低氧包裝對糙米陳化和品質(zhì)的影響

黃 皓 王 毅 李 莉 羅自生,2,3,4

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院1，杭州 310058) (智能食品加工技術(shù)與裝備國家地方聯(lián)合工程實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后處理重點實驗室， 浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點實驗室2，杭州 310058) (浙江大學(xué)馥莉食品研究院3，杭州 310058) (浙江大學(xué)寧波研究院4，寧波 315100)

稻谷是世界上超過一半人口的重要主食之一，因此在世界各地被廣泛種植，而我國也是稻谷生產(chǎn)大國之一[1]。糙米是稻谷脫殼后的完整果實，由皮層、糊粉層、胚和胚乳四部分組成。糙米富含淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、維生素，同時還含有多種對人體健康有益的生物活性物質(zhì)如谷胱甘肽、植物甾醇和酚類物質(zhì)[2]。糙米經(jīng)碾白、拋光等工序后獲得精米。于巍等[3]研究發(fā)現(xiàn)糙米主要營養(yǎng)素含量遠(yuǎn)高于精米。

在流通或者儲藏過程中，糙米由于自身的呼吸作用以及微生物的影響，逐漸陳化，導(dǎo)致食用價值降低[4]。因此，需要采取合適的手段來延緩糙米的品質(zhì)劣變。氣調(diào)技術(shù)作為一種常用的儲藏技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于糧食儲藏領(lǐng)域[5]。氣調(diào)技術(shù)通過改變包裝內(nèi)部的氣體組成條件來抑制商品的呼吸作用，從而延長貨架壽命[6]。例如，Li等[7]研究了氣調(diào)包裝對儲藏大米食用品質(zhì)的影響。但目前，氣調(diào)包裝主要集中在稻谷、精米的研究，對于糙米氣調(diào)包裝的相關(guān)研究較少。

采用高效的小包裝技術(shù)，結(jié)合無污染的可再生資源N2，尋找合適的氣調(diào)包裝技術(shù)延緩長時間儲藏過程中糙米的陳化，維持糙米的品質(zhì)，旨在為糙米的氣調(diào)包裝應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗材料：秈型兩系雜交一季晚稻“晶4155S×華占”，產(chǎn)自江西宜豐，收獲于2016年11月份。除去稻谷外殼得到糙米原料。

試劑：醋酸、磷酸、酚酞、磷酸二氫鈉、葡萄糖、磷酸氫二鈉、乙酸鈉、碘化鉀、碘酸鉀、馬鈴薯淀粉、石英砂、過氧化氫溶液(35%)、三氯乙酸、2-硫代巴比妥酸溶液(98%)、營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、高鹽察氏培養(yǎng)基。

1.2 儀器與設(shè)備

CR-400 色差計，200T高速多功能粉碎機，超凈工作臺，UV-5800PC 紫外可見分光光度計，TGL-16M臺式高速離心機，HZ-9211KB恒溫振蕩器，TM-1000掃描電鏡，MLS-3750立式高壓滅菌鍋，EYELA恒溫培養(yǎng)箱，TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 氣調(diào)包裝

首先，用14 cm×20 cm的PET真空包裝袋分裝糙米，根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果共設(shè)5組，分別為空氣(對照)、真空、100% N2、90% N2+10% O2和70% N2+30% O2，每組16袋，每袋200 g，保證密封性良好，儲藏于37 ℃的恒溫箱中，以加速陳化過程。儲藏時間為6個月，每2個月進行取樣，測定指標(biāo)。

1.3.2 色澤測定

參考郭玉寶[8]的方法，將糙米磨粉，過60目篩。打開CR-400色差計，選擇L*、a*、b*模式進行測定。糙米陳化過程中顏色由乳白色向黃褐色轉(zhuǎn)變，因此以L*和b*值作為糙米色澤的評價指標(biāo)。同時拍攝了糙米的照片進行直觀對比。

1.3.3 微生物檢測

參考孔祥剛[9]的方法進行微生物檢測。稱取25 g糙米，放入裝有225 mL滅菌水的細(xì)口三角瓶中，搖床振蕩30 min，獲得菌懸液。

1.3.3.1 細(xì)菌檢測

以10倍遞增稀釋菌懸液。吸取1 mL不同稀釋度的菌液置于培養(yǎng)皿中，倒入營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，待培養(yǎng)基凝固，倒置于36 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)48 h。選取菌落數(shù)在30～300的培養(yǎng)皿計數(shù)，結(jié)果為每克糙米中的細(xì)菌數(shù)量，以CFU/g表示。

1.3.3.2 霉菌檢測

以10倍遞增稀釋菌懸液。吸取1 mL不同稀釋度的菌液置于培養(yǎng)皿中，倒入高鹽察氏培養(yǎng)基，待培養(yǎng)基凝固，倒置于25 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)5 d。選取霉菌數(shù)在10～150的培養(yǎng)皿計數(shù)，結(jié)果為每克糙米中霉菌數(shù)量，以CFU/g表示。

1.3.4 脂肪酸值測定

按照GB/T 20569—2006《稻谷儲存品質(zhì)判定規(guī)則》進行測定。取5 g糙米粉置于離心管，加入30 mL 95%乙醇，25 ℃溫度下振蕩1 h。以2 000 r/min離心5 min，取20 mL上清液加入錐形瓶中，滴入5滴酚酞溶液。采用0.05 mol/L的氫氧化鈉乙醇溶液滴定至淡粉紅色，持續(xù)3 s。以20 mL 95%乙醇作為空白試驗。

按公式計算脂肪酸值F，結(jié)果用mg/g表示(以NaOH計)。

式中：c為氫氧化鈉乙醇溶液濃度/mol/L；m為糙米質(zhì)量/g；V1為測定樣品所用氫氧化鈉乙醇溶液體積/mL；V0為空白實驗所用氫氧化鈉乙醇溶液體積/mL；ω為試樣的含水量/%；6 000，氫氧化鈉的換算系數(shù)，即40×1.5×100。

1.3.5 丙二醛含量測定

根據(jù)李宏洋等[10]的方法測定丙二醛含量。稱取1 g糙米粉，放入冰浴的研缽中，加入少量石英砂和2 mL的10%三氯乙酸，研磨成勻漿，再加入8 mL的10%三氯乙酸，再次研磨，以4 000 r/min離心10 min，取上清液進行測定。分別取2 mL上清液加入3支試管(對照將上清液換成蒸餾水)，在各管中加入2 mL的0.6%硫代巴比妥酸，將混合液置于沸水浴中反應(yīng)15 min，冷卻，離心。分別在在450、532和600 nm波長下的吸光度值。

丙二醛含量(μmol/g)=

式中：A450、A532、A600，樣品在450、532、600 nm處的吸光值；V為上清液體積/L；m為糙米質(zhì)量/g。

1.3.6 蒸煮糙米質(zhì)構(gòu)測定

參考Bourne[11]的方法，取200 g糙米蒸煮，冷卻至室溫，將糙米置于載物臺上測定，每個樣品測定4次，計算平均值。選取P/5探頭，操作模式為壓時測定，測前速度：10 mm/s，測試速度：1.0 mm/s，測后速度：1.0 mm/s，壓縮比例：70%，觸發(fā)點：10 g，停留時間：1 s。測定的指標(biāo)有：硬度/g、黏著性/g·s、回復(fù)性。

1.3.7 糙米微觀結(jié)構(gòu)觀測

參考彭波等[12]的方法，取完整糙米粒，用刀片去掉兩端，于離子測射儀鍍膜后，用掃描電子顯微鏡(SEM)掃描，電壓為15 kV，放大倍數(shù)1 000倍，觀測，拍照。

1.4 數(shù)據(jù)分析

各指標(biāo)測定均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS20軟件進行，所得實驗數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)方差來表示。采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 儲藏過程中糙米色澤變化

在儲藏過程中，糙米色澤逐漸由淺黃向褐色轉(zhuǎn)變(圖1a)。圖1b所示，隨著儲藏時間的增加，糙米的L*值逐漸降低，表明糙米色澤變暗。而b*值則隨著儲藏時間的增加而升高(圖1c)，表明糙米顏色逐漸變黃。糙米色澤的變化源于糙米含有的多酚氧化酶。多酚氧化酶可以催化糙米中的內(nèi)源性多酚的氧化，并最終形成黑色素[13]。實驗結(jié)果顯示，相比其他處理，90% N2+10% O2包裝能夠最大限度地抑制糙米L*值的減小以及b*值的增大。這表明低氧環(huán)境能夠較好地限制糙米褐變的進程，有利于維持糙米的色澤。Shen等[14]也報道在低氧氣濃度條件下，酶促褐變受到抑制。

圖1 不同氣調(diào)包裝對糙米儲藏過程中的 表觀顏色、L*值和b*值的影響

2.2 儲藏過程中糙米微生物指標(biāo)變化

如圖2所示，在儲藏的前2個月，糙米細(xì)菌和霉菌數(shù)目均增加。這是由于儲藏初期，糙米表層營養(yǎng)物質(zhì)豐富，細(xì)菌和霉菌迅速生長、繁殖。而2個月后營養(yǎng)物質(zhì)被消耗，細(xì)菌和霉菌的生長、繁殖受到限制，因此細(xì)菌和霉菌數(shù)目呈現(xiàn)下降趨勢。而在整個儲藏過程中，90%N2+10%O2包裝中糙米的細(xì)菌數(shù)目和霉菌數(shù)目始終維持在最低水平，說明該氣調(diào)包裝能夠有效地抑制儲藏過程中微生物生長和繁殖，最大程度地保持糙米的品質(zhì)。較低的氧氣濃度抑制了好氧微生物的生長，同時，氧氣的存在也限制了厭氧微生物的生長。Hu等[15]的研究表明低氧的包裝能夠有效地抑制微生物的生長繁殖。

圖2 不同氣調(diào)包裝對糙米儲藏過程中的 細(xì)菌總數(shù)和霉菌總數(shù)的影響

2.3 儲藏過程中糙米脂肪酸值和丙二醛含量變化

由圖3a可見，在儲藏的前4個月，由于糙米中的脂類成分大量水解成游離脂肪酸，使得脂肪酸值迅速升高。而在儲藏的最后2個月，脂肪酸氧化生成醛、酮等物質(zhì)，導(dǎo)致脂肪酸值下降或增速減緩[16]。脂肪酸值是反應(yīng)糙米品質(zhì)劣化的重要指標(biāo)，脂肪酸值越低表明儲藏品質(zhì)越好。在整個儲藏過程中，90% N2+10% O2包裝將糙米的脂肪酸值保持在最低水平，因而延緩糙米品質(zhì)的劣變。如圖3b所示，隨著儲藏時間的增加，糙米的丙二醛含量顯著升高。丙二醛含量反映了脂質(zhì)氧化程度[17]。儲藏期間，90% N2+10% O2包裝的糙米丙二醛含量最低，說明該氣調(diào)包裝能夠良好地降低脂質(zhì)氧化程度，減緩糙米的酸敗。童茂彬等[18]的研究采用98%的氮氣包裝，延緩了脂肪酸值和丙二醛含量的升高，與本研究結(jié)果相似。梁媛等[19]研究也表明N2包裝能夠有效抑制糙米氧化現(xiàn)象。

圖3 不同氣調(diào)包裝對糙米儲藏過程中的 脂肪酸值和丙二醛含量的影響

2.4 儲藏過程中蒸煮糙米質(zhì)構(gòu)品質(zhì)變化

如表1所示，在儲藏過程中，糙米的硬度呈上升趨勢，而黏著性和回復(fù)性呈下降趨勢。隨著儲藏時間的增加，糙米中的直鏈淀粉含量增加，淀粉顆粒之間結(jié)構(gòu)更加緊密，使糙米不易糊化，導(dǎo)致硬度增大，黏著性和回復(fù)性降低，影響食用品質(zhì)[20]。在不同氣調(diào)包裝中，90% N2+10% O2包裝中糙米的硬度保持在最低水平，而黏著性和回復(fù)性保持在最高水平。這表明90% N2+10% O2包裝有利于維持儲藏期間糙米的質(zhì)構(gòu)，保證糙米的食用品質(zhì)。

表1 不同氣調(diào)包裝對糙米儲藏過程中的硬度、黏著性和回復(fù)性的影響

2.5 儲藏過程中糙米微觀結(jié)構(gòu)變化

如圖4a所示，儲藏前的糙米中的淀粉顆粒為多面體結(jié)構(gòu)，淀粉顆粒之間有清晰的界限。儲藏6個月后，部分淀粉顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)闄E球形且聚集成一團(圖4b、圖4c、圖4d、圖4f)。這樣緊密的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)導(dǎo)致糙米質(zhì)構(gòu)的劣化[21]。而圖5e顯示，在90% N2+10% O2條件下儲藏的糙米最好地保持淀粉顆粒多面體結(jié)構(gòu)，維持糙米微觀結(jié)構(gòu)。

圖4 儲藏前糙米微觀結(jié)構(gòu)(a)與氣調(diào)儲藏6個月后糙米 微觀結(jié)構(gòu)(1 000倍)

3 結(jié)論

本實驗探究了不同氣調(diào)包裝對糙米品質(zhì)的影響。采用空氣(對照)、真空、100% N2、90% N2+10% O2和70% N2+30% O2五種氣調(diào)環(huán)境，在相同條件下儲藏6個月，結(jié)果表明，90% N2+10% O2的低氧氣調(diào)包裝能夠最大限度地保持糙米的色澤、質(zhì)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)，同時限制了糙米儲藏過程中微生物的生長繁殖以及脂質(zhì)的氧化，對于維持糙米的品質(zhì)起到良好的效果，有利于糙米的長期儲藏。本文是基于小包裝低氧氣調(diào)以保持糙米品質(zhì)的研究。研究結(jié)果證實小包裝低氧氣調(diào)有作為糙米包裝方式的潛力。在今后的研究中，可以探究更精確的N2和O2含量來優(yōu)化對糙米的儲藏效果。