不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后秈稻品質(zhì)變化規(guī)律

何宇鎧，劉興泉，汪中明，劉尚峰，周飛東，吳宗奎，張文明，蕫菊霞，張登兵，章志生

(浙江農(nóng)林大學(xué)食品與健康學(xué)院1，臨安 311300) (國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院2，北京 100037) (安徽現(xiàn)代糧食物流中心庫3，六安 237000) (中央儲備糧廬江直屬庫有限公司4，廬江 231500)

糧食安全因其影響環(huán)境、經(jīng)濟和社會，故成為世界范圍內(nèi)的研究熱點[1]。稻谷作為我國重要儲備糧之一，在儲藏過程中因其受自身呼吸代謝，微生物害蟲等影響，會導(dǎo)致其品質(zhì)變化[2]。而不當?shù)膬Σ胤绞?，會使稻谷品質(zhì)和營養(yǎng)價值中迅速惡化，因此確保稻谷高質(zhì)量儲藏尤為重要[3]。

氣調(diào)儲藏作為目前最常用的儲藏技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)與食品產(chǎn)品中，如谷物、肉類、水果等[4-6]。在儲糧行業(yè)中，氮氣氣調(diào)儲糧工藝根據(jù)糧堆內(nèi)氮氣氣體濃度及濃度維持時間可分為：氣調(diào)殺蟲(N2≥98%，時間≥28 d)、氣調(diào)抑蟲(N2≥95%)及氣調(diào)儲藏(90%≤N2≤95%)[7]。大量研究表明，氮氣氣調(diào)儲糧技術(shù)能夠在儲藏期間保持稻谷品質(zhì)，減緩其劣變[8]。

然而目前的主要研究集中于氣調(diào)儲藏期間，對啟封后品質(zhì)變化研究較少，雖然已有研究報道了不同水分、溫度和氣調(diào)方式下稻谷脂肪酸值和品嘗評分值的變化[9，10]，但指標相對來說還不夠全面。因此本研究以兩種不同氣調(diào)儲藏工藝的秈稻為對象，對氣調(diào)啟封后的秈稻品質(zhì)進行測定，并與常規(guī)儲藏的稻谷品質(zhì)變化進行對比，以期為不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷的品質(zhì)變化進程和規(guī)律提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

供試秈稻取自中央儲備糧廬江直屬庫和安徽省物流中心庫，兩庫均采用準低溫儲糧，即平均溫度不超過20 ℃，最高溫度不超過25 ℃?；厩闆r如表1所示。

1.2 儀器與設(shè)備

DGG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱，JDMZ-100稻谷出米率檢測儀，JCXG大米測鮮儀，HWS-250恒溫恒濕培養(yǎng)箱，JMWT-12大米外觀品質(zhì)檢測儀，SMART顯微鏡，PL3002-IC電子分析天平，RVA-4500快速黏度分析儀，TA.XT2i Plus質(zhì)構(gòu)儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 稻谷樣品采集

氮氣氣調(diào)結(jié)束后，取第1次樣，之后每1個月在實倉取樣，共7次。采用GB 5491—1985中的扦樣方法(八點三層取樣)，1次共取18份樣品，每份樣品200 g，用無菌密封袋取回，對每個糧倉取樣點所取樣品進行混合均質(zhì)后測定相關(guān)指標。

1.3.2 儲藏品質(zhì)測定

按照GB/T 5520—2011測定發(fā)芽率；按照LS/T 6118—2017測定新鮮度；按照GB/T 20569—2006測定脂肪酸值；按照GB/T 5009.3—2010測定水分含量；按照LS/T 6132—2018測定真菌孢子數(shù)。

1.3.3 加工外觀品質(zhì)測定

按照GB/T 5495—2008測定出糙率；按照GB/T 21499—2008測定出米率；按照GB/T 21719—2008測定整精米率；通過大米外觀品質(zhì)檢測儀測定碎米率、堊白率、堊白度、黃粒米率。

1.3.4 糊化特性測定

按照GB/T 24852—2010測定。

1.3.5 質(zhì)構(gòu)特性測定

米飯樣品的制備：參照GB/T 15682—2008中米飯蒸煮的方法，略有調(diào)整。稱取20 g大米置于圓形鋁盒中，按1∶3加入蒸餾水浸泡，在25 ℃恒溫水浴過中浸泡30 min，除去浸泡水，米水比為1∶1.6，鋁盒加

表1 供試倉房基本信息以秈稻品質(zhì)情況

蓋后置于蒸鍋中加熱40 min，停止加熱后燜飯20 min，進行質(zhì)構(gòu)分析。

測試方法：米飯蒸煮好后于室溫冷卻1 h進行TPA測定。選用圓柱形P35探頭，測前速度為1.0 mm/s，測試速度為0.5 mm/s，測后速度為1.0 mm/s，壓縮比例70%，感應(yīng)力0.049 N。測得硬度、黏附性、凝聚性、彈性、膠著性和咀嚼性等指標，每個樣品測量9次，數(shù)據(jù)處理時去掉最大值和最小值后求平均。

1.4 統(tǒng)計分析

實驗所得數(shù)據(jù)均由SPSS25.0分析。圖像采用 OriginPro9.0，Excel 2019 和SIMCA-P軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 儲藏品質(zhì)

2.1.1 含水量變化

稻谷內(nèi)部物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)運和合成等生理生化反應(yīng)都需要在有水的情況下進行[11]，故水分是影響其儲藏穩(wěn)定性的重要因素之一。隨著啟封儲藏時間的延長，氣調(diào)儲藏工藝兩倉稻谷的含水量均先上升后下降。氣調(diào)倉P16和對照倉P12-1的稻谷在啟封儲藏180 d后，含水量分別下降了0.41%和0.53%。氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)和對照兩倉稻谷的含水量隨啟封儲藏時間呈上下波動趨勢，但與剛啟封時相比還是有所下降，氣調(diào)倉P8和對照倉P11分別下降了0.24%和0.11%。

注：實心圖例為氣調(diào)儲藏工藝，空心圖例為氣調(diào)殺蟲工藝，下同。圖1 不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷含水量的變化

2.1.2 脂肪酸值變化

稻谷在儲藏過程中脂質(zhì)經(jīng)過脂肪酶水解后產(chǎn)生游離脂肪酸,進一步分解會產(chǎn)生醛酮類物質(zhì)導(dǎo)致稻谷出現(xiàn)不良氣味[12]，影響消費者購買力和身體健康。由圖2可知，隨著啟封儲藏時間的延長，稻谷的脂肪酸值不斷上升，但均≤30 mgKOH/100 g，處于宜存狀態(tài)(參考GB/T 20569—2006中秈稻脂肪酸值的判定標準)。氣調(diào)儲藏工藝對照倉P12-1稻谷的脂肪酸值在初始時就比氣調(diào)倉P16高1.92 mgKOH/100 g，這可能是因為長期氮氣氣調(diào)儲藏抑制了脂肪酸值的上升。啟封儲藏180 d后，氣調(diào)儲藏工藝的氣調(diào)倉P16和對照倉P12-1稻谷的脂肪酸值分別增加了1.65、1.35 mgKOH/100 g；氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)倉P8和對照倉P11分別增加1.70、1.94 mgKOH/100 g。

圖2 不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷脂肪酸值的變化

2.1.3 新鮮度變化

新鮮度通過大米測鮮儀將新鮮程度數(shù)值化，能夠更加客觀、準確反映稻谷的新鮮程度[13]。圖3實驗結(jié)果表明，隨著儲藏時間的延長，稻谷的新鮮度呈下降趨勢。在剛啟封時，兩個氣調(diào)倉稻谷新鮮度均高于對應(yīng)的對照倉，但在啟封儲藏180 d后，對照倉稻谷的新鮮度均略高于氣調(diào)倉。

圖3 不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷新鮮度的變化

2.1.4 發(fā)芽率變化

從圖4可以看出，稻谷的發(fā)芽率隨著啟封儲藏時間的延長而降低，這可能是由于儲藏環(huán)境以及蟲霉等對稻谷胚產(chǎn)生了損傷[14]。在啟封初期，氣調(diào)倉稻谷的發(fā)芽率均低于對照倉。在啟封儲藏180 d后，氣調(diào)儲藏工藝的氣調(diào)倉P16和對照倉P12-1稻谷的發(fā)芽率分別降低了和8.67%和9.37%；氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)倉P8和對照倉P11分別降低了8%和11.33%。

圖4 不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷發(fā)芽率的變化

2.1.5 真菌孢子數(shù)變化

根據(jù)圖5可以看出，稻谷的真菌孢子數(shù)隨著啟封儲藏時間的延長而增加。氣調(diào)儲藏工藝的氣調(diào)倉P16和對照倉P12-1在啟封儲藏前后稻谷的孢子數(shù)相差不大；氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)倉P8在啟封儲藏初期稻谷孢子數(shù)大于對照倉P11，但在120 d后開始下降，并在180 d時低于對照倉。根據(jù)LS/T 6132—2018，在啟封儲藏180 d后兩庫稻谷的真菌孢子數(shù)均處于1.0×105～9.9×105個/g之間的關(guān)鍵控制區(qū)，沒有達到危害程度。

圖5 不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷真菌孢子數(shù)的變化

2.2 加工外觀品質(zhì)

加工品質(zhì)中，稻谷的出糙率和整精米率是非常重要的指標。出糙率作為收購入庫的定級指標之一，也被各加工企業(yè)和農(nóng)民所認可[15]。由表2可見，隨著啟封儲藏時間的延長，稻谷出糙率降低。氣調(diào)倉P16和P8稻谷的出糙率在啟封儲藏前后分別降低2.86%和1.67%，高于對應(yīng)對照倉降低的2.46%和0.73%。稻谷整精米率也隨啟封儲藏時間延長而降低，這可能是因為稻谷籽粒經(jīng)過自身呼吸或蟲霉影響，導(dǎo)致其碾磨時更容易斷裂。氣調(diào)倉P16和P8整精米率在啟封儲藏前后分別降低4.10%和3.60%，略高于對照倉的3.86%和3.40%。

表2 不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷加工外觀品質(zhì)的變化

隨著啟封儲藏時間的延長，出米率逐漸降低，但氣調(diào)倉和對照倉下降幅度整體差異不大，均在1%左右。碎米率逐漸增加，氣調(diào)儲藏工藝的氣調(diào)倉P16稻谷的碎米率在啟封儲藏前90 d逐漸上升，之后差異不顯著，與最初相比上升了5.66%，高于對照倉的3.73%；氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)和對照兩倉稻谷碎米率在啟封儲藏前后差異并不顯著，上升率均在1%之內(nèi)。

堊白是指稻米胚乳中不透明部分。氣調(diào)儲藏工藝的氣調(diào)倉P16稻谷的堊白率在啟封儲藏前后增加了6.72%，高于對照倉P12-1的4.38%；氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)倉P8增加了1.97%，也略高于對照倉P11的1.24%。有研究表明高堊白的稻谷在精碾時易碎而使整精米率降低[16]，這和上面整精米率的變化相對應(yīng)。堊白度隨著啟封儲藏時間的延長而增加，但不論氣調(diào)倉還是對照倉稻谷堊白度在儲藏前后增加幅度差異不大。

稻谷黃變會導(dǎo)致原有的白色和透明性狀喪失，從而影響其市場接受度[17]。隨著啟封儲藏時間的延長，黃粒米率逐漸上升。有研究表明稻谷中次生代謝物如高圣草酚、柚皮素查爾酮、4,22′,4′,6′-四羥基查爾酮的增加會促進稻谷黃變[18]。啟封儲藏前后，氣調(diào)殺蟲氣調(diào)和對照兩倉黃粒米率增幅相近，但氣調(diào)儲藏工藝的氣調(diào)倉增幅為2.43%，大于對照倉的1.73%。

2.3 糊化特性

稻谷老化過程中最敏感的指標之一是糊化特性的變化，其與稻谷的食味品質(zhì)密切相關(guān)[19]。2種氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷糊化特性變化如表3所示。隨著啟封儲藏時間的延長，稻谷的峰值黏度，熱漿黏度，崩解值和最終黏度不斷上升。但氣調(diào)倉的稻谷在啟封儲藏期間的這些指標變化幅度和對照倉差異不大。在回升值中，氣調(diào)儲藏工藝的對照倉P12-1呈上升趨勢，而氣調(diào)倉P16在啟封儲藏期間沒有明顯差異；氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)和對照兩倉稻谷的回升值均先上升后下降，在啟封儲藏0 d和180 d沒有顯著差異。總體來說，不論是氮氣氣調(diào)儲藏還是殺蟲工藝，對啟封后秈稻糊化特性影響不大。

表3 不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷糊化特性的變化

圖6 不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后稻谷質(zhì)構(gòu)特性的變化

2.4 質(zhì)構(gòu)特性

煮熟米飯的口感是消費者接受的最終標準，而質(zhì)構(gòu)特性的各項指標能夠客觀反映米飯的質(zhì)地[20]。從圖6可以看出，4個倉的稻谷硬度均隨啟封儲藏時間的延長呈上升趨勢，且差異顯著。米飯的硬度增加可能是由于其淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪結(jié)合形成復(fù)合體，導(dǎo)致糊化過程中水分難以進入[21]。氣調(diào)儲藏工藝的氣調(diào)倉P16的稻谷在啟封儲藏前后硬度增加了18.4%，大于對照倉P12-1的14.9%，而氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)倉的稻谷硬度增加和對照倉相差不大。黏著性是指模擬牙齒在咀嚼過程中與米飯之間的摩擦而形成局部固態(tài)連接的現(xiàn)象，其值越低表示米飯越松散[22]。氣調(diào)倉P16的稻谷在啟封儲藏后，黏著性呈下降趨勢，且90、180 d和0 d差異顯著，而對照倉P12-1差異不顯著。氣調(diào)殺蟲工藝中不論氣調(diào)倉還是對照倉，其黏著性、彈性、咀嚼性、回復(fù)性都隨著啟封儲藏時間的延長差異不大。

2.5 主成分分析

主成分分析通過降維的方式將多個原始變量變成較少的幾個主成分。為了更直觀地表述稻谷的品質(zhì)變化，對啟封儲藏0 d和180 d氣調(diào)倉和對照倉的稻谷品質(zhì)指標進行主成分分析。從圖7可以看出，一共提取了2個主成分，第一主成分貢獻率為53.2%，第二主成分為24.3%，累計貢獻率達到了77.5%，說明提取的主成分因子能夠較好反映稻谷品質(zhì)變化的綜合信息。氣調(diào)儲藏和殺蟲工藝的兩個糧庫分布于主成分分析圖的上下兩側(cè)，且明顯分離，說明雖然同為秈稻，但因為小類品種，儲藏方式等條件的不同，會造成稻谷品質(zhì)的差異。兩種氣調(diào)工藝的氣調(diào)倉和對照倉在啟封儲藏0 d和180 d分別位于分析圖的左右兩側(cè)，說明儲藏時間對稻谷品質(zhì)影響顯著，結(jié)合載荷圖可以發(fā)現(xiàn)啟封儲藏0 d的稻谷相比于180 d的擁有更高的新鮮度，發(fā)芽率和整精米率等。相比于啟封儲藏0 d，啟封儲藏180 d后氣調(diào)殺蟲工藝的氣調(diào)倉P8和對照倉P11在主成分圖上更為相近，而氣調(diào)儲藏工藝的氣調(diào)倉P16和對照倉P12-1在主成分圖上分離更明顯。說明氮氣氣調(diào)時間越長，稻谷在啟封后品質(zhì)變化與常規(guī)儲藏相比更明顯。

圖7 主成分分析圖和主成分分析載荷圖

3 結(jié)論

對實倉秈稻樣本氣調(diào)啟封后的品質(zhì)變化規(guī)律進行了初步探索，發(fā)現(xiàn)不同氮氣氣調(diào)工藝啟封后，秈稻各品質(zhì)指標變化趨勢總體上和常規(guī)儲藏的對照倉相同。其中，兩種氣調(diào)工藝啟封后秈稻的儲藏品質(zhì)和糊化特性等指標變化和常規(guī)儲藏差異不明顯。而氣調(diào)殺蟲工藝在啟封儲藏前后秈稻的出糙率和整精米率分別比對照倉多降低0.90%和0.20%，堊白率多增加0.73%；氣調(diào)儲藏工藝啟封儲藏前后秈稻的出糙率，整精米率儲藏前后分別比對照倉多降低0.4%和0.34%，碎米率、堊白率、黃粒米率和硬度多增加1.93%、2.34%、0.70%、3.50%。通過主成分分析能清楚區(qū)分不同氣調(diào)工藝的糧庫和儲藏時間的秈稻，且同樣發(fā)現(xiàn)氮氣氣調(diào)時間越長，秈稻在啟封后品質(zhì)與常規(guī)儲藏相比變化更快、更明顯。由于實倉樣本偶然性較大，在糧食品種、儲藏環(huán)境和條件等方面均會對結(jié)果造成的影響，存在一定的局限性，但此研究還是對于氣調(diào)儲糧啟封后秈稻品質(zhì)變化規(guī)律做出了有益的探索。