儲藏條件與優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)變化關(guān)系的研究

舒在習(xí)，陳一帆，張 威，王平坪，戴 煌

（武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023）

稻谷是我國最主要的糧食作物，大米全年消費量約1.4 億噸，在我國糧食安全中占有極其重要的地位。稻谷在儲藏過程中仍在進行新陳代謝活動，導(dǎo)致其數(shù)量和質(zhì)量下降。研究表明，儲藏條件的優(yōu)化可以有效延緩稻谷品質(zhì)的劣變速度。在儲藏條件中，溫度、水分含量、氣體成分是重要的環(huán)境因子，在不同程度上影響稻谷的品質(zhì)變化。Ahmad 等研究發(fā)現(xiàn)在低溫下儲藏的稻米品質(zhì)明顯好于高溫下的稻米。稻谷含水量是影響其儲藏穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，也直接影響到稻谷儲藏期間的品質(zhì)。Sun 等的研究表明采用高濃度CO氣調(diào)儲藏稻谷可以減緩稻谷儲藏期間的品質(zhì)劣變速度。

稻谷在儲藏期間的品質(zhì)主要是指理化品質(zhì)和蒸煮食用品質(zhì)，而表征稻谷理化品質(zhì)與蒸煮食用品質(zhì)的指標(biāo)眾多，且指標(biāo)之間有交互和重疊的現(xiàn)象。Zhao等的研究表明，短鏈支鏈淀粉含量較高的大米食用品質(zhì)好，Xu 等認為，總體呈低蛋白質(zhì)含量、低直鏈淀粉含量狀態(tài)的稻谷食用品質(zhì)好。脂肪酸含量變化作為衡量稻谷品質(zhì)變化的敏感性理化指標(biāo)，也反映了其食用品質(zhì)的劣變程度。米湯固形物和碘藍值的下降對米飯的光澤、口感和味道有影響，表明稻米食用品質(zhì)出現(xiàn)劣變，很大程度上體現(xiàn)了淀粉結(jié)構(gòu)的變化。米飯食味計與感官評價趨勢一致，說明米飯食味計測得的米飯質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)能客觀體現(xiàn)稻米食味品質(zhì)。眾多品質(zhì)指標(biāo)紛繁復(fù)雜，可以采用主成分分析法進行數(shù)據(jù)處理，包括降維和可視化，獲得具有代表性的品質(zhì)評價指標(biāo)。

儲藏條件中的溫度、水分含量、氣體成分對優(yōu)質(zhì)秈稻的品質(zhì)變化無疑具有重大影響，但這3 個因子對品質(zhì)的影響程度是有差別的。目前的研究大多集中于其中1 個因子或2 個因子對不同稻谷品種或不同品質(zhì)指標(biāo)的影響，并未研究儲藏條件對品質(zhì)特征指標(biāo)影響的主次關(guān)系。因此探明影響優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)變化的主次因子，對于有針對性地開發(fā)稻谷保質(zhì)儲藏技術(shù)，有效減緩儲藏期間品質(zhì)下降具有重要指導(dǎo)意義。

本文依據(jù)不同儲藏溫度、水分含量和氣體成分交叉設(shè)計出21 種儲藏模式，定期檢測每種儲藏模式下優(yōu)質(zhì)秈稻的16 項品質(zhì)指標(biāo)，通過主成分分析法對所測指標(biāo)進行降維處理，獲得具有代表性的品質(zhì)特征指標(biāo)，并將代表性特征指標(biāo)和3 種儲藏環(huán)境因子進行相關(guān)性分析，以期探明儲藏條件對優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)的影響，明確影響優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)變化的主次環(huán)境因子，為研發(fā)優(yōu)質(zhì)秈稻保質(zhì)儲藏技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

優(yōu)質(zhì)秈稻“豐優(yōu)22” 產(chǎn)地湖北省沙洋縣；普通包裝袋（材料PE，規(guī)格220 mm×330 mm×0.14 mm）、氣調(diào)包裝袋（材料PA，規(guī)格220 mm×330 mm×0.2 mm）武漢市九益包裝制品有限公司；氮氣 純度99.9%，武漢市明輝氣體科技有限公司；無水乙醇、95%乙醇、氫氧化鉀、氫氧化鈉、冰乙酸 分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；碘 分析純，湖北大學(xué)化工廠；碘化鉀 分析純，武漢市江北化學(xué)試劑有限責(zé)任公司。

AL204 電子分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；JSFM-1 糧食水分測試磨 成都施特威科技發(fā)展公司；THU358 礱谷機、TM05C 碾米機 佐竹機械（蘇州）有限公司；JXFM 錘式旋風(fēng)磨 上海嘉定糧油儀器有限公司；GZX-9070MBE 數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱、HHS 電熱恒溫水浴鍋 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；SATAKE 米飯食味鑒定團、SATAKE 米飯硬度黏度計 佐竹機械（蘇州）有限公司；DZQ45L/2真空充氣包裝機 上海人民包裝股份有限公司人民儀表廠；KBF115 恒溫恒濕培養(yǎng)箱 德國BINDER；JZDZ-I 脂肪酸值振蕩器 國家糧食局成都糧食儲藏科學(xué)研究所；T6 分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；DDS-11A 型電導(dǎo)率儀 上海雷磁儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 將水分含量13.5%、14.5%、15.5%的優(yōu)質(zhì)秈稻樣品按表1 的要求分組處理、編號，非氣調(diào)儲藏樣品采用普通包裝袋包裝，每袋1 kg；氮氣氣調(diào)儲藏樣品采用氣調(diào)包裝袋包裝，每袋1 kg，用真空充氣包裝機充入99.9%氮氣并熱合袋口，置于相應(yīng)溫濕度的培養(yǎng)箱內(nèi)模擬儲藏，培養(yǎng)箱溫度波動范圍±0.1 ℃。在模擬儲藏期間每隔7 d 檢查1 次樣品，若發(fā)現(xiàn)害蟲及時篩理清除；每隔60 d 測定1 次樣品水分含量，并與原始水分相比較，采用調(diào)質(zhì)或攤晾措施控制水分含量波動范圍不超過0.2%。

表1 樣品分組處理與編號Table 1 Experimental sample group processing and numbering

1.2.2 檢測指標(biāo)與方法 新收獲的優(yōu)質(zhì)秈稻樣品分組處理前，測定其黃粒米含量、發(fā)芽率、電導(dǎo)率、-淀粉酶活性、脂肪酸值、膠稠度、直鏈淀粉含量、米湯固形物、碘藍值和米飯硬度、米飯黏度、米飯平衡度、米飯彈性、外觀評分、口感評分、綜合評分等指標(biāo)，分組儲藏360 d 后，再測定各組樣品的上述指標(biāo)。

1.2.2.1 黃粒米含量 參考GB/T 5496-1985《糧食、油料檢驗 黃粒米及裂紋粒檢驗法》。

1.2.2.2 發(fā)芽率 參考GB/T 5520-2011《糧油檢驗發(fā)芽試驗》。

1.2.2.3 電導(dǎo)率 隨機選取80 粒無損傷稻谷并稱重，先用自來水沖洗3 次，再用純凈水沖洗3 次，用濾紙吸干水分，放入裝有200 mL 純凈水的加蓋錐形瓶中，在25 ℃下浸泡24 h，期間搖勻2～3 次，使用電導(dǎo)率儀測定浸泡液電導(dǎo)率。

1.2.2.4-淀粉酶活性 參考GB/T 5521-2008《糧油檢驗 谷物及其制品中-淀粉酶活性的測定 比色法》。

1.2.2.5 脂肪酸值 參考GB/T 20569-2006《稻谷儲存品質(zhì)判定規(guī)則》中的附錄A 測定脂肪酸值。

1.2.2.6 膠稠度 參考GB/T 22294-2008《糧油檢驗大米膠稠度的測定》。

1.2.2.7 直鏈淀粉含量 參考GB/T 15683-2008《大米 直鏈淀粉含量的測定》。

1.2.2.8 米湯固形物和碘藍值 參照王肇慈稻米蒸煮特性試驗方法測定，具體操作步驟如下：

稱取相當(dāng)于7.0 g 干重一級大米的試樣置于銅絲籠中，在流水中洗5 遍以淘去米糠，再用蒸餾水洗1 遍，置于200 mL 高型燒杯中，加50 ℃蒸餾水洗至120 mL，在沸水鍋中煮20 min（100 ℃開始計時），取出銅絲籠置燒杯上至不再有米湯滴下，將燒杯中米湯冷卻至室溫。

米湯固形物：將米湯稀釋至100 mL，離心后取10 mL 于已知質(zhì)量的小燒杯中，烘干，稱重。米湯固形物以每克干大米的米湯中含有干物質(zhì)的毫克數(shù)來表示。

碘藍值：取測定米湯固形物的離心液1.0 mL 于約50 mL 蒸餾水中，加入0.5 mol/L HCl 溶液5 mL及0.2 g/100 mL 碘試劑1 mL，定容100 mL，在分光光度計上于波長600 nm 處，用10 mm 比色皿測定吸光度。米湯碘藍值用吸光度表示。

1.2.2.9 米飯食味品質(zhì)指標(biāo) 米飯硬度、米飯黏度、米飯平衡度、米飯彈性、外觀評分、口感評分、綜合評分使用佐竹機械有限公司配套儀器和規(guī)定的米飯制作、測定方法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)使用Excel 統(tǒng)計，采用SPSS 19.0 軟件進行標(biāo)準(zhǔn)化處理、主成分分析、pearson 相關(guān)性分析。相關(guān)性分析顯著水平＜0.05、＜0.01，主成分分析采用特征值＞1 提取主成分。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性分析

由表2 可知，1～21 組黃粒米含量均未超過1.0%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)《稻谷》的規(guī)定，且不同組別之間差異不大，說明該指標(biāo)變化不靈敏。所有實驗組電導(dǎo)率、脂肪酸值、膠稠度、直鏈淀粉含量均較初始值上升，發(fā)芽率、-淀粉酶活性、米湯固形物、碘藍值均較初始值下降，其中脂肪酸值、發(fā)芽率、米湯固形物、碘藍值變化規(guī)律明顯。通過不同組別間的實驗結(jié)果對比分析發(fā)現(xiàn)，隨著儲藏溫度的升高和水分含量的增大，脂肪酸值的上升率增加，1 組（15 ℃、13.5%）、10組（20 ℃、14.5%）、12 組（25 ℃、14.5%）、21 組（30 ℃、15.5%）上升率分別為18%、52%、59%、127%。第21 組脂肪酸值上升至39.5 mg KOH/100 g，超過秈稻“宜存”范圍，說明在溫度30 ℃、水分含量15.5%條件下優(yōu)質(zhì)秈稻儲藏期不宜超過1 年。發(fā)芽率的下降率呈現(xiàn)類似的規(guī)律性，1 組、10 組、12 組、21 組下降率分別為11%、23%、34%、100%。第21 組發(fā)芽率降至0%，稻谷籽粒全部失活。同時發(fā)現(xiàn)，在儲藏溫度、水分含量相同的情況下，氮氣儲藏組品質(zhì)變化率小于空氣儲藏組，說明氮氣儲藏具有延緩品質(zhì)變化的作用。

表2 不同條件下優(yōu)質(zhì)秈稻“豐優(yōu)22”儲藏前后理化品質(zhì)的變化Table 2 Changes of physical and chemical quality of high-quality indica rice "Fengyou 22" before and after storage under different conditions

米飯平衡度（米飯黏度/米飯硬度）能綜合反映米飯黏度和米飯硬度的變化情況，與米飯的質(zhì)構(gòu)密切相關(guān)。由表3 可知，隨著儲藏溫度的升高和水分含量的增大，米飯平衡度的下降率增加，1 組（15 ℃、13.5%）、10 組（20 ℃、14.5%）、12 組（25 ℃、14.5%）、21 組（30 ℃、15.5%）下降率分別為39%、59%、61%、72%。在360 d 儲藏期內(nèi)，米飯外觀評分、口感評分和綜合評分均較初始值下降，隨著儲藏溫度的升高和水分含量的增大，3 項評分值的下降率均增加，1 組、10 組、12 組、21 組外觀評分的下降率分別為16%、21%、30%、38%，口感評分的下降率分別為23%、30%、36%、42%，綜合評分的下降率分別為9%、14%、18%、23%。與理化品質(zhì)類似，氮氣儲藏也有延緩食味品質(zhì)變化的作用。

表3 不同條件下優(yōu)質(zhì)秈稻“豐優(yōu)22”儲藏前后米飯食味品質(zhì)的變化Table 3 Changes in the eating quality of high-quality indica rice "Fengyou 22" before and after storage under different conditions

對21 組不同儲藏條件下的優(yōu)質(zhì)秈稻樣品儲藏360 d 后所檢測的16 個指標(biāo)進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4 所示。黃粒米含量與脂肪酸值、碘藍值呈顯著正相關(guān)（＜0.05）；發(fā)芽率與脂肪酸值、米飯黏度、米飯平衡度、外觀評分、口感評分、綜合評分呈極顯著相關(guān)（＜0.01），與米湯固形物、米飯硬度、米飯彈性呈顯著相關(guān)（＜0.05）；電導(dǎo)率僅與米飯黏度呈顯著負相關(guān)（＜0.05）；脂肪酸值與米飯平衡度、米飯彈性、綜合評分呈顯著負相關(guān)（＜0.05），與外觀評分、口感評分呈極顯著負相關(guān)（＜0.01）；米湯固形物與米飯硬度、米飯黏度、米飯平衡度呈極顯著相關(guān)（＜0.01），與外觀評分、口感評分、綜合評分呈顯著相關(guān)（＜0.05）；米飯硬度與米飯平衡度呈極顯著負相關(guān)（＜0.01），與米飯黏度、外觀評分、口感評分、綜合評分呈顯著負相關(guān)（＜0.05）；米飯黏度與米飯平衡度呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），與外觀評分、口感評分、綜合評分呈顯著正相關(guān)（＜0.05）；米飯平衡度與外觀評分、口感評分、綜合評分呈極顯著正相關(guān)（＜0.01）；米飯彈性與外觀評分、口感評分呈顯著相關(guān)（＜0.05），與綜合評分呈極顯著相關(guān)（＜0.01）；外觀評分與口感評分、綜合評分呈極顯著正相關(guān)（＜0.01）；口感評分與綜合評分呈極顯著正相關(guān)（＜0.01）。

表4 優(yōu)質(zhì)秈稻“豐優(yōu)22”品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)矩陣Table 4 Correlation coefficient matrix between “Fengyou 22” quality indicators

由此可見，各指標(biāo)之間的信息相互重疊，互相影響，關(guān)系很復(fù)雜，給統(tǒng)計分析帶來較大的困難，有必要采用主成分分析法將較多的指標(biāo)簡化為少數(shù)幾個代表性指標(biāo)。

2.2 優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)指標(biāo)主成分分析

對所測得的16 個指標(biāo)進行主成分分析，篩選出少數(shù)能充分反映多個指標(biāo)所提供信息的關(guān)鍵性指標(biāo)。由表5 得知，排名前3 的成分方差貢獻率分別為40.594%、15.097%和10.935%，比重較大，排名前5 的主成分累積貢獻率達到81.055%＞80%，且特征值均大于1，表明將16 個指標(biāo)綜合為5 個主成分可以反映優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)情況的大部分信息。

表5 主成分特征值及貢獻率Table 5 Principal component eigenvalues and contribution rate

從表6 可知，對第一個主成分貢獻較大的是發(fā)芽率、脂肪酸值、米湯固形物、米飯硬度、米飯黏度、米飯平衡度、外觀評分、口感評分、綜合評分，其中，發(fā)芽率的正載荷量最大，大部分指標(biāo)隨著稻谷新鮮度的降低而降低，因此定義為“新鮮度因子”，結(jié)合表7 可知，其回歸方程為：

表6 成分矩陣Table 6 Component matrix

表7 主成分的特征向量Table 7 Eigenvectors of principal components

第二個主成分中電導(dǎo)率的正載荷量最大，電導(dǎo)率體現(xiàn)稻谷細胞膜的完整度、通透性。因此將其定義為“完整因子”，其回歸方程為：

第三個主成分中碘藍值的正載荷量最大，碘藍值與稻米胚乳淀粉結(jié)構(gòu)的變化相關(guān)，因此將其定義為“結(jié)構(gòu)因子”，其回歸方程為：

第四個主成分中直鏈淀粉含量的正載荷量最大，指標(biāo)體現(xiàn)稻谷直鏈淀粉含量的變化，因此將其定義為“成分因子”，其回歸方程為：

第五個主成分中直鏈淀粉含量的正載荷量仍然最大，膠稠度的正載荷量次之，膠稠度反映的是米膠在冷卻后的延展性及米飯的延展性，因此將其定義為“延展因子”，其回歸方程為：

綜合主成分得分F 與5 個主成分（F、F、F、F、F）的回歸方程如下：

F=0.501F+0.186F+0.135F+0.096F+0.082F

綜上所述，綜合主成分得分F 與指標(biāo)X 之間的回歸方程如下：

從表8 不同儲藏條件下的21 組樣品各主成分得分、綜合得分和排名結(jié)果可以看出，排名前三的是第9、第1 和第2 組，儲藏溫度、水分含量和是否氣調(diào)分別是20 ℃、14.5%和氮氣氣調(diào)，15 ℃、13.5%和非氣調(diào)，20 ℃、13.5%和氮氣氣調(diào)。排名后三的是第21、第13 和第14 組，儲藏溫度、水分含量和是否氣調(diào)分別是30 ℃、15.5%和非氣調(diào)，30 ℃、14.5%和氮氣氣調(diào)，30 ℃、14.5%和非氣調(diào)。綜合得分排名與實際情況較一致，儲藏溫度越高品質(zhì)劣變越快，氣調(diào)儲藏可以減緩品質(zhì)劣變程度，說明主成分分析法在分析所測16 個指標(biāo)時保留了絕大部分信息，較為真實地反映了品質(zhì)變化的實際狀況。

表8 主成分得分及綜合得分排名Table 8 Principal component score and comprehensive score ranking

綜合上文的成分矩陣表和對應(yīng)解析內(nèi)容以及綜合得分情況，選擇發(fā)芽率、電導(dǎo)率、碘藍值和直鏈淀粉含量作為優(yōu)質(zhì)秈稻“豐優(yōu)22”的品質(zhì)特征指標(biāo)。

2.3 品質(zhì)特征指標(biāo)與儲藏條件的相關(guān)性分析

將4 個品質(zhì)特征指標(biāo)與3 種儲藏條件進行Pearson相關(guān)性分析，氣調(diào)方式賦值O濃度0%，非氣調(diào)方式賦值O濃度21%，結(jié)果如表9 所示。

表9 品質(zhì)特征指標(biāo)與儲藏條件的相關(guān)系數(shù)Table 9 Correlation coefficient of quality characteristic index and storage condition

由表9 可知，儲藏溫度與發(fā)芽率呈極顯著負相關(guān)（＜0.01）；水分含量與碘藍值呈極顯著正相關(guān)（＜0.01）；氣體成分與電導(dǎo)率呈顯著負相關(guān)（＜0.05）。儲藏溫度對優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)影響最大，水分含量影響次之，氣體成分影響最小。

3 結(jié)論

將不同水分含量的優(yōu)質(zhì)秈稻，在不同溫度和不同氣體成分條件下儲藏360 d，測定儲藏前后樣品的理化、生理生化和食味品質(zhì)指標(biāo)的變化，對所測指標(biāo)進行相關(guān)性分析和主成分分析，并求得主要特征指標(biāo)與儲藏條件之間的相關(guān)系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，不同指標(biāo)之間的信息相互重疊、互相影響、關(guān)系復(fù)雜；降維得到的4 個具有代表性的品質(zhì)特征指標(biāo)是發(fā)芽率、電導(dǎo)率、碘藍值和直鏈淀粉含量，這4 個主要指標(biāo)可以反映優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)情況的大部分信息；儲藏條件中溫度對優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)影響最大，水分含量影響次之，氣體成分影響最小。本研究對儲藏條件與優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)變化關(guān)系進行探索，其結(jié)果為開發(fā)優(yōu)質(zhì)秈稻保質(zhì)儲藏技術(shù)提供理論依據(jù)，建議在儲藏生產(chǎn)實踐中，首先考慮控溫儲藏技術(shù)，其次是控水儲藏技術(shù)，再次是氣調(diào)儲藏技術(shù)；在經(jīng)濟條件允許的情況下，逐步實現(xiàn)控溫、控水和氣調(diào)相結(jié)合的綜合儲藏技術(shù)。