不同收儲條件對粳稻南粳5055儲藏品質(zhì)的影響

邵小龍 徐 文 時小轉(zhuǎn) 丁 超 劉 玨

(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； 江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，南京 210023) (武漢輕工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院2，武漢 430023)

大量研究表明稻谷收獲時間對稻谷品質(zhì)有重要影響。Bal S等[1]研究了水稻抽穗后15～45 d的生物學(xué)成熟度及籽粒含水量變化，結(jié)果表明在最適收獲時間收割獲得了最大的糧食公頃產(chǎn)量和優(yōu)良的碾磨品質(zhì)。張桂蓮等[2]研究了收獲時間對水稻種子萌發(fā)及其生理特性的影響。徐潤琪等[3]做了適期收割對稻谷損失影響的研究，其結(jié)果顯示如要保證田間稻谷爆腰率不超過10%，則收獲期稻谷平均含水率必須大于20%，由此可見，收獲時間會影響稻谷產(chǎn)量、種子質(zhì)量和加工品質(zhì)。

近年來，稻谷儲藏品質(zhì)研究大多關(guān)注稻谷入庫后的儲藏環(huán)節(jié)，即各種儲藏條件如溫度、時間、濕度、儲糧害蟲、微生物等對稻谷品質(zhì)變化的影響，如王娜[4]研究了溫度、相對濕度、儲藏時間對稻谷陳化速度的影響及該過程中稻谷淀粉、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等主要化學(xué)成分的變化情況；白玉玲[5]研究了不同儲藏時間與稻谷儲藏品質(zhì)之間存在的顯著性影響及昆蟲取食對于稻谷的儲藏品質(zhì)的影響；陳玉蘭[6]研究了儲藏溫度對稻谷儲藏品質(zhì)的影響，張玉榮[7]、Chrastil J[8]和姚明蘭[9]等都有相關(guān)方面的研究。Sarker[10]、林鎮(zhèn)清等[11]研究發(fā)現(xiàn)儲藏溫度、相對濕度以及含水率對稻谷儲藏特性、加工特性以及食味值均有影響。而收獲時間這一人為因素對稻谷儲藏品質(zhì)影響方面的研究，國內(nèi)外都鮮有報道。稻谷入庫前諸多因素如水肥管理、氣象條件、收獲時間等對稻谷儲藏品質(zhì)是否有影響也值得探討。

邵小龍等[12]通過檢測南粳5055的氣味變化、質(zhì)構(gòu)特性及微觀條件，探討了不同收獲期粳稻的品質(zhì)變化，而本研究則側(cè)重于收獲時間、儲藏溫度及時間對粳稻品種南粳5055儲藏品質(zhì)的影響。通過檢測含水率、發(fā)芽率[13,14]、游離脂肪酸值[15-19]、表面顏色等重要儲藏品質(zhì)指標(biāo)，分析各因素對南粳5055儲藏品質(zhì)的影響；建立基于儲藏溫度的稻谷游離脂肪酸生成變化的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型，并通過Arrhenius方程計算游離脂肪酸穩(wěn)定的活化能[20]，用于比較不同收獲時間稻谷的耐儲性能，從而確定有利于南粳5055儲藏的適宜收獲時間。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)稻谷品種為南粳5055，屬于早熟晚粳稻品種，采樣于南京市江寧區(qū)湯山鎮(zhèn)孟墓村藏龍灣農(nóng)場試驗(yàn)田。南粳5055綜合了母本武粳13的粳米特性和父本關(guān)東194的軟米特性, 米飯晶瑩剔透，口感柔軟滑潤，富有彈性，冷而不硬，食味品質(zhì)極佳，深受消費(fèi)者喜愛，在江蘇省沿江地區(qū)被廣泛種植[21]。

1.2 儀器與設(shè)備

101-34S型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；PQX-1000A型分段可編程人工氣候箱；GNP-9160型隔水式恒溫培養(yǎng)箱；FW100型高速萬能磨粉機(jī)；CM-5型色差儀。

1.3 方法

1.3.1 樣品準(zhǔn)備

自南粳5055抽穗后42 d，每隔6 d采樣1次，共采樣5 次(分別為42、48、54、60、66 d)。樣品經(jīng)人工脫粒、除雜、過篩。參考汪楠[22]等的方法，將剛收獲的濕稻谷置于30 ℃、50%RH培養(yǎng)箱中干燥濕基含水量至14.5 ℃。將處理好的粳稻各分為21 組，每組200 g，分裝于塑料袋(復(fù)合PA/PE材料)熱封后于15、25、35 ℃的恒溫箱中各放入7 組樣品進(jìn)行儲藏，儲藏周期為210 d，每30 d各取一組樣品測定粳稻品質(zhì)指標(biāo)。每次采樣結(jié)束后，立即對樣品進(jìn)行上述處理，同時對其進(jìn)行編號。

1.3.2 含水率測定

根據(jù)國標(biāo)GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》，經(jīng)過預(yù)處理后采用直接干燥法。每個樣品做三次平行，以下指標(biāo)均同。

1.3.3 脂肪酸值測定

參考GB/T 5510—2011《糧油檢驗(yàn)糧食、油料脂肪酸值測定》。

1.3.4 發(fā)芽率測定

參考GB/T 5520—2011《糧油檢驗(yàn) 籽粒發(fā)芽試驗(yàn)》。

1.3.5 表面色差分析

用色差儀測定粳稻樣品的明度(L*)值、紅綠色調(diào)(a*)值和黃藍(lán)色調(diào)(b*)值，利用公式(1)計算色差(△E*)值。

(1)

1.4 脂肪酸值變化的動力學(xué)分析

采用SAS 9.4軟件對不同收獲時間的粳稻脂肪酸值的變化趨勢進(jìn)行不同動力學(xué)級數(shù)方程擬合，進(jìn)而確定反應(yīng)級數(shù)，零級反應(yīng)、一級反應(yīng)和二級反應(yīng)分別見公式(2)、(3)和(4)：

y=b0+b1x

(2)

y=e(b0+b1x)

(3)

(4)

式中：y指實(shí)驗(yàn)測得的脂肪酸值/mgKOH/100 g；x指儲藏時間/d；b0、b1指擬合后的參數(shù)。

然后按公式(5)進(jìn)行一級動力學(xué)模型分析：

lnC=lnC0±kt

(5)

式中：C為任意時間測定的脂肪酸值/mgKOH/100 g；C0為初始脂肪酸值/mgKOH/100 g；t為儲藏時間/d；k為一級動力學(xué)常數(shù)/d-1。

運(yùn)用Arrhenius方程，即公式(6)。

(6)

將公式(5)進(jìn)行轉(zhuǎn)化為公式(7)的形式，由斜率可算得反應(yīng)動力學(xué)活化能。

(7)

式中：Eα為活化能/kJ/mol；A為指數(shù)前置因子；R為氣體常數(shù)，8.314 J/(mol·K)；T為絕對溫度/K。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

采用SPSS 24.0分析軟件，利用方差分析(ANOVA)對各指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析，各指標(biāo)相關(guān)性分析利用Pearson 相關(guān)性分析。采用SAS 9.4軟件對脂肪酸值變化進(jìn)行動力學(xué)分析。其余數(shù)據(jù)顏色圖表采用office 2016軟件處理繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同收獲時間的粳稻儲藏品質(zhì)變化及其影響因素分析

圖1為不同收獲時間粳稻在15、25、35 ℃儲藏溫度下含水率及脂肪酸值的變化。對于不同收獲時間的粳稻含水率而言，經(jīng)過210 d的儲藏，相同儲藏條件下，粳稻含水率變化情況差異明顯，其中42、48、54 d收獲的粳稻含水率變化情況較接近，60、66 d收獲的粳稻含水率變化情況較接近，且前者含水率高于后者，即收獲時間越靠后，水分降低速率越快，反之則越慢。另外隨著儲藏時間的延長，粳稻含水率總體上呈下降趨勢，且儲藏溫度越高，下降趨勢越明顯，林鎮(zhèn)清等[11]通過研究于高大平倉房中儲存的稻谷，得出了相似結(jié)論。

圖1 不同收獲時間粳稻在不同儲藏條件下的 含水率及脂肪酸值變化

通過方差分析研究收獲時間、儲藏溫度及時間對粳稻含水率的影響，分析結(jié)果見表1，如表1所示，收獲時間與儲藏溫度及時間均對粳稻含水率變化有極顯著影響(P<0.01)，由F值檢驗(yàn)可知各影響因素對粳稻含水率影響的顯著性順序?yàn)閮Σ販囟?儲藏時間>收獲時間。

另外，圖1還體現(xiàn)了不同收獲時間的粳稻在不同儲藏溫度下脂肪酸值隨儲藏時間的變化。隨著儲藏時間的增加，粳稻脂肪酸值呈上升趨勢，且儲藏溫度越高脂肪酸值上升速率越快，這和前人的研究結(jié)果一致[17]。而收獲時間對脂肪酸值的影響也較明顯，其中42 d收獲的粳稻脂肪酸值在各儲藏溫度儲藏前期均低于其他收獲時間收獲的粳稻。但其隨儲藏時間變化增加的幅度最大，最終在210 d時與其他收獲時間的樣品游離脂肪酸值相差較小。

表1 收獲時間及儲藏條件對粳稻含水率影響的方差分析

注： **表示極顯著水平(P< 0.01)；* 表示顯著水平(P< 0.05),下同。

通過方差分析研究收獲時間、儲藏溫度及時間對粳稻脂肪酸值的影響，分析結(jié)果見表2，如表2所示，收獲時間與儲藏溫度及時間均對粳稻脂肪酸值變化有極顯著影響(P<0.01)，由F值檢驗(yàn)可知各影響因素對粳稻脂肪酸值影響的顯著性順序?yàn)閮Σ貢r間>儲藏溫度>收獲時間。

表2 收獲時間及儲藏條件對粳稻脂肪酸值影響的方差分析

圖2為不同收獲時間粳稻在15、25、35 ℃儲藏溫度下發(fā)芽率及色差(ΔE*)值變化。對于不同收獲時間的粳稻而言，儲藏溫度為15 ℃時，隨著儲藏時間的延長發(fā)芽率下降趨勢不明顯，各收獲時間的粳稻間基本無差異且均在90%以上；儲藏溫度為25 ℃時，儲藏150 d前各收獲時間的粳稻發(fā)芽率差異不明顯且變化不大，儲藏150 d后下降明顯；儲藏溫度為35 ℃時，不同收獲時間的樣品發(fā)芽率在90 d前下降速率較慢，90 d后迅速下降，在210 d都降為0%，這與張玉榮等[7]的結(jié)論一致，其中42 d收獲粳稻發(fā)芽率下降速度明顯慢于其余4 個收獲時間。

通過方差分析研究收獲時間、儲藏溫度及時間對粳稻發(fā)芽率的影響，分析結(jié)果見表3，如表3所示，儲藏溫度及時間對粳稻發(fā)芽率變化有極顯著影響(P<0.01)，由F值檢驗(yàn)可知各影響因素對粳稻發(fā)芽率影響的顯著性順序?yàn)閮Σ販囟?儲藏時間；而收獲時間對粳稻發(fā)芽率變化影響不顯著(P>0.05)。

圖2 不同收獲時間粳稻在不同儲藏條件下的 發(fā)芽率及色差(ΔE*)值變化

表3 收獲時間及儲藏條件對粳稻發(fā)芽率影響的方差分析

方差來源Ⅲ型平方和自由度均方F值顯著性模型883 006.042a1463 071.860149.253**收獲時間580.1794145.0450.343儲藏溫度43 043.513221 521.75650.929**儲藏時間27 821.58173 974.5129.405**誤差44 793.708106422.582校正總計927 799.750120

另外，從圖2還可以看出，在儲藏過程中，不同收獲時間的粳稻色差(ΔE*)值差異較小，且變化趨勢相似，即在前三個月的儲藏過程中，不同收獲時間的粳稻色差(ΔE*)值較小，之后此值隨儲藏時間的延長而變化明顯。當(dāng)儲藏溫度為15 ℃時，除66 d收獲的粳稻外，其余粳稻色差(ΔE*)值在儲藏期達(dá)180 d后才發(fā)生明顯變化；當(dāng)儲藏溫度為25、35 ℃時，各收獲時間的粳稻在儲藏期達(dá)90 d后便開始發(fā)生明顯變化。

通過方差分析研究收獲時間、儲藏溫度及時間對粳稻表面色差的影響，分析結(jié)果見表4。如表4所示，收獲時間對粳稻表面色差值有顯著影響(P<0.05)，而儲藏溫度及時間對粳稻表面色差(ΔE*)值變化有極顯著影響(P<0.01)，而由F值檢驗(yàn)可知各影響因素對粳稻發(fā)芽率影響的顯著性順序?yàn)閮Σ販囟?儲藏時間>收獲時間。

表4 收獲時間及儲藏條件對粳稻表面色差影響的方差分析

2.2 不同收獲時間的粳稻儲藏過程品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表5可知，收獲時間與明度(L*)值極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與紅綠色調(diào)(a*)值極顯著正相關(guān)(P<0.01)，這表明收獲時間的延長使得粳稻表面亮度變暗，顏色變紅。儲藏溫度與含水率、發(fā)芽率極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與脂肪酸值、紅綠色調(diào)(a*)值極顯著正相關(guān)(P<0.01)，這表明隨著儲藏溫度的提高，粳稻的含水率、發(fā)芽率降低，而脂肪酸值升高，且表面顏色變紅。儲藏時間與含水率、發(fā)芽率極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與脂肪酸值、色差值極顯著正相關(guān)(P<0.01)，這表明隨著儲藏時間的增加，粳稻的含水率、發(fā)芽率降低，而脂肪酸值升高，且表面色差增大。含水率與脂肪酸值極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，這表明儲藏期間粳稻含水率降低，可能導(dǎo)致過氧化物酶活性的降低，給脂肪酸值的上升提供了便利，從而使粳稻品質(zhì)劣變。含水率與發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，這表明儲藏期間隨著含水率的降低，粳稻的新鮮度和生命力也隨之減低。另外，含水率與紅綠色調(diào)(a*)值、色差(ΔE*)值極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，這表明隨著粳稻水分的降低，粳稻表面顏色逐漸發(fā)綠且色差逐漸減小。脂肪酸值與發(fā)芽率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，說明脂肪酸值的升高會導(dǎo)致粳稻生命力的下降。脂肪酸值和發(fā)芽率均與各色度值呈極顯著相關(guān)(P<0.01)。

表5 不同收獲時間的粳稻儲藏品質(zhì)性狀間的相關(guān)性分析

2.3 粳稻脂肪酸值變化的動力學(xué)分析

運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型能夠直觀地反映粳稻儲藏過程中品質(zhì)的變化[7]。粳稻在儲藏過程中，脂肪酸值的變化對其品質(zhì)劣變敏感性強(qiáng)，是判斷其儲藏品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[23]，故根據(jù)2.1中脂肪酸值測定結(jié)果，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)探討不同收獲時間的粳稻脂肪酸值變化規(guī)律，以此研究收獲時間對粳稻儲藏品質(zhì)的影響。

2.3.1 反應(yīng)動力學(xué)級數(shù)的確定

利用SAS 9.4對不同收獲時間的粳稻在儲藏過程中脂肪酸值的變化進(jìn)行各動力學(xué)反應(yīng)級數(shù)模型擬合，決定系數(shù)見表6，其中，決定系數(shù)越大，則表明其擬合程度越好。由表6可知，在相同儲藏條件下，不同收獲時間的粳稻一級動力學(xué)模型決定系數(shù)(R2)基本保持不變，而零級和二級動力學(xué)模型決定系數(shù)(R2)均隨收獲時間的延長而變化明顯。脂肪酸值的一級動力學(xué)決定系數(shù)(R2)均在0.98以上，且一級動力學(xué)模型擬合程度顯著高于零級和二級。因此，為了較好地反映不同收獲時間的粳稻在儲藏過程中脂肪酸值的變化規(guī)律，而采用一級動力學(xué)模型，此結(jié)論與前人[24,25]所得一致。

2.3.2 反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)及反應(yīng)活化能的確定

運(yùn)用一級動力學(xué)模型對不同收獲時間的粳稻在儲藏過程中脂肪酸值變化進(jìn)行分析，其動力學(xué)參數(shù)及反應(yīng)活化能見表7。粳稻在相同儲藏條件下，隨著收獲時間的延長，脂肪酸值的動力學(xué)常數(shù)呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，且均為48 d收獲的粳稻常數(shù)值最大。隨著儲藏溫度的升高，脂肪酸值的動力學(xué)常數(shù)均增大，如54 d收獲的粳稻從15 ℃上升至25 ℃，再從25 ℃上升至35 ℃，動力學(xué)常數(shù)由0.002 64 d-1最終上升至0.004 28 d-1，這說明儲藏溫度越高，粳稻劣變速度越快，這與張玉榮等[7]的結(jié)論一致。

表6 不同收獲時間的粳稻脂肪酸值變化的動力學(xué)模型決定系數(shù)(R2)

表7 不同收獲時間的粳稻脂肪酸值變化的動力學(xué)參數(shù)與反應(yīng)活化能

反應(yīng)動力學(xué)主要計算活化能，活化能越大說明品質(zhì)越難變化，因此，在儲藏過程中反應(yīng)活化能高意味著粳稻脂肪不易降解而導(dǎo)致稻谷品質(zhì)劣變，由表7可知，各收獲時間的粳稻脂肪酸活化能(Eα)的大小順序?yàn)椋?8 d >54 d > 66 d > 60 d > 42 d，由此可得，Eα隨著收獲時間的推遲而呈先上升后下降的趨勢，且在48、54 d收獲的粳稻Eα較高，即較不易發(fā)生脂肪降解而引起脂肪酸值的升高。其中，42 d與48 d收獲的粳稻差異明顯，這可能與42 d收獲的粳稻成熟度不高有關(guān)；Eα在收獲時間超過48 d后開始下降，這是由于脂肪酸為一中間產(chǎn)物，隨著收獲時間的推遲脂肪酸分解成其他物質(zhì)。綜上可知，收獲時間對粳稻品質(zhì)劣變有較大影響，且南粳5055的最佳收獲時間在抽穗后48～54 d范圍內(nèi)。

另外，邵小龍等[26]通過分析水稻抽穗到成熟過程中籽粒理化指標(biāo)和低場核磁共振(LF-NMR)數(shù)據(jù)，得出抽穗49 d左右后籽粒的整體品質(zhì)趨于穩(wěn)定；劉兵等[27]分析南粳5055的外觀品質(zhì)、加工特性及蒸煮特性等指標(biāo)時，發(fā)現(xiàn)其在抽穗后48～54 d內(nèi)收割可獲得較佳的綜合品質(zhì)。上述結(jié)論均與本試驗(yàn)所得結(jié)論相符，再次佐證了南粳5055在抽穗后48～54 d范圍內(nèi)收割較適宜。

3 結(jié)論

通過定時檢測7個月儲藏期的粳稻含水率、脂肪酸值、發(fā)芽率及表面顏色等理化指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)收獲時間、儲藏溫度及時間3個因素對南粳5055的含水率、脂肪酸值有顯著影響，其中，收獲時間、儲藏溫度及時間對含水率的影響順序?yàn)閮Σ販囟?儲藏時間>收獲時間，對脂肪酸值的影響順序?yàn)閮Σ貢r間>儲藏溫度>收獲時間。各指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果顯示含水率、脂肪酸值和發(fā)芽率兩兩相關(guān)，影響粳稻的食用品質(zhì)和生命力；脂肪酸值和發(fā)芽率均與各色度值呈極顯著相關(guān)。

不同溫度下儲藏粳稻的脂肪酸值變化符合化學(xué)反應(yīng)一級動力學(xué)模型，比較不同收獲時間的南粳5055脂肪酸值增加的活化能(Eα)，發(fā)現(xiàn)其存在差異，Eα大小順序?yàn)椋?8 d>54 d>66 d>60 d>42 d，由此可得，48、54 d收獲的粳稻反應(yīng)活化能較高，在儲藏過程中較不易發(fā)生脂肪降解而引起脂肪酸值的升高?；谝陨辖Y(jié)論可知，除了儲藏條件外，粳稻的收獲時間對其儲藏品質(zhì)也有顯著性影響；通過游離脂肪酸值變化的活化能比較可知，本實(shí)驗(yàn)稻谷的最佳收獲時間在抽穗后48～54 d范圍內(nèi)。因此，對于粳稻南粳5055而言，除儲藏溫度和時間外，收獲時間也對粳稻儲藏品質(zhì)有重要的影響。