糙米儲藏過程品質(zhì)劣變機(jī)制及儲藏技術(shù)研究進(jìn)展

劉 欣，陳文若，曹 俊，陳銀基，戴炳業(yè)，董 文

(1.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，江蘇 南京 210023； 2.中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心，北京 100045)

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糙米儲藏過程品質(zhì)劣變機(jī)制及儲藏技術(shù)研究進(jìn)展

劉 欣1，陳文若1，曹 俊1，陳銀基1，戴炳業(yè)2，董 文2

(1.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，江蘇 南京 210023； 2.中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心，北京 100045)

稻谷是我國主要的糧食作物之一，也是我國重要的儲備糧品。一般認(rèn)為采用糙米為主的儲藏形式替代傳統(tǒng)的稻谷儲藏，不僅可以節(jié)省大量的倉容，還可以降低運(yùn)輸成本；但糙米儲藏技術(shù)難度大，要求高。因此，研究糙米的安全儲藏技術(shù)以及儲藏過程中糙米的品質(zhì)變化規(guī)律，對確保糙米品質(zhì)有著非常重要的意義。主要綜述了糙米在儲藏過程中的品質(zhì)變化及機(jī)制，展望了我國糙米儲藏研究的未來發(fā)展方向，以期為我國糙米安全儲藏提供技術(shù)參考。

糙米；儲藏技術(shù)；品質(zhì)變化；安全性

谷物是全世界人和動物重要的食物來源，稻谷的產(chǎn)量在世界糧食作物中一直穩(wěn)居前三。稻谷也是我國主要的糧食作物之一，約有60%的人口以稻谷為主糧，我國每年都會儲藏大量的稻谷[1]。稻谷的外殼厚度為25～30 μm，占稻谷總質(zhì)量的18%～20%[2]，因此在相同儲藏條件下，儲藏糙米比儲藏稻谷在節(jié)約倉容、降低運(yùn)輸成本方面有著顯著優(yōu)勢。初步測算，若將稻谷儲藏方式改成糙米儲藏，則我國每年可節(jié)省約75億kg的倉容，同時還能減少近千萬噸的糧食運(yùn)輸量，大大降低了運(yùn)輸費(fèi)用，這在目前我國財力較緊、糧食倉容較為緊張的情況下無疑將是一項利國利民的舉措。另一方面，由于糙米儲藏對環(huán)境衛(wèi)生要求較高，糧食倉儲企業(yè)為適應(yīng)要求對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行升級改造，這也有利于淘汰落后產(chǎn)能，提高儲備糧的品質(zhì)[3]。較早開展糙米儲藏技術(shù)研究的國家有日本、美國、菲律賓等，我國也曾做過一些試驗和報道，但缺少系統(tǒng)的研究。因此，研究糙米的安全儲藏以及儲藏過程中糙米的品質(zhì)變化規(guī)律，確保糙米的品質(zhì)顯得尤為重要。本文主要綜述了糙米在儲藏過程中的有害物發(fā)生、品質(zhì)劣變以及主要的儲藏方法，并且展望了我國糙米儲藏研究的未來發(fā)展方向，以期為我國糙米安全儲藏提供技術(shù)參考。

1 糙米儲藏中有害物發(fā)生及品質(zhì)劣變機(jī)制

糙米是稻谷脫去內(nèi)、外穎后的果實，它主要由胚、胚乳和皮層三部分組成。胚呈橢圓形，約占整粒糙米的2.5%。胚由胚芽、胚根、胚莖和盾片組成，其中盾片與胚乳直接連接，種子發(fā)芽時分泌的酶會分解胚乳中的物質(zhì)，為胚提供營養(yǎng)成分[4]。失去了外殼保護(hù)的糙米，因具有完整的種皮和胚結(jié)構(gòu)，仍保持著生命力。籽粒自身強(qiáng)烈的呼吸作用及其他生理作用，會引起糙米各組分質(zhì)地的變化；因此在相同的儲藏條件下，與稻谷相比，糙米的儲藏穩(wěn)定性相對差一些，尤其是在常溫或者高溫條件下更為明顯[5]。

1.1 儲藏期間霉變的發(fā)生

在食品儲藏過程中，糧食微生物是普遍存在的。微生物的種類和數(shù)量與食品的質(zhì)量和安全之間存在著必然的聯(lián)系。糙米儲藏過程中微生物的種類是多種多樣的，常見的類群有細(xì)菌、放線菌以及真菌中的霉菌和酵母菌等。因為糧食中含有微生物生理代謝活動所需要的各類營養(yǎng)物質(zhì)，如糖類、水分、蛋白質(zhì)、脂肪和無機(jī)鹽等；因此在適宜的環(huán)境條件下，微生物會分解糧食中的有機(jī)物質(zhì)，使糧食出現(xiàn)變色、異味、發(fā)霉等異?，F(xiàn)象，其品質(zhì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的劣變，嚴(yán)重的還會產(chǎn)生有毒和致癌性的物質(zhì)[6]。在糧食微生物中，霉菌的類群種類比較多，而且能適應(yīng)各種不同的環(huán)境。霉菌呈絲狀，繁殖方式通常為孢子繁殖。目前從糧食中分離提取出的霉菌種類大約有200多種，其中最多的是青霉屬，有67種；曲霉屬有26種；毛霉目有30種。霉菌生長繁殖很快，在侵染糧食時自身會產(chǎn)生活性很強(qiáng)的酶，分解食物中的有機(jī)物質(zhì)，對糧食產(chǎn)生極大的危害[7]。其中以青霉、曲霉和鐮刀菌對糧食的危害最大。

霉菌的生理代謝活動所需的溫度和水分條件較其他微生物類群低，霉菌在適宜的水分和溫度條件下大量生長繁殖，因此在儲藏過程中，糙米最易受到霉菌的侵害。霉菌一般在20～28℃都可以生長，而當(dāng)溫度低于10℃或者高于30℃時，霉菌的生長狀況會明顯減弱，在0℃以下生長幾乎為停滯狀態(tài)[8]。因此，通常情況下我們可以采用降低儲藏溫度的方法來抑制霉菌的生長；但是在7℃以下，部分鐮刀菌可產(chǎn)生毒素，侵染過冬的農(nóng)作物。黃曲霉在6～8℃就可以生長繁殖，極限溫度甚至可以達(dá)到44～46℃。當(dāng)溫度為32℃時，黃曲霉毒素會大量產(chǎn)生，危害農(nóng)作物。

真菌的生長和毒素的產(chǎn)生與糙米中的含水量密切相關(guān)[9]。糧食在運(yùn)輸和儲藏過程中若未充分干燥，就會導(dǎo)致濕度過高，容易引起附著在糧食表面及內(nèi)部的霉菌快速生長繁殖。另外，胚中含有較多的營養(yǎng)物質(zhì)，會引起霉菌感染，降低糙米籽粒的發(fā)芽率，并產(chǎn)生真菌毒素。如果食用了霉變的谷物或加工制品，則會引起病變甚至死亡。通常情況下，糙米儲藏較為適宜的條件是，相對濕度小于70%，谷物含水量小于15%；在此條件下，霉菌的生長繁殖就會受到一定程度的控制[10]。在糙米儲藏和運(yùn)輸過程中，除了溫度和濕度等條件外，氣體成分的變化對微生物的影響也比較大。霉菌屬于好氧型真菌，在氧氣充足的環(huán)境下生長繁殖迅速，在沒有氧氣的環(huán)境下生長停滯。因此，可以通過對儲藏倉采取抽真空或者充氮?dú)獾确椒▉硪种萍Z食中霉菌的生長繁殖。

1.2 糙米儲藏期間害蟲的侵害

糧食作物在儲藏期間，難免會有蟲害的發(fā)生。糙米因其胚和胚乳都呈裸露狀態(tài)，更容易被有害生物——儲糧害蟲所侵染，對其品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。稻谷中的害蟲多種多樣，主要的儲糧害蟲有4種：米象、小扁蟲甲、赤擬谷盜和鋸谷盜。這些害蟲會引起谷物的生理生化變化，其幼蟲可蛀空米粒內(nèi)部胚部分，使糙米發(fā)生霉變，造成糙米的品質(zhì)下降，給糧食儲藏帶來巨大的損失[11]。當(dāng)儲藏溫度高于15℃時，糙米容易遭受害蟲的侵害；因為此溫度更適宜害蟲生長繁殖和進(jìn)行生理代謝活動，并且隨著儲藏溫度的升高，害蟲的繁殖速度加快，對糙米的危害也就越嚴(yán)重。因此，在糙米實倉儲藏過程中，一定要注意嚴(yán)格控制好溫度，防止害蟲的產(chǎn)生和侵害。

1.3 儲藏糙米品質(zhì)劣變

糙米種子生活力的生理基礎(chǔ)是保持細(xì)胞膜的完整性，細(xì)胞膜是細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換、能量傳遞等重要生理活動的場所和媒介。長期儲藏或環(huán)境較差時，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)可能受到損傷，使得細(xì)胞膜的完整性和通透性發(fā)生改變。儲藏糙米品質(zhì)評價指標(biāo)主要有脂肪酸值、過氧化氫酶活性以及質(zhì)構(gòu)特性等。脂肪酸值能夠比較客觀地反映出糙米的新陳度，是評價糙米品質(zhì)最為重要的一項指標(biāo)。由于受到酶和氧氣的作用[12]以及溫度、水分活度等因素[13-14]的影響，脂肪酸值會隨著儲藏時間的延長而增加，從而導(dǎo)致糙米品質(zhì)的下降。在儲藏過程中，脂類物質(zhì)相互作用發(fā)生水解，引起水解性酸敗和氧化性酸敗，使得酸度變大，糊化物的特性發(fā)生改變，引起糙米品質(zhì)的下降。研究發(fā)現(xiàn)，在5℃低溫條件下，將糙米儲藏1 a，其脂肪的含量幾乎沒有任何變化，但是如果在35℃高溫條件下儲藏1 a，其脂肪含量的變化是非常大的，尤其是游離脂肪酸的變化最為明顯[15]。

隨著溫度的升高，糙米水分活度增大，酶的活性增高，糙米種子呼吸作用變強(qiáng)，所以代謝產(chǎn)生的有害物質(zhì)累積也多，同時異化作用又會消耗一部分底物，在兩者的綜合作用下，糙米種子的生理活性降低。糙米在儲藏過程中所發(fā)生的生化反應(yīng)大部分都是在酶的催化作用下進(jìn)行的，酶的活性對糙米有很大的影響，如果酶的活性減弱或喪失可導(dǎo)致糙米的陳化。在糙米正常的呼吸過程中會產(chǎn)生大量過氧化氫，并通過過氧化氫酶的作用被分解。過氧化氫酶活性的高低是評價糙米新鮮程度的敏感指標(biāo)[16]。研究發(fā)現(xiàn)，在糙米儲藏過程中，儲藏溫度、氧氣濃度和糙米的水分活度都會對過氧化氫酶的活性產(chǎn)生一定的影響。其中，溫度、氧氣濃度和水分的交互作用對糙米中過氧化氫酶活性的影響最為顯著。溫度和水分活度越低，糙米品質(zhì)的劣變速度就越慢[17]。

質(zhì)構(gòu)特性是糙米品質(zhì)中變化最為明顯的特征之一，主要表現(xiàn)為黏度降低、硬度增加。黏度和硬度是衡量稻米蒸煮品質(zhì)的主要指標(biāo)[18]。隨著儲藏時間的延長，糙米水分活度降低，米粒的硬度增加，黏度減小，色澤變暗，口感變差[19]。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著儲藏時間的增加，糙米的原始水分越高，儲藏溫度越高，其硬度增加越大，黏度下降越多，劣變速度越快，影響最終的蒸煮品質(zhì)，因此在實倉儲藏時，要嚴(yán)格控制好糙米的原始水分和儲藏溫度[20]。

2 糙米儲藏方法

糙米適合儲藏在低溫密閉的環(huán)境中，高溫環(huán)境會影響糙米的發(fā)芽率、脂肪酸值和過氧化氫酶活性等品質(zhì)指標(biāo)。通過對糧倉進(jìn)行改造，采取改善糧倉的隔熱保溫性能和氣密性等方式，能更加有效地實現(xiàn)糙米低溫密閉儲藏。近年來，研究人員越來越重視對有害生物適宜生存條件的研究，以尋找更經(jīng)濟(jì)、合理、安全的糙米儲藏方式，主要包括低溫儲藏、氣調(diào)儲藏、輻照儲藏以及生物制劑儲藏保鮮等。

2.1 低溫儲藏

從糙米儲藏期間的品質(zhì)劣變可以看出，溫度是影響儲藏品質(zhì)的首要因素[21]。低溫儲藏法是指利用自然低溫條件或機(jī)械制冷設(shè)備，以實現(xiàn)降低存儲倉溫度的方法。國內(nèi)外研究者一致認(rèn)為低溫儲藏法是儲藏糙米的最佳方法，因為在低溫條件下,儲藏的糙米其品質(zhì)變化緩慢，霉菌的生長受到抑制，儲藏效果佳[22]。研究發(fā)現(xiàn)，假如將存儲倉的溫度控制在低于10℃條件下，并且相對濕度小于70%，則糙米的保質(zhì)期可長達(dá)5 a[23]。對糙米的儲藏研究開展比較早的國家是日本，為了保持糙米的品質(zhì)，普遍采用低溫儲藏法，并將糙米水分控制在13%以下，到現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了300萬t的倉容。在低溫、準(zhǔn)低溫條件下儲藏糙米可使其品質(zhì)保持良好，特別是對糙米的發(fā)芽率、蒸煮品質(zhì)等表現(xiàn)最為顯著。

2.2 氣調(diào)儲藏法

氣調(diào)儲藏法是通過人工或生物的方法來改變儲藏空氣中N2、CO2、O2比例，使某些氣體濃度保持在一定范圍內(nèi)，從而達(dá)到減緩糙米品質(zhì)的劣變、抑制有害微生物的生長繁殖和降低米粒自身的呼吸作用和生理代謝活動的效果[24]。常用的氣調(diào)方法有自然缺氧、充N2、充CO2和真空儲藏。充N2氣調(diào)是指通過增加儲藏環(huán)境中N2的濃度，以降低環(huán)境中O2的濃度，抑制糙米籽粒呼吸作用的方法[25]。目前充N2氣調(diào)在國內(nèi)已經(jīng)有大規(guī)模的推廣。詹啟明等[26]研究發(fā)現(xiàn)，氣調(diào)儲藏的糙米發(fā)芽率較低，與低溫儲藏相比并不占優(yōu)勢，這可能是由于糙米無氧呼吸產(chǎn)生的乙醇會對胚造成損害，影響其發(fā)芽率；并且溫度越高，其破壞能力越強(qiáng)。澳大利亞研究者對糙米進(jìn)行氣調(diào)儲藏實驗，在30℃溫度下充入CO2氣體，儲藏3個月，研究結(jié)果表明，糙米的品質(zhì)保持良好，而在30℃溫度下常規(guī)儲藏糙米3個月，其品質(zhì)明顯下降。

2.3 輻照處理法

輻照處理法是指利用放射性同位素60Co和137Cs衰變時所產(chǎn)生的能量來對食品進(jìn)行加工處理[27]。在食品的加工處理中，60Co-γ射線的應(yīng)用相對而言比較廣泛。與傳統(tǒng)的儲藏方法相比，輻照處理具有耗能低、效率高、輻照均勻等特點(diǎn)[28]。糧食作物在儲藏期間，難免會有蟲害的發(fā)生。稻谷中的害蟲多種多樣，這些害蟲會引起谷物的生理生化變化，其幼蟲可蛀空米粒內(nèi)部胚部分，使糙米發(fā)生霉變，造成糙米品質(zhì)下降，給糧食儲藏帶來巨大的損失。而γ-射線的輻照能深入食物內(nèi)部[29]，適宜劑量的輻照可以殺死糧食中的害蟲，并且不會殘留化學(xué)物質(zhì)，影響糙米的品質(zhì)。Sirisoontaralak等[30]研究結(jié)果表明，用小于0.5 kGy的γ-射線輻照處理糙米(KDML-105)，既不會降低糙米的風(fēng)味，也不會產(chǎn)生其他不良風(fēng)味，同時還能起到良好的驅(qū)除害蟲的作用。在糙米儲藏過程中，微生物也是普遍存在的。對稻谷中存在的一些治病病原體，Chung等[31]用γ-射線對其滅活，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輻照劑量達(dá)到1 kGy時，稻谷中的沙門氏菌屬、葡萄球菌和埃希氏菌屬得到有效的控制；而當(dāng)輻照劑量達(dá)到3 kGy時，就能夠?qū)⑦@些致病病原體全部滅活。研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過輻照后，糙米的蒸煮時間變短[32]，與單一的蒸煮過程相比，使用γ-射線輻照節(jié)省了能量，而且在食品熱加工中，還能減少維生素和其他營養(yǎng)物質(zhì)的損失。

2.4 生物制劑儲藏保鮮技術(shù)

生物制劑儲藏保鮮技術(shù)是近幾年興起的儲藏保鮮方法，其主要利用微生物菌體及其代謝產(chǎn)物、生物天然提取物和基因工程技術(shù)進(jìn)行保鮮。研究表明，殼聚糖、海藻糖、魔芋多糖、肉桂酸、有益真菌、多孢木霉、中草藥提取物等多種天然生物制劑對生鮮食物保鮮都具有一定作用[33]。生物保鮮技術(shù)的機(jī)理包括隔離食品與空氣的接觸，抑制或殺滅食品中的微生物，阻止自由基的攻擊，延緩氧化作用等。由于生物保鮮劑具有天然、安全、簡便等優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。綜合利用物理和生物等領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，可以較好地解決糙米生蟲、黃變、變味、霉變等問題，同時阻止青霉、灰綠曲霉和綠霉等霉菌的侵染，抑制脂肪酶活化。防止非酶褐變等類似的方法應(yīng)該也能夠應(yīng)用于糙米的儲藏，但目前此方面的相關(guān)研究工作還不夠深入。

3 展望

糙米在儲藏過程中，其品質(zhì)受儲藏溫度、濕度和氣體成分等外界環(huán)境因素及糙米水分活度的影響而發(fā)生劣變。隨著我國經(jīng)濟(jì)的增長和糧食流通方式的轉(zhuǎn)變，國家各級糧倉的糙米儲存量也會有較大幅度的增加。糙米安全儲藏對維持糧食市場穩(wěn)定、保護(hù)農(nóng)民利益和國家糧食安全具有十分重要的意義。糙米在流通過程中不可避免地會受到機(jī)械損傷的影響，表皮性狀、色澤的變化也必然會影響到糙米的消費(fèi)量。此外，我國糙米安全儲藏研究主要基于實驗室靜態(tài)模擬研究，應(yīng)該更多地進(jìn)行實倉型溫濕度動態(tài)變化對糙米生理代謝及品質(zhì)影響研究，這樣才能更好地提高我國糙米儲藏的科學(xué)水平。

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(責(zé)任編輯:俞蘭苓)

Research progress on quality deterioration mechanism and storage technology of brown rice during storage

LIU Xin1, CHEN Wen-ruo1, CAO Jun1, CHEN Yin-ji1, DAI Bing-ye2, DONG Wen2

(1.College of Food Science and Engineering,Nanjing University of Finance and Economics;Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety,Nanjing 210023,China; 2.China Rural Technology Development Center,Beijing 100045,China)

Rice is one of the main food crops in China, and is also an important reserve grain crop. Generally, the main storage form of brown rice instead of the traditional rice storage, not only can save a lot of storage capacity, but also reduce transportation costs, but brown rice storage techniques is difficult and demanding. Therefore, it is very important to study the safe storage of brown rice and the change of quality of brown rice during storage, so as to ensure the quality of the brown rice. We reviewed the quality change of brown rice during the storage process and quality deterioration mechanism, and looked forward to the direction for the future development of brown rice storage in China, expecting to provide technical references for the safe storage of brown rice.

brown rice; storage; quality changes; safety

2016-07-07；

2016-12-28

劉 欣(1993-)，女，碩士，研究方向為食品安全與營養(yǎng)。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.01.004

TS210.1；S379.2

A

1003-6202(2017)01-0015-04