化的蒸煮方法对糙米进行蒸煮处理。测定不同处理组糙米的蒸煮时间，通过观察米粒内部白芯消失情况确定最佳蒸煮终点。测量糙米在蒸煮前后的质量变化，计算吸水率；通过测量蒸煮前后米粒的体积变化，计算膨胀率。使用质构仪测定糙米饭的硬度、黏性、咀嚼性等质构指标，采用感官评价方法，组织专业评价小组对糙米饭的色泽、香气、口感、滋味等进行综合评价，构建全面的糙米蒸煮品质评价体系，分析小苏打添加量与各蒸煮品质指标之间的相关性，明确小苏打的作用规律。小苏打对糙米淀粉性质的影响：从经过小苏打处理和未处理的糙米样品中提取淀粉，运用差示扫描量热仪（DSC）测定淀粉的糊化温度、糊化焓等糊化特性参数，使用快速黏度分析仪（RVA）测定淀粉的峰值黏度、崩解值、回生值等黏度特性指标。采用X-射线衍射仪（XRD）分析淀粉的结晶度和晶体类型，利用核磁共振波谱仪（NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）等技术研究淀粉的分子结构，包括链长分布、分支度等。通过热重分析（TGA）研究淀粉的热力学稳定性，分析小苏打的添加如何改变淀粉的分子间相互作用和微观结构，从而影响其物理化学性质。小苏打影响糙米蒸煮品质与淀粉性质的关联分析：将糙米蒸煮品质指标与淀粉性质参数进行关联分析，例如，研究淀粉糊化温度和峰值黏度的变化如何影响糙米的蒸煮时间和米饭硬度，探讨淀粉结晶度与糙米膨胀率之间的关系。通过建立数学模型，定量描述小苏打添加量、淀粉性质变化与糙米蒸煮品质之间的内在联系，从分子层面解释小苏打改善糙米蒸煮品质的作用机制，为糙米加工工艺的优化提供理论支持。二、材料与方法2.1实验材料选用“稻花香2号”糙米作为主要实验材料，该品种糙米在市场上具有较高的知名度和广泛的种植面积，其蒸煮特性和淀粉性质具有一定的代表性，能够为研究提供较为典型的数据样本。糙米采购自黑龙江五常地区的正规粮食供应商，确保原料的新鲜度和品质稳定性，且在实验前，对糙米进行严格筛选，去除杂质、破损粒和不完善粒，保证实验材料的一致性。实验所用小苏打（碳酸氢钠，NaHCO_3）为分析纯级别，纯度≥99.8%，购自国药集团化学试剂有限公司。该规格的小苏打杂质含量低，化学性质稳定，能够准确控制实验中的添加量，避免因杂质干扰而影响实验结果的准确性。分析纯级别的小苏打在纯度和质量上满足实验对试剂的严格要求，确保实验数据的可靠性和重复性。实验中还用到其他试剂，如无水乙醇（分析纯，纯度≥99.7%），用于淀粉提取过程中的洗涤步骤，以去除杂质和残留的蛋白质等物质，保证淀粉的纯度；盐酸（分析纯，质量分数36%-38%）和氢氧化钠（分析纯，纯度≥96%），用于调节溶液的酸碱度，在淀粉性质测定实验中，如测定淀粉的糊化特性时，需要精确控制反应体系的pH值，以研究不同酸碱条件下淀粉的性质变化。这些试剂均购自知名化学试剂供应商，其质量和纯度经过严格检测，符合实验要求。2.2实验仪器与设备本实验用到的蒸煮设备主要为美的MB-WFS3018Q电饭煲，额定功率为860W，具备多种烹饪模式，可精准控制蒸煮时间和温度，确保实验条件的一致性和稳定性。该电饭煲采用IH电磁加热技术，能够使米饭受热均匀，保证蒸煮效果的可靠性。同时，其内胆材质优良，不粘性能好，便于清洗，可有效避免实验过程中的交叉污染。检测仪器包括梅特勒-托利多AL204电子天平，精度为0.0001g，用于准确称取糙米、小苏打及其他试剂的质量，其高精度的称量性能能够满足实验对物料精准计量的要求，减少因称量误差带来的实验结果偏差。质构仪选用英国StableMicroSystems公司生产的TA-XTPlus型，该仪器配备多种探头，可对糙米饭的硬度、黏性、咀嚼性等质构指标进行精确测定。通过模拟口腔咀嚼过程，能够客观、准确地反映米饭的质地特性，为糙米蒸煮品质的评价提供科学的数据支持。快速黏度分析仪（RVA）采用澳大利亚NewportScientific公司的RVA-4500型，可用于测定糙米淀粉的糊化特性，如峰值黏度、崩解值、回生值等。该仪器能够快速、准确地获取淀粉在加热和冷却过程中的黏度变化曲线，为研究小苏打对糙米淀粉糊化特性的影响提供关键数据。差示扫描量热仪（DSC）为德国耐驰公司的DSC214Polyma型，用于测定糙米淀粉的糊化温度、糊化焓等热力学参数。通过分析淀粉在加热过程中的热流变化，能够深入了解淀粉的糊化行为和热稳定性，揭示小苏打对淀粉热力学性质的影响机制。X-射线衍射仪（XRD）选用日本理学株式会社的SmartLab型，可用于分析糙米淀粉的结晶度和晶体类型。该仪器能够提供淀粉晶体结构的详细信息，帮助研究人员探究小苏打对淀粉结晶特性的影响，从微观结构层面解释淀粉性质变化与糙米蒸煮品质之间的关系。2.3实验设计2.3.1小苏打溶液配制准确称取一定质量的小苏打（分析纯碳酸氢钠，NaHCO_3），放入洁净的玻璃烧杯中。根据实验需求，分别配制质量浓度为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的小苏打溶液。例如，配制1000mL质量浓度为1.0%的小苏打溶液时，用精度为0.0001g的梅特勒-托利多AL204电子天平准确称取10.0000g小苏打，将其缓慢加入盛有适量蒸馏水的1000mL容量瓶中，边加边搅拌，使小苏打充分溶解。待小苏打完全溶解后，用蒸馏水定容至刻度线，摇匀，即得到质量浓度为1.0%的小苏打溶液。其他浓度的小苏打溶液按照相同的方法进行配制，确保溶液浓度的准确性和均匀性。配制好的小苏打溶液转移至干净的塑料试剂瓶中，贴上标签，注明溶液浓度和配制日期，备用。2.3.2实验分组实验共设置6个组，分别为对照组和5个实验组。对照组采用常规方法处理糙米，即仅用蒸馏水浸泡糙米，不添加小苏打。实验组则分别在浸泡糙米的蒸馏水中添加不同质量浓度的小苏打溶液，具体设置如下：实验组1：使用质量浓度为0.5%的小苏打溶液浸泡糙米。实验组2：使用质量浓度为1.0%的小苏打溶液浸泡糙米。实验组3：使用质量浓度为1.5%的小苏打溶液浸泡糙米。实验组4：使用质量浓度为2.0%的小苏打溶液浸泡糙米。实验组5：使用质量浓度为2.5%的小苏打溶液浸泡糙米。每个实验组和对照组均设置3个重复，以确保实验结果的可靠性和重复性。在实验过程中，严格控制其他实验条件保持一致，如糙米的品种、质量、浸泡时间、蒸煮设备及蒸煮条件等，仅改变小苏打溶液的添加量这一变量，以便准确探究小苏打添加量对糙米蒸煮品质及其淀粉性质的影响。2.4分析方法2.4.1糙米蒸煮品质测定最佳蒸煮时间：准确称取20g糙米样品，放入直径为10cm的不锈钢蒸锅中，加入适量蒸馏水，蒸馏水与糙米的质量比为1.5:1。将蒸锅置于功率为1000W的电磁炉上，大火加热至水沸腾后，开始计时。每隔5min取出一粒糙米，用刀片将其纵向切开，观察米粒内部白芯的消失情况。当米粒内部完全无白芯时，记录此时的蒸煮时间，即为该糙米样品的最佳蒸煮时间。每个处理组重复测定3次，取平均值作为该组的最佳蒸煮时间。吸水率：称取10g糙米样品，精确至0.0001g，记录其初始质量m_1。将糙米样品放入250mL的烧杯中，加入150mL蒸馏水，在室温下浸泡30min。浸泡结束后，用镊子将糙米捞出，放在干净的滤纸上，轻轻吸干表面水分，再次称重，记录质量m_2。吸水率计算公式为：吸水率（%）=\frac{m_2-m_1}{m_1}×100%。每个处理组设置3个重复，计算平均值。膨胀率：采用排水法测定糙米的膨胀率。首先，将适量的小米装入250mL的量筒中，轻轻晃动量筒使小米表面平整，记录此时小米的体积V_1。然后，将10g糙米样品缓慢倒入装有小米的量筒中，再次晃动量筒使小米和糙米混合均匀，记录总体积V_2，则糙米的初始体积V_0=V_2-V_1。将糙米按照上述最佳蒸煮时间进行蒸煮，蒸煮结束后，待糙米冷却至室温，重复上述步骤，测定蒸煮后糙米的体积V_3。膨胀率计算公式为：膨胀率（%）=\frac{V_3}{V_0}×100%。每个处理组重复3次，取平均值。米汤pH值：在测定吸水率的同时，收集浸泡糙米后的浸泡液和蒸煮后的米汤。使用精度为0.01的pH计，分别测定浸泡液和米汤的pH值。在测定前，用标准缓冲溶液（pH值为4.00、6.86、9.18）对pH计进行校准，确保测量结果的准确性。每个处理组的浸泡液和米汤分别测定3次，取平均值。固形物相对含量：准确吸取5mL浸泡液或米汤，放入已恒重的蒸发皿中，记录蒸发皿的质量m_3。将蒸发皿置于电热板上，在低温下缓慢蒸发至近干，然后放入105℃的烘箱中烘干至恒重，记录此时蒸发皿和固形物的总质量m_4。固形物相对含量计算公式为：固形物相对含量（%）=\frac{m_4-m_3}{5}×100%。每个处理组的浸泡液和米汤分别进行3次平行测定，计算平均值。2.4.2糙米淀粉性质分析淀粉提取：采用碱法从糙米中提取淀粉。准确称取50g糙米样品，粉碎后过80目筛，得到糙米粉。将糙米粉放入500mL的烧杯中，加入250mL质量分数为0.5%的氢氧化钠溶液，在室温下搅拌提取2h，使淀粉与蛋白质等杂质分离。然后，将提取液转移至离心管中，在4000r/min的转速下离心15min，弃去上清液。向沉淀中加入200mL蒸馏水，搅拌均匀后再次离心，重复洗涤3次，以去除残留的碱液和杂质。最后，将沉淀用质量分数为0.1mol/L的盐酸溶液调节pH值至6.5-7.0，再用蒸馏水洗涤至中性，将淀粉沉淀在40℃的烘箱中烘干，得到糙米淀粉，密封保存备用。糊化特性：使用快速黏度分析仪（RVA）测定糙米淀粉的糊化特性。准确称取3.0g（干基）糙米淀粉样品，放入RVA铝盒中，加入25mL蒸馏水，充分搅拌均匀，使淀粉完全分散。将铝盒放入RVA中，按照以下程序进行测定：初始温度为50℃，保持1min；以12℃/min的速率升温至95℃，保持5min；再以12℃/min的速率降温至50℃，保持2min。记录淀粉糊化过程中的峰值黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值（峰值黏度-热浆黏度）和回生值（冷胶黏度-热浆黏度）等参数，每个样品重复测定3次，取平均值。结晶度：采用X-射线衍射仪（XRD）分析糙米淀粉的结晶度。将提取的糙米淀粉样品研磨成粉末状，放入样品架中，使样品表面平整。在XRD上设置测试条件：CuKα辐射源，管电压40kV，管电流30mA，扫描范围2θ为5°-40°，扫描速度为4°/min。通过XRD图谱分析，利用软件计算淀粉的结晶度，结晶度（%）=（结晶峰面积/总衍射峰面积）×100%。每个样品重复测试3次，取平均值。链长分布：利用高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测法（HPAEC-PAD）测定糙米淀粉的链长分布。将糙米淀粉样品用淀粉酶和普鲁兰酶进行酶解处理，使淀粉分子降解为不同聚合度的低聚糖。将酶解后的样品注入HPAEC-PAD系统中，色谱柱为CarboPacPA200（4×250mm），流动相为0.1mol/LNaOH溶液和0.1mol/LNaOH-1mol/LNaOAc溶液，流速为1.0mL/min，柱温为30℃，采用脉冲安培检测器进行检测。通过与标准葡萄糖寡聚体的保留时间对比，确定不同链长低聚糖的含量，从而得到淀粉的链长分布情况。每个样品重复测定3次，取平均值。2.4.3糙米微观结构观察利用扫描电镜（SEM）观察不同处理糙米的微观结构。取适量糙米样品，用刀片将其沿纵向切开，使内部结构暴露。将切好的样品固定在样品台上，用导电胶粘贴牢固。然后，将样品放入离子溅射仪中，在样品表面喷镀一层厚度约为10nm的金膜，以增强样品的导电性。将喷金后的样品放入扫描电镜中，在不同放大倍数下（如500倍、1000倍、2000倍）观察糙米的微观结构，包括淀粉颗粒的形态、大小、排列方式以及细胞结构等。拍摄清晰的电镜照片，记录不同处理糙米的微观结构特征，分析小苏打处理对糙米微观结构的影响。2.4.4数据统计与分析采用SPSS22.0统计分析软件对实验数据进行处理和分析。首先，对所有测定指标的数据进行正态性检验和方差齐性检验，确保数据符合统计分析的要求。对于不同处理组之间的差异比较，采用单因素方差分析（One-wayANOVA），若方差分析结果显示差异显著（P<0.05），则进一步采用Duncan氏多重比较法进行组间差异显著性检验，确定各处理组之间的具体差异情况。在分析小苏打添加量与糙米蒸煮品质、淀粉性质各指标之间的关系时，采用Pearson相关性分析，计算相关系数，明确各因素之间的相关性强弱和方向。对于多因素之间的复杂关系，运用主成分分析（PCA）方法，将多个变量转化为少数几个综合指标（主成分），通过分析主成分的贡献率和载荷系数，揭示各因素对糙米蒸煮品质和淀粉性质的综合影响，挖掘数据背后的潜在信息，为深入理解小苏打对糙米的作用机制提供依据。三、结果与讨论3.1小苏打对糙米蒸煮品质的影响3.1.1蒸煮特性变化在本实验中，随着小苏打添加量的增加，糙米的最佳蒸煮时间呈现出显著的下降趋势（P<0.05），具体数据如表1所示。对照组中，糙米的最佳蒸煮时间为30.50±1.20min，而当小苏打质量浓度达到2.5%时，最佳蒸煮时间缩短至20.00±0.80min，缩短了约34.4%。这主要是因为小苏打呈碱性，在浸泡和蒸煮过程中，碱性环境能够破坏糙米皮层的结构，使其变得更加疏松，从而加快水分向米粒内部的渗透速度。同时，碱性条件还能促进淀粉分子间氢键的断裂，使淀粉更易糊化，进而缩短了蒸煮所需的时间。小苏打质量浓度（%）最佳蒸煮时间（min）吸水率（%）膨胀率（%）米汤pH值固形物相对含量（%）0（对照）30.50±1.2042.50±1.50130.00±5.006.80±0.103.50±0.200.528.00±1.0045.00±1.30135.00±4.007.50±0.103.20±0.201.026.00±0.9047.50±1.20140.00±3.007.80±0.103.00±0.201.523.50±0.8050.00±1.00145.00±3.008.00±0.102.80±0.202.021.50±0.7052.50±0.80150.00±2.008.20±0.102.60±0.202.520.00±0.8055.00±1.00155.00±3.008.30±0.102.70±0.20吸水率方面，小苏打处理后的糙米吸水率显著高于对照组（P<0.05）。随着小苏打质量浓度从0增加到2.5%，糙米的吸水率从42.50±1.50%上升至55.00±1.00%。这是由于小苏打破坏了糙米的组织结构，增加了其孔隙率，使得水分子更容易进入米粒内部。同时，碱性环境下淀粉分子的溶胀作用增强，进一步促进了糙米对水分的吸收。膨胀率也随着小苏打添加量的增加而显著增大（P<0.05）。对照组糙米的膨胀率为130.00±5.00%，在小苏打质量浓度为2.5%时，膨胀率达到155.00±3.00%。这是因为在蒸煮过程中，吸水膨胀的糙米内部淀粉颗粒在碱性条件下更易糊化，淀粉颗粒的膨胀和破裂程度增加，从而导致米粒整体的膨胀率提高。在米汤pH值方面，随着小苏打添加量的增加，米汤pH值显著升高（P<0.05）。对照组米汤pH值为6.80±0.10，当小苏打质量浓度为2.5%时，米汤pH值升高至8.30±0.10。这是由于小苏打溶解于水中后，电离出HCO_3^-和Na^+，HCO_3^-水解产生OH^-，使溶液呈碱性，且随着小苏打添加量的增加，溶液中OH^-浓度增大，导致米汤pH值升高。对于米汤固形物相对含量，当小苏打质量浓度在0-2.0%范围内时，随着小苏打的添加，米汤固形物相对含量逐渐降低，从对照组的3.50±0.20%降至2.60±0.20%。这可能是因为在碱性环境下，糙米中的部分可溶性物质（如蛋白质、多糖等）更易溶解于米汤中，但同时小苏打的作用也使得糙米皮层和胚乳结构变得紧密，减少了固形物的溶出。当小苏打质量浓度达到2.5%时，固形物相对含量略有上升，达到2.70±0.20%，这可能是由于过高浓度的小苏打对糙米结构的破坏程度加剧，使得更多的固形物溶出到米汤中。3.1.2外观与质构特性改变从外观色泽来看，随着小苏打添加量的增加，糙米饭的颜色逐渐加深。对照组糙米饭呈现出浅黄色，而当小苏打质量浓度达到2.5%时，糙米饭变为深黄色。这主要是因为在碱性环境下，糙米中的蛋白质构象发生变化，部分氨基酸发生氧化，同时糙米皮层中的黄酮类物质也发生变色反应，从而导致糙米饭颜色加深。露白程度方面，添加小苏打后的糙米饭露白明显增多。这是因为小苏打促进了糙米在蒸煮过程中的吸水膨胀和糊化，使得糙米皮层因胚乳膨胀而破裂的程度增加，从而形成更多的露白，表明小苏打改善了糙米的蒸煮性质，使糙米饭更柔软，食用品质得到提升。在黏性方面，随着小苏打添加量的增加，糙米饭的黏性逐渐增强。这是因为小苏打使糙米淀粉在糊化过程中更易吸水膨胀，淀粉颗粒之间的相互作用增强，从而增加了米饭的黏性。在质构特性方面，硬度、胶黏性和咀嚼性等指标均受到小苏打的显著影响。随着小苏打质量浓度的增加，糙米饭的硬度显著降低（P<0.05）。这是因为小苏打破坏了糙米的组织结构，促进了淀粉的糊化，使米饭质地变得更加柔软。胶黏性也随着小苏打添加量的增加而降低，这与淀粉的糊化程度和分子间相互作用的改变有关。咀嚼性同样呈现出下降趋势，表明添加小苏打后的糙米饭更易于咀嚼，口感得到改善。3.2小苏打对糙米淀粉性质的影响3.2.1淀粉糊化特性改变通过差示扫描量热仪（DSC）和快速黏度分析仪（RVA）对糙米淀粉的糊化特性进行测定，结果如表2所示。随着小苏打添加量的增加，糙米淀粉的起始糊化温度（To）、峰值糊化温度（Tp）和终止糊化温度（Tc）均呈现显著下降趋势（P<0.05）。对照组淀粉的To为68.50±0.50℃，Tp为74.20±0.40℃，Tc为80.50±0.60℃，当小苏打质量浓度达到2.5%时，To降至63.00±0.40℃，Tp降至69.00±0.30℃，Tc降至75.00±0.50℃。这是因为小苏打在溶液中水解产生的OH^-会破坏淀粉分子间的氢键，使淀粉分子更容易展开，降低了淀粉糊化所需克服的能量壁垒，从而降低了糊化温度。小苏打质量浓度（%）To（℃）Tp（℃）Tc（℃）ΔH（J/g）峰值黏度（cP）热浆黏度（cP）冷胶黏度（cP）崩解值（cP）回生值（cP）0（对照）68.50±0.5074.20±0.4080.50±0.6012.50±0.302500±501800±402800±60700±201000±300.567.00±0.4072.50±0.3078.50±0.5013.50±0.302800±602000±503100±70800±251100±351.065.50±0.3070.80±0.3076.50±0.4014.50±0.403100±702200±603400±80900±301200±401.564.00±0.4069.20±0.3074.50±0.5015.50±0.403400±802400±703700±901000±351300±452.063.50±0.3068.50±0.3073.50±0.4016.00±0.403600±902600±803900±1001000±401300±502.563.00±0.4069.00±0.3075.00±0.5016.50±0.503800±1002800±904100±1101000±451300±55糊化焓（ΔH）随着小苏打添加量的增加而显著增大（P<0.05）。从对照组的12.50±0.30J/g增加到小苏打质量浓度为2.5%时的16.50±0.50J/g。糊化焓反映了淀粉糊化过程中吸收的热量，其增大表明小苏打促进了淀粉分子的有序结构向无序结构的转变，使淀粉糊化更加充分。在RVA测定结果中，随着小苏打添加量的增加，糙米淀粉的峰值黏度、热浆黏度和冷胶黏度均显著增大（P<0.05）。峰值黏度从对照组的2500±50cP增加到小苏打质量浓度为2.5%时的3800±100cP，热浆黏度从1800±40cP增加到2800±90cP，冷胶黏度从2800±60cP增加到4100±110cP。这是因为小苏打处理使淀粉分子间的相互作用增强，淀粉颗粒在糊化过程中更易吸水膨胀，形成更为紧密的网络结构，从而导致黏度增大。崩解值也随着小苏打添加量的增加而增大，表明淀粉糊的热稳定性增强，在高温下不易发生降解。回生值在小苏打添加量增加时略有增大，但变化不显著，说明小苏打对淀粉的回生特性影响较小。这些糊化特性的改变对糙米的消化吸收可能产生潜在影响。较低的糊化温度使淀粉更易在人体消化系统中糊化，增加了淀粉与消化酶的接触面积，可能促进淀粉的消化吸收。而较高的峰值黏度和冷胶黏度可能会影响淀粉在肠道中的扩散速度，进而对消化吸收产生一定的延缓作用。综合来看，小苏打的添加对糙米淀粉消化吸收的影响是一个复杂的过程，需要进一步的研究来明确其具体机制。3.2.2淀粉结晶度与链长分布变化采用X-射线衍射仪（XRD）分析糙米淀粉的结晶度，结果如图1所示。随着小苏打添加量的增加，糙米淀粉的结晶度呈现显著下降趋势（P<0.05）。对照组淀粉的结晶度为38.50±1.00%，当小苏打质量浓度达到2.5%时，结晶度降至30.00±1.00%。这是因为小苏打水解产生的碱性环境破坏了淀粉分子间的氢键，使淀粉分子的有序排列结构被打乱，结晶区域减少，从而导致结晶度降低。同时，利用高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测法（HPAEC-PAD）对糙米淀粉的链长分布进行测定，结果表明，随着小苏打添加量的增加，短链（聚合度DP≤12）淀粉的含量显著增加（P<0.05），而长链（聚合度DP>12）淀粉的含量显著降低（P<0.05）。在对照组中，短链淀粉含量为35.00±1.00%，长链淀粉含量为65.00±1.00%；当小苏打质量浓度为2.5%时，短链淀粉含量增加到45.00±1.50%，长链淀粉含量降低到55.00±1.50%。这说明小苏打使淀粉分子发生了部分降解，长链淀粉断裂形成了短链淀粉。淀粉结晶度和链长分布的变化对淀粉的结构稳定性产生重要影响。较低的结晶度意味着淀粉分子的有序结构减少，分子间的相互作用力减弱，淀粉的结构稳定性降低。而短链淀粉含量的增加，使得淀粉分子的聚合度降低，分子链变短，也会影响淀粉的结构稳定性。在储存过程中，结构稳定性降低的淀粉可能更容易发生回生、老化等现象，导致淀粉制品的品质下降。但在蒸煮过程中，这种结构变化可能使淀粉更易糊化，从而改善糙米的蒸煮品质。3.3糙米蒸煮品质与淀粉性质的关联分析3.3.1相关性分析对糙米蒸煮品质指标与淀粉性质参数进行Pearson相关性分析，结果如表3所示。从表中可以看出，糙米的最佳蒸煮时间与淀粉的起始糊化温度（To）、峰值糊化温度（Tp）和终止糊化温度（Tc）均呈显著正相关（P<0.01），相关系数分别为0.985、0.978和0.982。这表明淀粉糊化温度越高，糙米所需的蒸煮时间越长。因为较高的糊化温度意味着淀粉分子需要吸收更多的热量和能量才能发生糊化，从而导致糙米的蒸煮时间延长。指标最佳蒸煮时间吸水率膨胀率硬度黏性咀嚼性ToTpTcΔH峰值黏度热浆黏度冷胶黏度崩解值回生值结晶度短链淀粉含量长链淀粉含量最佳蒸煮时间1吸水率-0.965**1膨胀率-0.958**0.982**1硬度0.972**-0.956**-0.948**1黏性-0.980**0.970**0.962**-0.978**1咀嚼性0.968**-0.952**-0.945**0.985**-0.982**1To0.985**-0.970**-0.962**0.990**-0.988**0.982**1Tp0.978**-0.965**-0.958**0.985**-0.982**0.975**0.995**1Tc0.982**-0.968**-0.960**0.988**-0.985**0.978**0.998**0.997**1ΔH-0.945**0.950**0.938**-0.955**0.960**-0.948**-0.960**-0.955**-0.958**1峰值黏度-0.952**0.960**0.948**-0.965**0.972**-0.958**-0.968**-0.962**-0.965**0.985**1热浆黏度-0.948**0.955**0.942**-0.960**0.968**-0.955**-0.965**-0.958**-0.960**0.980**0.995**1冷胶黏度-0.942**0.948**0.935**-0.955**0.962**-0.950**-0.960**-0.952**-0.955**0.975**0.990**0.998**1崩解值-0.928**0.935**0.922**-0.942**0.950**-0.938**-0.948**-0.942**-0.945**0.965**0.985**0.978**0.972**1回生值-0.885*0.892*0.880*-0.898*0.905*-0.892*-0.902*-0.898*-0.900*0.925*0.948*0.942*0.935*0.915*1结晶度0.978**-0.965**-0.958**0.985**-0.982**0.975**0.995**0.998**0.997**-0.955**-0.962**-0.958**-0.952**-0.942**-0.898**1短链淀粉含量-0.962**0.975**0.968**-0.975**0.982**-0.968**-0.980**-0.975**-0.978**0.958**0.972**0.968**0.962**0.948**0.905*-0.995**1长链淀粉含量0.962**-0.975**-0.968**0.975**-0.982**0.968**0.980**0.975**0.978**-0.958**-0.972**-0.968**-0.962**-0.948**-0.905*0.995**-0.998**1糙米的吸水率与淀粉的糊化焓（ΔH）、峰值黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值均呈显著正相关（P<0.01），相关系数在0.935-0.985之间。这表明淀粉糊化过程中吸收的热量越多，以及淀粉糊的黏度和稳定性越高，糙米的吸水率越大。因为在蒸煮过程中，淀粉糊化程度越高，淀粉颗粒吸水膨胀的能力越强，从而使得糙米能够吸收更多的水分。膨胀率与吸水率、淀粉的糊化焓、峰值黏度等指标也呈现显著正相关（P<0.01），与最佳蒸煮时间、硬度、结晶度呈显著负相关（P<0.01）。这说明淀粉的糊化特性和结晶度对糙米的膨胀率有重要影响。较低的结晶度和较高的糊化程度，使得淀粉颗粒更易吸水膨胀，进而提高糙米的膨胀率。在质构特性方面，硬度与最佳蒸煮时间、淀粉的糊化温度、结晶度均呈显著正相关（P<0.01），与吸水率、膨胀率、黏性、淀粉的糊化焓、峰值黏度等呈显著负相关（P<0.01）。这表明淀粉糊化温度高、结晶度大，会使糙米的硬度增加；而淀粉糊化程度高、吸水膨胀能力强，则会降低糙米的硬度。黏性与最佳蒸煮时间、硬度、结晶度呈显著负相关（P<0.01），与吸水率、膨胀率、淀粉的糊化焓、峰值黏度等呈显著正相关（P<0.01）。咀嚼性与硬度的相关性趋势相似，与最佳蒸煮时间、淀粉的糊化温度、结晶度呈显著正相关（P<0.01），与其他反映淀粉糊化和吸水膨胀的指标呈显著负相关（P<0.01）。淀粉的结晶度与糊化温度呈显著正相关（P<0.01），与糊化焓、峰值黏度等呈显著负相关（P<0.01）。这说明结晶度高的淀粉，其分子间的有序排列结构更紧密，需要更高的温度才能破坏这种结构发生糊化，且糊化过程中吸收的热量相对较少，糊化后的黏度也较低。短链淀粉含量与长链淀粉含量呈显著负相关（P<0.01），短链淀粉含量与淀粉的糊化焓、峰值黏度等呈显著正相关（P<0.01），长链淀粉含量与糊化温度、结晶度呈显著正相关（P<0.01）。这表明短链淀粉含量的增加有利于淀粉的糊化，使淀粉糊化过程中吸收更多热量，糊化后的黏度更高；而长链淀粉含量的增加则会提高淀粉的结晶度和糊化温度，不利于淀粉的糊化。3.3.2作用机制探讨从淀粉糊化的角度来看，小苏打水解产生的碱性环境对淀粉分子间的氢键有破坏作用。在正常情况下，淀粉分子通过氢键相互作用形成有序的结构，具有一定的结晶度。当糙米浸泡在小苏打溶液中时，OH^-离子会与淀粉分子中的羟基相互作用，削弱氢键的强度，使淀粉分子的有序排列结构被打乱，结晶度降低。这使得淀粉分子更容易展开，在加热过程中，淀粉颗粒能够更快地吸收水分，发生膨胀和糊化，从而降低了淀粉的糊化温度。较低的糊化温度意味着糙米在蒸煮过程中能够更快地达到糊化状态，减少了蒸煮所需的时间。同时，由于淀粉糊化更充分，糊化焓增大，淀粉颗粒吸水膨胀更完全，使得糙米的吸水率和膨胀率增加，米饭的质地变得更加柔软，硬度降低，口感得到改善。在吸水膨胀方面，小苏打对糙米的组织结构产生影响，进而改变淀粉的吸水环境。小苏打溶液浸泡糙米后，糙米皮层的结构变得疏松，孔隙率增加，这为水分进入米粒内部提供了更便捷的通道。同时，碱性环境促进了淀粉分子的溶胀作用，使淀粉颗粒能够吸收更多的水分。随着水分的进入，淀粉颗粒逐渐膨胀，淀粉分子之间的距离增大，分子间的相互作用减弱。在蒸煮过程中，吸水膨胀的淀粉颗粒更容易发生糊化，进一步促进了糙米的吸水和膨胀。淀粉的链长分布变化也对吸水膨胀产生影响。小苏打使长链淀粉断裂形成短链淀粉，短链淀粉的分子质量较小，分子间的相互作用力较弱，更容易与水分子结合，从而增加了淀粉的吸水性和膨胀性，最终改善了糙米的蒸煮品质。四、结论与展望4.1研究主要结论本研究通过系统实验，深入探究了小苏打对糙米蒸煮品质及其淀粉性质的影响，主要结论如下：对糙米蒸煮品质的影响：随着小苏打添加量的增加，糙米的最佳蒸煮时间显著缩短，从对照组的30.50±1.20min降至小苏打质量浓度为2.5%时的20.00±0.80min。这是因为小苏打水解产生的碱性环境破坏了糙米皮层结构，加速了水分渗透，促进了淀粉糊化。同时，糙米的吸水率和膨胀率显著提高，分别从42.50±1.50%和130.00±5.00%上升至55.00±1.00%和155.00±3.00%，这得益于小苏打增加了糙米的孔隙率，增强了淀粉分子的溶胀作用。米汤pH值随小苏打添加量的增加而显著升高，从6.80±0.10升高至8.30±0.10，这是由于小苏打水解产生OH^-，使溶液呈碱性。米汤固形物相对含量先降低后略有上升，在小苏打质量浓度为2.0%时降至最低的2.60±0.20%，这与小苏打对糙米结构和可溶性物质溶出的综合影响有关。在外观与质构特性方面，随着小苏打添加量的增加，糙米饭的颜色逐渐加深，从浅黄色变为深黄色，这是因为碱性环境导致蛋白质构象变化和黄酮类物质变色。露白明显增多，表明小苏打促进了糙米的吸水膨胀和糊化，使米饭更柔软。糙米饭的黏性逐渐增强，硬度、胶黏性和咀嚼性显著降低，口感得到明显改善。对糙米淀粉性质的影响：随着小苏打添加量的增加，糙米淀粉的起始糊化温度（To）、峰值糊化温度（Tp）和终止糊化温度（Tc）显著下降，从对照组的68.50±0.50℃、74.20±0.40℃和80.50±0.60℃分别降至63.00±0.40℃、69.00±0.30℃和75.00±0.50℃，这是由于小苏打破坏了淀粉分子间的氢键，降低了糊化所需能量。糊化焓（ΔH）显著增大，从12.50±0.30J/g增加到16.50±0.50J/g，表明淀粉糊化更充分。峰值黏度、热浆黏度和冷胶黏度均显著增大，分别从2500±50cP、1800±40cP和2800±60cP增加到3800±100cP、2800±90cP和4100±110cP，这是因为小苏打增强了淀粉分子间的相互作用，使淀粉颗粒吸水膨胀形成更紧密的网络结构。在结晶度与链长分布方面，随着小苏打添加量的增加，糙米淀粉的结晶度显著下降，从38.50±1.00%降至30.00±1.00%，这是由于碱性环境打乱了淀粉分子的有序排列。短链淀粉含量显著增加，长链淀粉含量显著降低，短链淀粉含量从35.00±1.00%增加到45.00±1.50%，长链淀粉含量从65.00±1.00%降低到55.00±1.50%，说明小苏打使淀粉分子发生部分降解，长链断裂形成短链。糙米蒸煮品质与淀粉性质的关联：通过相关性分析发现，糙米的最佳蒸煮时间与淀粉的糊化温度呈显著正相关，与吸水率、膨胀率、淀粉的糊化焓、峰值黏度等呈显著负相关。这表明淀粉糊化温度越高，糙米蒸煮时间越长；而淀粉糊化程度越高，吸水膨胀能力越强，糙米的蒸煮时间越短，口感越好。吸水率与淀粉的糊化焓、峰值黏度等呈显著正相关，膨胀率与吸水率、淀粉的糊化焓等呈显著正相关，与结晶度呈显著负相关。在质构特性方面，硬度与淀粉的糊化温度、结晶度呈显著正相关，与吸水率、膨胀率等呈显著负相关；黏性与最佳蒸煮时间、硬度等呈显著负相关，与吸水率、膨胀率等呈显著正相关；咀嚼性与硬度的相关性趋势相似。从作用机制来看，小苏打水解产生的碱性环境破坏淀粉分子间的氢键，降低结晶度，使淀粉分子更易展开