動(dòng)態(tài)溫濕度條件下糙米主要儲(chǔ)藏品質(zhì)指標(biāo)變化

劉 欣，姚遠(yuǎn)航，陳文若，顧佳緣，王 琰，陳銀基*

（南京財(cái)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，江蘇 南京 210023）

糙米是稻谷脫去外保護(hù)皮層——稻殼后的稻米籽粒[1]，其包括糠層、胚芽及胚乳。糙米經(jīng)過再加工去除糠層和胚芽，剩下的胚乳部分就是平常所食用的精白米[2]。大米中60%～70%的脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和大量必需氨基酸都聚積在表皮層和胚芽中；因此，加工精度越高，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失越嚴(yán)重[3-4]。隨著生活水平的提高，糙米因其豐富的營(yíng)養(yǎng)成分受到消費(fèi)者青睞，而糙米的儲(chǔ)藏也備受關(guān)注[5]。目前我國(guó)對(duì)糙米的研究主要包括糙米儲(chǔ)藏期間的品質(zhì)特性變化、水分遷移規(guī)律及揮發(fā)性成分等方面[6-10]；或進(jìn)行氣調(diào)儲(chǔ)藏，研究糙米的品質(zhì)變化規(guī)律以找到更合適的儲(chǔ)藏方法。但對(duì)于糙米的研究往往基于靜態(tài)微環(huán)境（恒定的溫濕度）的處理，而在實(shí)際儲(chǔ)藏過程中，會(huì)受到晝夜溫、濕差等其他因素的影響，實(shí)際溫濕度波動(dòng)很大。我國(guó)早秈稻種植面積大、產(chǎn)量高，但是收獲時(shí)節(jié)適逢雨季，早秈稻水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，入倉(cāng)稻谷未經(jīng)充分晾曬，儲(chǔ)藏后品質(zhì)較差（儲(chǔ)藏后的安全水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%左右）[11]。因此研究偏高水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)糙米的安全儲(chǔ)藏技術(shù)以及儲(chǔ)藏過程中糙米的品質(zhì)變化，對(duì)確保糙米品質(zhì)和食用安全有著非常重要的意義。本實(shí)驗(yàn)研究溫濕度條件動(dòng)態(tài)變化下，糙米主要品質(zhì)指標(biāo)，包括發(fā)芽率、脂肪酸值、過氧化氫酶活力等生理生化指標(biāo)和水分狀態(tài)的變化規(guī)律，為糙米的安全儲(chǔ)藏提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻谷為2016年8月初新收獲的湘早秈32（產(chǎn)地：湖南韶山），經(jīng)礱谷機(jī)脫殼為糙米。

1.2 儀器與設(shè)備

PQX-300D智能人工氣候箱 寧波東南儀器有限公司；CM-5色差儀 日本柯尼卡美能達(dá)公司；GNP-9160隔水式恒溫培養(yǎng)箱 上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；NMI20核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；SFY-20A快速水分測(cè)定儀 深圳市冠亞電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)藏條件構(gòu)建

考慮到實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)糧食取樣不便利，本實(shí)驗(yàn)采取3 種實(shí)驗(yàn)室模擬儲(chǔ)藏類型：配置制冷空調(diào)的低溫糧庫(kù)（可控溫控濕）、通風(fēng)條件較好的普通糧庫(kù)、南方小型糧庫(kù)（夏季高溫高濕），分別對(duì)應(yīng)本實(shí)驗(yàn)低溫動(dòng)態(tài)組（L組）、中溫動(dòng)態(tài)組（M組）和高溫動(dòng)態(tài)組（H組）。溫濕度設(shè)定主要依據(jù)2014ü2016年間測(cè)定的3 個(gè)典型糧庫(kù)第1年8月至第2年3月的各月份實(shí)際溫度和相對(duì)濕度，取每月日間均值和夜間均值，將動(dòng)靜態(tài)溫濕度數(shù)據(jù)輸入3 個(gè)智能人工氣候箱（表1）；取初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的早秈稻碾成糙米，通過水分調(diào)節(jié)，分別獲得水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%、19%、21%的糙米，進(jìn)行為期240 d的模擬儲(chǔ)藏，每60 d取樣測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

表1 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)藏條件構(gòu)建Table1 Establishment of dynamic storage conditions

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定

發(fā)芽率的測(cè)定參考GB/T 5520ü1985《糧食、油料檢驗(yàn) 種子發(fā)芽試驗(yàn)》。

脂肪酸值的測(cè)定參考GB/T 5510ü2011《糧油檢驗(yàn)糧食、油料脂肪酸值測(cè)定》。

過氧化氫酶活力的測(cè)定參考GB/T 5522ü2008《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料的過氧化氫酶活動(dòng)度的測(cè)定》，以每克糙米中所含H2O2質(zhì)量表示過氧化氫酶活力，單位為mg/g。

水分分布采用核磁共振成像分析儀測(cè)定。選擇15 mm的線圈，采用FID序列進(jìn)行單次采樣校正中心頻率，用電子天平稱取1.50 g糙米樣品，置于直徑為15 mm的核磁管中，然后采用CPMG序列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每個(gè)樣品重復(fù)6 次，序列參數(shù)：SF＝19 MHz，SW＝200 kHz，TW＝1 500 ms，P1＝13 μs，P2＝25 μs，DR＝1，TD＝135 014，NS＝64，RFD＝0.1，RG1＝20，DRG1＝3，DL1＝0.1 μs，NECH＝3 000。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)指標(biāo)測(cè)定至少重復(fù)3 次，數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行，采用Excel軟件進(jìn)行作圖。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）進(jìn)行各個(gè)指標(biāo)差異顯著性分析，糙米各指標(biāo)間采用Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 儲(chǔ)藏條件對(duì)糙米發(fā)芽率的影響

圖1 儲(chǔ)藏條件對(duì)糙米發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of storage conditions on germination rate of brown rice

發(fā)芽率是評(píng)定種子生命力和新鮮程度的重要指標(biāo)[12]。糙米在儲(chǔ)藏過程中的品質(zhì)變化可以通過發(fā)芽率的高低來反映。由圖1可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，不同溫度組的發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但下降程度不同。在儲(chǔ)藏前期（前60 d），L組和M組糙米種子發(fā)芽率差別不明顯，而H組水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于15%的糙米種子發(fā)芽率已經(jīng)低于50%；到了儲(chǔ)藏中期及末期，M組發(fā)芽率明顯低于L組，H組發(fā)芽率迅速下降最終為0；在120 d時(shí)，M組水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21%的糙米發(fā)芽率低于20%；在180 d時(shí)，H組糙米種子幾乎不再發(fā)芽。由此可見，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高、儲(chǔ)藏溫度越高，發(fā)芽率越低；正常水分的糙米，在中低溫儲(chǔ)藏條件下應(yīng)控制儲(chǔ)藏期在180 d內(nèi)，高溫時(shí)應(yīng)控制儲(chǔ)藏期在120 d內(nèi)；但若高溫儲(chǔ)藏時(shí)，初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)低于15%。

本研究通過模擬3 種糧庫(kù)儲(chǔ)藏發(fā)現(xiàn)，種子的發(fā)芽率從大到小的順序?yàn)椋篖組＞M組＞H組。發(fā)芽率下降越快，說明糙米品質(zhì)劣變也越快。詹啟明等[13]研究不同儲(chǔ)藏方式對(duì)糙米發(fā)芽率的影響，發(fā)現(xiàn)低溫儲(chǔ)藏條件下的發(fā)芽率要高于氣調(diào)儲(chǔ)藏；這與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致。童茂彬等[14]研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，充氮?dú)庹{(diào)秈糙米的生活力和發(fā)芽率比常規(guī)儲(chǔ)藏下降要快，得出低溫可以有效保持糧食的品質(zhì)。由此可見，溫度對(duì)糙米種子發(fā)芽率有明顯影響，這可能是因?yàn)楦邷貤l件對(duì)種子的胚部長(zhǎng)期作用，破壞了胚部結(jié)構(gòu)，會(huì)嚴(yán)重降低種子的發(fā)芽率，而隨著溫度的降低，這種作用力逐漸減弱，發(fā)芽率受影響較小。

2.2 儲(chǔ)藏條件對(duì)糙米脂肪酸值的影響

圖2 儲(chǔ)藏條件對(duì)糙米脂肪酸值的影響Fig.2 Effect of storage conditions on fatty acid value of brown rice

由圖2可知，在為期240 d的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)藏過程中，糙米的脂肪酸值整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。L組和M組的脂肪酸值在儲(chǔ)藏前期（0～120 d）增加迅速；在儲(chǔ)藏中后期（120～180 d）增加較緩慢；在儲(chǔ)藏末期（180～240 d）逐漸下降。經(jīng)過240 d的儲(chǔ)藏后，L組、M組、H組水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的糙米脂肪酸值分別增加了13.15、17.51、21.03 mg/100 g，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)17%的糙米分別增加了13.68、19.56、20.10 mg/100 g。由此可見，溫度越高，脂肪酸值增加越明顯。即使在低溫條件下，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的糙米脂肪酸值在第180天就已經(jīng)達(dá)到28.02 mg/100 g（＞25 mg/100 g），達(dá)到了不宜存放的標(biāo)準(zhǔn)[15]。因此，正常水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的糙米，中低溫儲(chǔ)藏條件下的儲(chǔ)藏期應(yīng)控制在180 d以內(nèi)，高溫儲(chǔ)藏時(shí)糙米的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在15%以內(nèi)。

糙米籽粒脂肪水解會(huì)產(chǎn)生脂肪酸，脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加會(huì)影響糙米的品質(zhì)[16]。Tsuzuki等[17]研究表明，脂肪酸值與食用品質(zhì)顯著相關(guān)，可以用脂肪酸值作為食用品質(zhì)的預(yù)測(cè)指標(biāo)。宋偉等[18]對(duì)不同溫度、氧氣濃度條件下儲(chǔ)藏不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的糙米脂肪酸值進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，糙米脂肪酸值呈先增加繼而又下降的趨勢(shì)，儲(chǔ)藏時(shí)間、溫度、氧氣濃度、糙米水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)脂肪酸值影響極顯著（P＜0.01），溫度、糙米水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，脂肪酸值上升越快。李央等[19]指出糙米在儲(chǔ)藏過程中，脂質(zhì)在酶的作用下分解產(chǎn)生游離脂肪酸，從而使得脂肪酸值含量增加[20]。但脂肪酸是一個(gè)處于動(dòng)態(tài)平衡的中間產(chǎn)物，在一定條件下還會(huì)進(jìn)一步分解成酚類、醛類、酮類等物質(zhì)[21]，導(dǎo)致其含量下降。本研究在整個(gè)動(dòng)態(tài)模擬過程中，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，脂肪酸值先增加后緩慢減小。初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大、儲(chǔ)藏溫度越高，脂肪酸值增加越快。

2.3 儲(chǔ)藏條件對(duì)糙米過氧化氫酶活力的影響

圖3 儲(chǔ)藏條件對(duì)糙米過氧化氫酶活力的影響Fig.3 Effect of storage conditions on catalase activity of brown rice

過氧化氫酶活力是衡量糧食新鮮程度的重要指標(biāo)。由圖3可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，過氧化氫酶的活力呈下降趨勢(shì)，酶活力減弱說明糙米籽?；盍档汀組水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%、17%、19%、21%的糙米經(jīng)過240 d的儲(chǔ)藏，其過氧化氫酶活力分別降低了2.4、2.0、2.8、3.1 mg/g，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，酶活力越低。L、M、H組15%水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)糙米在經(jīng)過240 d的儲(chǔ)藏，其過氧化氫酶活力分別降低了2.4、3.2、4.7 mg/g，17%水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的糙米分別降低了2.0、3.6、4.4 mg/g。由此可見，高溫會(huì)破壞酶的結(jié)構(gòu)和催化功能；溫度越高，過氧化氫酶活力越低。

在儲(chǔ)藏過程中，糙米籽粒進(jìn)行呼吸作用會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)H2O2，H2O2的氧化作用會(huì)影響糙米的品質(zhì)，使其發(fā)生劣變[22]。而過氧化氫酶可以分解H2O2，起到保護(hù)籽粒的作用[23]。在儲(chǔ)藏過程中，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，過氧化氫酶活力呈下降趨勢(shì)，尤其模擬南方小型糧庫(kù)的H組，下降趨勢(shì)更明顯。這可能是因?yàn)橄募緶囟雀?，加速了丙二醛的產(chǎn)生，丙二醛有強(qiáng)交聯(lián)能力，能夠破壞過氧化氫酶的結(jié)構(gòu)和催化性質(zhì)，從而在一定程度上降低了它的活力[24]。過氧化氫酶活力不僅可以作為評(píng)判谷物品質(zhì)變化的指標(biāo)，還可反映玉米中霉菌的生理活動(dòng)狀態(tài)[25]，進(jìn)而可對(duì)玉米的黃曲霉毒素B1進(jìn)行預(yù)測(cè)。研究還發(fā)現(xiàn)，過氧化氫酶活力與發(fā)芽率密切相關(guān)，由于過氧化氫酶活力降低，被分解的H2O2減少，導(dǎo)致H2O2的積累，從而抑制了籽粒的呼吸作用[26]，使得發(fā)芽率也降低。因此，過氧化氫酶活力與發(fā)芽率呈正相關(guān)關(guān)系。

2.4 儲(chǔ)藏條件對(duì)糙米水分分布變化的影響

圖4 儲(chǔ)藏條件對(duì)糙米T2弛豫時(shí)間信號(hào)總量的影響Fig.4 Effect of storage conditions on total T2 relaxation time of brown rice

通常用低場(chǎng)核磁共振儀來觀察樣品的形態(tài)結(jié)構(gòu)和水分分布[27]。糙米中含有的水分在低場(chǎng)核磁共振中產(chǎn)生信號(hào)，不同的氫質(zhì)子信號(hào)被核磁共振儀采集，并顯示成不同橫向弛豫時(shí)間被區(qū)分開來。橫向弛豫時(shí)間T2反映了樣品內(nèi)部氫質(zhì)子的存在狀態(tài)和其所處的化學(xué)環(huán)境，與氫質(zhì)子所受到的束縛力及其自由度有關(guān)[28]。由于氫質(zhì)子主要來源于水分子，因此可以通過弛豫時(shí)間的變化來測(cè)量分析物質(zhì)的水分分布。T2弛豫時(shí)間越短，在T2譜上峰的位置越靠左，意味著氫質(zhì)子受約束越大，也就是自由度越?。环粗甌2弛豫時(shí)間越長(zhǎng)，在T2譜上峰的位置越靠右，則意味著氫質(zhì)子自由度越大，越不受約束。通常情況下，T2在1～10 000 ms范圍內(nèi)存在3 個(gè)峰，分別是T21峰、T22峰、T23峰。這3 個(gè)峰代表糙米中氫質(zhì)子的3 種相態(tài)，T21峰表征的水為吸附水，T22峰表征的水為自由水，T23表征糙米中的脂肪（相關(guān)圖未列出）[28]。

由圖4可知，在低溫儲(chǔ)藏條件下，各水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的糙米T21、T22信號(hào)總量變化很??；初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，儲(chǔ)藏初期A22越大，即水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，自由水質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高。由圖4A1、B1、C1可以看出，同一水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的糙米在不同儲(chǔ)藏溫度下T21所占峰面積比不一樣，溫度越高，A21越小，說明吸附水質(zhì)量分?jǐn)?shù)減??；同時(shí)，由圖4A2、B2、C2可知，同一水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的糙米在不同儲(chǔ)藏溫度下T22所占峰面積比也不同，溫度越高，A22越大，說明自由水質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升。

在糙米的儲(chǔ)藏過程中，初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的糙米其自由水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高于初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的糙米；隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，自由水質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體呈上升趨勢(shì)；高溫會(huì)引起水分遷移混亂，吸附水向自由水遷移，自由水質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高?？梢?，初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高、溫度越高，糙米就越容易發(fā)生霉變變質(zhì)。因此，儲(chǔ)藏糙米需要降低溫度和糙米的含水量[29-30]。楊慧萍等[31]通過對(duì)粳稻谷低場(chǎng)核磁反演峰進(jìn)行分析，研究其在吸附和解吸的過程中水分遷移的變化，在解吸過程中，T22峰面積與稻谷質(zhì)量的變化呈正相關(guān)；在吸附過程中，T21峰面積與稻谷吸附質(zhì)量的變化有較高的擬合度，T22峰面積沒有明顯的時(shí)間規(guī)律性。宋偉等[32]研究發(fā)現(xiàn)可以利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)快速檢測(cè)粳稻谷的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水分分布，通過粳稻谷磁共振成像圖像可以直觀觀測(cè)粳稻谷內(nèi)部的水分狀態(tài)。

2.5 糙米各指標(biāo)相關(guān)性分析

表2 動(dòng)態(tài)模擬儲(chǔ)藏過程中糙米各指標(biāo)間的相關(guān)性Table2 Correlation between physicochemical indexes of brown rice under dynamic storage conditions

由表2可知，動(dòng)態(tài)模擬儲(chǔ)藏過程中糙米發(fā)芽率與溫度極顯著負(fù)相關(guān)（r＝－0.238，P＜0.01），說明溫度越高，發(fā)芽率越低，糙米籽?；盍υ降?。脂肪酸值與溫度極顯著正相關(guān)（r＝0.372，P＜0.01），說明脂肪酸值受溫度變化影響很大。過氧化氫酶活力與溫度顯著負(fù)相關(guān)（r＝－0.125，P＜0.05），說明溫度越高，過氧化氫酶活力越低，糙米品質(zhì)越差。發(fā)芽率與過氧化氫酶活力極顯著正相關(guān)，說明發(fā)芽率越高，過氧化氫酶活力越大；發(fā)芽率與脂肪酸值極顯著負(fù)相關(guān)，說明發(fā)芽率越低，脂肪酸值越大。因此，發(fā)芽率可以作為糙米化學(xué)品質(zhì)的預(yù)測(cè)指標(biāo)。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)分析了早秈稻糙米形式在儲(chǔ)藏過程中生理生化指標(biāo)及水分狀態(tài)的變化。結(jié)果表明，初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和儲(chǔ)藏溫度會(huì)對(duì)糙米儲(chǔ)藏特性和儲(chǔ)藏后品質(zhì)產(chǎn)生影響；在糙米的儲(chǔ)藏過程中，初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的糙米其自由水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高于初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的糙米；高溫會(huì)引起水分遷移混亂，吸附水向自由水遷移，自由水質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高?？梢姡诿姿仲|(zhì)量分?jǐn)?shù)越高、儲(chǔ)藏溫度越高，糙米就越容易發(fā)生霉變變質(zhì)。在高溫高濕條件下，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)芽率和過氧化氫酶活力呈顯著下降趨勢(shì)，脂肪酸值呈先上升后下降的趨勢(shì)，糙米品質(zhì)發(fā)生劣變。因此，為避免糙米發(fā)生品質(zhì)劣變，正常（15%）或偏高（17%、19%）水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的糙米在高溫條件下的安全儲(chǔ)藏期為120 d，低溫或中溫可以延長(zhǎng)正常水分糙米儲(chǔ)藏期至180 d。但糙米在入夏高溫儲(chǔ)藏時(shí)，初始水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)須控制在15%的安全水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)以內(nèi)。