不同環(huán)境條件下負(fù)壓儲(chǔ)藏對(duì)優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的影響

元世昌，黃亞偉，王若蘭，姜 江，何學(xué)書，劉早早

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

優(yōu)質(zhì)稻因營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、口感好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣大消費(fèi)者的青睞，因而近年來(lái)優(yōu)質(zhì)稻的種植面積逐年增加，逐漸取代普通稻成為儲(chǔ)備的主要糧種[1-2]。優(yōu)質(zhì)稻籽粒在儲(chǔ)藏期間仍進(jìn)行生命活動(dòng)，而環(huán)境因子是影響其生命代謝的主要因素之一[3]。我國(guó)根據(jù)氣候特征劃分了七大儲(chǔ)糧區(qū)域，長(zhǎng)期實(shí)踐及數(shù)據(jù)顯示低溫干燥環(huán)境下稻谷品質(zhì)劣變緩慢，而高溫濕潤(rùn)地區(qū)，尤其是華南儲(chǔ)糧區(qū)，長(zhǎng)夏無(wú)冬、降水豐沛[4]，給儲(chǔ)糧工作帶來(lái)了極大的困難。

優(yōu)質(zhì)稻除淀粉含量高外，蛋白質(zhì)、脂肪、色素的含量也較高，然而這些成分在儲(chǔ)藏過(guò)程中易分解[5]，從而導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的變化[6]。王洪亮等[7]將兩種優(yōu)質(zhì)稻進(jìn)行常溫儲(chǔ)藏，其儲(chǔ)藏、加工、食用品質(zhì)均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。劉利等[8]對(duì)比了普通稻與優(yōu)質(zhì)稻的碘藍(lán)值，得出優(yōu)質(zhì)稻碘藍(lán)值下降速率快于普通稻，不宜長(zhǎng)期儲(chǔ)藏。黃晰雯等[9]研究了儲(chǔ)藏條件對(duì)優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)變化的影響，得出溫度、水分含量越高，脂肪酸值上升越快，發(fā)芽率下降越快，其中，溫度對(duì)優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)影響最大。因此，傳統(tǒng)的儲(chǔ)藏方式很難延緩優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的下降，不能滿足其儲(chǔ)藏要求。研究表明，氣調(diào)儲(chǔ)藏技術(shù)通過(guò)營(yíng)造一個(gè)低氧或絕氧的環(huán)境來(lái)抑制糧食的呼吸作用，可有效減緩其品質(zhì)的變化。目前，我國(guó)氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)主要有CO2氣調(diào)、N2氣調(diào)、負(fù)壓儲(chǔ)藏等，其中，CO2氣調(diào)、N2氣調(diào)在保持稻谷品質(zhì)方面效果顯著[10-11]，但由于CO2、N2氣調(diào)需制備氣體，成本高、工藝煩瑣，存在著一定的局限性。

負(fù)壓儲(chǔ)糧作為一種新型儲(chǔ)糧技術(shù)，操作簡(jiǎn)單，屬于綠色、經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)糧范疇，符合當(dāng)今生態(tài)儲(chǔ)糧的趨勢(shì)。目前，負(fù)壓儲(chǔ)藏較多應(yīng)用于真空袋包裝的肉類[12]、果蔬[13]、成品糧[14]方面，而對(duì)于原糧鮮有報(bào)道。當(dāng)今，科學(xué)技術(shù)完全可以滿足大規(guī)模負(fù)壓儲(chǔ)糧對(duì)倉(cāng)房建設(shè)氣密性和壓力的要求[15]，故作者模擬西南、華中、華南3種儲(chǔ)糧難度較大的區(qū)域，研究在不同負(fù)壓下優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的變化情況，旨在為未來(lái)實(shí)倉(cāng)負(fù)壓儲(chǔ)糧提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

武運(yùn)粳23：江蘇中江種業(yè)有限公司，2017年10月產(chǎn)自江蘇省淮安市洪澤縣，按照GB/T 17891—2017規(guī)定達(dá)到了優(yōu)質(zhì)粳稻的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 儀器與設(shè)備

PC-1改進(jìn)型塑料真空儲(chǔ)糧罐: 上海越磁電子科技有限公司; HWS-300恒溫恒濕培養(yǎng)箱：寧波東南儀器有限公司；RS-0.5旋片式真空泵：上海樹立儀器儀表有限公司；KP830泵吸式氣體檢測(cè)儀：河南中安電子探測(cè)技術(shù)有限公司；CR-410色彩色差計(jì)：日本美能達(dá)有限公司；FSJ-Ⅱ錘片式旋風(fēng)磨：中儲(chǔ)糧成都糧食儲(chǔ)藏科學(xué)研究所；JGMJ8098稻谷精米檢測(cè)機(jī)：上海嘉定糧油儀器有限公司；BLH-2950標(biāo)準(zhǔn)型糧食振蕩器：浙江伯利恒儀器設(shè)備有限公司。

1.3 主要試劑

95%乙醇、無(wú)水乙醇：分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鉀：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、鄰苯二甲酸氫鉀：分析純，洛陽(yáng)昊華化學(xué)試劑有限公司。

1.4 方法

1.4.1 條件設(shè)置及樣品處理

負(fù)壓的設(shè)置： 罐體模擬倉(cāng)(圖1)，可準(zhǔn)確調(diào)節(jié)罐內(nèi)真空度(負(fù)壓的絕對(duì)值越大,則真空度越高)，抽真空30 d，真空度變化小于6%。資料顯示，當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)低于8%時(shí)，大多數(shù)害蟲生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖受到抑制；氧氣體積分?jǐn)?shù)低于2%時(shí)，可抑制大多數(shù)好氧霉菌，同時(shí)殺死害蟲[4]。因此，試驗(yàn)依據(jù)氧氣體積分?jǐn)?shù)來(lái)確定負(fù)壓。通過(guò)氣體檢測(cè)儀對(duì)罐內(nèi)氧氣進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，確定氧氣體積分?jǐn)?shù)為2%、8%時(shí)對(duì)應(yīng)的負(fù)壓為-0.97、-0.84 kg/cm2。此外，試驗(yàn)再置一個(gè)低壓對(duì)照(-0.52 kg/cm2)和一個(gè)常規(guī)對(duì)照(0 kg/cm2)。

圖1 真空儲(chǔ)糧罐Fig.1 Vacuum storage tank

微環(huán)境的設(shè)置：依據(jù)西南中溫低濕區(qū)、華中中溫高濕區(qū)及華南高溫高濕區(qū)3個(gè)儲(chǔ)糧較難區(qū)域的年平均溫濕度，設(shè)置了25 ℃、RH65%；25 ℃、RH85%；35 ℃、RH85% 3種儲(chǔ)藏微環(huán)境。

樣品處理：將安全水分(13.5%～14%)的優(yōu)質(zhì)粳稻分裝至真空罐內(nèi)，每罐3 kg，并在罐內(nèi)用飽和碘化鉀和飽和氯化鉀溶液控制濕度為65%、85%，抽真空處理。將真空罐放置在設(shè)定好的恒溫恒濕箱中儲(chǔ)藏，每隔1個(gè)月取樣并測(cè)定指標(biāo)。

1.4.2 指標(biāo)測(cè)定

發(fā)芽率的測(cè)定參照GB/T 5520—2011；脂肪酸值的測(cè)定參照GB/T 15684—2015；出糙率的測(cè)定參照GB/T 5495—2008；黃度指數(shù)的測(cè)定參照GB/T 24302—2009。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微環(huán)境下負(fù)壓對(duì)優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值的影響

圖2是3種儲(chǔ)糧微環(huán)境下負(fù)壓儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值的變化。脂肪酸值是評(píng)價(jià)稻谷儲(chǔ)藏品質(zhì)的敏感指標(biāo)，也是評(píng)判稻谷宜存程度的重要參數(shù)。由圖2a可知，在模擬西南儲(chǔ)糧區(qū)(中溫低濕)時(shí)，隨著真空度的增強(qiáng)，脂肪酸值增加的趨勢(shì)變緩。在儲(chǔ)藏180 d后，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下的脂肪酸值分別達(dá)38.3、35.49、30.22、27.9 mg/100 g，其中，常壓和-0.52 kg/cm2條件下脂肪酸值均達(dá)到重度不宜存狀態(tài)，而-0.84、-0.97 kg/cm2條件下脂肪酸值均為輕度不宜存狀態(tài)。因此，負(fù)壓儲(chǔ)藏可以延緩優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值的升高。在儲(chǔ)藏前60 d，優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值有所下降，這可能是不飽和脂肪酸氧化生成醛、酮類等酸敗物質(zhì)的速度大于脂肪水解的速度[16]。圖2b、圖2c脂肪酸值的變化趨勢(shì)同圖2a。圖2b模擬華中儲(chǔ)糧區(qū)(中溫高濕)，常壓和-0.52 kg/cm2條件下脂肪酸值在約130 d、172 d達(dá)到重度不宜存狀態(tài)，而-0.84、-0.97 kg/cm2條件下在180 d脂肪酸值均未達(dá)到重度不宜存狀態(tài)。圖2c模擬華南儲(chǔ)糧區(qū)(高溫高濕)，-0.97 kg/cm2在第165天左右達(dá)到重度不宜存狀態(tài)，與對(duì)照組相比，延緩了45 d。同時(shí)，無(wú)論常壓還是負(fù)壓儲(chǔ)藏180 d后，其脂肪酸值均在50 mg/100 g以上，比西南、華中儲(chǔ)糧區(qū)變化幅度大?？芍?，高溫高濕條件下可增強(qiáng)優(yōu)質(zhì)稻中脂肪酶的活性，加速脂肪酸值的升高[17]。因此，實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中，控制糧倉(cāng)的溫濕度尤為重要。

注：a為西南中溫低濕儲(chǔ)糧區(qū)；b為華中中溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)；c為華南高溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)，圖3、圖4、圖5同。圖2 不同微環(huán)境下負(fù)壓儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值的變化Fig.2 Change of fatty acid value of high quality rice stored under different microenvironmentalnegative pressure

優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值的方差分析見表1，儲(chǔ)藏時(shí)間、真空度、溫濕度對(duì)優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值的影響均達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01)，F(xiàn)儲(chǔ)藏時(shí)間>F溫濕度>F真空度，說(shuō)明儲(chǔ)藏時(shí)間影響最大。因此，儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻時(shí)應(yīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)脂肪酸值，掌控儲(chǔ)藏狀態(tài)，合理出倉(cāng)。此外，負(fù)壓儲(chǔ)藏雖可延緩優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值的升高，但影響更大的是儲(chǔ)藏溫濕度。

表1 優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值的方差分析Table 1 Variance analysis of fatty acid value of high quality rice

注：P>0.05為影響不顯著；P<0.05為影響顯著；P<0.01為影響極顯著，表2、表3、表4同。

2.2 不同微環(huán)境下負(fù)壓對(duì)優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽率的影響

圖3 不同微環(huán)境下負(fù)壓儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽率的變化Fig.3 Change of germination rate of high quality rice stored under different microenvironmentalnegative pressure

圖3是3種不同微環(huán)境下負(fù)壓儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽率的變化。發(fā)芽率是衡量稻谷能否作為種子糧的重要指標(biāo)之一。由圖3可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽率逐漸下降，同時(shí)，對(duì)比常壓儲(chǔ)藏，負(fù)壓儲(chǔ)藏發(fā)芽率下降較快。圖3a模擬西南儲(chǔ)糧區(qū)(中溫低濕)，優(yōu)質(zhì)稻儲(chǔ)藏60 d，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下的發(fā)芽率從初始的80%分別降至61%、50%、41%、43%，而儲(chǔ)藏至第180天，常壓條件下發(fā)芽率降至8%，負(fù)壓條件下發(fā)芽率幾乎降至0。圖3b、圖3c發(fā)芽率變化趨勢(shì)與圖3a相同。圖3b模擬華中儲(chǔ)糧區(qū)(中溫高濕)，優(yōu)質(zhì)稻儲(chǔ)藏至第60天，常壓條件下發(fā)芽率為81%，而負(fù)壓條件下發(fā)芽率均在60%左右；儲(chǔ)藏至第120天后，負(fù)壓條件下發(fā)芽率均在10%以下，而常壓條件下發(fā)芽率為20%。圖3c模擬華南儲(chǔ)糧區(qū)(高溫高濕)，優(yōu)質(zhì)稻儲(chǔ)藏至第60天，負(fù)壓條件下發(fā)芽率均在10%左右，常壓條件下發(fā)芽率則為19%。由此可知，負(fù)壓不適合儲(chǔ)藏種子糧，可能是因?yàn)樨?fù)壓造成空間氧氣體積分?jǐn)?shù)低，優(yōu)質(zhì)稻進(jìn)行大量無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精或其他中間產(chǎn)物及有機(jī)酸類，毒害糧粒的細(xì)胞原生質(zhì)，使機(jī)體受到損傷或完全喪失生活力[4]。

優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽率的方差分析見表2，儲(chǔ)藏時(shí)間、溫濕度對(duì)優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽率的影響均達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01)，真空度達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，其中，溫濕度影響程度大于真空度(F溫濕度>F真空度)。綜上分析，負(fù)壓不宜儲(chǔ)藏種子糧。對(duì)于常壓儲(chǔ)藏下的種子糧，應(yīng)嚴(yán)格控制溫濕度，降低種子的呼吸強(qiáng)度，使種子保持活力。

表2 優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽率的方差分析Table 2 Variance analysis of germination rate of high quality rice

2.3 不同微環(huán)境下負(fù)壓對(duì)優(yōu)質(zhì)稻出糙率的影響

圖4 不同微環(huán)境下負(fù)壓儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻出糙率的變化Fig.4 Change of the brown rice yield of high quality rice stored under different microenvironmental negative pressure

圖4是3種不同微環(huán)境下負(fù)壓儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻出糙率的變化。出糙率是稻谷加工品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，也是收儲(chǔ)企業(yè)收購(gòu)糧食時(shí)關(guān)注的一個(gè)重要參數(shù)。GB 1350—2009規(guī)定，出糙率是稻谷定等指標(biāo)之一，粳稻出糙率≥81%時(shí)為一等稻谷，出糙率≥79%時(shí)為二等稻谷，出糙率越高，其價(jià)格也會(huì)越高。圖4各儲(chǔ)藏條件下出糙率均隨時(shí)間延長(zhǎng)而下降，但負(fù)壓可延緩出糙率的下降，且真空度愈高，出糙率下降趨勢(shì)愈緩慢。圖4a模擬西南儲(chǔ)糧區(qū)(中溫低濕)，優(yōu)質(zhì)稻儲(chǔ)藏180 d，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下出糙率從84.79%(一等)分別降至79.57%(二等)、79.94%(二等)、80.45%(二等)、81.79%(一等)。其中，常壓儲(chǔ)藏出糙率下降最快，這可能是因?yàn)槌簵l件下優(yōu)質(zhì)稻自身營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗較快，如胚中的脂肪分解等，從而出現(xiàn)較多的不完善粒；也可能是對(duì)照組稻谷不斷與外界進(jìn)行水分和能量交換，水分通過(guò)稻殼散失過(guò)多，從而出糙率下降較快，而負(fù)壓儲(chǔ)藏是在密閉環(huán)境下，水分不易受影響，出糙率下降穩(wěn)定[18]。圖4b模擬華中儲(chǔ)糧區(qū)(中溫高濕)與圖4a變化相似。圖4c模擬華南儲(chǔ)糧區(qū)(高溫高濕)，優(yōu)質(zhì)稻儲(chǔ)藏180 d，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下出糙率從84.79%(一等)分別降至76.95%(四等)、77.59%(三等)、78.87%(三等)、80.38%(二等)。綜合比較3個(gè)儲(chǔ)糧區(qū)，高溫高濕條件下優(yōu)質(zhì)稻出糙率下降較快，可能因?yàn)闇囟仍礁?，?yōu)質(zhì)稻品質(zhì)下降越快，其出糙率下降越快；高溫高濕條件下，倉(cāng)內(nèi)溫濕度、稻殼的吸濕和稻谷的失水很難達(dá)到一個(gè)平衡，致使稻谷水分不斷變化，從而出糙率下降幅度較大[18]。

優(yōu)質(zhì)稻出糙率的方差分析見表3，儲(chǔ)藏時(shí)間、真空度、溫濕度對(duì)優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽率的影響均達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01)，F(xiàn)儲(chǔ)藏時(shí)間>F溫濕度>F真空度，說(shuō)明儲(chǔ)藏時(shí)間影響最大，其次是溫濕度，最后是真空度。綜上，真空度越高越有利于提升優(yōu)質(zhì)稻的出糙率，但在進(jìn)行負(fù)壓儲(chǔ)藏時(shí)，控制溫濕度應(yīng)作為前提條件。

表3 優(yōu)質(zhì)稻出糙率的方差分析Table 3 Variance analysis of the brown rice yieldof high quality rice

2.4 不同微環(huán)境下負(fù)壓對(duì)優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)的影響

圖5是3種不同微環(huán)境下負(fù)壓儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)的變化。黃度指數(shù)可用來(lái)表示大米的黃變程度，其值越大，大米發(fā)黃程度越深。黃變不僅會(huì)影響大米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且會(huì)降低其商業(yè)價(jià)值。圖5a模擬西南儲(chǔ)糧區(qū)(中溫低濕)，相比常壓儲(chǔ)藏，負(fù)壓儲(chǔ)藏黃度指數(shù)增加緩慢。儲(chǔ)藏180 d，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)從23.77分別增加了3.36、2.27、1.99、1.47，但肉眼均觀察不出黃變。圖5b模擬華中儲(chǔ)糧區(qū)(中溫高濕)，優(yōu)質(zhì)稻儲(chǔ)藏180 d，常壓條件下黃度指數(shù)達(dá)29.87，肉眼可觀察其黃變；而-0.52 kg/cm2條件下黃度指數(shù)為28.03，優(yōu)質(zhì)稻發(fā)生輕微黃變；-0.84、-0.97 kg/cm2儲(chǔ)藏黃度指數(shù)分別為27.16、26.97，均未發(fā)生黃變。圖5c模擬華南高溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)，儲(chǔ)藏180 d，常壓條件下優(yōu)質(zhì)稻黃度值數(shù)可達(dá)45.31，肉眼可看出已嚴(yán)重黃變；而負(fù)壓條件下黃度指數(shù)均達(dá)40以上，同樣發(fā)生嚴(yán)重黃變。相比西南、華中儲(chǔ)糧區(qū)，華南儲(chǔ)糧區(qū)黃變更嚴(yán)重，這可能是因?yàn)楦邷馗邼翊龠M(jìn)了稻谷內(nèi)部美拉德反應(yīng)的發(fā)生，生成褐色物質(zhì)，導(dǎo)致米粒發(fā)黃[19]。

圖5 微環(huán)境下負(fù)壓儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)的變化Fig.5 Change of yellowness index of high quality rice stored under negative pressure microenvironments

優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)的方差分析見表4，儲(chǔ)藏時(shí)間和溫濕度均對(duì)優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)有極顯著影響(P<0.01)，而真空度對(duì)優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)無(wú)影響(P=0.388>0.05)。F溫濕度>F儲(chǔ)藏時(shí)間，說(shuō)明溫濕度影響優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)程度最大。因此，負(fù)壓不能延緩優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)的上升，儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制儲(chǔ)藏溫濕度，延長(zhǎng)其黃變時(shí)間。

3 結(jié)論

通過(guò)定期測(cè)定優(yōu)質(zhì)稻的脂肪酸值、發(fā)芽率、出糙率及黃度指數(shù)，研究了不同溫濕度下負(fù)壓對(duì)優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：真空度越高，優(yōu)質(zhì)稻脂肪酸值上升速率和出糙率下降速率越緩慢，負(fù)壓可以明顯延緩優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的下降。負(fù)壓對(duì)優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)影響并不顯著，負(fù)壓儲(chǔ)藏可加劇發(fā)芽率的下降。溫濕度對(duì)各指標(biāo)均有顯著影響，其中華南高溫高濕環(huán)境下優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)變化程度最大，儲(chǔ)藏180 d，脂肪酸值達(dá)到50 mg/100 g以上，黃度指數(shù)上升至40以上，出糙率最多下降到76.95%，優(yōu)質(zhì)稻嚴(yán)重劣變。對(duì)比方差分析中的F值，可知溫濕度對(duì)優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的影響遠(yuǎn)大于負(fù)壓。因此，負(fù)壓條件下儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)稻，建議首先控制儲(chǔ)藏溫濕度，在糧食降至安全水分下，糧溫下降后再進(jìn)行抽負(fù)壓處理；其次選擇較高的負(fù)壓，從而減緩優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的劣變。

表4 優(yōu)質(zhì)稻黃度指數(shù)的方差分析Table 4 Variance analysis of yellowness index of high quality rice