不同加工精度對大米主要儲藏特性影響的研究

安紅周 黃世豪 羅 瓊 朱 萍 尹文婷

(河南工業(yè)大學糧油食品學院，鄭州 450001)

我國是世界上生產和消費大米最多的國家，大米品質的優(yōu)劣與人們的飲食健康息息相關。大米失去皮殼的保護，營養(yǎng)物質直接暴露在外界，受環(huán)境的影響較大，易出現帶菌量多、陳化、品質劣變等問題，從而失去食用價值。脂肪酸值是大米儲藏品質變化的重要指標之一[1]。脂肪酸是脂類在酶的作用下，與水和空氣發(fā)生水解反應和氧化反應產生的。大米中脂肪含量既少又不均勻，但它易被酯酶催化分解，分解產物為甘油和游離的脂肪酸，而游離的脂肪酸極易被氧化[2]。脂類氧化產物對米飯的風味有一定的負面影響，對大米風味有不良的影響的物質多為醛類、酮類和酸類，這些物質是通過脂肪酸的進一步自動氧化分解而生成的[3]。在不當的儲藏條件下，會加劇大米酸敗的速度。另外，隨著儲藏時間的延長，大米中發(fā)生霉變，滋生大量微生物，微生物消耗大量還原糖，保持其生命活動，還原糖含量轉而發(fā)生下降[4]。目前國內最普遍的儲藏方式是常溫儲藏，主要用干燥、自然低溫和密閉的方法。干燥是先將大米的水分含量烘至14%以下，以便于嚴格控制大米的儲藏質量[5]。一般低溫采用15 ℃和準低溫20 ℃儲藏，可以抑制大米的呼吸作用，同時抑制微生物的生長繁衍[6]。

受長期錯誤消費觀念影響，“亮、白、精”的大米更容易受到消費者的青睞。但是消費者只是考慮到外觀品質，忽視了在稻米加工的過程中會喪失部分營養(yǎng)這一客觀事實[7]。另外，針對我國大米過度加工導致的營養(yǎng)流失、能耗高、自動化控制落后等問題[8]，研究不同碾磨強度大米在儲藏過程中品質的變化，確定適宜的碾磨強度、儲藏溫濕度、包裝材料、儲藏時間對于提升其食用安全性及營養(yǎng)性、減少生產成本和糧食資源損失的意義重大。

本實驗研究5種不同品種的大米(原陽大米、稻花香、晚絲苗、美香黏和長粒香)采用3個不同加工精度在儲藏過程中脂肪酸值、過氧化值和還原糖的變化，分析大米的儲藏特性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原陽粳糙米、稻花香粳糙米、美香黏秈糙米、長粒香秈糙米。

冰乙酸、三氯甲烷、無水硫酸鈉、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、碘、碘化鉀、石油醚、可溶性淀粉、甲醇，均為分析純。

1.2 儀器與設備

SATAKE TM05C砂輥碾米機，PB-10碘量瓶，WN-200電熱恒溫烘箱，721G可見分光光度計，HPX-2508H-III恒溫培養(yǎng)箱，HH-6數顯恒溫水浴鍋，LXJ-IIB高速離心機，CNS-1210直鏈淀粉儀，CNS-2121水分速測儀，CNS-1211超聲波萃取儀。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

根據前期的食味品質研究，選取粳米原陽大米和稻花香，以及秈米晚絲苗、長粒香和美香黏5種大米，利用TM05C砂輥碾米機分別碾磨50、75、100 s，將其加工精度分別記為碾磨強度1、碾磨強度2、碾磨強度3，數值越高，代表大米的加工精度越高。5種大米不同碾磨強度對應的碾減率和留皮度如表1所示。5種米的3個不同加工精度都分別用2種包裝材料進行封口包裝，即PVDC(聚偏二氯乙烯)和PA(尼龍)，以進行實驗對比。

表1 不同加工精度對5種大米碾減率和留皮率的影響/%

1.3.2 儲藏實驗

將3個不同加工精度的5種大米用2種不同材料包裝共30個米樣分別放在2個恒溫恒濕培養(yǎng)箱中儲藏，恒溫恒濕培養(yǎng)箱設置為15 ℃和25 ℃，濕度設置為75%。每隔30 d各取出1份米樣進行過氧化值、脂肪酸值和還原糖的測定。

1.3.3 大米留皮度和碾減率的測定

留皮度參照GB/T 5502—2018測定。碾減率的計算公式為：碾減率=(1—碾磨后出機大米質量/進機糙米質量)×100%。

1.3.4 大米脂肪酸值的測定

按照GB/T 20569—2006《稻谷儲存品質判定規(guī)則》中附錄 A 規(guī)定的方法測定稻谷的脂肪酸值，重復測定2次。

1.3.5 大米過氧化值的測定

按照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準食品中過氧化值的測定》方法進行，重復測定2次。

1.3.6 大米還原糖的測定

按照GB 5009.7—2016《食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》方法中的鐵氰化鉀法進行，重復測定2次。

1.3.7 實驗數據統計與分析

使用Excel軟件進行數據整理，使用Origin8.5對數據進行繪圖，使用SPSS20進行數據描述統計量分析。

2 結果與分析

2.1 儲藏時間對大米儲藏品質的影響

2.1.1 儲藏時間對大米脂肪酸值的影響

不同加工精度的5種大米分別用PA材料包裝，在15 ℃、75%濕度的儲藏條件下，脂肪酸值隨儲藏時間的變化情況如圖1所示。

圖1 大米脂肪酸值隨儲藏時間的變化

由圖1可知，隨著儲藏時間的延長，大米的脂肪酸值一直呈上升趨勢。脂肪酸值是大米儲藏過程中品質變化主要參考標準之一，在大米儲藏過程中脂肪在酶的作用下發(fā)生水解，產生游離脂肪酸。脂肪酸值的變化，反應了大米儲藏過程中品質的劣變程度。林鎮(zhèn)清等[9]研究表明，儲藏時間越長，單位時間內脂肪酸上升幅度越大。渠琛玲等[10]在稻谷儲藏新鮮度的研究中表示，脂肪酸值≤10 mg KOH/100 g時，大米新鮮度高；脂肪酸值介于10～15 mg KOH/100 g時，大米新鮮度一般；脂肪酸值為≥20 mg KOH/100 g時，大米新鮮度較差。當大米儲藏到30 d的時候，大米的脂肪酸值介于15～20 mg KOH/100 g，新鮮度開始趨于較差；當大米儲藏到60 d的時候，大米的脂肪酸值均在20 mg KOH/100 g以上，新鮮度較差。而GB/T 20569—2006《稻谷品質判定規(guī)則》也規(guī)定大米脂肪酸值超過25 mg KOH/100 g為不宜儲存。因此，大米最儲藏時間最長為2個月較好。

在儲藏30 d后大米3種不同碾磨強度下的脂肪酸含量相差不大。當儲藏到120 d的時候，不同加工精度脂肪酸的差異性比較顯著，碾磨強度2的脂肪酸含量要低于碾磨強度1和碾磨強度3。這可能是因為碾磨強度2的大米中的脂肪在脂肪酶的作用下產生的脂肪酸被氧化成過氧化物。

2.1.2 儲藏時間對大米過氧化值的影響

不同加工精度的5種大米分別用PA材料包裝，在15 ℃、75%濕度的儲藏條件下，過氧化值隨儲藏時間的變化情況如圖2所示。

由圖2可知，大米在3種不同加工精度下過氧化值隨著儲藏時間的延長而逐漸上升的趨勢。在儲藏前大米的過氧化值在8～9 g/100 g之間，碾磨強度3的過氧化值最高。這可能是因為碾磨強度3的碾減率最大，大米表面皮層破壞得最嚴重，脂肪更容易與空氣中的氧發(fā)生氧化反應，產生過氧化物。當儲藏時間達到150 d的時候，碾磨強度2的過氧化值要高于碾磨強度1和碾磨強度3。這可能是因為碾磨強度1的大米碾磨程度比較輕，碾減率為7.06%，大米還保留有較多完整的皮層，脂肪暴露在空氣中的比較少，氧化得慢。而碾磨強度3的大米碾磨的程度比較大，碾減率為12.96%，大米皮層中的脂肪以及大米的胚大部分已經被碾去，氧化產生的過氧化物會低。

圖2 大米過氧化值隨儲藏時間的變化

當儲藏時間達到30 d，5種大米的過氧化值比較接近，過氧化值上升速度比較緩慢。這可能是因為在儲藏過程中，大米中的脂肪在脂肪酶的作用下發(fā)生水解反應，產生游離脂肪酸，游離脂肪酸在空氣和水分的作用下和大米脂肪氧化酶接觸，發(fā)生氧化酸敗，導致過氧化值的上升[11]。當儲藏時間達到30 d的時候，過氧化值上升的速度最快，過氧化值提高了50%左右。因為此時大米中已經水解產生了大量的游離脂肪酸和自由基，這些游離脂肪酸和自由基與空氣接觸面積大，產生較多的過氧化物，導致過氧化值升高得比較快，這與羅達文[12]報道的大米在儲藏30 d時，過氧化值上升得比較快，隨后慢慢趨于平緩的研究結果不一致，這可能是因為實驗原料和實驗條件的不同，前者采用的原料為晚秈七號和粳米空育131，碾減為糙米(0%碾磨)、輕碾米(5%碾磨)、精白米(10%碾磨)；而本實驗中5種大米的碾磨強度在4.50%～8.76%。當儲藏時間達到90 d后，5種大米的過氧化值變化開始出現差異，長粒香的過氧化值還以較快的速度上升，而稻花香的過氧化值上升速度漸漸平緩下來。因為同為碾磨強度1時，美香黏的碾減率比較高，大米表面皮層破損得比較充分，皮層內的脂肪與外界接觸得較多，產生的過氧化物較多[13]。

2.1.3 儲藏時間對大米還原糖的影響

不同加工精度的5種大米分別用PA材料包裝，在15 ℃、75%濕度的儲藏條件下，還原糖隨儲藏時間的變化情況如圖3所示。

圖3 大米還原糖隨儲藏時間的變化

從圖3中可以看出，5種大米在儲藏0～90 d之間，還原糖的含量一直呈現上升的趨勢，均在90 d時達到最大值。在30～60 d，5種大米還原糖上升的速率最大。這可能是因為在儲藏初期，大米有較高的淀粉酶活力，生成還原糖能力較強。90 d后大米還原糖含量又開始下降，這可能是因為在大米長期儲藏過程中，大米產生霉變，滋生的微生物和大米的自身活動消耗一定的還原糖，導致還原糖的含量降低。還原糖含量先上升后下降的規(guī)律，與黃亞偉等[14]的研究結果一致。5種大米中儲藏過程中，晚絲苗還原糖的含量最高，美香黏和原陽大米的還原糖含量相近。在不同碾磨強度下的大米還原糖的含量也各不相同?？傮w來看碾磨強度2下的大米在每個儲藏時間下，還原糖的含量都比較高，此時的碾減率為9.56%。這可能是因為大米在碾減率達到10%的時候，砂輥已經將已經刮到胚乳的部分，淀粉裸露在外邊，與胚中的淀粉酶發(fā)生水解作用產生還原糖[15]。

2.2 儲藏溫度對大米儲藏品質的影響

鑒于5種大米變化趨勢比較相似，分析選取其中一種具有代表性的碾磨強度為2的稻花香表示。

2.2.1 儲藏溫度對大米脂肪酸值的影響

圖4為碾磨強度為2的稻花香大米用PA材料包裝后，分別在儲藏溫濕度為75%、15 ℃和75%、25 ℃的條件下，脂肪酸值隨儲藏時間的變化情況。

圖4 不同溫度下大米脂肪酸值隨儲藏時間的變化

從圖4中可以看出，大米脂肪酸含量在15 ℃和25 ℃時上升的趨勢和速率相一致，25 ℃時不同儲藏時間下的脂肪酸含量要略高。這可能是因為當儲藏溫度高于20 ℃的時候，有利于脂肪的水解，脂肪水解速度加快導致脂肪酸值增加，而低溫可減緩脂肪的水解反應。大米表面的真菌數量也是脂肪酸值增長的原因[16]。微生物會將脂肪分解成高級脂肪酸，這些脂肪酸在米粒中積累，導致脂肪酸值的增大，高溫有利于微生物生命活動的進行[17]。當大米儲藏到60 d的時候，脂肪酸值介于20 mg KOH/100 g和25 mg KOH/100 g，新鮮度較差。15 ℃相同儲藏時間下的脂肪酸值低于25 ℃，有利于大米的儲藏。

2.2.2 儲藏溫度對大米過氧化值的影響

圖5為碾磨強度為2的稻花香大米用PA材料包裝后，分別在儲藏溫濕度為75%、15 ℃和75%、25 ℃的條件下，過氧化值隨儲藏時間的變化情況。

從圖5中可以看出，在15 ℃和25 ℃下，大米的過氧化值都隨著儲藏時間的延長而呈現上升的趨勢。在不同的儲藏時間下，大米的過氧化值都呈現差異性顯著。在30 d的時候，2個溫度下大米的過氧化值上升速度相差不大。這可能是因為大米表面還留有一些皮層，包裹起大米，脂肪氧化速度比較慢。儲藏30 d后，25 ℃下大米的過氧化值隨儲藏時間的延長顯著升高，且上升的速度快于15 ℃。這說明15 ℃的儲藏溫度有利于防止過氧化值的升高。

圖5 不同溫度下大米過氧化值隨儲藏時間的變化

2.2.3 儲藏溫度對大米還原糖的影響

圖6為碾磨強度為2的稻花香大米用PA材料包裝后，分別在儲藏溫濕度為75%、15 ℃和75%、25 ℃的條件下，還原糖隨儲藏時間的變化。大米還原糖在在15 ℃和25 ℃的儲藏溫度下均呈現先增加后下降的趨勢，25 ℃下還原糖的變化速率比15 ℃的變化速率要快。儲藏過程中每個階段的還原糖都與初始值呈現出顯著差異。這可能是因為大米中淀粉受淀粉酶的作用而分解[18]，使還原糖含量增加，而淀粉酶的作用對溫度較為敏感，25 ℃有利于淀粉酶的活動。

圖6 不同溫度下大米還原糖隨儲藏時間的變化

2.3 包裝材料對大米儲藏品質的影響

2.3.1 包裝材料對大米脂肪酸值的影響

圖7為碾磨強度為2的稻花香大米分別使用PVDC和PA的包裝材料，在儲藏溫度15 ℃、儲藏濕度75%的條件下，脂肪酸值隨儲藏時間的變化情況。

從圖7中可以看出，大米采用不同的2種包裝材料，其脂肪酸的含量都隨著儲藏時間的延長而上升，但是PVDC包裝的大米脂肪酸含量在不同的儲藏時間下都要比PA的含量略高。這可能是因為PA的透氣性比較高，外界的水蒸氣容易進入包裝袋內，大米脂肪不斷發(fā)生水解反應[19]。

圖7 不同包裝材料大米脂肪酸值隨儲藏時間的變化

2.3.2 包裝材料對大米過氧化值的影響

圖8為碾磨強度為2的稻花香大米分別使用PVDC和PA的包裝材料，在儲藏溫度15 ℃、儲藏濕度75%的條件下，過氧化值隨儲藏時間的變化情況。

從圖8中可以看出，隨著儲藏時間的延長，PVDC包裝的大米的過氧化值含量都要低于PA包裝的大米。說明PVDC包裝材料更有利于大米儲藏過程品質的保持，延緩了大米品質的劣變。這可能是因為PVDC的包裝材料阻隔性比較好，防止包裝袋外部的水分及空氣中的氧進入包裝袋內，促進大米脂肪氧化反應[20]。但是2種包裝的大米過氧化值都隨著儲藏時間的延長而呈現上升的趨勢，說明包裝材料并不能完全阻隔大米脂肪氧化反應的發(fā)生。這可能是因為在大米裝袋封口的時候，包裝袋內留有空氣，導致脂肪氧化反應的發(fā)生[21]。

圖8 不同包裝材料大米過氧化值隨儲藏時間的變化

2.3.3 包裝材料對大米還原糖的影響

圖9為碾磨強度為2的稻花香大米分別使用PVDC和PA的包裝材料，在儲藏溫度15 ℃、儲藏濕度75%的條件下，還原糖隨儲藏時間的變化。

圖9 不同包裝材料大米還原糖隨儲藏時間的變化

從圖9中可以看出，2種包裝的大米還原糖含量隨著儲藏時間的延長呈現先上升后下降的趨勢，最高分別為0.28%和0.25%。PVDC包裝的大米還原糖含量在各個儲藏時間都低于PA包裝的大米，這可能是因為包裝材料PA的材質有利于大米淀粉發(fā)生水解反應，產生還原性糖。儲藏90 d時，還原糖含量開始下降，這可能是因為大米中已滋生大量的微生物，而且微生物消耗的還原糖的速度要大于淀粉水解產生還原糖的速度。隨著儲藏時間的延長，大米中淀粉酶的活性降低，也會降低還原糖增長的速度[22]。

2.4 數據分析

大米儲藏過程中，以脂肪酸值為評判指標分別對粳、秈米的儲藏溫度、包裝材料和加工精度進行方差分析，結果如表2所示。

表2 以脂肪酸值為評判指標大米各儲藏條件的方差分析

從表2中可以看出，在3種不同的儲藏條件溫度、包裝材料和加工精度中，無論對于秈米還是粳米，加工精度對大米儲藏過程中脂肪酸值的影響差異均顯著。說明不同加工精度間的處理，大米脂肪酸值隨著儲藏時間的延長，變異數分析比較明顯。溫度為其次，不同的溫度也是造成大米儲藏過程中脂肪酸值變異的影響因素，差異顯著。包裝材料對脂肪酸值的影響差異不顯著，說明在包裝材料PVDC和PA下儲藏的大米，脂肪酸值的差異性并不大，但PVDC的材料更勝一籌。溫度、包裝材料和加工精度對大米儲藏過程中的影響程度從大到小依次為：加工精度(碾磨強度)>溫度>包裝材料。

3 結論

5種大米在相同的儲藏條件下，大米的過氧化值、脂肪酸值和還原糖的含量均隨著儲藏時間的增加而呈現上升的趨勢。溫度、包裝材料和加工精度對大米儲藏過程中的影響程度從大到小依次為：加工精度>溫度>包裝材料。儲藏時間在90 d之內，碾磨強度為2，儲藏溫度15 ℃、濕度75%，包裝材料PVDC的大米儲藏效果較好。儲藏時間超過90 d，碾磨強度為1，儲藏溫度15 ℃、濕度75%，包裝材料PVDC的大米較好。

適度加工意味著適度保留皮層及營養(yǎng)，不通過盲目追求提高白度來改善外觀，減少碎米產生，節(jié)約電力消耗，讓稻谷資源得到充分利用。通過研究不同碾磨強度下不同儲藏條件下大米品質的變化，找出適度加工的范圍和儲藏的溫度，使大米可以保留更多的營養(yǎng)價值、較好的口感以及較長的貨架期。