糙米儲藏中品質(zhì)特性變化及調(diào)控研究進展

姚亞靜，蘆熹坤，李建穎，關文強，劉建福，劉斌

（天津商業(yè)大學生物技術與食品科學學院，天津 300000）

水稻是中國主要糧食作物之一，從國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)來看，我國2015年～2019年間稻谷平均年產(chǎn)量為20 909.58萬噸，約占糧食總產(chǎn)量的1/3，在糧食生產(chǎn)和消費中占主導地位[1-2]。糙米是稻谷脫去外保護皮層稻殼后的穎果，包含米糠、胚和胚乳3個部分。與精白米相比，糙米的營養(yǎng)價值更高，含有更多的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、粗纖維、不飽和脂肪酸等營養(yǎng)成分。另外，糙米還含有多種生物活性物質(zhì)，具有提升人體免疫力、抗氧化、預防疾病等功效[3-5]。糙米中含有的多酚具有抑制血小板凝聚、降低心腦血管等慢性疾病發(fā)病率等功能[6]，米糠多糖具有降血脂、抗腫瘤、抗輻射和降血糖、提高免疫力等生理功效[7]。

由于稻谷生產(chǎn)具有季節(jié)性，為了保持大米的穩(wěn)定供給，需要對其進行儲藏。但是由于稻殼占稻谷籽粒質(zhì)量18%～20%，并且稻谷表面粗糙，儲存1 m3容積的糙米實際上相當于儲存1.60 m3容積的稻谷。糙米儲藏可以提高倉容利用率、減小運輸壓力、改善倉儲條件。隨著人們健康意識的提高，糙米逐漸被人們所接受[8]。例如在日本，主要是以糙米形式進行儲藏。但是糙米由于沒有外層穎殼保護，同時具有完整胚，呼吸強度較大，所以更容易在儲藏過程中發(fā)生陳化現(xiàn)象，導致品質(zhì)的劣變[9]。本文主要對糙米在不同儲藏環(huán)境和技術條件下各品質(zhì)指標的變化趨勢進行分析，探討糙米儲藏過程中品質(zhì)劣變和調(diào)控機理，為糙米儲藏過程中的品質(zhì)評價、劣變控制及其儲藏保鮮技術開發(fā)應用提供參考。

1 物理特性

1.1 色澤

在儲藏過程中，糙米中色素物質(zhì)、脂肪酸值等的變化導致顏色發(fā)生變化，是糙米品質(zhì)變化最直觀的外觀表征之一[10]。糙米顏色的變化與儲藏時間、溫度、氣體環(huán)境以及自身含水量有很大的關系。隨著儲藏時間的延長，糙米的含水量增加，顏色變暗趨勢明顯[11]。通過控制糙米水分含量，以及在低溫的環(huán)境下儲藏，可以使糙米顏色變化減緩。顧佳緣等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在儲藏過程中糙米的葉黃素含量與L*值呈極顯著正相關，與a*值、b*值呈極顯著負相關；且在儲藏過程中，L*值呈下降趨勢，a*和b*值則隨儲藏時間的延長而增加。葉黃素含量在儲藏過程中呈下降趨勢，且溫度越高、含水量越高，下降越明顯。Park等[13]研究了糙米在不同溫度（4、20、30、40℃）條件下儲藏 4個月后顏色的變化，發(fā)現(xiàn)顏色從乳白色變成黃色；儲藏一個月后，4℃條件下b*值變化很?。◤?0.5到10.86），高于20℃條件下b*值增加迅速，之后保持相對恒定。b*值下降可能與脂質(zhì)氧化有關。也有研究表明10% O2+90% N2包裝與100% N2、真空包裝相比顏色變化速率較慢，可以延緩糙米陳化[14]。

1.2 質(zhì)構(gòu)特性

糙米蒸煮后的質(zhì)構(gòu)特性可以直觀地反映糙米劣變程度。糙米在蒸煮時，蛋白質(zhì)通過與水結(jié)合增加分散質(zhì)和黏滯質(zhì)的聚集或通過二硫鍵網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的增加而影響其質(zhì)構(gòu)變化，其中影響較大的是黏度和硬度[15]。糙米在儲藏初期，米粒結(jié)構(gòu)緊密，淀粉顆粒之間間隙小，吸水速率慢，水分很難進入，使得淀粉糊化困難，米飯硬度高。而隨著儲藏時間的延長，糙米淀粉老化越來越嚴重，不能再保持籽粒的完整性，蒸煮后米飯變得松散，硬度隨之降低。因此，隨著儲藏時間的延長，蒸煮后米粒的硬度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢[16-17]。李巖等[18]研究常規(guī)和氣調(diào)（充氮98%以上）儲藏條件下糙米質(zhì)構(gòu)特性的變化，發(fā)現(xiàn)米飯的硬度和黏度隨著糙米儲藏時間的延長而增大，且糙米儲藏溫度越高，蒸煮后米飯的硬度和黏度增大越明顯。同時，相比常規(guī)儲藏，氣調(diào)儲藏有效延緩了米飯硬度和黏度等的品質(zhì)劣變。

2 生理特性

2.1 發(fā)芽

發(fā)芽率是評定種子生命力和新陳度的重要指標之一，可以衡量糙米儲藏品質(zhì)的優(yōu)劣，不同儲藏條件會影響糙米的發(fā)芽。儲藏溫度、儲藏時間、氣體環(huán)境及水分含量是影響糙米發(fā)芽率的主要因素。張玉榮等[19]將糙米置于15、25、35℃條件下儲藏210 d，發(fā)現(xiàn)糙米發(fā)芽率隨著儲藏的進行而呈現(xiàn)下降趨勢，溫度越高下降越快，35℃條件下糙米的發(fā)芽率在120 d后已經(jīng)趨近于0。而15℃和25℃條件下儲藏的糙米，在儲藏結(jié)束后仍有50%以上的發(fā)芽率。過高溫度儲藏降低糙米發(fā)芽率的主要原因是糙米的胚部長時間受到高溫作用后導致籽粒發(fā)芽率降低。而在低溫環(huán)境下，這種影響力則比較微弱。王若蘭等[20]研究發(fā)現(xiàn)98% N2和40% CO2氣調(diào)儲藏與常規(guī)儲藏相比可以更好地保持發(fā)芽率，且98% N2儲藏的效果更好。另外，隨著糙米的含水量從13.5%增加到17.0%，發(fā)芽率降低更快，水分含量為17.0%的糙米在儲藏4個月時，對照組和CO2組發(fā)芽率已經(jīng)降為0。

2.2 生活力

生活力是指糧食或種子能否發(fā)芽、長成植株的一種潛在的能力[19]。采用2，3，5-氯化三苯基四唑染色法測定，根據(jù)糙米胚部染色的范圍來確定糙米是否具有生活力[19，21]。張玉榮等[22]研究認為低溫時糙米呼吸活動較弱，代謝產(chǎn)生有毒物質(zhì)的速率較慢，可長時間維持高生活力，高溫時代謝較快，生活力降低較快。糙米在低溫（15、20℃）條件下生活力降低比較慢，儲藏300 d后生活力從 76%降到（53±4.2）%、（61±1.4）%；而在高溫（35℃）條件下儲藏180 d后生活力從76%降到（6±1.4）%，趨近于 0。

3 生化特性

3.1 水分含量

在儲藏過程中，糙米水分含量對品質(zhì)的劣變、微生物的生長和繁殖、谷粒物理性質(zhì)改變有非常重要的作用[23]。隨著儲藏時間的延長，糙米水分含量逐漸降低。在儲藏過程中，水分含量主要受環(huán)境中的水分、溫度的影響，尤其是溫度對它的影響更大。有文獻[13，24]表明，在儲藏溫度低于20℃時，糙米水分含量降低較為緩慢，可以更好地保持糙米的水分。

3.2 電導率

細胞膜在細胞代謝活動中非常重要，起到隔離細胞與外界環(huán)境的作用。它不僅對參與細胞代謝活動的酶活性有影響，而且可以調(diào)節(jié)細胞間的物質(zhì)交流和運輸[25]。細胞電解質(zhì)滲漏的主要原因是膜脂過氧化導致的膜功能變化，而電解質(zhì)滲漏導致電導率顯著增加，膜透性增強[26]。隨著儲藏時間的延長，稻谷細胞膜通透性逐漸增強，電導率逐漸增大[27]。此外，溫度也是影響電導率變化的主要因素。高樹成等[28]通過對不同品種的糙米在儲藏過程中電導率變化研究，發(fā)現(xiàn)在準低溫（20℃）和農(nóng)戶儲藏條件下，糙米的電導率均隨著儲藏時間的延長而呈現(xiàn)上升趨勢，但準低溫條件下變化趨勢較小。

3.3 脂肪酸值

糙米在儲藏期間，脂肪的變化也是影響糙米品質(zhì)的重要因素。在光、熱、酶等因素作用下，脂肪會水解為游離脂肪酸，隨著儲藏時間的延長，游離脂肪酸逐漸增多，最終引發(fā)糙米的酸敗。此外糙米中脂肪酸值越高，糙米的氣味和感官品質(zhì)越差，因此經(jīng)常用脂肪酸值來反映糙米的劣變程度[29]。脂肪酸值的變化程度受糙米水分、溫度、環(huán)境中氣體成分影響較大。孫輝等[30]通過研究不同水分含量（13%、14%、15%、16%、17.5%、18.5%）的糙米在15、20、30℃條件下儲藏6個月脂肪酸值的變化，發(fā)現(xiàn)水分含量為18.5%的脂肪酸值明顯高于其它水分含量；溫度低于20℃時不同水分含量的糙米脂肪酸值差異不大，且明顯低于30℃的脂肪酸值。詹啟明等[31]發(fā)現(xiàn)氣調(diào)儲藏（98%以上氮氣）下糙米脂肪酸值的上升趨勢明顯低于常規(guī)儲藏，表明氣調(diào)儲藏可以有效延緩脂肪酸值的增加。

3.4 丙二醛含量

在儲藏過程中，糙米中的脂類會水解產(chǎn)生游離脂肪酸，并在脂肪氧化酶的作用下產(chǎn)生氫過氧化物，然后進一步分解產(chǎn)生醛、酮類等小分子產(chǎn)物，其中主要產(chǎn)物為丙二醛。丙二醛是引起大米蒸煮后出現(xiàn)“陳米臭”現(xiàn)象的主要成分之一[32]。丙二醛含量隨儲藏時間的延長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。溫度、氣體環(huán)境都對其有顯著性影響。柴芃宇等[33]通過研究15、25、35℃條件下不同氣調(diào)儲藏（CO2、N2、真空）以及常規(guī)儲藏方式條件下糯性糙米丙二醛含量的變化，發(fā)現(xiàn)15℃下丙二醛含量變化比較小，而25℃和35℃下變化較為明顯，尤其是35℃。另外氣調(diào)儲藏可以抑制脂質(zhì)氧化反應，丙二醛含量變化較小，其中真空儲藏的效果最好。周緒霞等[34]研究也表明了低溫可以抑制脂質(zhì)氧化反應，且4℃和16℃儲藏條件下產(chǎn)生的丙二醛含量無顯著性差異。

3.5 酶類變化

糙米中含有多種酶，包括過氧化物酶、脂肪氧化酶等[10]。在儲藏過程中，糙米籽粒進行呼吸作用會產(chǎn)生有害物質(zhì)過氧化氫，過氧化氫的氧化作用會使糙米品質(zhì)發(fā)生不好的變化。而過氧化氫酶可以分解過氧化氫，對糙米籽粒起到保護作用。因此過氧化氫酶活力可以作為評價糙米新鮮程度的重要指標之一。隨著儲藏時間的延長，過氧化氫酶活力會不斷減弱。并且溫度越高，過氧化氫酶活力越低[35]。童茂彬等[36]對不同溫度（20、25、30、35℃）條件下常規(guī)儲藏和充氮（98%）儲藏糙米過氧化氫酶活進行研究，發(fā)現(xiàn)氣調(diào)儲藏可減緩過氧化氫酶活力的下降，有利于糙米的儲藏。

4 熱特性和糊化特性

4.1 熱特性

淀粉糊化是指淀粉顆粒在水中受熱后吸水膨脹，分子間和分子內(nèi)氫鍵發(fā)生斷裂，淀粉分子擴散的過程。應用差示掃描量熱儀對5種稻米陳化前后的熱力學特性進行探討，4、38℃儲藏9個月后，可以發(fā)現(xiàn)4℃儲藏前后稻谷的糊化溫度基本不變，而38℃儲藏后稻米的糊化溫度明顯升高[37]。糊化溫度升高說明糊化所需的能量越多，越難糊化[38]。Ding等[39]研究發(fā)現(xiàn)，隨著儲藏的進行糊化焓變增加，在7個月后略微降低。研究發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉、蛋白質(zhì)、脂類對米粉糊化溫度、焓變有重要影響。直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量高的米粉，糊化溫度高。脂類可以降低糊化焓變及溫度，使糊化更容易進行[40]。

4.2 糊化特性

糊化特性是反映淀粉品質(zhì)的一項重要指標，快速粘度儀法是測量淀粉糊化特性最常用的一種方法，糊化特征值與糙米食味之間具有顯著相關性。影響糙米糊化特性的最主要因素是糙米直鏈淀粉的含量，直鏈淀粉含量越大，糙米的口感就越差，因此淀粉的組分不一樣使得糙米的糊化性質(zhì)會有所不同。劉欣等[41]將不同水分含量的糙米在不同溫濕度動態(tài)條件下儲藏240 d，發(fā)現(xiàn)隨著儲藏時間的延長，糙米的峰值黏度、熱漿黏度和最終黏度均呈現(xiàn)上升趨勢，回生值先增加后下降。水分含量相同的條件下，溫度越高，上升的趨勢越快。同一溫度下的不同水分含量的糙米，其初始水分含量越高，黏度值越大，且隨著時間的延長有顯著地增加。宋偉等[42]研究結(jié)論與上述研究結(jié)果一致。

5 展望

糙米因其營養(yǎng)價值高，逐步進入大眾的視野。但是在儲藏過程中糙米的品質(zhì)會發(fā)生一系列劣變。為了延緩糙米品質(zhì)劣變，目前較為有效的方法是低溫貯藏，但是低溫成本高耗能大。有學者發(fā)現(xiàn)，氣調(diào)儲藏也可以減緩糙米品質(zhì)劣變。但是因其技術含量高、費用高等條件，限制了氣調(diào)儲藏方法的推廣。除此之外，也有學者研究了紅外輻照對糙米貯藏穩(wěn)定性的影響。因此可以將低溫、氣調(diào)與輻照處理、保鮮材料結(jié)合起來，以提高糙米質(zhì)量，延緩劣變，也為糙米儲藏保鮮提供了新思路。