研究背景与研究机构

本文由 Shuxin Ye、Qing Gao、Danxia Shi、Abel Wend-Soo Zongo、Jinsong He 和 Bin Li 等科研人员联合完成，主要研究单位包括云南农业大学食品科学与技术学院和华中农业大学食品科学与技术学院。文章于 2024 年 10 月 29 日发表在期刊 Foods 上（Foods 2024, 13, 3453），并由 MDPI 出版社的 Creative Commons Attribution (CC BY) 许可开放获取。

研究背景与研究目的

学术背景与必要性
水稻（Oryza sativa L.）是全球近一半人口的主食之一，其中黑米（Black Rice）作为一种富含花青素的特色粮食，因其营养价值和口感被广泛关注。黑米的糙米（带糠层的状态）具有较高的营养价值，而精米（经过深度碾磨后的状态）由于口感柔和更容易被消费者接受。然而，过度碾磨导致的营养流失问题，使得合理优化黑米的加工处理（如梯度碾磨）成为一个平衡口感和营养的关键研究课题。特别地，某些挥发性风味化合物可能在碾磨过程中显著变化，从而影响消费者对其风味特性的感知。

研究目标
本研究旨在通过研究梯度碾磨对中国扬州黑米的蒸煮特性和感官特性的影响，揭示与挥发性风味化合物之间的内在关系，为优化黑米加工技术提供科学依据。研究重点包括水分分布与迁移、感官属性评估与挥发性风味物质分析。

研究流程与方法

本研究流程分为六大步骤：梯度碾磨处理、样品形态观察、蒸煮特性测定、低场核磁共振（NMR）与磁共振成像（MRI）分析、食用品质测试以及挥发性风味分析。

1. 梯度碾磨处理

研究选用具有2000多年种植历史的扬州黑米品种“Yanghei No. 3”作为试验材料。通过调整碾磨时间和速度，将黑米的加工度设置为0%（未碾磨）至10%（完全去除糠层），即生成6种具有不同碾磨度的样品，分别被标记为A（0%）、B（0.57%）、C（1.27%）、D（4.16%）、E（6.97%）和F（10.19%）。碾磨度根据样品重量损失计算。

2. 样品形态观察

采取扫描电子显微镜（SEM）观察不同碾磨样品的横截面和表面结构，评估黑米形态变化。结果显示，随着碾磨程度的提高，外部糠层逐渐脱落，淀粉内胚乳逐渐暴露，且蒸煮后完成明胶化处理后的样品中出现淀粉孔洞。

3. 蒸煮特性测定

采用国际标准 ISO 14864:1998 测定黑米样品的明胶化时间（蒸煮时间），并使用传统方法测量吸水率、膨胀体积和淀粉-碘蓝值反应。实验发现： - 明胶化时间：碾磨程度越高，烹饪时间越短（由36.85分钟降至23.54分钟）。
- 吸水率：未碾磨黑米（吸水率188.29%）远低于完全去壳样品（194.05%）。 - 膨胀体积：在样品间无显著差异。
糠层中蜡质和脂肪的疏水特性被认为是阻碍水分向米粒渗透的主要原因。

4. 水分分布与动态迁移分析

采用低场核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）技术，评估糠层屏障对水分分布的影响。
- NMR测试：T2松弛时间分布显示水的结合状态与糠层的完整性密切相关。碾磨后的样品表现出更大的T2值，表明其吸水性能增强。
- MRI图像：伪彩图像显示，随着糠层去除，米粒内部水分流动性显著提高，表明碾磨可促进水分向米粒中心迁移加速。

5. 食用品质测试

研究使用日本Satake开发的Taste Analyzer分析仪对不同碾磨样品进行综合口感得分评估，并组织25名受训志愿者参与黑米煮熟样品的感官测试。
- Taste Analyzer结果：得分从82（未碾磨）逐渐上升至86（轻度碾磨B样品），此后逐渐下降（至完全碾磨F的78分）。研究表明，适度碾磨改善了黑米的柔软度和粘弹性能，但过度碾磨却导致质地和粘性下降。
- 感官测试结果：略微碾磨的样品B在感官测试中表现出最高得分，属性包括味道、冷饭口感均有显著提高且保持一定糠层特有风味。

6. 挥发性风味分析

采用电子鼻（e-Nose）和气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析黑米关键挥发性风味化合物：
- 电子鼻测试：不同碾磨样品中传感器对挥发性化合物的响应值显著不同，主要体现在极性化合物、芳香族和非极性化合物的变化趋势。
- GC-MS分析：识别出包括2-戊基呋喃（2-pentyl-furan）和愈创木酚（Guaiacol）在内的12种主要挥发性化合物。这些化合物被认为是黑米熟成香气的关键贡献者，其随碾磨处理发生显著变化（例如，2-戊基呋喃从54.84 ng/g降低至12.72 ng/g）。

主要研究结果与结论

研究表明，略微碾磨有助于减少黑米蒸煮时间，提升吸水率并保留关键挥发性芳香物质，同时显著改善食用品质和感官属性。而过度碾磨虽然进一步缩短了蒸煮时间，但显著损失了黑米的独特风味和外层营养成分。因此，研究建议采用适度碾磨方法（如B样品）能够平衡黑米的营养保留与食用品质，是优化黑米加工的重要手段。

研究亮点与价值

1. 数据丰富：运用多种分析方法验证了碾磨对粒层结构、吸水率、感官与风味属性的广泛影响。
   
2. 创新性方法：结合低场NMR和MRI首次系统追踪黑米蒸煮过程中的水分迁移规律。
   
3. 应用价值：推广“适度加工”理念，为黑米加工工艺优化提供理论支持，平衡口感与健康需求。

本研究不仅深化了对扬州黑米品质的理解，也为食品工业领域的“梯度碾磨加工”提供了坚实的科学依据。这一研究成果对提升特色农产品经济价值及消费者健康饮食均具有重要意义。未来的研究可以聚焦于不同消费群体的口味偏好，进一步优化这些科研模型以服务日常饮食选择。