儲藏溫度與初始含水率對稻谷和糙米食用品質(zhì)的影響

陳坤杰 梁 靜 蔣維銀 張季偉 於海明

(1.南京農(nóng)業(yè)大學工學院， 南京 210031； 2.江蘇金滿穗農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司， 鹽城 224300； 3.江蘇豐尚智能科技有限公司， 揚州 225128)

0 引言

近年來隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，消費者對水稻食用品質(zhì)的要求越來越高[1]。但是，由于新收獲的水稻需要干燥到安全含水率后進行儲藏，隨著儲藏時間的延長，水稻的食用品質(zhì)通常會明顯下降，難以滿足消費者對水稻食用品質(zhì)的需求。因此，研究水稻食用品質(zhì)的保持技術和方法，具有實際意義。

相關研究表明，水稻的食用品質(zhì)，除了受其本身品種的影響外，還受到種植模式、土壤、氣候、收獲、加工以及儲藏等各種因素的影響[2]。其中，含水率和儲藏條件(包括儲藏溫度和時間)的影響最大[3-4]。目前，水稻主要以稻谷和糙米兩種形態(tài)進行儲藏。以稻谷的形式進行儲藏，存在空間利用率低、塵埃附著性強和稻殼中農(nóng)殘遷移率高等問題[5]，如果將水稻加工成糙米再進行儲藏，不僅可以提高空間利用率，而且還可以消除稻殼中農(nóng)殘遷移等問題。但是，糙米沒有了稻殼的保護，在儲藏時受儲藏環(huán)境的影響更大[6]。因此，選擇合適的儲藏條件至關重要。夏寶林等[7]研究了谷外糙米的含量對稻谷儲藏品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)相比于稻谷，糙米儲藏時的品質(zhì)更易受儲藏環(huán)境的影響[8]，且對儲藏環(huán)境要求較高；周續(xù)霞等[9]對真空包裝儲藏下的糙米進行研究，發(fā)現(xiàn)在儲藏糙米時，不僅需要低溫，更要控制其初始含水率。過低的含水率雖然能夠保證谷物安全渡過儲藏期，但是會破壞谷物的食用品質(zhì)，但是含水率過高時容易滋生微生物。因此，在進行水稻儲藏時，合適的儲藏溫度、含水率以及儲藏形式，對保持水稻的食用品質(zhì)、節(jié)約儲藏成本，具有重要作用。

目前，我國水稻主要以稻谷常溫儲藏為主，近些年來，隨著消費者對大米品質(zhì)要求的提高，采用低溫(15℃)儲藏稻谷逐步增加。目前，關于儲藏溫度對稻谷和糙米品質(zhì)影響已有研究報道，但對稻谷和糙米在常溫、低溫和更低溫度儲藏條件下的品質(zhì)變化規(guī)律的研究，以及含水率對儲藏品質(zhì)影響的研究，尤其是稻谷和糙米二者之間的比較研究，尚未見報道。為此，本文對稻谷和糙米在常溫、低溫及更低溫度下儲藏的品質(zhì)變化規(guī)律進行比較，揭示儲藏溫度和初始含水率對其品質(zhì)變化的影響機理，為谷物保質(zhì)儲藏技術的研究提供理論和技術依據(jù)[10]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗稻谷為南粳9108，產(chǎn)地為江蘇省東臺市，收獲時間為2020年10月。

1.2 試驗儀器與試劑

H1850型離心機，上海邦西儀器有限公司；DHC型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海華商醫(yī)療器械有限公司；FSD-100A型電動粉碎機，臺州市路橋開源倉儲設備所；YP-2001型電子秤，上海菁海儀器有限公司；TP-JLG-2018型礱谷機，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司；LRHS-250B型恒溫恒濕培養(yǎng)箱，上海博泰實驗設備有限公司；JSWL型大米食味計，北京東孚久恒儀器技術有限公司；BCD-539WBSN 型冰箱，青島海爾股份有限公司。

1.3 試驗方法

將收獲的水稻(含水率為17.12%)分為3份，鋪放在陽光下進行自然晾曬，分別干燥至含水率12.10%、14.16%和16.34%，然后將3種含水率稻谷的一部分用微型壟谷機脫殼制成糙米，再分別裝在聚乙烯塑料包裝袋中，每袋約300 g。置于低溫8℃(通過冰箱將儲藏溫度設定為8℃)、準低溫15℃(通過恒溫恒濕箱將儲藏溫度設定為15℃)及常溫20～25℃(通過空調(diào)將儲藏溫度控制在20～25℃)3種條件下儲藏。每隔35 d取少量樣品，分別測定稻谷和糙米的含水率、脂肪酸含量、食味值、直鏈淀粉含量。研究不同含水率的稻谷與糙米在不同儲藏時間、儲藏溫度下的食用品質(zhì)變化。

1.4 稻谷和糙米食用品質(zhì)參數(shù)測定

1.4.1含水率

參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》測定樣品的含水率。

1.4.2脂肪酸值

根據(jù)GB/T 20569—2006《稻谷儲存品質(zhì)判定規(guī)則》中附錄A規(guī)定的方法測定稻谷和糙米的脂肪酸值(質(zhì)量比)。

1.4.3直鏈淀粉含量

參照GB/T 15683—2008規(guī)定的方法測定稻谷和糙米的直鏈淀粉含量(質(zhì)量分數(shù))。

1.4.4食味值

食味值采用JSWL型大米食味計測定并記錄結果[11]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

測量時重復試驗5次，取平均值。運用Origin 2018、Excel進行數(shù)據(jù)處理、繪圖，采用SPSS 26.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同儲藏溫度下稻谷和糙米含水率

含水率是影響稻谷及糙米食用品質(zhì)的重要指標之一，合理地調(diào)控水分，對改善稻谷的加工質(zhì)量和改善稻谷的食用品質(zhì)都具有重要作用[12]。在不同儲藏溫度下，不同初始含水率的稻谷和糙米的含水率隨儲藏時間的變化如圖1所示。由圖1可知，隨著儲藏時間的延長，不同儲藏溫度下的稻谷和糙米的含水率均逐步下降，但糙米含水率下降的程度較稻谷更為明顯。稻谷和糙米在245 d的儲藏期內(nèi)含水率變化總量如圖2所示，分析圖2可知，初始含水率較低(12.1%)并且儲藏溫度也較低時(8℃)，稻谷和糙米的含水率變化都較小，二者幾乎相同，降低量為0.18%；當初始含水率較高(14.16%和16.34%)、儲藏溫度也較高(20～25℃和15℃)時，稻谷和糙米的含水率下降程度較大，初始含水率14.16%的稻谷和糙米在20～25℃、15℃儲藏溫度下降低量為0.92%、0.74%、1.16%、0.9%；初始含水率16.34%的稻谷在20～25℃、15℃儲藏溫度下降低量為1.36%、0.76%、1.64%、1.46%。相比較而言，在各種儲藏條件下，糙米含水率下降的程度都高于稻谷。這可能是因為糙米失去稻殼的保護后，直接暴露在環(huán)境中，受到儲藏環(huán)境的影響更大所致。

圖1 不同儲藏溫度下稻谷和糙米含水率變化曲線Fig.1 Change curves of moisture content of rice and brown rice at different storage temperatures

圖2 不同溫度下稻谷和糙米含水率的變化量Fig.2 Variation in moisture content of rice and brown rice stored for 245 days at different temperatures

另外，圖1還顯示，儲藏期間，稻谷和糙米樣品的含水率不是持續(xù)下降[3]，而是表現(xiàn)出一定的波動。初始含水率為12.1%的稻谷和糙米樣本，在35、105 d其含水率出現(xiàn)較為明顯的增加，而初始含水率為14.16%與16.34%的稻谷和糙米樣本，其含水率在8℃儲藏時140 d左右出現(xiàn)波動增長。這種波動變化的原因，可能是稻谷跟糙米表面在儲藏環(huán)境的溫濕度作用下，發(fā)生吸附解析動態(tài)變化所致[7]。

利用方差分析(表1、2)，研究入庫初始含水率、儲藏時間以及儲藏溫度對稻谷、糙米含水率變化的影響。結果顯示，初始含水率、儲藏時間和儲藏溫度都對稻谷和糙米含水率的變化具有極顯著影響(P<0.01)，其中對稻谷和糙米含水率變化影響最為顯著的是入庫時初始含水率，其次是儲藏溫度和儲藏時間。

表1 儲藏條件對稻谷含水率影響的方差分析Tab.1 Variance analysis of effect of storage conditions on rice moisture content

表2 儲藏條件對糙米含水率影響的方差分析Tab.2 Variance analysis of effect of storage conditions on moisture content of brown rice

2.2 不同儲藏溫度下稻谷和糙米脂肪酸含量

脂類約占稻谷質(zhì)量的3%，是稻谷重要的營養(yǎng)組成成分之一；雖然稻谷中脂肪酸含量不高，但是儲藏期間卻最容易發(fā)生變化，當脂肪酸含量變高時，稻谷的食用品質(zhì)會變差[13]，目前我國制定的相關標準中粳稻儲藏脂肪酸(KOH)含量(質(zhì)量比)小于等于25 mg/(100 g)[14]。

不同儲藏溫度下稻谷和糙米脂肪酸含量的變化曲線如圖3所示，由圖可以看出，隨著儲藏時間延長，樣品的脂肪酸含量均呈現(xiàn)不同程度的增大[15]，初始含水率高的樣品脂肪酸含量增大得更為明顯，研究表明[16]含水率高的稻谷脂肪酶水解能力強，使得游離脂肪酸增加快，脂肪氧化速度加快，因此脂肪酸值上升得更快。而且在相同儲藏溫度和初始含水率下，不同儲藏時刻糙米的脂肪酸含量始終比稻谷脂肪酸含量高，說明以糙米形式進行儲藏，大米食用品質(zhì)會下降更快。這可能是因為糙米失去外殼的保護，米胚、胚乳等直接暴露在環(huán)境中，更容易被氧化。另外，糙米中豐富的營養(yǎng)成分在這種條件下為微生物的繁殖生長提供更加有利的環(huán)境，微生物分泌的解脂酶更有可能將脂肪分解成游離的脂肪酸，導致糙米的游離脂肪酸含量更高[17]。經(jīng)過245 d的儲藏后，稻谷和糙米脂肪含量變化量如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)，在相同儲藏溫度下，含水率越高的稻谷和糙米，其脂肪酸含量增加越多[18-19]；對含水率相同的稻谷和糙米，儲藏溫度越高，脂肪酸含量增加越大，且糙米的脂肪酸含量增加量總是高于稻谷，與劉欣等[20]研究結果一致。

圖3 不同儲藏溫度下稻谷和糙米脂肪酸含量變化曲線Fig.3 Change curves of fatty acid content of rice and brown rice at different storage temperatures

圖4 不同溫度下儲藏245 d稻谷和糙米脂肪酸質(zhì)量比變化量Fig.4 Change of fatty acids in rice and brown rice stored for 245 days at different temperatures

進一步分析可知，在3個不同溫度下，經(jīng)過245 d的儲藏，12.1%含水率稻谷和糙米的脂肪酸質(zhì)量比均小于25 mg/(100 g)，滿足標準要求。在 20～25℃下，經(jīng)過245 d的儲藏，14.16%含水率稻谷的脂肪酸含量升高了8.32 mg/(100 g)，增加到24.56 mg/(100 g)，接近臨界狀態(tài)，而糙米的脂肪酸含量升高了10.9 mg/(100 g)，達到27.04 mg/(100 g)，超過標準要求；含水率16.34%的稻谷和糙米在20～25℃下儲藏245 d時，脂肪酸含量分別升高了12.98、16.06 mg/(100 g)，分別達到29.8、32.88 mg/(100 g)，遠超過規(guī)定值。因此，較高含水率的稻谷和糙米在儲藏時脂肪酸含量增長都較快，不利于長時間儲藏。

方差分析(表3、4)顯示，初始含水率、儲藏時間和儲藏溫度都對稻谷和糙米脂肪酸含量的變化影響極顯著(P<0.01)，對稻谷脂肪酸含量變化影響最為顯著的是初始含水率，其次是儲藏溫度和儲藏時間；對糙米脂肪酸含量變化影響最為顯著的是初始含水率，其次是儲藏時間，最后是儲藏溫度。

表3 儲藏條件對稻谷脂肪酸含量影響的方差分析Tab.3 Variance analysis of effects of storage conditions on fatty acids in rice

表4 儲藏條件對糙米脂肪酸含量影響的方差分析Tab.4 Variance analysis of effects of storage conditions on fatty acids in brown rice

2.3 不同儲藏溫度下稻谷和糙米直鏈淀粉含量

直鏈淀粉含量是評價稻谷或者糙米食用及蒸煮品質(zhì)的重要指標之一[21]，在一定程度上，稻谷直鏈淀粉含量越低，其食用口感越好，米飯的粘性更佳[22]。不同儲藏溫度下稻谷和糙米直鏈淀粉含量變化曲線如圖5所示。總體來說，經(jīng)過245 d的儲藏，稻谷在8、15℃、20～25℃儲藏溫度下直鏈淀粉含量增加量為0.36%、0.62%、0.74%，糙米增加量為1.12%、1.4%、2.02%；初始含水率14.16%的稻谷在8、15℃、20～25℃儲藏溫度下直鏈淀粉含量增加量為0.54%、0.42%、1.02%，同含水率的糙米增加量為1.34%、1.64%、1.96%；初始含水率16.34%的稻谷在8、15℃、20～25℃儲藏溫度下直鏈淀粉含量增加量為1.04%、0.8%、1.32%，同含水率的糙米增加量為2.4%、3.4%、3.9%。由圖5可知，在儲藏前，含水率較高的稻谷和糙米，有相對較低直鏈淀粉含量，說明此時含水率較高的稻谷和糙米具有較佳的口感。在儲藏過程中，隨著儲藏時間的延長，稻谷和糙米的直鏈淀粉含量呈現(xiàn)先下降然后上升的趨勢，尤其是稻谷這種趨勢更加明顯。造成儲藏初期直鏈淀粉含量下降的原因，可能是在儲藏初期，樣品的生理特性還不穩(wěn)定，內(nèi)部游離脂肪酸與直鏈淀粉相結合對淀粉本身性質(zhì)產(chǎn)生影響或是初期水分分布不穩(wěn)定所造成[23]。經(jīng)過245 d的儲藏后，稻谷和糙米的直鏈淀粉含量都增加(圖6)。溫度和含水率越高，不論是稻谷和糙米，其直鏈淀粉含量增加得都越多，而且都是糙米的直鏈淀粉含量增加值比稻谷的更高。其原因可能是儲藏期間，糙米失去稻殼的保護直接暴露在空氣中，更容易受外界環(huán)境影響所致。

圖5 不同儲藏溫度下稻谷和糙米直鏈淀粉含量變化曲線Fig.5 Change curves of amylose content of rice and brown rice at different storage temperatures

圖6 不同溫度下儲藏245 d稻谷和糙米直鏈淀粉含量變化量Fig.6 Change of amylose in rice and brown rice stored for 245 days at different temperatures

方差分析(表5、6)表明，初始含水率、儲藏時間以及儲藏溫度對稻谷和糙米直鏈淀粉含量的變化都具有極顯著影響(P<0.01)，其中，最為顯著的影響因素是初始含水率，其次是儲藏時間和儲藏溫度。2.4不同儲藏溫度下稻谷和糙米食味值大米食味值是根據(jù)大量的感官食味評價和米粒內(nèi)部結構的相關性得出，為評價大米品質(zhì)的綜合指標，比人為評分具有更高的可靠性[23]。稻谷和糙米在不同儲藏溫度下食味值變化曲線如圖7所示。由圖7可知，在儲藏前，含水率16.34%的稻谷和糙米的食味值最高，達到81.6，高于含水率為12.1%和14.16%的樣品。這表明新收獲的水稻，含水率較高時，其食用口感會較好。這與文獻[24]的研究結果基本一致。在儲藏過程中，稻谷和糙米食味值均發(fā)生不同程度下降，如圖8所示，不論是在較低溫度下儲藏還是在較高溫度下儲藏，經(jīng)過245 d的儲藏后，都是含水率較高(16.34%)的稻谷和糙米食味值下降幅度更大，在不同儲藏溫度下，稻谷均下降5.0左右，糙米降低了3.5左右。而含水率較低的稻谷和糙米食味值下降幅度較小，下降幅度均低于3.0。 盡管儲藏溫度不同，但含水率12.1%的稻谷和糙米在經(jīng)過245 d的儲藏后，食味值均大于等于79，將有較好的使用品質(zhì)。這可能是由低含水率稻谷呼吸作用不強[25]，內(nèi)部結構及主要營養(yǎng)成分如蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪含量處于基本穩(wěn)定狀態(tài)所致。另外，相較稻谷而言，糙米食味值下降的幅度相對更小。例如，初始含水率為16.34%的稻谷，經(jīng)過245 d的儲藏，其食味值下降到76分以下，而相同含水率糙米的食味值均卻達到77分以上。這可能是由于稻谷收獲后未經(jīng)壟谷處理，受損傷小，較大程度地保留了稻谷原本的生理活性[26]，再加上含水率高，導致呼吸作用強、營養(yǎng)成分消耗大，因此，稻谷食用品質(zhì)下降程度大。

表5 儲藏條件對稻谷直鏈淀粉影響的方差分析Tab.5 Variance analysis of effects of storage conditions on amylose in rice

表6 儲藏條件對糙米直鏈淀粉影響的方差分析Tab.6 Variance analysis of effects of storage conditions on brown rice amylose

圖7 不同儲藏溫度下稻谷和糙米食味值變化曲線Fig.7 Change curves of taste value of rice and brown rice at different storage temperatures

圖8 不同溫度下儲藏245 d稻谷和糙米食味值變化量Fig.8 Variation of taste value of rice and brown rice stored for 245 days at different temperatures

方差分析(表7、8)顯示，初始含水率、儲藏時間對稻谷和糙米食味品質(zhì)變化的影響都極顯著(P<0.01)，儲藏溫度對稻谷和糙米食味品質(zhì)變化的影響為顯著(P<0.05)。對稻谷，最重要的影響因素是初始含水率，其次是儲藏時間，最后是儲藏溫度。對糙米，最重要的影響因素是儲藏時間，其次是初始含水率，最后是儲藏溫度。

表7 儲藏條件對稻谷食味值影響的方差分析Tab.7 Variance analysis of effect of storage conditions on eating value of rice

表8 儲藏條件對糙米食味值影響的方差分析Tab.8 Variance analysis of effect of storage conditions on taste value of brown rice

3 模型擬合

研究表明，儲藏過程中含水率、脂肪酸含量的變化存在一定線性關系[27]，本文使用最小二乘法曲線擬合，根據(jù)決定系數(shù)選用不同階級曲線進行相關參數(shù)的擬合。本文擬合曲線最大階數(shù)設為3階。擬合后的曲線公式為

y=b1x3+b2x2+b3x+b0

式中y——儲藏期間含水率、脂肪酸含量實際值

b1、b2、b3、b0——擬合系數(shù)

x——儲藏時間，d

結果如表9所示，其中，模型決定系數(shù)R2能夠較好地反映擬合效果，其值越大，擬合效果越好。

從表9中可以看出，整體上糙米比稻谷的擬合效果更好，初始含水率對擬合效果影響不大。在含水率隨時間變化的擬合曲線中，當儲藏溫度為8℃時，使用三階擬合仍未取得較好擬合效果；當儲藏溫度為15℃時，使用二階擬合即可取得較好擬合效果；當儲藏溫度為20～25℃時，使用一階擬合已取得較好擬合效果。在脂肪酸隨時間變化的擬合曲線中，整體使用一階擬合時已取得較好擬合效果，但隨著儲藏溫度的升高，擬合的效果有所提升。

4 結論

(1)在不同儲藏條件下，隨著儲藏時間的延長，稻谷和糙米含水率、食味值逐步下降，直鏈淀粉含量逐步上升，稻谷和糙米食用品質(zhì)都呈現(xiàn)不同程度的降低。儲藏溫度、含水率以及儲藏時間均對稻谷和糙米品質(zhì)變化有極顯著的影響(P<0.01)。

(2)含水率高的稻谷和糙米，在較高儲藏溫度下，其食用品質(zhì)下降得更大；在相同儲藏條件下，糙米食用品質(zhì)下降程度明顯高于稻谷。

(3)在不同儲藏溫度下，含水率較低稻谷和糙米(12.10%)，其品質(zhì)變化都很小，表明將水稻以稻谷形式在較低含水率下進行儲藏，明顯有利于食用品質(zhì)保持。