大米蒸煮溶出淀粉對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)的影響及米飯質(zhì)構(gòu)的電化學(xué)評(píng)價(jià)

大米蒸煮溶出淀粉對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)的影響及米飯質(zhì)構(gòu)的電化學(xué)評(píng)價(jià)大米的蒸煮質(zhì)構(gòu)特性被認(rèn)為是大米食味品質(zhì)中最重要的因素,因?yàn)樗碇罪埖倪m口性（粘性、彈性、硬度等）。大米在蒸煮過程中,米粒吸水溶脹,細(xì)胞壁破裂,導(dǎo)致直鏈淀粉及支鏈淀粉從米粒中溶出（游離）。隨著水分的蒸發(fā),米湯中的淀粉逐漸包裹在米飯表面形成保水膜,這層保水膜與米飯的質(zhì)構(gòu)特性有關(guān),是決定米飯食味的根本。米飯的質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)方法包含主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩類。由于主觀評(píng)價(jià)法存在操作繁瑣耗時(shí)長,主觀性強(qiáng)等缺點(diǎn)。因而探尋利用客觀、可靠的分析方法對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)逐漸成為研究熱點(diǎn)。本研究首先通過掃描電子顯微技術(shù)表征米飯蒸煮過程中溶出的直鏈及支鏈淀粉在米飯表面的分布,解釋了溶出的淀粉影響米飯質(zhì)構(gòu)的機(jī)制。然后利用電化學(xué)數(shù)據(jù)采集裝置采集不同米樣米湯的電化學(xué)信號(hào),分析電流特征值與米飯質(zhì)構(gòu)的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建米湯電信號(hào)的米飯質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)模型及大米級(jí)別判別模型,從而實(shí)現(xiàn)基于電化學(xué)技術(shù)對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)定量檢測(cè)和大米等級(jí)評(píng)價(jià)。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:（1）研究了大米蒸煮過程中淀粉的溶出機(jī)制及米飯粘附層的形成機(jī)理。在低于50℃條件下,附著在米粒表面的淀粉游離到米湯中。在60℃時(shí),水分通過淀粉細(xì)胞間隙進(jìn)入米粒內(nèi)部同直鏈及支鏈淀粉發(fā)生水合作用,氫鍵被破壞,膠束區(qū)解體,淀粉溶脹糊化,直鏈淀粉從米胚乳組織中溶出。當(dāng)溫度升至70℃時(shí),支鏈淀粉從米胚乳組織內(nèi)溶出。溶出的直鏈及支鏈淀粉一部分停留在米粒的表面形成米飯的粘附層,大部分則游離到米湯中,米湯中的直鏈淀粉相互交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而支鏈淀粉形成團(tuán)塊結(jié)構(gòu)。伴隨著蒸煮溫度的升高,粘附層及米湯中淀粉含量均有增加。當(dāng)達(dá)到85℃時(shí),溶出的淀粉量達(dá)到最大值。從此刻開始,組織中不會(huì)發(fā)生新固形成分的溶出。隨著溫度的升高,米湯中的淀粉逐漸包裹在米飯表面形成新的粘附層,即米飯的保水膜。（2）研究了大米蒸煮中溶出的直鏈及支鏈淀粉對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)的影響。采用正丁醇-異戊醇反復(fù)結(jié)晶法,分離純化米湯中的直鏈及支鏈淀粉,用提純的直鏈及支鏈淀粉取代米湯進(jìn)行煮飯。分離出米湯導(dǎo)致米飯硬度（28.45N-19.42N）及粘性（1.74N·s-1.19N·s）明顯降低。隨著回填的直鏈及支鏈淀粉的增多,米飯硬度及粘性逐漸增加。掃描電鏡下顯示,大米蒸煮中淀粉的溶出導(dǎo)致米粒表面產(chǎn)生大小不等的孔洞,使米飯的質(zhì)地變得松軟且不粘滑。停留在米飯表面的淀粉相互交織并形成具有空隙的“糊花”。隨著水分的蒸發(fā),米湯中的短鏈直鏈淀粉開始遷移并進(jìn)入帶有“糊花”的孔洞中,同時(shí),長鏈直鏈淀粉通過氫鍵開始交聯(lián),形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)覆蓋在了米飯表面被填充的孔洞上。當(dāng)孔洞被填平時(shí),余下的短鏈直鏈淀粉固定到三維網(wǎng)狀的節(jié)點(diǎn)上,從而導(dǎo)致了米飯表面凸凹不平的淀粉體結(jié)構(gòu)。進(jìn)入孔洞的直鏈淀粉通過氫鍵與孔洞內(nèi)的支鏈淀粉側(cè)鏈上的羥基連接,導(dǎo)致了米飯較硬的質(zhì)地。而覆蓋在被填充的孔洞上的淀粉體進(jìn)一步加強(qiáng)了分子間的相互作用,使米飯結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)實(shí)。游離出的支鏈淀粉通過交聯(lián)形成團(tuán)塊,當(dāng)水分蒸發(fā)時(shí),團(tuán)塊相互凝聚形成了一層粘性較強(qiáng)的膜覆蓋在凸凹的淀粉體上,導(dǎo)致米飯粘性增強(qiáng)。米飯表面的凸起物越低且上面覆蓋的膜越厚越光滑,米飯硬度越小粘性越大,煮出的米飯食味品質(zhì)越好。（3）對(duì)方波伏安法及循環(huán)伏安法兩種電化學(xué)技術(shù)下米湯電信號(hào)與米飯硬度及粘性的關(guān)系進(jìn)行了研究。直鏈淀粉及支鏈淀粉含量相近的米樣,米飯的硬度及粘性差別較大。米飯硬度與米湯直鏈淀粉含量顯著正相關(guān)（r=0.616,p<0.01）,而米飯粘性與米湯中支鏈淀粉含量正相關(guān)（r=0.632,p<0.01）。利用三電極數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)置采集不用樣品的米湯電信號(hào),Ag/AgCl電極為參比電極,Pt電極為輔助電極,工作電極為Au裸電極。利用Origin8.5軟件,方波伏安法下提取電流峰I_p1、I_p2、I_p3,電流谷I_v1、I_v2、I_v3,電功率P₁、P₂、P₃及電流均值I_a10個(gè)特征值。結(jié)果表明米飯硬度與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）顯著負(fù)相關(guān),而與P₃（r=0.505,p<0.05）顯著正相關(guān);米飯的粘性與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）顯著正相關(guān),與P₁、P₃（r=-0.730,-0.742,p<0.01）顯著負(fù)相關(guān);循環(huán)伏安法下提取氧化反應(yīng)產(chǎn)生的電流峰值I._p1、I._p2,電流谷值I._v1、I._v2,還原反應(yīng)產(chǎn)生電流峰值I._p3、I._p4,電流谷值I._v3、I._v4及電功率P.9個(gè)特征值。結(jié)果顯示,米飯硬度與I._p1、I._v1（r=0.638,0.612,p<0.01）顯著正相關(guān),而與I._v2（r=-0.45,p<0.05）顯著負(fù)相關(guān);米飯的粘性與I._p2、P.（r=0.659,0.593,p<0.01）顯著正相關(guān),與I._v1、I._p4（r=-0.469,-0.46,p<0.05）顯著負(fù)相關(guān)。（4）對(duì)基于電信號(hào)的米飯質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了構(gòu)建及驗(yàn)證。利用上面篩選出的與米飯質(zhì)構(gòu)顯著相關(guān)的電流特征值。依據(jù)多元線性回歸方法,分別構(gòu)建基于電信號(hào)的米飯硬度及粘性預(yù)測(cè)模型。循環(huán)伏安法下模型硬度及粘性預(yù)測(cè)的平均相對(duì)誤差分別為8.84%和6.29%,估測(cè)效果均不理想。方波伏安法下模型硬度及粘性預(yù)測(cè)平均相對(duì)誤差分別為4.5%和3.61%,總體誤差均在理想范圍內(nèi)。（5）對(duì)電信號(hào)的大米級(jí)別判別模型進(jìn)行了構(gòu)建。依據(jù)米飯硬度及粘性,通過質(zhì)心聚類分析手段將20種米樣分成5級(jí)。利用篩選出與米飯質(zhì)構(gòu)顯著相關(guān)的電流特征值,依據(jù)聚類結(jié)果,利用Fisher判別分別構(gòu)建基于電信號(hào)的大米級(jí)別判別模型。兩種技術(shù)下20種米樣均被分為5級(jí),分級(jí)正確率分別為70%,90%。因子分析對(duì)兩種技術(shù)下的電參數(shù)進(jìn)行降維處理,基于因子分析的Fisher判別分級(jí)正確率分別為80%,95%,分別高于直接電參數(shù)Fisher判別的10%,5%。因此,將電參數(shù)進(jìn)行降維的因子分析更能反映