张义茹1,2，张彬1,2，马芳芳1,2，邢国芳1,2，李红英1,2，韩渊怀1,2
（1山西农业大学农学院，山西太谷030801；2农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，太原030031）
摘要：为了探索不同品种小米吸水率、吸水速率与蒸煮时间之间的关系，对7 个谷子品种采用离心沥水法测定了1 h 内不同时间的吸水率、吸水速率，采用直接蒸煮试验测定了米粒蒸煮开花时间，通过研究吸水率、吸水速率不同变化曲线、并将其与蒸煮时间进行相关分析及聚类分析。结果表明，7 个品种小米0~2 min 吸水率曲线急剧上升，2~60 min 基本呈2 种趋势上升，其中5 个品种吸水率变化呈缓慢上升的S型曲线，其余2 个品种吸水率变化趋于直线上升。小米2~20 min 内的吸水率、吸水速率与蒸煮时间均呈极显著负相关关系，30 min 后吸水率与蒸煮时间仍为负相关，而吸水速率与蒸煮时间为正相关。小米吸水特点为前期吸水快，后期吸水慢，每个品种小米2 min 吸水率均是吸水率变化陡缓转变的拐点，2 min 吸水速率均是吸水速率变化的高峰值，因此小米2 min 的吸水率和吸水速率可作为其吸水的2个特征值；由于小米的吸水率与蒸煮时间呈极显著负相关关系，通常蒸煮时间短的类型蒸煮品质好，因此可以把谷子2 min 的吸水率或吸水速率作为快速鉴定谷子优良蒸煮品质的方法，也可作为谷子品质育种中蒸煮品质的简单筛选方法。
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关键词 ：小米；吸水率；吸水速率；蒸煮时间；蒸煮品质
中图分类号：S332.3 文献标志码：A 论文编号：2014-0939
0 引言
近年来，随着生活水平的提高和膳食结构的改善，人们开始注重营养的全方位，小杂粮作为药食同源的食品资源越来越受到人们的青睐。谷子是重要的小杂粮作物，由其制作的传统食物小米粥营养丰富，备受国人推崇乃至世界的关注。小米粥口感风味的好坏决定于小米品质的优劣，中国谷子品种繁多，不同品种制成的小米粥，其粘稠度、色、香、味各有差异，因此开展谷子蒸煮品质相关基础研究对谷子品种改良与小米制品加工具有重要意义。吸水率和蒸煮时间是谷物品种固有的特性，不同谷物品种吸水率和蒸煮时间不同，与其食味品质密切相关。然而，在谷子品质育种上还没有简易、快速可行的方法能够大规模地对杂交后代或诱变群体进行蒸煮特色的筛选，因而，探索适宜的高效筛选手段对品种育种有着重要意义。
近几年有关谷物品种的吸水率及品质研究主要集中在稻米上，小米等其他谷物研究报道相对较少。大量研究表明，稻米的吸水率受稻米品种、浸泡时间、浸泡温度的影响[1-2]；稻米吸水率与温度、浸泡时间呈正比，米饭的品质与吸水率呈抛物线关系[3]；米饭的香气、色泽、形态与加热吸水率呈显著负相关[4]，米饭粘度[5]、米汤的碘蓝值[6]与加热吸水率呈显著正相关；直链淀粉含量影响大米的膨胀率和吸水率，是影响大米食用品质的最主要因素；蛋白质含量直接影响米粒的吸水性，蛋白质含量高，吸水速度慢，吸水量少；大米蒸煮时间长，蛋白质含量低的大米，其米饭更具香味、柔软性和粘性[7]；米粒的形态与吸水率、膨胀率关系密切，长粒型吸水率和膨胀率高，短粒型吸水率和膨胀率低[8]；米饭的最佳蒸煮时间受米水比率的影响，米饭的硬度与米粒吸水密切相关[9]。米饭初始蒸煮时吸水量的多少影响蛋白质的水化及淀粉的分散性与粘性浓度，从而影响米饭质地[10]。这些研究为谷物品种的筛选与食品加工奠定了理论基础。谷子作为中国重要的小杂粮作物，其较高的营养价值越来越受到中国乃至世界的关注，目前对谷子的研究大多集中于品质育种，有关蒸煮性状方面的研究仅有加水量对小米方便粥加工工艺影响[11]、加水量对小米粥中挥发性风味成分影响[12]等研究，而关于谷子的吸水特性和蒸煮开花时间的研究未见报道，因此，笔者通过对几种谷子品种在常温状态下的吸水特性和米粒蒸煮开花时间等进行研究，以期探讨谷子吸水特性及其与蒸煮开花时间的关系，为谷子品质育种和食品加工提供理论依据和参考。
1 材料与方法
1.1 材料和仪器
‘晋谷21号’、‘晋谷28号’、‘吨谷1号’、‘吨谷3号’、‘原平小谷’、‘晋谷36 号’、‘豫谷1 号’（脱壳挑选的小米）；15 mL 离心管（底部用2 号缝衣针均匀扎5 个小孔），脱脂棉，50 mL、500 mL 烧杯，电子分析天平(d=0.1 mg)，SC-3610低速离心机，封闭恒温电磁炉。
1.2 试验设计与方法
1.2.1 吸水率测定
（1）试验设计。谷子浸泡时间梯度为2、4、6、8、10、20、30、40、50、60 min；7 个品种同一批次处理时间，完全随机设计，3 次重复，室温20℃左右。
（2）试验方法。离心沥水称重法，离心时间与离心速度采用笔者已研究确定的300 r/min 离心3 min 测定方法[13]。
（3）操作步骤。称量小米2 g 左右，准确记录g 数（精确到0.1 mg），装入已称重编号底部打孔的15 mL离心管中，盖上离心管盖（不要拧紧），同时浸入装有蒸馏水的500 mL烧杯内，使米粒完全浸没水中，保障有足够的吸水空间，浸泡时间到后同时拿出沥水1 min，并用脱脂棉吸除离心管底部水滴。离心机管底部垫3 cm×3 cm干脱脂棉，300 r/min 离心3 min，称重并记录。每次处理单独进行，依次实施。每次离心时离心管底部均更换为干脱脂棉。
1.2.2 米花开裂时间测定每个处理加水30 mL，盖盖，电磁炉5 档煮沸，然后加10 粒未经浸泡的谷米于烧杯中，电磁炉4 档恒温，观察记录米粒开裂时间。
1.2.3 吸水率、吸水速率计算方法吸水率即单位小米的吸水百分率，计算方法：
吸水率=[(小米吸水后重量-小米吸水前重量)/小米吸水前重量]×100%
吸水速率即单位时间每g 小米吸水的g 数，计算方法：
吸水速率(g/g.min)=(Tj吸水率-Ti吸水率)/(Tj-Ti)式中：Ti、Tj为吸水时间(min)(Tj>Ti)。
1.3 数据分析
采用DPS数据处理系统。
2 结果与分析
2.1 吸水率变化
不同品种小米吸水率变化差异不同，由表1 和图1可以看出，每个品种小米0~2 min 吸水率曲线急剧上升，2~60 min 基本呈2 种趋势上升。1 h 内小米吸水率较高的品种为‘晋谷21’、‘晋谷28’、‘原平小谷’、‘吨谷1 号’、‘晋谷36 号’，其2~60 min 吸水率变化呈缓慢上升的S 型曲线；1 h 内谷子吸水率较低的品种为‘豫谷1 号’、‘吨谷3 号’，其2~60 min 吸水率变化趋于直线上升。2~40 min 内，吸水率较高的为‘晋谷21’、‘晋谷28’、‘原平小谷’3 个小米品种，50 min后‘吨谷1 号’吸水率迅速升高并超过三者，居第一位，其中‘晋谷21’与‘晋谷28’吸水率变化曲线属于同一类型。
2.2 吸水速率变化
不同小米品种吸水速率变化各不相同，由表2 和图2 可以看出，2 min 时每个品种吸水速率均为最高值，4 min迅速下降，之后呈缓慢下降趋势，但品种间吸水速率彼此有较大差异。‘晋谷21’、‘晋谷28 号’在4~6 min 吸水速率上升，6~60 min 平缓下降；‘吨谷1 号’、‘吨谷3 号’、‘晋谷36’、‘豫谷1 号’、‘原平小谷’、‘吨谷1号’4~60 min吸水速率呈波动下降，其中‘吨谷1号’在50 min时有较高峰值，但之后迅速下降。
2.3 吸水率、吸水速率变化聚类分析
为了进一步探讨不同小米品种吸水变化的同质性，对吸水率、吸水速率变化进行了R聚类分析，图3、图4 可以看出，两者聚类结果相似，分类结果一致，分类结果为：（1）粗分为3 类：①‘晋谷21’、‘晋谷28’；②‘吨谷1 号’；③‘吨谷3 号’、‘豫谷1 号’、‘晋谷36’、‘原平小谷’。（2）细分为4 类：①‘晋谷21’、‘晋谷28’；②‘吨谷1 号’；③‘吨谷3 号’、‘豫谷1 号’、‘晋谷36’；④‘原平小谷’。
2.4 吸水率、吸水速率与蒸煮时间的关系
2.4.1 吸水率与蒸煮时间的关系将吸水率与蒸煮时间进行相关分析如表3 所示，2~60 min 内不同时间的吸水率与蒸煮时间均呈负相关关系；总体分析，2~40 min内不同时间的吸水率与蒸煮时间呈极显著负相关（仅4 min 的吸水率与蒸煮时间不显著）；50~60 min 不同时间的吸水率与蒸煮时间也呈负相关关系，但不显著。2~40 min 吸水率彼此间呈显著或极显著正相关关系；50~60 min 吸水率与任何时间的吸水率也呈正相关关系，但不显著（仅50 min 和60 min 吸水率之间达极限著正相关）。
2.4.2 吸水速率与蒸煮时间关系将吸水速率与蒸煮时间进行相关分析如表4 所示，总体分析，2~20 min 不同时间吸水速率与蒸煮时间呈极显著负相关关系（仅4 min 例外），30~60 min 内与蒸煮时间成正相关关系，但不显著（仅40 min 极显著）。2 min 吸水速率与4~30 min 的吸水速率呈正相关关系，与40~60 min 的吸水速率呈负相关关系；除极少数外，40~60 min 吸水速率与其之前的任何时间的吸水速率呈负相关关系，多数不显著。
3 结论与讨论
不同品种小米的吸水率变化不同。参试的7 个品种小米0~2 min 吸水率曲线急剧上升，2~60 min 基本呈2 种趋势上升，其中5 个品种吸水率变化呈S型曲线缓慢上升，其余2 个品种吸水率变化趋于直线上升。从‘晋谷21号’品种吸水率分析可知，‘晋谷21 号’饱和吸水率约34%[13]，2 min 吸水率可达到饱和吸水率的31%，10 min 可达到饱和吸水率55%以上，40 min 可达到饱和吸水率的92%，即10~40 min 吸取了饱和吸水率的37%，说明谷子前期（10 min 内）吸水快，后期吸水慢，这符合谷物品种籽粒的吸水规律，水分进入籽粒后，先进入胚芽，之后内子叶，最后胚乳，胚乳主要由淀粉组成，结构致密，因此后期吸水缓慢[14]。有研究表明大米中蛋白质含量的多少影响米饭蒸煮时的吸水，大米蒸煮时吸水水量的多少与蛋白质的水解作用及淀粉的糊化程度相关，从而影响米饭的质地[10]。由研究结果可知，谷子2~20 min 内的吸水率、吸水速率与蒸煮时间均呈极显著负相关，30 min 后吸水率与蒸煮时间仍为负相关，30 min 后吸水速率与蒸煮时间变为正相关。这个结果说明谷子2~20 min 内任何时间的吸水率或吸水速率越大，蒸煮时间越短。
小米2 min 吸水率是吸水率变化陡缓转变的拐点，2 min 吸水速率是吸水速率变化的高峰值，因此可以认为小米2 min 的吸水率和吸水速率是小米吸水的特征值，由于其与蒸煮时间呈极显著负相关，而蒸煮时间短的类型蒸煮品质好[15]，因此可以用谷子2 min 的吸水率或吸水速率作为快速鉴定优良蒸煮品质小米的方法，也可作为谷子品质育种中优良蒸煮品质简单鉴选的方法。谷子品质包括营养品质、碾米品质、外观品质、蒸煮食味品质等，衡量品质性状最重要的是蒸煮食味品质。测定小米蒸煮食味品质有2 种，一种是直接蒸煮试验和感官品尝，另一种是化学成分测定分析法（间接测定法）[4]，前者带有主观性，标准不一，且用米量大，对育种后代鉴定不实用；后者所用的仪器设备昂贵，不适合大量品种的品质鉴别。通过测定不同品种谷子2 min 的吸水率或吸水速率，其方法简单快捷，用米量小，成本低，对初步鉴定谷子蒸煮品质及品质育种具有重要意义和使用价值。
综合聚类分析与2 min 吸水速率分析，‘晋谷21’、‘晋谷28’归为1 类，二者2 min吸水速率和吸水率在参试的7 个品种中排名第一、第二，且数据接近，因此这2个品种的小米蒸煮加工品质最好，实际上‘晋谷21’是目前大家公认的品质最好的品种，进一步说明2 min吸水速率或吸水率作为粗略鉴别和筛选小米优良蒸煮品质是有效的；‘原平小谷’2 min吸水速率和吸水率排名第三，单独分为1 类，是蒸煮品质较好的品种；‘吨谷1 号’2 min 吸水速率和吸水率居中，排名第四，单独分为1 类，蒸煮品质中等；‘吨谷3 号’、‘豫谷1 号’、‘晋谷36’归为1 类，2 min 吸水速率和吸水率较小、数据接近，蒸煮品质一般。
温度的高低影响米粒的吸水率，有试验证明如果浸泡时间相同，水温越高，吸水率越高[3]，因此，应用2 min吸水速率或吸水率粗略评估蒸煮品质时，应控制水温尽量一致，与CK品种同时处理，使试验误差减少到最小，这样才可保证试验结果的准确性。
本实验以7 个小米品种为对象开展研究，其结果代表性是否具有普遍性，还需进一步大量试验验证。此外如能进一步探讨谷子种子吸水率或吸水速率的特征值并研发对应的快速测定方法，这样既不需要碾米，又不浪费种子，测定过的种子还可以种植，这将对谷子品质育种中后代品质的快速鉴定和初选会更加实用。
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