糙米貯藏技術(shù)研究進(jìn)展

陳冰潔，喬勇進(jìn)*，雷天慧，張 怡，王 曉

(1上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工研究中心，上海農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工工程技術(shù)研究中心，上海 201403；2上海市文來中學(xué)，上海 201101)

稻米是世界上大多數(shù)人特別是亞洲、南美和非洲人民廣泛食用的食品，稻米消費(fèi)占我國居民口糧消費(fèi)的60%—65%，稻米的充足供應(yīng)關(guān)乎國家的糧食安全。一般而言，我國的稻米多以稻谷的形式貯藏，然而，近幾年稻谷庫存總量急速增加，根據(jù)國家糧食局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2013—2017年我國稻谷庫存平均每年增加2 600 萬t，截至2017年1月庫存已高達(dá)1.4 億t，現(xiàn)有的倉容已難以滿足庫存需求。糙米作為稻谷脫殼后的另一種形態(tài)，儲藏所需倉容比稻谷要少30%—40%，同時(shí)能降低25%的運(yùn)輸量和相應(yīng)的經(jīng)營管理經(jīng)費(fèi)[1]，解決了稻殼資源產(chǎn)地不集中、綜合利用效果差及環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。精米也可有效減少倉容，但精米幾乎只含有胚乳，結(jié)構(gòu)暴露，貯藏穩(wěn)定性極差。相對來說，糙米作為流通和儲存對象具有許多優(yōu)點(diǎn)，不僅貯藏時(shí)間長、穩(wěn)定性高，同時(shí)能大幅度提高倉容的利用率，減少運(yùn)輸管理費(fèi)用。

此外，糙米因保留胚芽、米糠層，含有豐富的營養(yǎng)素和精米所缺乏的天然生物活性物質(zhì)(如γ-氨基丁酸、γ-谷維醇、谷胱甘肽、神經(jīng)酰胺等)，這些被證實(shí)具有抗癌、防治糖尿病、高膽固醇和肥胖癥等功效[2]，對人體健康和現(xiàn)代文明病的預(yù)防和治療具有重要意義。因此，糙米被美國FDA(食品藥品監(jiān)督管理局)列為全谷物健康食品，倡議直接食用。

然而，由于失去稻殼保護(hù)，糙米胚和胚乳呈暴露狀態(tài)，容易機(jī)械損傷；酶活性增加導(dǎo)致儲存期間脂質(zhì)降解加速[3]，造成糙米品質(zhì)下降；同時(shí)糙米易生蟲霉變，降低其食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[4-5]。 因而，無論是從糧食流通的角度，還是從營養(yǎng)健康的角度，對糙米的貯藏保鮮研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究綜述糙米的儲藏技術(shù)，展望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 影響糙米貯藏保鮮的因素

1.1 含水量

影響糙米貯藏品質(zhì)的主要因素之一是含水量，含水量高時(shí)，糙米代謝活動旺盛，營養(yǎng)物質(zhì)分解加速，易引起發(fā)熱、霉變、生蟲等劣變；含水量低時(shí)，生命活力低，糙米代謝異常，喪失使用價(jià)值[6]。

1.2 貯藏溫度

貯藏溫度的高低與糙米貯藏安全密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)[7]，將糙米儲藏溫度控制在10 ℃以下，可以有效防止霉變、抑制蟲鼠繁殖及呼吸作用，能極大程度地保持糙米的新鮮。

1.3 儲藏濕度

儲藏環(huán)境濕度越大，糙米越容易受潮霉變、滋生病蟲，濕度越小則糙米越不易變質(zhì)。通常情況下，儲藏糙米較為適宜的濕度是小于70%，在此條件下，霉菌的生長繁殖會受到一定程度的抑制[8]。

1.4 包裝材料

高溫高濕環(huán)境下，用阻隔性較好的包裝材料能夠有效地控制包裝袋內(nèi)氣體含量和水蒸氣的變化，并且能夠抵御外界微生物和害蟲的入侵，達(dá)到延長保質(zhì)期的目的。

2 糙米的儲藏特性

糙米營養(yǎng)物質(zhì)豐富、脂質(zhì)含量高、胚和胚乳直接暴露在外，在高溫高濕的外界環(huán)境(尤其是盛夏梅雨季節(jié))，極易發(fā)生變色、異味、發(fā)霉等不可逆轉(zhuǎn)的品質(zhì)劣變，嚴(yán)重的還會產(chǎn)生有毒和致癌性的物質(zhì)[9]，即人們常說的陳化，主要表現(xiàn)為米質(zhì)變脆，無光澤，脂肪酸值上升，有陳米味，米湯溶出物減少，蒸煮后米飯硬度增加，黏度下降。

3 糙米貯藏技術(shù)

3.1 低溫處理

低溫儲藏應(yīng)用范圍較廣，是目前公認(rèn)較優(yōu)的食品儲藏方法之一。日本從20世紀(jì)末就開始普及糙米低溫儲藏法，是較早研究糙米儲藏保鮮的國家之一。日本科技人員研究得出，在15—20℃ 的低溫儲藏條件下，糙米保質(zhì)期可以延長到3年，若將低溫倉溫度控制在10 ℃以下，相對濕度控制在70%以下，則糙米的保質(zhì)期可以延長到5年左右。

低溫貯藏利用的原理主要是在低溫環(huán)境下糙米中營養(yǎng)物質(zhì)的損失延緩、霉菌的生長和蟲害的滋生得到抑制[10]。脂肪酸含量是評價(jià)糙米品質(zhì)的重要指標(biāo)，一般來說脂肪酸值越高，糙米品質(zhì)越差，研究發(fā)現(xiàn)低溫下儲存的糙米比高溫下儲存樣品脂肪酸值、過氧化值和羰基值都低[11]。司柯等[12]也發(fā)現(xiàn)，隨著貯藏時(shí)間的增加，糙米脂肪酸值呈上升趨勢，黏度呈下降趨勢，且溫度越高，脂肪酸值上升越快，黏度下降越快。朱立樹等[13]從表現(xiàn)食味品質(zhì)的糊化特性著手，發(fā)現(xiàn)隨著儲藏時(shí)間的延長，糙米的峰值黏度、最低黏度等指標(biāo)都呈上升的趨勢，且溫度越高，變化差異越顯著，由此說明低溫儲藏為糙米儲藏的最佳條件。相比室溫及低溫，低于冰點(diǎn)的溫度使糙米種子的呼吸和脂質(zhì)水解的速率達(dá)到最小化[14]，這同時(shí)表明在條件允許的情況下，凍藏能最大限度保持糙米品質(zhì)。低溫儲藏作為一項(xiàng)較成熟的儲糧技術(shù)，雖然投資費(fèi)用多、運(yùn)行成本高，但能有效保持糙米的品質(zhì)，滿足人民對“高品質(zhì)”生活的要求，所以應(yīng)用較廣泛。

3.2 蒸汽法

蒸汽法主要是通過加熱的方式使脂肪酶受熱失去活性來延長糙米保質(zhì)期。過熱蒸汽的干燥動力學(xué)速率顯著高于微波熱風(fēng)干燥，可降低淀粉糊化焓，增加糊化程度，提高清除能力，增加鐵還原抗氧化能力[15]。羅達(dá)文等[16]表明，120 ℃ 高壓蒸汽條件下處理5 min可以有效地鈍化脂肪酶活性，且抑制糙米在儲藏過程中脂肪酸含量和總飽和脂肪酸百分比的上升，能有效地延長糙米的貨架期。高壓蒸汽法穩(wěn)定效果好，但操作繁瑣、能源利用率低，不適用于大規(guī)模推廣。

3.3 冷殺菌技術(shù)

3.3.1 高壓處理

高壓處理作為一種非熱處理技術(shù)，已被證明廣泛用于食品保鮮，其對食品營養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)幾乎沒有影響[17]。WANG等[18]證實(shí)高壓處理(特別是在200 MPa，10 min)可以有效降低糙米在貯藏過程中的酸敗。于勇等[19]采用一步式超高壓與兩步式超高壓處理糙米，得出在100—300 MPa壓力范圍內(nèi)，超高壓處理后的糙米酚類、黃酮類含量以及抗氧化活性隨著壓力的增大而增大，且兩步式高壓處理組糙米的上述指標(biāo)高于一步式高壓處理組。YU等[20]研究表明高壓處理可以改變糙米的微觀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水分的吸附特性，改善糙米的食用品質(zhì)。超高壓技術(shù)與傳統(tǒng)的熱處理相比，可以最大限度保持食品營養(yǎng)成分，減少熱敏成分的損失，并且不會產(chǎn)生熱處理所帶來的蒸煮味，因此能夠更好地保持食品原有的性狀與風(fēng)味。

3.3.2 微波處理

微波是非電離能，能夠通過交變電磁場中的“分子摩擦”在穿透介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生熱來殺死糙米中的微生物和害蟲[21]。微波對糙米貯藏過程中穩(wěn)定化效果顯著，在較優(yōu)的微波工藝條件下，儲藏4周后的糙米的游離脂肪酸值較未處理糙米減少了13.7%[22]。微波輻射對糙米的黃曲霉和寄生曲霉活性也有影響，隨著微波處理時(shí)間的增加，兩種菌株的數(shù)量均顯著降低，菌株存活率極低，但糙米的顏色、外觀、質(zhì)地和可接受性顯著降低[23]。由此得出微波處理糙米貯藏效果較好，但因?yàn)榇嬖谝欢ǖ臒嵝?yīng)，會造成糙米品質(zhì)下降，同時(shí)也可能會存在輻照殘留，影響食品的安全性，所以微波處理的功率和時(shí)間要控制得當(dāng)。

3.3.3 超聲波處理

超聲波作為物理處理技術(shù)，具有操作時(shí)間短、重復(fù)性高、能耗低等特點(diǎn)，在食品加工和食品檢測中引起廣泛的關(guān)注[24]。超聲波處理和微酸性電解水的綜合作用對蠟狀芽孢桿菌具有殺菌作用[25]。專家用超聲波和超高壓進(jìn)行比較，對糙米進(jìn)行處理，得出兩種處理方式均造成糙米硬度、膠黏性和咀嚼性顯著下降，但超聲波處理比超高壓處理更能縮短蒸煮時(shí)間。同時(shí)，兩種處理方式均顯著提高了糙米抗氧化活性，但超聲波處理樣品的總抗氧化能力及DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基清除能力都高出超高壓處理樣品[26]。超聲波作為一種廉價(jià)、簡單的保鮮技術(shù)，不僅可以增加糙米的貯藏效果，還可以改善糙米的貯藏品質(zhì)。

3.3.4 紅外干燥

紅外干燥作為一種高干燥效率、前景良好的干燥技術(shù)，對糙米的顏色、微觀結(jié)構(gòu)、蒸煮特性和糊化特性均有積極的影響[27]。紅外輻射預(yù)處理能有效減緩糙米中游離脂肪酸的生成，降低水分含量，抑制蟲害和霉變[28]，同時(shí)催化式紅外輻射在抑制游離脂肪酸生成和蟲害繁殖方面達(dá)到了與氣調(diào)保鮮技術(shù)相似的保藏效果[29]。DING等[30]用紅外加熱糙米，再經(jīng)回火和自然冷卻處理，有效地降低脂肪酶的活性并顯著減少游離脂肪酸的生成，延長了糙米的儲存期，同時(shí)DING等[31]還發(fā)現(xiàn)，紅外輻射干燥對蛋白質(zhì)和淀粉顆粒的微觀結(jié)構(gòu)和熱性質(zhì)的穩(wěn)定作用高于空氣干燥，儲存4個月后，紅外輻射干燥與空氣干燥相比，顯著減緩糙米變黃及吸水量和體積膨脹率的增加，降低了糊化溫度范圍和糊化焓。

3.3.5 輻照處理

輻照作為一種非熱技術(shù)可有效消除昆蟲、微生物和病毒的危害，提高食品的安全性和耐貯性。MIKHAIEL等[32]研究表明，γ-射線輻照處理糙米后，能起到很好的驅(qū)蟲害作用，EL-NAGGAR等[33]用γ-射線和微波共同作用處理稻谷，發(fā)現(xiàn)1.0 kGy的γ-射線輻照輔以30 s的微波處理，能使稻谷中雜擬谷盜、煙草甲、米螟、谷蠢等害蟲在24 h內(nèi)全部死亡。黃曲霉是造成糙米及糙米制品采后損失的典型霉菌，它可以產(chǎn)生對人類健康構(gòu)成威脅的黃曲霉毒素，黃曲霉毒素具有致突變性，致畸性和致癌性。大量研究發(fā)現(xiàn)水稻在收獲、處理、運(yùn)輸和儲存過程中受到黃曲霉的污染會產(chǎn)生高水平的霉菌毒素[34]。朱佳廷等[35]研究發(fā)現(xiàn)輻照對稻米中黃曲霉毒素B有降解效果，且降解率隨著輻照劑量的增加而增加，在4.0 kGy的輻照劑量下，黃曲霉毒素B降解率達(dá)42%。低劑量輻照還能降低游離脂肪酸值的含量，對淀粉顆粒的平均范圍和形狀沒有顯著影響。然而，隨著輻照劑量和儲存時(shí)間的增加，淀粉顆粒和窄裂縫的黑斑變得更寬[36]?？偟膩碚f，低劑量γ-射線輻照處理能殺害儲糧害蟲，延長儲藏期，并且不會對谷物的蒸煮品質(zhì)、食用品質(zhì)產(chǎn)生不利的影響，甚至還會提高糙米品質(zhì)。

3.4 氣調(diào)

通過改變環(huán)境中氣體組成的氣調(diào)處理是一種延長新鮮農(nóng)產(chǎn)品保質(zhì)期的常用技術(shù)[37]。已經(jīng)證實(shí)將氧吸收劑引入糙米儲存系統(tǒng)中，脂質(zhì)的水解活性受到抑制[38]。尹紹東等[39]證實(shí)粳糙米在4個月的氣調(diào)儲藏后啟封，在原有溫度條件下又進(jìn)行2個月的常規(guī)儲藏，糙米品質(zhì)仍會延續(xù)啟封前的趨勢變化。王若蘭等[40]通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)98% N2和40% CO2氣調(diào)儲藏不僅可以維持糙米較高的發(fā)芽率，同時(shí)還能有效地延緩還原糖的變化。氣調(diào)貯藏作為一種較理想的貯藏方式，同時(shí)存在成本較高、儀器復(fù)雜、受氣調(diào)庫內(nèi)部環(huán)境影響較大等缺點(diǎn)，尚未大范圍推廣，而隨著小包裝技術(shù)的發(fā)展，自發(fā)氣調(diào)儲藏技術(shù)已得到消費(fèi)者廣泛認(rèn)可和接受。

3.5 包裝

包裝在食品行業(yè)中變得越來越重要，其諸如便利性和分配等功能的進(jìn)步正在受到越來越多的關(guān)注，包裝系統(tǒng)主要被用來充當(dāng)屏障，保護(hù)稻米免受周圍環(huán)境的影響。LEE等[41]分別對大蒜和洋蔥中分離的五種精油、烯丙基二硫化物(AD)和烯丙基硫醇的抗昆蟲活性進(jìn)行評估，得出含有5%AD(AD-5)的膜對昆蟲的滲透具有最強(qiáng)的抵抗力，將AD-5應(yīng)用于糙米包裝，得到AD-5不僅具有防蟲效果，并且能夠保持米飯的感官品質(zhì)。香米的香氣與2-乙?；?1-吡咯啉(2AP)含量密切相關(guān)，水稻中存在的2AP的量將取決于收獲后處理和貯存期的環(huán)境。真空與層壓OPPAILLDPE包裝糙米可以穩(wěn)定2AP 和正己醛的含量，且糙米的顏色在貯藏期間保持相對不變[42]。NICKOLAS等[43]在制造聚丙烯聚合物袋過程中，將殺蟲劑溴氰菊酯以大約3gkg的濃度摻入單根紗線中，得出這種包裝袋可以有效地限制儲存產(chǎn)品甲蟲通過袋子滲透到儲存的谷物或碾磨的谷物產(chǎn)品中，從而起到抑制害蟲的作用。

3.6 化學(xué)保鮮劑

化學(xué)保鮮技術(shù)是利用一定濃度的化學(xué)物質(zhì)保鮮糙米，達(dá)到防止糙米變色、變味、變質(zhì)的效果，從而延長貯運(yùn)和銷售時(shí)間。該法操作簡便、費(fèi)用低，保鮮效果好，是生產(chǎn)中常用的保鮮方法。美國研制了包含丙酸、氫氧化鈉、氫氧化銨等多種潮解物的保鮮劑，該保鮮劑能有效的抑制水分移動，并保持水分含量在最合理的范圍，達(dá)到了保鮮效果。DAS等[44]發(fā)現(xiàn)用parad保鮮劑處理樣品使糙米游離脂肪酸含量和丙二醛含量在貯藏期間變化較小，可阻止碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的流失，延長糙米貨架期。ARTHUR等[45]用昆蟲生長調(diào)節(jié)劑(IGR)甲氧普林以1.25 mgkg和2.5 mgkg的濃度處理糙米，在27 ℃ 相對濕度60%下保存3個月，發(fā)現(xiàn)兩種濃度都可以完全抑制赤擬谷盜的后代發(fā)育，幾乎沒有導(dǎo)致樣品重量損失及谷粒的損壞。

3.7 生物保鮮技術(shù)

生物保鮮技術(shù)主要是利用生物防腐劑與微生物和細(xì)菌之間存在的拮抗作用來達(dá)到抑制害蟲殺滅霉菌的作用，已經(jīng)成為一種替代化學(xué)品殘留的前瞻性技術(shù)。目前，開發(fā)無毒、高效、低成本和實(shí)用的生物源保鮮劑已成為研究的重要方向。多殺菌素是刺糖多胞菌發(fā)酵液中提取的無公害高效生物殺蟲劑，作為一種天然產(chǎn)品被許多國家和國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)用于有機(jī)農(nóng)業(yè)，研究發(fā)現(xiàn)多殺菌素可通過控制害蟲的成蟲和幼蟲來有效地控制與儲存的谷物相關(guān)的甲蟲和蛾類害蟲[46]。經(jīng)過證明，很多植物精油起到良好的保鮮、滅蟲、殺菌的功能[47-48]。SONGSAMOE等[49]表明，當(dāng)白蘭花的精油濃度大于300 μLL時(shí)可抑制孢子萌發(fā)和黃花菌絲體的生長，且精油處理的糙米與無精油處理的對照(4周)進(jìn)行比較，保質(zhì)期延長了4倍(16周)，硬度減少了13。同時(shí)SONGSAMOE等[50]也證實(shí)從水葫蘆根中提取的佛手精油經(jīng)紫外線處理后抑制糙米黃曲霉的生長，從而達(dá)到延長糙米保質(zhì)期的目的，生物保鮮技術(shù)發(fā)展迅速，原料來源廣，保鮮方式多元，為糙米的保鮮提供了較好的發(fā)展方向。

3.8 等離子處理

等離子體是由處于基態(tài)和激發(fā)態(tài)的活躍粒子(如電子、離子、自由基和原子等)組成，通過施加能量發(fā)生電離，電子通過碰撞反過來將能量傳遞給物質(zhì)，導(dǎo)致解離和激發(fā)狀態(tài)。將糙米樣品接種蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌O157：H7，等離子體處理20 min可導(dǎo)致細(xì)菌計(jì)數(shù)減少約2.30 log CFUg[51]。低壓等離子體還有利于減少烹飪時(shí)間，降低脂肪酸值以及糙米中α-淀粉酶和LOX(脂氧合酶)的活性，從而延長糙米的貯藏期[52]。KITIYA 等[53]證實(shí)用40 W氬冷等離子體處理25 min抑制黃曲霉的生長最有效，糙米谷物棒在40 W的等離子體處理20 min，能夠保證25 ℃和100%RH的儲存條件不受黃曲霉的侵染長達(dá)20 d。冷等離子體不會產(chǎn)生太多的熱量，減少對食物營養(yǎng)的損害。

4 結(jié)論與展望

隨著人們生活水平的提高及研究技術(shù)的發(fā)展，具有保健功能的糙米的開發(fā)和利用受到越來越多的關(guān)注，糙米的貯藏保鮮技術(shù)也成為了研究重點(diǎn)。日本對糙米貯藏技術(shù)研究較早，且日臻成熟，處于世界先進(jìn)水平。相比而言，我國糙米儲藏的整體水平偏低。因此，探究糙米貯藏技術(shù)及原有技術(shù)的協(xié)同作用，進(jìn)行相關(guān)的研究與開發(fā)利用，將有助于糙米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為供應(yīng)營養(yǎng)健康的糙米食品提供保障。