納米抗菌包裝對胚芽米儲藏過程中陳化的抑制作用

謝駿琦，李莉，時優(yōu)，沈婷，陳宇潔，洪陽，曹崇江

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納米抗菌包裝對胚芽米儲藏過程中陳化的抑制作用

謝駿琦，李莉，時優(yōu)，沈婷，陳宇潔，洪陽，曹崇江

（南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210003）

【】胚芽米的營養(yǎng)價值相當(dāng)豐富，具有廣闊的市場前景，但其極易變質(zhì)且不易儲藏的現(xiàn)狀是影響其推廣的一大問題。探索胚芽米陳化過程中的成分變化及劣變情況，開發(fā)一種符合市場需求的、能夠延緩胚芽米陳化的新型納米抗菌包裝材料?！尽恳晕鍍?yōu)稻4號胚芽米為試材，以普通聚乙烯包裝材料為對照，分別制備兩種不同的納米抗菌包裝材料，在常溫環(huán)境下（25℃、65%濕度）儲藏胚芽米28 d。每7 d取樣一次，分別檢測包裝材料內(nèi)部氣體組成及胚芽米儲存過程中菌落總數(shù)、脂肪酶活力、脂肪酸總量、淀粉糊化特性等指標(biāo)；在初期和末期檢測脂肪酸組成，胚芽米胚乳切面微觀結(jié)構(gòu)，以及納米包裝薄膜本身的抗菌性。比較抗菌性納米包裝材料對延緩胚芽米陳化的作用?！尽堪b袋內(nèi)部氣體組成檢測數(shù)據(jù)表明，納米包裝材料改變了包裝袋內(nèi)部氣體組成，降低了O2/CO2的比值，低氧環(huán)境也抑制了胚芽米的呼吸作用。抑菌性試驗數(shù)據(jù)顯示，兩種納米抗菌包裝材料的抑菌性能較好，對大腸埃希氏菌與大米霉菌的抗菌率分別達(dá)99%與95%以上。普通包裝下的胚芽米常溫貯藏第28天菌落數(shù)即達(dá)41×104cfu/g，而同期兩種納米包裝下的胚芽米霉菌數(shù)僅分別為17×104cfu/g與18×104cfu/g（＜0.05）；抗菌包裝中的胚芽米脂肪酶活性值較低，減少了游離脂肪酸的產(chǎn)生；胚芽米的脂肪酸組成適宜人體，較為合理，其初始不飽和比例為71.22%，貯藏28 d后普通包裝下的胚芽米脂肪酸不飽和度為65.95%，而兩種抗菌包裝分別下降至69.10%與67.41%，變化幅度較小；抗菌包裝中的胚芽米淀粉糊化特征值變化小，即口感劣變較慢；從胚乳切面微觀結(jié)構(gòu)上看，納米抗菌包裝材料在一定程度上具有延緩胚芽米陳化的作用，其內(nèi)部淀粉質(zhì)體裂解程度較低?！尽砍丨h(huán)境下胚芽米陳化較快，霉菌繁殖、脂肪分解及結(jié)構(gòu)等變化反應(yīng)了胚芽米的陳化過程。納米抗菌包裝材料抑制了霉菌生長并能調(diào)節(jié)包裝材料內(nèi)部氣體組成，達(dá)到降低胚芽米劣變速度與延緩陳化的作用。

胚芽米；儲藏；陳化；納米抗菌包裝材料；抑菌作用

0 引言

【研究意義】胚芽米又稱留胚米，是稻谷加工過程中保留了80%以上胚芽的大米，營養(yǎng)價值較高。胚芽米由于胚芽的存在，其脂肪含量、蛋白質(zhì)含量、維生素、礦物質(zhì)等含量都遠(yuǎn)高于精米[1]。同時，胚芽中存在大量對人體有益的不飽和脂肪酸、必需氨基酸等。糙米營養(yǎng)價值略高于胚芽米，但由于口感較差、消化吸收性差、含抗?fàn)I養(yǎng)性的植酸等原因，難以推廣。胚芽米結(jié)合了精米的優(yōu)質(zhì)口感與糙米的營養(yǎng)價值，是一種較為理想的優(yōu)質(zhì)主糧。但胚芽米胚芽由于失去了稻殼、糠皮的保護(hù)，暴露在外，極易滋生霉菌。再加上胚芽米本身的呼吸作用，使脂肪酶、淀粉酶、蛋白酶等物質(zhì)分泌過多，會分解胚芽米中的營養(yǎng)物質(zhì)，加速陳化，影響口感。密封包裝的胚芽米在常溫環(huán)境下，僅30 d左右的保質(zhì)期，無法達(dá)到糧食常規(guī)的加工、運(yùn)輸、銷售及食用周期。目前中國市場上的胚芽米普遍采用傳統(tǒng)的塑料復(fù)合薄膜進(jìn)行真空小包裝，通過“現(xiàn)磨現(xiàn)賣”或“先下單后加工”的方式售賣胚芽米，以此縮短銷售儲藏時間，降低食用周期，保證胚芽米的品質(zhì)。若想市場化大規(guī)模銷售胚芽米，其儲藏時間過短是一個務(wù)必要解決的問題。【前人研究進(jìn)展】在臺灣地區(qū)，胚芽米的包裝方式是先將袋內(nèi)抽真空，后充入一定CO2，抑制胚芽米的呼吸作用[2-3]。嚴(yán)松等[3]認(rèn)為，對胚芽米儲藏時間影響最大的是環(huán)境溫度，其次是氣調(diào)方式，最后是微波強(qiáng)度，密封包裝有利于胚芽米的儲藏保鮮[4]。王麗群[5]等認(rèn)為內(nèi)源性酶類與胚芽米儲藏期間的陳化密切相關(guān)，陳化的米胚中過氧化氫酶（CAT1）和抗壞血酸過氧化物酶（APX1）這類抗氧化酶基因的表達(dá)減少會導(dǎo)致米胚中活性氧的聚集，致使胚芽米失活[6]。目前，國際上鮮有研究胚芽米儲藏的新型包裝材料。當(dāng)前，60%—70%的大米采用塑料薄膜的包裝方式進(jìn)行包裝貯藏。納米Ag具有高效的殺菌性能，不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn)，是近年來材料研究的一大熱點(diǎn)；納米TiO2、SiO2則具有高度光催化活性，成本低，耐酸堿腐蝕，長期作用無損耗等特性；目前，納米材料已應(yīng)用于包括肉類、果蔬、奶制品等多種食品的包裝，并發(fā)揮了一定作用[7-9]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】新型納米抗菌包裝材料以PE為基礎(chǔ)，添加一定量納米Ag、TiO2、SiO2無機(jī)抗菌劑以產(chǎn)生多效抑菌與緩釋抑菌作用，此外添加的多項輔助劑料如分子篩等，用以調(diào)節(jié)包裝材料內(nèi)部的氣體組成，具有創(chuàng)新性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】霉菌的繁殖與脂肪的氧化是胚芽劣變的重要原因，因此控制胚芽米儲藏過程中霉菌生長，改變包裝材料中氣體組成較為重要。本研究采用納米抗菌包裝材料對胚芽米進(jìn)行小包裝儲藏，擬通過抗菌及改變包裝材料內(nèi)氣體組成達(dá)到延緩胚芽米的陳化作用。

1 材料與方法

試驗于2016年9—12月在南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)行。

1.1 材料與試劑

胚芽米：品種為五優(yōu)稻4號，2016年10月產(chǎn)于黑龍江省五常市。留胚率大于80%，初始水分含量15.03%，表面含少量糊粉層。

氫氧化鉀、95%乙醇、無水乙醇、酚酞、鄰苯二甲酸氫鉀、無水乙醚、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、甲醇、無水硫酸鈉、石油醚、濃鹽酸、氯化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、戊二醛、叔丁醇、乙腈（上述試劑均為分析純）。正己烷（色譜純）、氫氧化鉀（優(yōu)級純）、純油脂，參照GB/T 5523—2008制備。孟加拉紅瓊脂、營養(yǎng)瓊脂、大腸埃希氏菌ATCC25922，上海魯微科技有限公司。SP-2560毛細(xì)管柱（100 m×0.25 mm×0.2 μm）、3%含量納米Ag（載體為磷酸鋯），南京海泰納米材料有限公司。30%含量納米Ag（載體為二氧化硅），常州英中納米科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

間向平行雙螺桿擠出機(jī)KTE20/500-4-40、塑料造粒機(jī)（南京科爾擠出裝備有限公司），吹膜機(jī)JFYC-28（金方圓機(jī)械制造有限公司），F(xiàn)S-100型——FS-500型塑料薄膜封口機(jī)（德清拜杰電器有限公司），F(xiàn)OX型多段編程人工氣候箱（寧波東南儀器有限公司），OXYBABYM+O2/CO2便攜式氣體分析儀（上海眾林機(jī)電設(shè)備有限公司），無菌均質(zhì)器（無錫沃信儀器有限公司），智能光照培養(yǎng)箱GHP-250（上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司），Agilent 6890E氣相色譜儀（安捷倫科技有限公司），4500快速黏度測定儀（rapid viscosity meter，RVA）（波通瑞華科學(xué)儀器有限公司），S-3000N掃描電子顯微鏡（日本日立公司）。

1.3 方法

1.3.1 包裝材料制備

納米母粒1：15.55%的納米復(fù)合粉體（30%的3%Ag含量納米Ag，35%納米TiO2，25%納米凹凸棒土，10%納米SiO2）和49.01%LDPE、23.44%LLDPE、9%分散劑、1%潤滑劑、2%偶聯(lián)劑混合，倒入塑料造粒機(jī)造粒，制得納米母粒。

納米母粒2：11.66%的納米復(fù)合粉體（4%的30%Ag含量納米Ag，48%納米TiO2，34.3%納米凹凸棒土，13.7%納米SiO2）、51.64%LDPE、24.7% LLDPE、9%分散劑、1%潤滑劑、2%偶聯(lián)劑混合，倒入塑料造粒機(jī)造粒，制得納米母粒。

分子篩母粒：20%的ZSM-5分子篩、46% LDPE、22%LLDPE、9%分散劑、1%潤滑劑與2%偶聯(lián)劑混合，倒入塑料造粒機(jī)造粒，制得分子篩母粒。

納米抗菌材料1：7.5%的分子篩母粒（9%分散劑，1%潤滑劑，2%偶聯(lián)劑）、7.5%的納米母粒1、42.5%LDPE和42.5%LLDPE混合造粒制成。

納米抗菌材料2：7.5%的分子篩母粒（9%分散劑，1%潤滑劑，2%偶聯(lián)劑）、5.63%的納米母粒2、43.44%LDPE和43.44%LLDPE混合造粒制成。

普通包裝材料：50%LDPE和50%LLDPE混合造粒制成。

依次按配方比例制備含Ag 1.4 g?kg-1的納米母粒1、納米母粒2，以及分子篩母粒。隨后通過吹膜機(jī)制備3種包裝袋，規(guī)格為35 cm×15 cm，單層厚度100 μm。

1.3.2 儲藏條件 分別稱取胚芽米400 g，裝入普通包裝材料、納米抗菌包裝材料1、納米抗菌包裝材料2，各6袋，袋中預(yù)留適量空氣。將恒溫恒濕箱環(huán)境設(shè)定為25℃、65%濕度，模擬常溫環(huán)境儲藏胚芽米。將18袋胚芽米放入恒溫恒濕箱，每7 d采樣一次進(jìn)行指標(biāo)檢測。

1.3.3 包裝材料內(nèi)O2與CO2體積分?jǐn)?shù)測定 參照文獻(xiàn)[10]所提供的方法，用OXYBABY M＋O2/CO2便攜式氣體分析儀測定。

1.3.4 塑料薄膜抗菌性測定 將3種包裝材料剪成10 cm×10 cm大小，在無菌條件下，以生理鹽水為溶劑吸取適當(dāng)濃度的菌液1 ml置于3種包裝材質(zhì)薄膜上，覆蓋普通包裝薄膜保存24 h后，進(jìn)行菌落計數(shù)。比較3種包裝材料上培養(yǎng)得到的菌落數(shù)量，得到抗菌性能比對。以普通包裝材料作為空白樣品，計算：

1.3.5 霉菌菌落總數(shù)測定 參照GB 4789.15—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗霉菌和酵母計數(shù)》進(jìn)行測定。

1.3.6 脂肪酶活性測定 參照GB/T 5523—2008《糧油檢驗糧食、油料脂的脂肪酶活動度的測定》進(jìn)行測定。

1.3.7 游離脂肪酸含量測定 參照GB/T 5510— 2011《糧油檢驗糧食油料脂肪酸值測定》進(jìn)行測定。

1.3.8 胚芽米脂肪酸組成

1.3.8.1 測定方法 采用國標(biāo)GB/T 17377—2008《動植物油脂脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》對處理好的胚芽米油肪酸甲酯進(jìn)行GC測定，并采用面積歸一化法計算各種脂肪酸的相對含量。

1.3.8.2 胚芽米油脂提取 稱取25 g胚芽米米粉，加入95%乙醇浸泡，再加入7 mol?L-1鹽酸溶液60 mL，放入80℃恒溫水浴鍋中消化30 min。冷卻，用乙醚與石油醚混合液提取脂肪，用無水Na2SO4干燥并蒸餾除去溶劑，提取胚芽米油脂。

1.3.8.3 脂肪酸甲酯化 取50 mg油樣，加入10 mL具塞試管，再加15 mL 1 mol?L-1KOH-CH3OH溶液；50℃水浴振蕩加熱30 min，使其充分甲酯化；加入3 mL正己烷，振蕩均勻后靜置2 min；取上清液2 mL于10 mL試管中，加少許無水Na2SO4；進(jìn)行氣相色譜測定。

1.3.8.4 氣相色譜條件 氫離子化檢測器（FID），SP-2560毛細(xì)柱（100 m×0.25 mm×0.2 μm），進(jìn)樣口溫度250℃，分流比10﹕1，進(jìn)樣1.0 μL，載氣為氮?dú)?，流?0 cm?s-1（2 mL?min-1），升溫程序為：初溫130℃并保持6 min，然后以3℃?min-1的速率升至240℃并保持35 min。

1.3.9 胚芽米淀粉糊化特性 參照文獻(xiàn)[11]所提供方法進(jìn)行測定。

1.3.9.1 大米淀粉提取 取50 g米粉，加入1﹕5（m/m）石油醚磁力攪拌3 h后靜置棄去上清液；干燥后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05% 的NaOH攪拌20 h后；3 000×離心10 min，棄上清液；加入同樣比例的NaOH攪拌20 h后離心，水洗3遍；用0.1 mol?L-1HCl調(diào)節(jié)勻漿pH至7.5，加入0.14 g中性蛋白酶，37℃條件下攪拌3 h后，離心，水洗3遍后，將沉淀物冷凍干燥，得到淀粉。

1.3.9.2 大米淀粉的糊化特性：準(zhǔn)確稱取3 g淀粉加入25 mL去離子水，用RVA測定峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值、消減值和糊化溫度。加熱程序為：以160 r/min的恒定轉(zhuǎn)速與13℃?min-1的速率從50℃升溫至95℃；95℃維持3 min；再以13℃?min-1速率降溫至50℃，50℃保持4 min。每個樣品重復(fù)3次。

1.3.10 胚芽米掃描電子顯微鏡前處理 參照文獻(xiàn)[12]所提供方法進(jìn)行測定。

取20—25粒完整大米樣品放于培養(yǎng)皿中，用2.5%戊二醛浸泡2 h進(jìn)行固定，用pH 7.8的磷酸緩沖液漂洗3次，再用超純水清洗3次后，分別用30%、50%、60%、70%、80%、90%和100%乙醇脫水。再分別用50%、70%和100%叔丁醇浸泡10 min后，用叔丁醇、乙腈混合液干燥樣品，攔腰切割，放置于黑色導(dǎo)電雙面膠并固定在載物臺上，放入離子濺射儀的噴金室，濺射電流為1.5 mA，加速電壓15 kV，濺射時間90 s，處理完畢后，掃描電鏡不同放大倍率下觀察大米胚部形態(tài)及淀粉組織結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組試驗重復(fù)3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。數(shù)據(jù)使用JMP10.0與SPSS19.0統(tǒng)計軟件分析，采用Student t檢驗法，顯著差異選用＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 3種包裝材料內(nèi)O2與CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況

胚芽米儲藏過程中，自主呼吸較為強(qiáng)烈，會消耗O2。由圖1可知，3種袋內(nèi)的O2體積分?jǐn)?shù)逐漸降低，由20.1%分別下降至14.9%、11.8%、11.6%；CO2體積分?jǐn)?shù)逐漸升高，由0.69%分別升至2.43%、3.16%、3.43%；O2/CO2體積分?jǐn)?shù)比值則由29.13分別下降至6.13、3.73與3.38。普通包裝材料的透氧率較高，而抗菌包裝材料中，加入的ZSM-5分子篩能夠降低材料透氧率，使材料中的氧氣被利用，一直維持材料內(nèi)低氧狀態(tài)。數(shù)據(jù)顯示，納米抗菌材料可對袋內(nèi)氣體組成進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到抑制呼吸的作用。

2.2 包裝材料抑菌性檢測

采用大腸埃希氏菌與霉菌作為抑菌試驗的菌種。由圖2可知，兩種納米抗菌材料檢測中微生物繁殖數(shù)量極少。以無抗菌性能的普通材料為對照，抗菌性測定中納米抗菌材料1與抗菌材料2的大腸埃希氏菌的抗菌率分別為99.80%與99.94%；對霉菌的抗菌率則分別為95.22%與96.57%。數(shù)據(jù)顯示同等包裝材料對細(xì)菌的殺菌效果優(yōu)于對霉菌的殺菌效果，這是由于霉菌的生命力較強(qiáng)，短時間內(nèi)，抗菌材料無法充分發(fā)揮抑菌功效。

2.3 菌落總數(shù)測定

由圖3可知，新鮮胚芽米霉菌數(shù)量為530 cfu/g，貯藏28 d后普通包裝材料中胚芽米霉菌量上升到41×104cfu/g，遠(yuǎn)高于納米抗菌材料1中的18×104cfu/g與抗菌材料2中的17×104cfu/g。說明納米抗菌材料具有明顯的抑菌作用，與抑菌性試驗結(jié)果相一致。大米的霉菌繁殖數(shù)量是判定大米儲藏狀況的重要指標(biāo)。檢測到胚芽米中的霉菌與精白米類似，主要是白曲霉與黃曲霉。霉菌中含有一定的脂肪酶、蛋白酶等，隨著霉菌的大量繁殖，胚芽米中大量存在的油脂、蛋白質(zhì)會被快速分解為脂肪酸、氨基酸，加速胚芽米的陳化。因此，防霉保鮮對于胚芽米的儲藏至關(guān)重要。

圖1 3種包裝方式下袋內(nèi)O2（A）與CO2（B）體積分?jǐn)?shù)變化

圖2 3種包裝材質(zhì)下霉菌和大腸埃希氏菌生長情況

2.4 脂肪酶活力測定

稻谷中的脂肪酶能水解甘油三酯形成脂肪酸與甘油，是影響其陳化變質(zhì)的重要因素[13]。脂肪酶活性越高，水解產(chǎn)生游離脂肪酸的能力越強(qiáng)。稻谷在儲藏過程中，隨儲藏時間的延長，本身的脂肪酶活性會逐漸降低。由圖4可知，在25℃，3種包裝材料中胚芽米的脂肪酶活性均呈先下降后上升的趨勢，但兩種抗菌性納米包袋內(nèi)的酶活性都低于普通袋內(nèi)的數(shù)值。儲藏過程中抗菌包裝的胚芽米脂肪酶活性最低值約為2.9 mg?g-1，低于普通材料包裝胚芽米的3.6 mg?g-1。同時，普通材料包裝的胚芽米在儲藏21 d后，脂肪酶活性的上升速率較高。較低的脂肪酶活性可以延緩胚芽米的陳化變質(zhì)，延長儲藏時間?？梢酝茢喑?，抗菌包裝材料抑制脂肪酶活性的作用降低了脂肪水解速率，提高了胚芽米的貯藏效果。

圖3 3種包裝胚芽米的霉菌菌落總數(shù)生長情況

圖4 3種材料包裝胚芽米脂肪酶活性變化情況

2.5 游離脂肪酸含量測定

油脂的變化是影響胚芽米酸敗變質(zhì)的最主要因素，脂肪酸值的高低直接反應(yīng)了胚芽米的變質(zhì)程度。由圖5可知，新鮮胚芽米的脂肪酸值為28.03 mg KOH/100 g干基。儲藏期間，3種材質(zhì)包裝的胚芽米脂肪酸值在儲藏14 d后差距顯現(xiàn)。普通包裝材料中的胚芽米脂肪酸值最終達(dá)到87.8 KOH/100 g干基，納米抗菌材料1與抗菌材料2中僅分別為67.2與63.8 KOH/100 g干基。與脂肪酶活性變化趨勢相對應(yīng)，證明用納米抗菌材料包裝胚芽米能有效減緩油脂水解，減少游離脂肪酸生成。

圖5 3種材料包裝胚芽米游離脂肪酸變化情況

2.6 脂肪酸組成變化

脂類的變化被認(rèn)為是導(dǎo)致陳化的最主要因素。由表1可知，測得胚芽米脂肪酸組成主要包括肉蔻酸（C14:0）、棕櫚酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）、亞油酸（C18:2）、亞麻酸（C18:3）、花生酸（C20:0）、山崳酸（C22:0）、芥酸（C22:1）、木焦油酸（C24:0）等，占胚芽米脂肪酸總量的98%以上，其中亞油酸、油酸、棕櫚酸占總脂肪酸含量的90%以上。兩種納米抗菌材料中的胚芽米不飽和脂肪酸比例分別為69.1%與67.4%，高于普通包裝材料中的65.95%，更接近新鮮值，使胚芽米保持較好的營養(yǎng)價值，對人體較有益。納米抗菌包裝材料對胚芽米霉菌繁殖、脂肪酶活性、自主呼吸作用的抑制，減少了油脂的水解，達(dá)到延長胚芽米儲藏時間的作用。

2.7 胚芽米淀粉的糊化特性

胚芽米淀粉是由直鏈淀粉、中間級分和支鏈淀粉組成的高分子化合物[9]，多種因素的作用改變了淀粉的糊化特性，影響了胚芽米的口感。由表2可以看出，隨著儲藏時間的延長，不同包裝胚芽米的峰值黏度、崩解值都上升至高點(diǎn)后開始下降；熱漿黏度、最終黏度總體處于上升趨勢；糊化溫度則先下降后快速上升。整體上，普通包裝材料中的胚芽米淀粉糊化程度大于納米抗菌包裝材料中的胚芽米。

表1 儲藏28 d后3種材料包裝胚芽米脂肪酸組成變化

A：初始數(shù)據(jù)；B：普通包裝材料；C：納米抗菌材料1；D：納米抗菌材料2。同列不同小寫字母表示顯著差異（＜0.05）。下同

A: Fresh data; B: Normal material; C: Anti-bacterial nano material 1; D: Anti-bacterial nano material 2. The values marked by different letters are significantly different (＜0.05). The same as below

表2 3種材料包裝胚芽米淀粉糊化特性變化

2.8 胚芽米微觀結(jié)構(gòu)

胚芽米經(jīng)加速電壓15 kV，掃描電子顯微鏡放大到40倍后得到圖6，新鮮樣品（圖6-A）表面幾乎沒有裂痕。而普通材料貯藏28 d后的胚芽米（圖6-B）表面出現(xiàn)大量裂痕，導(dǎo)致腰爆現(xiàn)象，影響顆粒完整性。納米抗菌材料包裝的胚芽米（圖6-C、D）中的圖片顯示胚芽米裂痕較少，與新鮮胚芽米差別較小。

觀察放大1 000倍后的胚芽米切面，從圖6-E中可以觀察到飽滿的單粒淀粉及緊密的淀粉質(zhì)體，表面較為平滑，裂痕較少。在儲存28 d后，3種包裝材料儲存的胚芽米胚乳微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的變化。圖6-F圖中大米淀粉質(zhì)體出現(xiàn)較多裂痕，表面出現(xiàn)較多凹陷，棱角不明顯，有明顯的深溝出現(xiàn)；淀粉粒間有較多間隙，部分間隙較深。納米抗菌包裝材料對應(yīng)的圖6-G、圖6-H大米淀粉質(zhì)體也出現(xiàn)了裂痕，但相比圖6-F裂解較少，尤其圖6-H中的淀粉質(zhì)體最平整，最接近新鮮胚芽米微觀結(jié)構(gòu)。

A、E：新鮮；B、F：普通包裝材料；C、G：納米抗菌材料1；D、H：納米抗菌材料2

3 討論

3.1 袋內(nèi)氣體組成變化

袋內(nèi)氣體組成檢測試驗中，兩種納米抗菌包裝材料的O2/CO2體積分?jǐn)?shù)比值高于普通包裝材料的比值。由于O2的親電作用，抗菌包裝材料中的納米Ag與納米TiO2表面會與O2共價鍵結(jié)合，吸附O2[14-15]；納米Ag的氧化也會消耗O2；胚芽米的呼吸作用也會消耗O2，釋放CO2；同時，納米抗菌材料中的ZSM-5分子篩也具有吸附氧氣等作用[16]。多種機(jī)理協(xié)同作用，使納米包裝袋內(nèi)O2/CO2的體積分?jǐn)?shù)比值下降，造成低O2、高CO2的內(nèi)部環(huán)境，進(jìn)一步抑制胚芽米自主呼吸與降低品質(zhì)劣變速度。

3.2 包裝材料抑菌效果

納米銀作為一種高效的無機(jī)抗菌劑，是近年來研究的一大熱點(diǎn)。銀離子能與氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生含氮、硫的化合物，破壞霉菌的分裂機(jī)制[17]，或與酶蛋白的巰基（-SH）反應(yīng)，使蛋白質(zhì)凝固，細(xì)菌失活[18-19]；謝小保等[20]研究認(rèn)為，納米銀粒子破壞微生物細(xì)胞壁進(jìn)入周質(zhì)空間，隨后破壞細(xì)胞膜進(jìn)入菌體內(nèi)部，影響DNA等物質(zhì)；此外，納米銀能夠改變細(xì)胞膜的通透性并致使細(xì)胞破裂，導(dǎo)致胞內(nèi)大量的蛋白質(zhì)與還原糖泄漏，導(dǎo)致微生物死亡[21]。TiO2/SiO2系抗菌劑具有較高的光催化活性，能在光的照射下催化H2O或OH-生成強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH）與超氧負(fù)離子（O2-）[22]，高效殺死微生物[23]。納米抗菌包裝材料將TiO2/SiO2系抗菌劑與納米銀Ag抗菌劑的優(yōu)勢相結(jié)合，形成多效抗菌，對細(xì)菌與霉菌有良好的抑菌性。胚芽米表面沒有麩皮與稻殼保護(hù)，富含脂類、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的胚芽暴露在表面，比精白米更易滋生霉菌[24]。研究認(rèn)為，PE/Ag保鮮膜與PVC/TiO2保鮮膜對糧食的防霉效果都較好[25]。納米包裝材料的多效抑菌作用，以及抗菌包裝材料內(nèi)的低氧環(huán)境，大大降低了胚芽米霉菌繁殖速度[26]。

3.3 脂肪酶活力變化

胚芽米貯藏前14 d脂肪酶活性降低，使得脂肪酸敗減緩。在14 d后酶活性停止下降并逐步上升，是由于此時胚芽米表面的霉菌大量繁殖。微生物能分泌脂肪酶，加速對大米脂肪的水解，使大米脂肪酸值快速上升，而微生物分泌的脂肪酶活性相比于胚芽米本身的脂肪酶活性高[27]。納米包裝材料中的TiO2/SiO2系抗菌劑經(jīng)光催化作用能產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的·OH與O2-，抑制了袋內(nèi)的酶蛋白活性；同時納米抗菌包裝材料中霉菌菌落數(shù)量較少，霉菌分泌的脂肪酶也較少。

3.4 脂肪酸含量與組成變化

脂類約占胚芽重量的25%，對胚芽米的陳化有較大影響[28]。新鮮胚芽米的游離脂肪酸值遠(yuǎn)高于去胚后精米的6.71 mg KOH/100 g干基，達(dá)28.03 mg KOH/100 g干基，接近孫輝[29]、宋偉等[30]測得的糙米初始游離脂肪酸值30mg KOH/100 g干基左右。胚芽米在后續(xù)的貯藏期間，脂肪酸含量快速上升，遠(yuǎn)高于同等環(huán)境下精白米、糙米、稻谷的增長速度。原因是脂類豐富的胚芽處于米的表面，油脂暴露在外界環(huán)境中，易受脂肪酶、脂肪氧化酶、光氧化和其他助氧化劑等影響，分解生成脂肪酸[31]。納米抗菌包裝材料通過調(diào)節(jié)脂肪酶活力、霉菌總數(shù)與袋內(nèi)氣體組成，可進(jìn)一步抑制胚芽米游離脂肪酸的產(chǎn)生。

胚芽米中主要的油酸和亞油酸為不飽和脂肪酸，對人體有益。其所含雙鍵易受外界環(huán)境條件影響，在光、氧氣、濕、熱等條件下易發(fā)生氧化水解作用，產(chǎn)生脂肪酸[32]。油脂中脂肪酸的飽和程度與油脂的穩(wěn)定性有密切關(guān)系[33]，油脂分子的不飽和程度越高，氧化作用發(fā)生越明顯[34]。此外，脂肪酶對脂肪酸的水解也主要作用于不飽和脂肪酸。3種包裝材料中不飽和的亞油酸由42.60%分別下降至33.41%、34.00%與34.70%，與上述機(jī)理相符。胚芽米不飽和脂肪酸的水解與氧化，呼吸作用與新陳代謝等作用會消耗脂肪，相對穩(wěn)定的飽和脂肪酸如棕櫚酸等占比將會上升，總不飽和脂肪酸比例則下降。兩種抗菌包裝材料由于氣體組成調(diào)節(jié)及抑菌作用，延緩胚芽米陳化速率，降低了胚芽米脂肪氧化，使得胚芽米中不飽和脂肪酸變化較小。

3.5 胚芽米淀粉的糊化特性變化

大米儲藏期間，淀粉分子結(jié)構(gòu)以及分子質(zhì)量分布的改變，對淀粉糊化特性產(chǎn)生很大影響[7]。糊化溫度因直鏈淀粉含量、結(jié)晶度和支鏈淀粉結(jié)構(gòu)等的不同而存在差異。普通包裝材料中儲藏28 d后的胚芽米糊化溫度上升最高，說明其淀粉結(jié)構(gòu)變化最大。當(dāng)溫度高于糊化溫度時晶體發(fā)生崩解，淀粉顆粒開始溶脹，黏度突然升高，并逐漸達(dá)到峰值黏度[35]。峰值黏度則反映了淀粉及其混合物結(jié)合水的能力，間接反映米飯的蒸煮品質(zhì)[36]。熱漿黏度是淀粉粒膨脹至極限后破裂而不再產(chǎn)生相互摩擦，使糊液黏度急劇下降所致，反映了淀粉在高溫下耐剪切能力。最終黏度反映大米在熟化并冷卻后形成黏糊或凝膠的能力，最終黏度越大，表明冷卻至室溫狀態(tài)下老化后的淀粉糊越硬[36]。使用納米抗菌材料包裝的胚芽米，糊化特性變化量都低于普通包裝袋下的胚芽米，說明納米抗菌材料對胚芽米淀粉貯藏有一定作用。

3.6 胚芽米微觀結(jié)構(gòu)變化

胚芽米胚乳中單粒淀粉直徑較小，為2.6—7.0 μm。淀粉粒為有棱角的多面體，主要包括直鏈淀粉和支鏈淀粉形成的無定形區(qū)及結(jié)晶區(qū)[11,37]。淀粉質(zhì)體是膨大的前質(zhì)體，是淀粉的儲藏場所。淀粉質(zhì)體在儲藏過程中，逐步發(fā)生裂解，變?yōu)樾》肿拥矸垲w粒。有研究認(rèn)為，酶促與非酶促反應(yīng)，使阿魏酸與酚類化合物游離出來，降低細(xì)胞壁彈性，同時細(xì)胞內(nèi)部活性氧和自由基的存在破壞細(xì)胞壁的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致淀粉粒裂解[11,38]。此外，霉菌能夠分泌淀粉酶，而淀粉酶對淀粉有水解作用。因此，納米抗菌材料對霉菌的抑制以及對胚芽米呼吸的抑制有利于胚芽米淀粉的品質(zhì)保持。

4 結(jié)論

胚芽米由于表皮的胚芽營養(yǎng)物質(zhì)集中而易受侵蝕，加上本身的呼吸作用等因素，陳化速度較快，可貯藏時間較短。納米抗菌包裝材料對包裝袋內(nèi)的O2/CO2具有一定調(diào)節(jié)能力，可抑制胚芽米的呼吸作用，減少胚芽米儲藏過程中的霉菌繁殖速度；進(jìn)一步減少脂肪酶分泌與降低脂肪酶活性，從而減少油脂的水解與飽和脂肪酸的生成；延緩胚芽米淀粉在儲藏過程中的陳化，維持一定的口感。納米抗菌包裝材料對胚芽米品質(zhì)的有效調(diào)節(jié)，能夠達(dá)到一定防霉保鮮的效果，延緩胚芽米的陳化，延長儲藏時間。

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（責(zé)任編輯 趙伶俐）

The Inhibition Effect of Nano-Antibacterial Packages on the Aging of Milled Rice with Embryo During Storage

XIE JunQi, LI Li, SHI You, SHEN Ting, CHEN YuJie, HONG Yang, CAO ChongJiang

(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance & Economics/Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety, Nanjing 210003)

【】Milled rice with embryo is easy to deteriorate and difficult to store, which is always a big problem to hinder the promotion. The study was intended to explore the aging mechanism and metamorphism of milled rice with embryo during preservation. The results would provide some references for developing a new packaging material which caters for both market demand and rice preservation.【】Milled rice with embryo of WuYou 4 was used as experimental material. Two different kinds of nano-antimicrobial polyethylene (PE) packaging materials were made for the experiment. It was stored at 25℃ and 65% relative humidity for 28 days. And it used ordinary polyethylene (PE) packaging as a comparison. Both of them were sampled once per 7 days. The effect of the nano-packaging material on the quality of stored milled rice with embryo was studied by tracking the changes in the gas proportion in the packages, total colony number, lipase activity, total amount of fatty acids, gelatinization characteristics, fatty acids composition, the cross-section microscopic structure of milled rice with embryo and studying antibacterial property of common plastic packaging film. 【】The results indicate that antimicrobial package material played a part in regulating the gas in the package by decreasing the value of O2/CO2, which decreases rice depletion. The data of the bacteriostatic experiment proved that compared with the common packaging materials, the antibacterial effects of two nano-antimicrobial packaging materials are better, whose antibacterial percent toand rice mold are higher than 99% and 95%. The number of colony preserved in PE packages at room temperature for 28 days is 410 000 cfu/g, while the numbers of those preserved in two kinds of nano-packages in the same condition are just around 170 000 cfu/g and 180 000 cfu/g and the results indicate significant differences (＜0.05). The decrease of the number of molds in antimicrobial packages reduced the lipase activity and prevented the fatty acids from accumulation. Milled rice with embryo is suitable for human body for its rational acid contents. The initial fatty acid composition consists of 71.22% unsaturated fatty acids. After 28 days of preservation, the fatty acid composition of rice stored in PE packages consists of 65.95% unsaturated fatty acids, while those stored in two kinds of nano-packages in the same condition are closer to the initial data and just around 69.10% and 67.41%. The nano-packages also show special quality in keeping gelatinization characteristics, which affect the taste. As is shown in the microstructure of endosperm section, to some extent, the nano-packaging material makes a difference in delaying the aging of milled rice with embryo.【】Milled rice with embryo is easy to aging at room temperature. The growth of the mold, the breakdown of fat and the change of structure show the aging process. The nano-packaging material retards the aging and keeps gelatinization characteristics of rice by stopping the mold from breeding and changing the gas composition.

milled rice with embryo; storage; aging; nano-antimicrobial packaging material; bacteriostatic effect

10.3864/j.issn.0578-1752.2017.19.016

2017-04-10；接受日期：2017-08-21

國家自然科學(xué)基金（31571901）、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計劃（BE2016386）、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金（CX（16）1054）、南京財經(jīng)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（201610327005Z）

謝駿琦，Tel：13260937189；E-mail：347721373@qq.com。通信作者曹崇江，Tel：13770625999；E-mail：ccj33@163.com